基于新能源接入的配電網(wǎng)規(guī)劃策略探究

卜天春

摘? 要：傳統(tǒng)配電網(wǎng)在接入新能源后，系統(tǒng)功能日趨多樣化，主要包括收集電能、存儲(chǔ)電能、傳輸電能以及分配電能等，新功能的接入一定程度上加劇了配電網(wǎng)規(guī)劃所面臨的挑戰(zhàn)和風(fēng)險(xiǎn)，特別是對(duì)于電網(wǎng)規(guī)劃人員而言，應(yīng)在方案制定時(shí)充分考慮新能源及其附屬影響。本文主要以分布式新能源為例，簡(jiǎn)要介紹新能源接入后對(duì)配電網(wǎng)規(guī)劃可能產(chǎn)生的影響，并在此基礎(chǔ)上完成對(duì)配電網(wǎng)規(guī)劃模型的建立，通過模型所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)和結(jié)果進(jìn)行相關(guān)策略的制定，進(jìn)而從根本上提升電網(wǎng)在接入新能源后的適應(yīng)性與協(xié)調(diào)性。

關(guān)鍵詞：新能源;配電網(wǎng);規(guī)劃策略

一、分布式新能源接入對(duì)配電網(wǎng)規(guī)劃的影響

從傳統(tǒng)配電網(wǎng)規(guī)劃來(lái)看，其建設(shè)方案的確定主要涉及兩個(gè)方面，一是負(fù)荷預(yù)測(cè)，二是現(xiàn)有網(wǎng)架情況。在確保負(fù)荷與實(shí)際需求相適應(yīng)以及供電可靠性極強(qiáng)的前提下，盡可能的降低就配電系統(tǒng)在運(yùn)行維護(hù)和系統(tǒng)構(gòu)建方面的成本投入。與傳統(tǒng)發(fā)電模式不同，分布式新能源發(fā)電具有分散性、隨機(jī)性以及波動(dòng)性等特點(diǎn)，對(duì)于配電網(wǎng)規(guī)劃而言，無(wú)疑是一種變相挑戰(zhàn)，具體影響主要包括以下幾點(diǎn)：

1.增加了不確定性因素

隨機(jī)波動(dòng)性和間歇性是光伏發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電兩大顯著特點(diǎn)，因?yàn)槠涑隽^程中的不確定性，一定程度上使得電網(wǎng)規(guī)劃和后期運(yùn)行存在不確定性。相較于傳統(tǒng)大型、集中式電廠和大規(guī)模電網(wǎng)的投資建設(shè)，盡管分布式新能源能夠有效滿足負(fù)荷的電力需求，且具有靈活性高、建設(shè)周期短、成本投資小等優(yōu)勢(shì)，但若電站容量與接入位置選擇不恰當(dāng)，也可能導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行過程中過度損耗，甚至引起節(jié)點(diǎn)電壓異常現(xiàn)象，引發(fā)嚴(yán)重的電力安全事故。

2.增大規(guī)劃問題的維數(shù)

從某種程度來(lái)看，電網(wǎng)規(guī)劃問題的分析難度與其維數(shù)有著千絲萬(wàn)縷的聯(lián)系（需將數(shù)百上千節(jié)點(diǎn)納入考慮范圍），傳統(tǒng)集中式電源被分布式電源替代后，發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)增加，規(guī)劃問題的維數(shù)增加，隨之而來(lái)的變量也有所增加，最優(yōu)網(wǎng)絡(luò)布局方案的制定難度也越來(lái)越高。

3.增加政策依賴程度

一方面，國(guó)家對(duì)于新能源發(fā)電予以高度支持，另一方面，各地區(qū)太陽(yáng)能資源、風(fēng)力資源等一系列自然資源條件參差不齊。如何通過對(duì)風(fēng)電、光伏等不同類型電源的有效協(xié)調(diào)，提高其開發(fā)利用效率，確保政策支持力度最大限度的發(fā)揮，實(shí)現(xiàn)社會(huì)效益和生態(tài)效益的最大化，成為當(dāng)前電力企業(yè)所面臨的最為迫切的問題。

4.影響配電設(shè)施利用率

由于分布式新能源能夠在一定程度上滿足電力負(fù)荷需求，因此可以對(duì)原有配電設(shè)施的供電容量進(jìn)行拓寬，一定程度上有助于減少建設(shè)單位在線路方面的投資力度。但如果分布式新能源所選接入點(diǎn)缺乏合理性，則容易導(dǎo)致原有配電線路處于長(zhǎng)時(shí)間的輕載狀態(tài)，不利于線路利用率的提升。 由此可見，在配電網(wǎng)接入大量分布式新能源后，應(yīng)對(duì)其靈活性予以充分利用，針對(duì)接入方案和網(wǎng)架協(xié)調(diào)規(guī)劃兩方面進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化，將配電網(wǎng)建設(shè)成本和運(yùn)營(yíng)成本降至最低。

二、大量分布式新能源的配電網(wǎng)規(guī)劃策略

若要確保電力系統(tǒng)后期運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性與穩(wěn)定性，需做好分布式新能源項(xiàng)目的選址定容工作，以及配電網(wǎng)的擴(kuò)展規(guī)劃工作。將因新能源規(guī)劃與電網(wǎng)規(guī)劃不協(xié)調(diào)而引起的線路利用各種經(jīng)濟(jì)損失降至最低，例如，線路利用不充分、棄風(fēng)、棄光等等，應(yīng)從整體角度出發(fā)統(tǒng)一規(guī)劃和協(xié)調(diào)分布式新能源的接入與配電網(wǎng)發(fā)展，進(jìn)而從根本上確保電網(wǎng)企業(yè)最終效益的獲得。

