基于分群結構的有源配電網儲能優化配置

摘 要： 隨著新型電力系統中源、網、荷、儲資源交互程度的提高，考慮儲能與源網荷的時序耦合特性在儲能規劃中顯得尤為重要。為減少有源配電網的網損，提升配網的節點電壓水平，并實現削峰填谷的功能，該文提出一種基于集群劃分的有源配電網分布式儲能選址定容方法。首先，根據配電網電氣距離模塊度、源荷有功匹配度以及集群功率波動度對有源配電網進行集群劃分；其次，以集群為單位對儲能進行規劃，以電網脆弱性指標、有功網損、綜合費用最小為目標，通過嵌入潮流的混合智能求解算法求解儲能系統的位置和容量；最后，在改進的IEEE-33 節點系統中進行仿真測試。結果表明：有源配電網的網損減少19.0%，同時電壓波動指標和電網脆弱性指標分別降低15.9% 和9.1%，從而提高了系統的節點電壓水平。此外，峰谷差減少22%，實現削峰填谷。這證明所提出方法的有效性。

關鍵詞： 分布式儲能; 混合智能求解算法; 選址定容; 集群劃分; 電網脆弱性

中圖分類號： TB9; TM715 文獻標志碼： A 文章編號： 1674–5124（2024）10–0042–09

0 引 言

在“30·60”雙碳目標背景下，我國風電和光伏等分布式電源（distributed generation， DG）得到了迅猛發展，以源網荷儲一體化為主要途徑，電力系統正經歷著能源結構的重大變革[1-2]。隨著高比例的風電和光伏并網，其間接性和隨機性可能會造成配電網的網損增加、電能質量降低，甚至可能使配電網的脆弱性增加，進而影響配網的安全運行[3]。儲能系統（energy storage system， ESS） 作為一種可控裝置，具有易于控制和雙向功率輸出等特點，合理規劃ESS 是解決配網問題的有效途徑之一[4-5]。

當前，國內外學者對ESS 的并網規劃主要聚焦于配電網的經濟運行，而對配網的脆弱性考慮不足。文獻[6] 考慮了配網運行的經濟性和電壓質量，采用“低儲高發”策略來確定ESS 的容量。文獻[7-8]考慮了ESS 的綜合運行成本和環境效益，結合柔性負荷和化學儲能特點來優化配置ESS。這些研究主要從經濟角度討論了ESS 在削峰填谷和提升電壓質量方面的作用。然而ESS 會影響配網運行的脆弱性，電網的脆弱性指標是反映電網抵御風險的一種能力[9]。因此，有必要建立兼顧經濟性和電網脆弱性的綜合效益函數，以提高配電網的安全運行能力。

由于DG 在配網中并網位置分散、出力波動大，這造成了系統集中控制模式困難，如可控節點過多造成算法求解搜索范圍廣、求解時間過長和求解結果不準確等問題[10]。配網的ESS 規劃與配網的運行密切相關，為此可量化分區運行的性能指標[11]，以集群為單位規劃儲能，這樣可實現更準確的求解。文獻[12] 構建電氣距離和區域電壓調節能力的綜合性能指標對配網進行分區，接著對ESS 容量進行規劃。文獻[13] 建立基于集群劃分的光儲雙層規劃模型，提高了光伏的滲透率。文獻[14] 考慮以集群為單元對網-荷-儲進行兩階段規劃，有利于DG 的自消納，從而提升配網的經濟性。上述文獻建立的集群劃分指標主要是為了提高光儲規劃的求解精度和光儲系統的消納能力，進而提高配網運行的經濟性。

針對當前配電網的ESS 規劃求解速度慢、求解結果不準確以及對電網脆弱性考慮的不足等問題，本文提出了一種基于集群劃分的ESS 多目標規劃方法。首先，通過構建綜合性能指標對有源配電網進行集群化劃分；其次，建立了電網脆弱性、綜合費用和網損的分布式儲能多目標規劃模型；然后，采用嵌入潮流的混合智能求解算法對ESS 位置和容量進行求解，并采用基于信息熵的TOPSIS 法來選擇最佳的儲能配置方案；最后，通過多種場景對比驗證了該方法可以有效提升有源配電網的安全運行能力和經濟性。