考慮環境效益的分布式電源多目標優化

王文生

(廣東電網公司湛江供電局，廣東　湛江　524000)

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考慮環境效益的分布式電源多目標優化

王文生

(廣東電網公司湛江供電局，廣東湛江524000)

分布式電源的接入位置及容量對配電網有著很大影響，研究DG的選址與定容問題，建立了提高環境效益、降低網絡損耗、最大化靜態電壓穩定裕度的DG規劃多目標模型,并應用多目標粒子群改進算法進行求解。最后，通過測試算例結果驗證了所建模型及算法的可行性和有效性。

分布式電源；多目標優化；粒子群算法；Pareto最優解

1　引言

分布式電源的接入使配電網從放射狀無源網絡變為分布有中小型電源的有源網絡，各支路的潮流大小和方向將發生很大變化，與分布式電源容量、接入位置密切相關。因此，DG的選址與定容是DG規劃階段中需要重點考慮問題。近年來，很多國內外學者對其提出了許多理論與實踐方面的研究成果。文獻[1]采用模糊理論把多目標規劃簡化為單目標規劃，再用遺傳算法求解DG位置與容量。

在分布式發電規劃方面，應重視清潔能源所具有的環境效益,本文主要研究DG在配電網中的最優接入位置和容量，建立了兼顧環境效益的DG規劃多目標模型。

2　含分布式電源的多目標規劃模型

2.1目標函數

(1)環境效益

增大清潔型DG發電總容量將使原傳統電網的發電排放氣體減少，從而獲得政策性補貼?？紤]與DG發電總容量相關的環保效應[2]，環境效益目標函數為：

(1)

式中，N為DG的接入節點數目；Ci為節點i處DG的環境補貼電價；λi為容量系數；PDG，i為節點i處DG的額定有功輸出。

(2)系統網損

電網網絡損耗目標函數為：

minf2=Ploss(pDG1，pDG2，…，pDGk)

(2)

式中，Ploss為系統網損。

(3)靜態電壓穩定裕度

配電網靜態電壓穩定指標[1]為：

(3)

式中：Lj表示第j條支路(首節點為i,末節點為j)的電壓穩定指標；R和X分別為支路j的電阻和電抗；Pj和Qj分別為流入支路末節點J的有功和無功功率；Vi為首節點電壓幅值。

所有Lj中的最大值就為配電系統電壓穩定指標L，即

L=max{L1，L2，…，LB}

(4)

式中：B代表支路總數。配電網電壓穩定裕度是：K=1-L，則配電網電壓穩定指標的最小值就對應于靜態電壓穩定裕度最大，即求minL。

2.2約束條件:

(5)

(6)

(2)節點電壓約束

Ui,min≤Ui≤Ui,max

(7)

(3)支路潮流約束

Pl≤Pl,max

(8)

(4)分布式電源容量約束

PDG,min≤PDG≤PDG,max

(9)

(10)

式中，PG，i、QG，i、PL，i、QL，i分別代表節點i處電源的有功出力、無功出力、有功負荷、無功負荷；Gij、Bij為系統導納；Ui、δij分別代表節點電壓、節點電壓相角差；pl、PDG，min、PDG，max分別代表線路l的傳輸功率、DG注入有功的上限、DG注入有功的下限；b、N、NDG、η分別代表與節點i相關聯的支路數、節點數、安裝DG總數、DG有功總量占系統負荷總量的比例上限。

3　求解步驟

在本文的DG優化配置過程中采用一種改進粒子群算法，該算法把搜索過程中找到的Pareto最優解保存在一個外部存儲器里，利用自適應網格法對保存在外部存儲器里的最優解進行維護更新，真實的Pareto最優解被領導粒子帶領著粒子群找到，同時引入模糊全局最好位置，能保持種群多樣性，不會過早收斂還能讓搜索逼近整個Pareto前端。改進多目標粒子群求解步驟如下：

圖1

4　算例分析

本文選取某地35節點6kV低壓配電網為算例[3]進行分析，其結構如圖2所示。負荷節點19～35都可以運行DG，假設在負荷節點上直接安裝DG，DG總容量不大于系統總負荷的50%，單個DG的最大容量不大于0.3MW。該配電網系統有功負荷為8.912MW,無功負荷為4.2754Mvar。清潔能源型DG補貼為0.25元/(kWh)。粒子群、外部粒子群數量分別為100、50，迭代次數100。求解出的Pareto解的目標函數空間分布如圖3所示。

圖2　35節點6kV低壓配電網

圖3　DG配置Pareto解的目標函數空間分布

如圖3所示，環境效益、有功網損和靜態電壓穩定裕度很難同時處于最優。所以在安裝DG時，決策者需要從系統實際需求重點出發，在這些Pareto最優解集里挑選最符合實際要求的解。當系統更加注重環境效益時，就在解集里選擇環境最優方案(如解1)；當更加關注系統有功網損時，就選擇系統網損最小方案(如解2)……。若無特別目標要求，折中選擇無偏最優解(如解4)。解1、解2和解3這3個代表性的DG配置方案結果如表1所示，分別對應表1中方案1、方案2和方案3。

表1　各DG配置方案

注：上面DG配置方案中，以19(3)為例，數字19為優化后DG安裝節點，數字3的0.1倍為優化安裝容量。

表2針對各方案從環境效益、系統網損、靜態電壓穩定裕度3個目標做了比較。可以看出，將DG接入配電網后，網損減少，靜態電壓穩定性提高，更重要是環境效益很明顯。

表2　方案比較

5　結語

分布式電源在電力系統中將發揮著重要的作用，其合理的布局可帶來巨大的社會和經濟效益。本文所建模型在考慮系統網損最小和靜態電壓穩定裕度的基礎之上，通過最大化接入系統的DG總容量，充分考慮了清潔能源DG帶來的環境效益。用于求解的改進算法方便決策者根據實際系統的需求獲取最優解決方案。最后通過算例結果表明此模型和算法的有效性。

[1]陳海焱，陳金富，楊雄平，等.配電網中計及短路電流約束的分布式發電規劃[J].電力系統自動化，2006,30(21)：16-21.

[2]張立梅，唐巍，王少林，等.綜合考慮配電公司及獨立發電商利益的分布式電源規劃[J].電力系統自動化，2011,35(4)：23-28.

[3]蔡麗霞.含分布式電源的配電網規劃研究[D].山東大學，2009.

Distributed Generators Planning of Multi-objective Optimization Based on Environmental Benefit

WANG Wen-sheng

(Zhanjiang Power Supply Bureau of Guangdong Power Grid Company，Zhanjiang 524000，China)

The location and capacity of distributed generation have great influence on distribution network,so issues on locating and sizing of DG are discussed in this paper.A multi-objective optimal configuration model of DGs,in which the maximum of environmental benefit and network loss as well as optimal stability of steady state voltage are taken as objectives,is build.On this basis,the multi-objective particle swarm optimization is proposed.The simulation results show that the proposed model and algorithm are feasible and available.

distributed generator;multi-objective optimization;particle swarm optimization;Pareto-optimal solutions

1004-289X(2016)01-0048-03

TM715

B

2014-12-22

王文生(1987-)，男，碩士研究生，研究方向為分布式發電。