淺談分布式電源的配電網規劃與優化運行

侯震

摘要：近年來國家大力發展清潔能源，分布式電源規?？焖僭鲩L。由于大量分布式電源接入城市配電網，給城市配電系統造成一定的影響。配電網在建設過程中，需要綜合考慮到分布式電源接入情況，從而合理規劃配電網，確保配電網系統的安全性和可靠性。本文簡單概述了分布式電源以及分布式電源對配電網規劃的影響，并在此基礎上采用計算機仿真得出，鄰域搜索算法在優化分布式電源配電網效果明顯。

Abstract： In recent years， the country has vigorously developed clean energy， and the scale of distributed power sources has grown rapidly. Because large number of distributed power sources are connected to the urban distribution network， it has a certain impact on the urban power distribution system. In the construction process of the distribution network， it is necessary to comprehensively consider the distributed power supply access situation， so as to rationally plan the distribution network and ensure the safety and reliability of the distribution network system. This paper briefly summarizes the distributed power supply and its impact on distribution network planning. Based on this， computer simulation shows that the neighborhood search algorithm is effective in optimizing distributed power distribution network.

關鍵詞：分布式電源;配電網固化;優化運行

Key words： distributed power supply;distribution network curing;optimized operation

中圖分類號：TM715;TM732 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2019）11-0173-03

1 ?分布式電源

分布式電源指功率為數千瓦到50MW小型模塊式的獨立電源，這些電源一般是電力部門、電力用戶以及第三方，為了滿足高峰期城市居民、商業區居民用電需求，在用戶現場或者靠近用戶現場安裝比較小的發電機組，滿足用戶用電需求，同時支持現有配電網的運行要求。這種較小的發電機組有燃料電池、小型光伏發電、小型燃氣輪機、燃氣輪機和燃料電池混合裝置。與傳統的電源相比，分布式電源可以根據用戶實際需求進行建設，降低電網建設的成本。分布式電源各個機組相互獨立，可以根據電力用戶的實際情況進行調節，一旦發生電力故障，只針對故障發電機組，不會影響到其他發電機組，因此電網運行安全性、可靠性高。其次，分布式電源可以彌補集中式發電的缺陷，為電力用戶提供不間斷供電。分布式電源的損耗比較低，它不需要建設配電站，避免配電網線路較長，增加線損率。

2 ?分布式電源對配電網規劃的影響

2.1 配電網規劃更加復雜

分布式電源對配電網規劃的負荷預測、目標等方面造成一定的影響。對電力負荷預測負荷的影響：分布式電源可以滿足部分偏遠地區或者商業區用戶需求，減少用戶從配電網主網中的獲電量，從而抵消電網負荷的增長。配電網的電力負荷預測是根據配電網的增長量，如果分布式電源抵消了配電網負荷的增長，則降低了配電網的預測準確性和可靠性;分布式電源對配電網規劃目標的影響主要體現在傳統的配電網主要考慮配電網建設投資和運營費用，分布式電源不僅要考慮到分布式電源的投資、運行費用、配電網的投資以及運行費用，如果配電網規劃中考慮到分布式電源，則要考慮到配電網對分布式電源的容納能力。由于分布式電源的分布不規律，負荷增長具有很大的隨機性，增加了電網規劃的難度;分布式電源影響到配電網規劃的約束條件。配電網規劃不僅要滿足電力增長負荷要求，而且還要考慮到分布式電源功率需求，配電網的電源電壓和分布式電源位置要相互協調，從而發揮分布式電源的優勢;分布式電源對配電網規劃策略影響。近年來，由于國家大力支持分布式能源的發展，導致大量的社會資金涌入到分布式電源行業，促進了我國分布式電源行業的發展。同時，導致分布式電源投資主體日益多元化，分布式電源計費和配電網的計費方式不同，在運營方面兩者存在競爭關系，不同的利益主體則規劃方案也不同。

2.2 配電網運行模式的變化

配電網主要有架空線路、電力電纜、變壓器、隔離開關、無功補償裝置等設備構成，配電網運行過程中受到電壓、線路潮流、線路損耗等方面的影響，會產生的一定的線損率。分布式電源并入到配電網系統中，配電網的結構和運行方式發生了變化，分布式電源和配電網主電源存在一定的差異，在分布式電源規劃設計的時候，需要綜合考慮到負荷曲線;所以分布式電源配電網采用雙層規劃，按照成本最低的原則，建立配電網負荷電源和分布式電源的運行時間、負荷曲線，從而計算機樁裝機容量，這是第一層規劃。然后將最低建設成本作為目標函數，確定分布式電源的配置和配電網的網絡架構，這是第二層規劃。雙層規劃是一種二層遞階結構，根據目標函數和約束條件進行上、下層決策，上層先給出一個決策變量，下層各個子系統根據這個決策變量作為參量，然后根據目標函數和約束條件，在一個可能的范圍計算出最佳結果，然后將這個最佳結果反饋給最上層，在這個基礎上求得最佳值。

3 ?分布式電源的配電網優化運行

3.1 隨機模型的建立

隨機模型是根據隨機變量建立的模型，它具有不確定性和概率性。分布式電源具有不確定性和概率性，根據分布式電源建立模式模型。光伏發電的有效輸出功率和太陽光線強度關系可以得出以下公式：

