含分布式電源的配電網綜合運行優化研究

趙鳳梅 徐海利 陳雪琨

摘 要：本文首先分析了分布式電源對配電網的影響，接著討論了配電網的運行效益改進措施，最后提出分以網損最小為目標函數建立配電網綜合運行優化模型的優化方法。

關鍵詞：配電網；分布式電源；運行效益

一、分布式電源對配電網的影響

分布式電源相對于常規集中式電源的優勢在于可以高效利用用戶處各種分散的能源，提高能源的利用率，實現就近供電以減少遠距離供電產生的網損，這對于減輕環保壓力，降低終端用戶的費用具有一定的作用。分布式電源既可獨立于配電網直接滿足用戶用電需求，又能接入配電網，作為配電網電源的補充，使負荷的供電可靠性及電能都得增強，它的靈活性和高效性能滿足未來能源可持續發展的要求。

隨著分布式發電技術的日益成熟，分布式發電的成本日益降低，分布式發電在電力系統中所占的比重會逐漸增大。尤其是當分布式電源接入配電網后，它對配電網的節點電壓、線路潮流、短路電流、可靠性等都會帶來影響，其影響程度與分布式電源的接入點和容量有密切關系。這必然會給配電網規劃帶來新的挑戰，在考慮以往配電網規劃所包含的傳統因素的同時，也要進一步考慮如何大限度地減少分布式電源對電網的不利影響并且使分布式電源在配電網中能發揮大優勢。

配電網是電力系統中末端的環節，起著連接電源和用戶的重要作用，電網的供電質量與配電網的合理性有著密不可分的關系，配電網規劃就是為了確保配電網建設的合理性，根據規劃區域內的預測負荷和現有的網絡基本現狀來確定優秀建設方案，即在滿足負荷增長和保證供電可靠性的前提條件下確定規劃區域內優的變電站布點布局和網絡接線方式、投資水平及投資時間安排，使配電系統的建設和運行費用少。分布式電源接入會給配電網帶來深遠的影響，從根本上來說這些影響來自于分布電源改變了電網的結構和運行環境。由于加入了分布式電源后，對傳統的配電網規劃產生了影響，傳統的規劃方法因此沒有足夠能力解決包含分布式電源的規劃問題。在從經濟上的角度配置分布式電源的容量和位置的同時，也要結合分布式電源的分布特點和能源政策來考慮。計及分布式電源的配電網規劃模型是以投資運行維護等費用為目標函數，以滿足配電網安全、可靠運行的各種限制為約束的數學規劃模型。分布式電源的規劃實際上就是電源容量和位置的合理規劃，其規劃模型是一個離散的、非線性、多階段、多目標的組合優化問題。建設堅強智能電網是國家電網公司的發展目標，分布式電源接入配電網是堅強智能電網發展中不可缺少的重要環節，盡管依然面臨技術問題和挑戰，但隨著堅強智能電網的逐步建設，這也將促進含分布式電源規劃研究的進一步深入。

二、配電網的運行效益

所謂電網的運行效益是指：電網在運行過程中具有很大的節能空間，電網經濟運行是一項實用性很強的節能技術。這項技術是在保證技術安全、經濟合理的條件下，充分利用現有的設備、元件，通過相關技術論證，選取最佳運行方式、調整負荷、提高功率因數、調整或更換變壓器、電網改造等，在傳輸相同電量的基礎上，以達到減少系統損耗，從而達到提高經濟效益的目的。從電網改造、變壓器經濟運行、合理配置和安排補償、經濟調度等方面有很多可以提高與改進的措施，電網運行所追求的就是通過節能降耗達到最佳的經濟效益，這就是通常所說的電網運行效益。

