含分布式電源配電網(wǎng)規(guī)劃

黃鵬

摘 要：分布式電源大量接入使配電網(wǎng)的規(guī)劃、保護等面臨新的挑戰(zhàn)。首先介紹了分布式電源接入對配電網(wǎng)負荷預(yù)測、運行特性及投資收益等影響;其次對含分布式電源配電網(wǎng)規(guī)劃進行分類，詳細闡述了布點規(guī)劃、擴容規(guī)劃的內(nèi)容及特點;接著對含分布式電源配電網(wǎng)規(guī)劃建模方法進行描述;最后對含分布式電源配電網(wǎng)規(guī)劃重要意義進行總結(jié)。

關(guān)鍵詞：分布式電源 ? 配電網(wǎng)規(guī)劃 ? 布點規(guī)劃 ? 擴容規(guī)劃

中圖分類號：TM715 ? ? 文獻標(biāo)識碼：A ? ? 文章編號：1674-098X（2014）11（a）-0062-01

隨著世界經(jīng)濟高速發(fā)展和傳統(tǒng)能源日益枯竭，傳統(tǒng)大電力系統(tǒng) “大機組、大電網(wǎng)、高電壓”發(fā)展模式的弊端逐漸顯現(xiàn)，如技術(shù)復(fù)雜、難以快速跟蹤負荷變化、局部區(qū)域故障易擴散、安全穩(wěn)定性不足等。基于政策形勢和以上原因，分布式發(fā)電技術(shù)尤其是可再生能源的發(fā)電越來越受到關(guān)注，而且已有成果也表明：分布式電源接入大電網(wǎng)可節(jié)省電網(wǎng)投資，降低能耗，提高系統(tǒng)運行安全性、可靠性和靈活性。

分布式電源（Distributed Generation，DG）是指發(fā)電功率在數(shù)十千瓦至數(shù)十兆瓦的小型化、模塊化、分散布置在配網(wǎng)中或用戶附近的小型發(fā)電系統(tǒng)，具有能源利用率高、污染少、安裝地點靈活等優(yōu)點。大量分布式電源接入配電網(wǎng)帶來了眾多優(yōu)越性，但也改變了其潮流和保護，因此需重新考慮配電網(wǎng)規(guī)劃問題。

1 分布式電源接入對配電網(wǎng)規(guī)劃的影響

傳統(tǒng)的配電網(wǎng)規(guī)劃是根據(jù)負荷預(yù)測情況，基于現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)狀況，確定變電站位置和容量、饋線的尺寸和路徑方案，最終使建設(shè)投資、運行、檢修、網(wǎng)損和用戶停電損失等費用之和最小。

大量分布式電源接入對配網(wǎng)規(guī)劃的影響有如下幾個方面。

（1）降低負荷預(yù)測準(zhǔn)確性。負荷處安裝分布式電源，減小了從主網(wǎng)獲取電能或?qū)崿F(xiàn)電能自給自足，可推遲配網(wǎng)升級或擴容。但負荷大小和負荷峰值均隨分布式發(fā)電產(chǎn)生很大變化，以此作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進行負荷預(yù)測，降低負荷預(yù)測的準(zhǔn)確性。

（2）增加配網(wǎng)規(guī)劃復(fù)雜性。配電網(wǎng)規(guī)劃是一個多目標(biāo)非線性整數(shù)規(guī)劃問題，其復(fù)雜程度與其維數(shù)相關(guān)，通常需同時考慮幾千個節(jié)點。若規(guī)劃區(qū)內(nèi)出現(xiàn)許多DG，則規(guī)劃時需額外考慮配網(wǎng)對可再生能源的接納能力，環(huán)保效益及DG投資和運行費用、DG位置與網(wǎng)架協(xié)調(diào)、DG與負荷協(xié)調(diào)。此外間歇性可再生能源的隨機波動，增加了配網(wǎng)規(guī)劃的困難，對配網(wǎng)規(guī)劃方案的適應(yīng)性提出了更高的要求。

（3）改變配網(wǎng)運行特性。配電系統(tǒng)接入DG后，原有的單向潮流發(fā)生變化，潮流方向不再確定。為維護電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定運行，應(yīng)將分布式電源集成到配電自動化系統(tǒng)中，接受統(tǒng)一調(diào)度控制。

（4）加大配網(wǎng)投資分歧。由于DG的投資主體多元化，利益角度不同，規(guī)劃方案大相徑庭。此外，負荷處裝設(shè)分布式發(fā)電設(shè)備，可能降低配電線路的利用率，使電力公司的投資難以收回甚至變成沉沒成本，因此加大配網(wǎng)投資方關(guān)于分布式電源投資分歧。