其中公式中的p表示光伏發電機的有效輸出功率;r表示太陽光線的照度，用W/m2表示;？濁表示第i塊光伏墊板照度最大時的光電轉換效率;Ai表示第i塊光伏電池板的面積。根據太陽照射強度，發現太陽照射強度似Beta分布。目前我國大部分光伏發電機使用的都是異步感應發電機，發電機的有效功率和風速關系計算公式如下：

3.2 隨機潮流計算

傳統潮流計算時所有的定量都是確定的，所以計算結果比較準確，但是分布式電源具有不確定性，電網在規劃設計過程中，需要預測十年甚至幾十年以后的電源和電網的發展，因此預測時需要考慮到人口、經濟水平、分布式發電技術等各個方面的因素，這種預測結果具有不確定，存在偶然因素所以導致實際預測和規劃預測數據不準確。隨機潮流是一類只考慮隨機變量的特殊潮流問題。將隨機潮流模型引入到分布式電源配電網規劃中，考慮到隨機輸出的風能和太陽能負荷的不確定性，需要通過隨機潮流線性計算隨機潮流，然后獲取變量概率函數，線性潮流計算公式如下：

其中公式中的△X由變量v和變量？茲構成;△W是由變量p和變量Q構成;J0表示收斂點矩陣;S0表示敏感度矩陣。

3.3 分布式電源配電網運行優化

Neighorhood Search算法又被稱為鄰域搜索算法，它是從一個或者一組初始數值中，通過鄰域函數生成解領域，然后在鄰域中搜索出更優解替換當前解，并通過不斷迭代過程最早最佳答案。鄰域搜索算法最關鍵的環節就是如何選擇領域結果。由于配電網是閉環結構，開環運行，閉環指配電網有多條線路向用戶供電，任何一條線路出現障礙，不影響其他線路的正常運行。開環運行可以避免多個電源向故障線路釋放電源，從而防止故障電流流向其他線路，任何聯絡開關組可以構成任何回路，斷開環狀線路，則線路變成了輻射狀。因此，通過聯絡開關可以讓配電網構成任意網絡結構。配電網的回路是由一個聯絡開關和多個相應的線路段構成，可稱為基本環路。線路處于閉環狀態下，則配電網呈開環運行，基本環路數和聯絡開關數量相同。鄰域搜索算法可以根據配電網的環路特征進行搜索，尋找最優解。鄰域搜索算法是在上網絡遍歷上進行搜索，每一次遍歷搜索結束以后，可以不斷迭代，從而提高搜索效率，適合分布式電源配電網的運行優化。鄰域搜索算法搜索的具體步驟如下：第一步，初始化結構，形成矩陣和目標函數值;第二步將配電聯絡開關序號nopen保存在數列Aopen上，并將配電網聯絡開關序號nclosed保存在數列Aclosed上;第三步開始遍歷，i=1，Scandid=0，然后在Aopen序列上找到聯絡開關Ti，并將其關閉構成電路。根據Ti聯絡開關特點，將環路分段的開關好存儲在數組L上，聯絡開關數值Ni。在Ni環路中選擇第一個分段開關Sj并閉合開關，計算出目標函數并將其保存，如果目標函數是最優值則將其存入Scandid，然后檢查遍歷中數組L的分段開關是否存在遺漏現象，如果有分段開關遺漏，則需要確定遺漏分段開關的目標函數。最后讀取Scandid和Ti，變換Aopen和Aclosed的分段和聯絡開關數據，確定i的數值是否小于連接開關的數量，如果小于連接開關數量，則再次讀取Ti上的數據，按照上述步驟操作。第四步確定上述遍歷是否完成，如果沒有完成則繼續執行上述步驟。

3.4 計算機仿真

通過IEEE33節點配單系統對上述鄰域搜索算法的結果進行仿真，給配電系統一共設置了33個節點，其中有33個節點與光伏發電機連接，14個節點連接異步風力發電機。圖1為節點分布圖。

配電網的有功功率為3.715MW，無功負荷為2300MW。該仿真系統模仿某城市配電網24小時實時負載預測數據。24小時電力負荷測量數據如表1。

其中風力發電機的額定輸出功率為400kW，額定風速為11m/s，切入風速為3m/s，切出風速為25m/s，該數據模擬東部沿海地區的風速情況，表2為24小時實際風速。

其中光伏發電機的額定功率為400MW，太陽光強度呈Beta分布，每一個區域的平均跨度為0.8w/m2，平均偏差值為20%，其中？琢=0.383，？茁=0.255。如果對配電網的有功和無功預測誤差為正態值，根據最大值和最小值計算機平均值和平均偏差。24小時光照強度如表3統計。

此次仿真試驗，選擇8節點、15節點、32節點作為測試節點，并將其分布在配電網末端，其中15節點和32節點與分布式電源接入位置接近，圖2-圖7為8節點、15節點、32節點電壓概率分布情況。

從上述圖表可以看出，當分布式電源接入配電網時，提高了配電網電壓越限概率，對分布式電源的配電網進行優化，配電網電壓越限概率顯著改善。

4 ?結束語

綜上，不同算法的優化結果不同，對網絡拓撲結果某些分支影響比較大，因此在優化過程中需要檢測分支情況。根據算法對比數據（表4），發現鄰域搜索算法和粒子優化算法的適應性一致，且鄰域搜索算法優于PSO算法和GA算法，因此鄰域搜索算法適合優化配電網運行結果。

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