當(dāng)前，接入分布式新能源的配電網(wǎng)應(yīng)該考慮在哪些節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行線路的建設(shè)和擴(kuò)建，保證新能源接入和電網(wǎng)運(yùn)行綜合效益的最大化。綜合效益主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：

第一，盡可能的減少在線路方面的成本投入;第二，所規(guī)劃電網(wǎng)與本地負(fù)荷增長(zhǎng)速度和水平相適應(yīng);第三，在負(fù)荷高峰以及新能源出力高峰情況下，不會(huì)發(fā)生各種不良現(xiàn)象，例如，切負(fù)荷、棄風(fēng)、棄光等等;第四，系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的有功網(wǎng)損較小。規(guī)劃模型的運(yùn)行步驟具體主要包括以下幾點(diǎn)：

（1）以新能源項(xiàng)目的容量以及所處地理位置進(jìn)行接入點(diǎn)的選擇，并對(duì)每個(gè)備選接入點(diǎn)的距離進(jìn)行敲定，并將此作為線路投資成本的計(jì)算依據(jù)。

（2）視當(dāng)前網(wǎng)架各節(jié)點(diǎn)之間新建線路或擴(kuò)建線路的回?cái)?shù)為決策變量，參考最低綜合成本進(jìn)行目標(biāo)函數(shù)的建立。一般情況下，綜合成本主要包括以下幾項(xiàng)，即，線路建設(shè)投資成本、線路維護(hù)成本以及網(wǎng)損成本。另外，也可將代表規(guī)劃方案技術(shù)性能的指標(biāo)，如，潮流均衡度和節(jié)點(diǎn)電壓分布等加入目標(biāo)函數(shù)中。

（3）依據(jù)新能源處理特性和電網(wǎng)負(fù)荷特性進(jìn)行場(chǎng)景的選取，詳細(xì)計(jì)算和分析每種場(chǎng)景，從中獲取與所有典型場(chǎng)景相適應(yīng)的電網(wǎng)規(guī)劃方案。

（4）運(yùn)用數(shù)學(xué)優(yōu)化算法求解，獲取綜合成本最小的線路擴(kuò)建方案，具體尋優(yōu)步驟如下：

①確定決策變量的初始值，一般情況下，該初始值為1則表示新能源電站至少有1條線路需與待選接入點(diǎn)連接，初始值的其他位則為0;②完成對(duì)網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)納矩陣的生成，并結(jié)合所選定的場(chǎng)景計(jì)算相應(yīng)的潮流;③對(duì)各線路和各節(jié)點(diǎn)的復(fù)雜率與電壓值進(jìn)行系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)，若線路存在超負(fù)荷、超容量或過電壓等情況時(shí)，則需在目標(biāo)函數(shù)上增加懲罰項(xiàng)，以確保優(yōu)化算法有效規(guī)避該方案;④系統(tǒng)核對(duì)和計(jì)算新建線路的成本，并對(duì)相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)損耗及經(jīng)濟(jì)成本進(jìn)行核算;⑤優(yōu)化算法根據(jù)目標(biāo)函數(shù)值的變化趨勢(shì)生成新的決策變量值;⑥以最新的決策變量值為依據(jù)進(jìn)行導(dǎo)納矩陣的更新，并對(duì)上述過程進(jìn)行重復(fù)，直至目標(biāo)函數(shù)值停止變化。

本文基于MATPOWER潮流計(jì)算程序和MATLAB編程語(yǔ)言設(shè)計(jì)了電網(wǎng)規(guī)劃模型和計(jì)算程序。該模型所需的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包括：①現(xiàn)有網(wǎng)架參數(shù)：包括母線、線路阻抗、變壓器參數(shù)、常規(guī)機(jī)組參數(shù)等;②新能源電站參數(shù)：包括已有電站容量與接入方案、待接入電站容量與到備選接入點(diǎn)的距離;③負(fù)荷數(shù)據(jù)：規(guī)劃水平年各節(jié)點(diǎn)計(jì)算負(fù)荷、負(fù)荷年增長(zhǎng)率;④經(jīng)濟(jì)性數(shù)據(jù)：新建線路成本、擴(kuò)建線路成本、網(wǎng)損費(fèi)用;⑤新能源出力場(chǎng)景：選定場(chǎng)景下新能源出力特性。

運(yùn)算程序執(zhí)行完畢后輸出的優(yōu)化方案數(shù)據(jù)包括：各新建電站接入節(jié)點(diǎn)編號(hào)、需新建或擴(kuò)建的線路首末端節(jié)點(diǎn)編號(hào)、初始投資成本、網(wǎng)損及其成本、各線路負(fù)載率、各節(jié)點(diǎn)電壓標(biāo)準(zhǔn)值等。

三、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在對(duì)新能源接入點(diǎn)選擇與配電網(wǎng)擴(kuò)展規(guī)劃、電網(wǎng)規(guī)劃投資成本和運(yùn)用成本等綜合考量的基礎(chǔ)上，完成了對(duì)新能源發(fā)展規(guī)劃經(jīng)濟(jì)性模型的系統(tǒng)構(gòu)建，對(duì)新能源接入與配電網(wǎng)規(guī)劃未來(lái)整體發(fā)展具有重要的指導(dǎo)意義。

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