考慮時序特性的配電網分布式電源優化配置分析

徐 念

（長沙市湘行交通新能源有限公司，湖南 長沙 410000）

0 引 言

分布式電源具有節能減排和清潔環保的特征，是我國智能電網的重要構成之一。我國十三五發展規劃中提出有效發展分布式電源，于是在傳統配電網中有效發展了分布式電源和光伏電源，建立了DG體系。具有較強靈活性與環保性的同時，配電網分布式電源的使用與優化過程中受到系統負荷功率的時序性波動和隨機性因素的影響。

1 構建DG時序模型

DG常見的類型包括OPV和DWG兩種形式。當地的氣候條件以及所處的地理位置共同影響了DG的出力特性。OPV和DWG受到影響的因素具有一定的差異性。當地光照強度主要對OPV影響較大，而DWG出力大小的影響因素主要為當地風速。隨著季節的變化，當地光照強度和風速往往表現出不同的特性。DG運行過程中受到地理位置和氣候條件的影響，主要包括光伏發電、風力發電以及儲能發電等形式。本次在時序特性研究過程中選擇某一特定地區分析當地的氣象資料，得出風機與光伏發電的時序性特征。

夏季光伏發電出力較大，春季與冬季風電出力最大，可見光伏發電與風電在運用上具有一定的互補性[1]。目前，我國電能使用主要包括農業用電、工業用電、第三產業用電以及市政生活等幾類。工業用電、市政用電以及第三產業用電呈現出不同的使用特征。其中，第三產業用電最集中的時序在07:00-20:00；市政用電使用最高峰值在16:00-20:00；工業用電一般采用三班倒的作業方式，基本全天均在用電，整體負荷波動不大。

2 考慮時序特性的配電網分布式電源優化配置分析

2.1 建立電力網絡結構

系統運行中不同節點和不同時段的重要性程度表現出一定的差異性。與其他節點的電壓相比，配電網中末端節點電壓質量一般相對較高，在用電高峰與用電低峰之間存在一定的差異。一般用電高峰時段電壓較低，而在用電的低峰時段電壓則較高。因此，在電力網絡結構的建立過程中，要求能夠有效改善負荷高峰時段的電壓質量。DG的建立與使用在系統電壓分布層面具有顯著的改善效果，減少系統運行過程中電壓偏移現象的產生，并縮短電壓偏移的范圍。DG在系統電壓的改善層面，可以運用電壓改善期望值表示。

研究中針對目標地建立了包含13條支路與14個節點的電力網絡結構，見圖1。35 kV/10 kV出線側節點為節點1，進行為期20年電力規劃。針對DG節點進行PQ節點處理，結合EV接入電網進行相應操作。研究過程中假設節點區域類型與節點負荷類型之間屬于重合關系，結合層次分析法建立目標函數中的相關權重參數為α=0.17、β=0.29、γ=0.23、ξ=0.31[2]。

2.2 建立協調控制策略

針對分布式配電網電源的優化規劃過程，屬于數學研究過程中的多目標非線性混合整數規劃問題。不同種類負荷研究過程中存在一定的時序特性，優化過程中要求考慮供電可靠性、配電網投資運行成本以及環境成本等，據此進行多目標規劃[3]。DG機會約束規劃分析過程中綜合考慮了DG投資安裝費用、購電費用、系統電壓情況、電網獨立運行商售電收入、DG運行維護費用以及環境費用等因素，從而實現了電網獨立運行中的經濟效益與電壓質量之間達到最佳配比。

針對分布式配電網DG、儲能與EV運行，建立有效的協調控制與優化策略。為了提升電能運用，可以結合電能的具體運用情況優化負荷曲線，并可削峰填谷，結合電力需求與實際情況運用可再生能源。電能運用的協調控制過程中應當適當考慮儲能裝置的建設成本，針對負荷高峰與負荷低谷分別制定不同的運行方式和運行次序。高峰時，次序依次為EV延時充電、V2G放電和儲能放電；低谷時，則優先EV充電。

運行中可以應當結合光照、風能等特性，在一年四季選擇典型性較高的日期進行平均等效負荷分析，系統參數見表1。

不同地區的光照強度、風速等表現具有一定的差異性，在對電壓負荷的表現上呈現出不同規律。研究中選擇春、夏、秋、冬4個季節進行研究，結合不同季節的天數設置相應的場景權重。結合規劃要求，采用混合粒子群算法綜合分析優化規劃情況，并計算對比規劃之后的年度綜合成本，如表2所示。

通過對DG規劃方案的分析能夠看到，運用新能源發電可得29.7%滲透率。在電能利用過程中，可以將電能回饋至電網，以使電網系統運行過程中能夠有效適應可再生能源的隨機特性。在系統運行過程中采用入網放電經營方式，降低了儲能裝置中的容量，減少了投資[4]。

圖1 配電網拓撲圖

表1 系統參數

表2 DG規劃結果

2.3 優化算法

針對分布式電源規劃進行數學分析，分析多約束與多目標的非線性優化問題，以混合粒子群進行優化求解分析。標準粒子群算法運用過程中跟蹤群體極值與個體極值進行最優化求解，求解過程中避免出現局部最優現象而降低求精精度。因此，可以在遺傳算法中采用變異操作與交叉操作方式，通過粒子自身變異、個體與群體極值的交叉進行最優計算。為了使算法運用過程中能夠具有良好的精度與收斂性，計算過程中可以采用精英個體保持策略。

在DG系統運行過程中，用電時可以避免負荷峰狀態下對負荷峰上加峰，減少節點電壓越限情況，提升DG接入能力，提升DG滲透率的同時，增加了折算后的年度投資成本。隨著DG入網發電的推進，系統供電運行穩定性提高，降低了系統購電成本。在具體運行過程中，可以適當增加新能源發電比例，減少工程運行過程中的環境成本[5]。

采用V2G入網放電方式能夠降低DG接入而產生的波動性，優化DG運行中的系統接入。該運行方式一定程度上代替了儲能裝置的功用。因此，系統在運行過程中可以不斷探索新能源的開發利用方式，減少配置儲能裝置，從而降低系統運行中的投資成本。

3 結 論

在配電網分布式電源規劃過程中要充分考慮時序特性，結合等效負荷制定最佳的協調控制策略，有效降低年度綜合成本。具體地，可結合不同負荷制定相應的控制策略，加強可再生能源發電，在負荷高峰時段進行放電，使得電網運行能夠有效適應新能源運用，減少發電運行對周圍環境的影響，踐行節能減排理念。