三、改善配電網運行效益的技術措施

改善配電網運行效益的技術措施主要有一下幾種措施：（1）合理調整運行電壓。通過調整變壓器分接頭、在母線上投切電力電容器等手段，在保證電壓質量的基礎上適度地調整運行電壓。因為有功損耗與電壓的平方成正比關系，所以合理調整運行電壓可以達到降損節電效果；（2）合理使用變壓器。配電變壓器的損耗是配電網損耗的主要組成部分。因此，降低配電變壓器的損耗對于降低整個配電網的損耗效果非常明顯。方法主要有：使用低損耗的新型變壓器、合理配置配電變壓器容量等；（3）平衡三相負荷。如果三相負荷不平衡，會增加線路、配電變壓器的損耗；（4）合理裝設無功補償設備，優化電網無功分配，提高功率因數；（5）合理選擇導線截面。線路的能量損耗同電阻成正比，增大導線截面可以減少能量損耗；（6）加強線路維護，防止泄漏電。主要是定期巡查線路，及時發現、處理線路泄漏和接頭過熱事故，可以減少因接頭電阻過大而引起的損失，及時更換不合格的絕緣子，對電力線路沿線的樹木經常修剪樹枝，還應定期清掃變壓器、斷路器及絕緣瓷件等；（7）合理安排檢修，提高檢修質量。電力網按正常運行方式運行時，一般是既安全又經濟，當設備檢修時，正常運行方式遭到破壞，使線損增加。因此，設備檢修要做到有計劃，要提高檢修質量，減少臨時檢修，縮短檢修時間，推廣帶電檢修；（8）推廣應用新技術、新設備、新材料、新工藝，降低電能損耗；（9）調整負荷曲線，避免大容量設備在負荷高峰用電，移峰填谷，提高日負荷率。

四、運行優化模型

隨著分布式電源（distributed generation，DG）在配電網中安裝比例逐年增加，配電自動化應加強對DG的優化調度功能，發揮DG對配電網優化的有利作用。配電網重構是配電網優化的重要措施，DG聯網后，DG注入配電網功率直接影響配電網重構結果。為使配電網性能達到整體最優，提出了一種基于粒子群優化算法（particle swarm optimization，PSO）的配電網重構和DG注入功率綜合優化算法。該算法根據PSO并行計算的特點，采用PSO和二進制粒子群優化算法（binary particle swarm optimization，BPSO）相結合的方式，對轉換開關狀態和DG注入功率2種控制變量同時處理，達到配電網網損、電壓偏差最小的目的。將DG作為可調度設備，對配電網重構和DG注入功率進行綜合優化，提高了含DG配電網的電能質量和供電可靠性。將該算法應用到3饋線配電系統，仿真結果驗證了所提算法的有效性。

先建立分布式電源出力模型，并研究含分布式電源的配電網潮流計算方法。接著以網損最小為目標函數建立配電網綜合運行優化模型，約束條件包括潮流方程約束、節點電壓約束、支路功率約束和網絡拓撲結構約束等，該模型能夠同時優化補償電容器投切容量、有載調壓變壓器變比、分布式電源出力和網絡結構。然后根據模型的特點，提出基于智能優化算法的高效方法對模型進行求解。最后在算例上對模型和求解方法進行驗證，將綜合優化結果和單獨優化結果進行對比分析，得出相關結論

五、結語

配電網經濟運行、無功優化及電網技術改造等都離不開配電網的潮流計算結果。隨著配電網自動化程度的提高，各種實測數據的完善，提高配電網潮流的計算精度成為必然的趨勢。

論文分析了配電網的特點，建立了配電網潮流計算的數學模型，研究了目前常用的配電網潮流計算牛頓一拉夫遜法、快速解耦法、前推回代法、回路阻抗法等算法及其收斂性，并比較了各種算法的優點與缺點，明確了各種方法的適用范圍。然后在廣度優先搜索順序基礎上，探討了其在輻射狀配電網潮流計算中的應用；論文基于支路電流的前推回代算法，利用MATLAB進行程序的編制，根據電網實際運行數據進行計算，結果表明該程序具有使用方便、收斂性好、計算速度快、存儲量小等優點。論文表明算法具有一定的優越性，軟件的開發具有一定的實用性。

參考文獻

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