2 含分布式電源的配電網(wǎng)規(guī)劃分類

傳統(tǒng)的規(guī)劃方法是系統(tǒng)發(fā)電容量無法滿足負荷需求時，增加常規(guī)電源的購電量，并對電網(wǎng)進行新增變電站和饋線的擴展規(guī)劃。對于含分布式電源的配電網(wǎng)規(guī)劃，首先應(yīng)考慮分布式電源接入對該地區(qū)經(jīng)濟的促進和環(huán)境的改善作用，然后在研究相關(guān)規(guī)劃問題。按照不同的規(guī)劃目的，含分布式電源的配網(wǎng)規(guī)劃大致可以分為兩類：一為DG在配電網(wǎng)中的布點規(guī)劃，即規(guī)劃分布式電源;二是計及DG的配電網(wǎng)擴展規(guī)劃即協(xié)調(diào)規(guī)劃配電網(wǎng)。

（1）配電網(wǎng)中DG的布點規(guī)劃。布點規(guī)劃主要關(guān)注分布式電源與系統(tǒng)的配合，即確定分布式電源接入的最佳位置和最優(yōu)容量。首先根據(jù)地理環(huán)境和資源優(yōu)勢，確定分布式電源的位置、類型和容量。其次對含有分布式電源的電網(wǎng)進行分析，確定分布式電源的最佳容量和最優(yōu)布局，保證配電網(wǎng)接入分布式電源后可靠性有所提高、經(jīng)濟性有所改善。

（2）計及DG的配電網(wǎng)擴展規(guī)劃。當(dāng)?shù)貐^(qū)配電網(wǎng)供電能力不能滿足負荷需求時，以經(jīng)濟性最優(yōu)為目標(biāo)、滿足各種約束條件，給出配電網(wǎng)最優(yōu)增容方案，即由新建線路和變電站、變電站增容以及在合適的位置安裝恰當(dāng)容量DG所組成的電網(wǎng)升級改造方案。擴展規(guī)劃某種程度上包含了布點規(guī)劃的內(nèi)容，并且根據(jù)電網(wǎng)新增負荷大小確定需建設(shè)分布式電源的總?cè)萘浚谖恢谩㈩愋汀⑷萘看笮【淮_定的情況下，考慮分布式電源接入的配電網(wǎng)擴展規(guī)劃研究，更有利于實現(xiàn)社會效益最大化。

3 含分布式電源配電網(wǎng)規(guī)劃數(shù)學(xué)模型

配電網(wǎng)規(guī)劃涉及不確定性因素多且情況復(fù)雜，分布式電源的接入對配電網(wǎng)規(guī)劃工作更是一種巨大挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的規(guī)劃模型已不再適用，只有對其進行正確建模，才能給出合理的規(guī)劃方案、精確地反映實際問題。

（1）經(jīng)濟性模型。經(jīng)濟性模型一般是以規(guī)劃年負荷為約束條件，以擬建線路為變量，以分布式電源費用（包括建設(shè)費和運維費）和網(wǎng)架建設(shè)費為經(jīng)濟指標(biāo)，以規(guī)劃年投資費用最小為目標(biāo)函數(shù)。

（2）可靠性模型。可靠性指標(biāo)在經(jīng)濟性模型中作約束條件，可靠性模型則將其轉(zhuǎn)化為缺電成本這一經(jīng)濟指標(biāo)加權(quán)疊加到目標(biāo)函數(shù)中，以成本與效益分析為基礎(chǔ)，以潮流等式、支路容量、支路電壓電流為約束條件。

（3）靈活規(guī)劃模型。靈活規(guī)劃模型又稱柔性規(guī)劃模型，是指建模時盡可能多考慮未來不確定因素，以便給出的規(guī)劃方案能夠很好適應(yīng)未來環(huán)境變化，并隨著變化可靈活調(diào)整為最優(yōu)狀態(tài)，靈活性主要體現(xiàn)在對未來不確定環(huán)境的適應(yīng)。目前部分靈活性模型已應(yīng)用于實際的配電網(wǎng)規(guī)劃工程中。

4 結(jié)語

隨著國家政策支持力度加大和分布式發(fā)電技術(shù)的完善，分布式電源在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用越來越廣泛。考慮有分布式電源接入的配網(wǎng)規(guī)劃應(yīng)綜合考慮分布式發(fā)電、網(wǎng)架、變電站和需求側(cè)響應(yīng)等因素，全面合理規(guī)劃設(shè)計以提高系統(tǒng)運行的可靠性和經(jīng)濟性。分布式電源種類多樣、成本特性復(fù)雜，如何將分布式電源配置與配電網(wǎng)架的建設(shè)協(xié)調(diào)規(guī)劃，對提高資源利用效率、保護環(huán)境和保障電網(wǎng)安全、可靠運行具有重要意義。

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