光伏并網增量式電網電源容量優化規劃方法

王 惟

（國網江蘇省電力有限公司泰州供電分公司，江蘇 泰州 225300）

0 引 言

光伏并網主要將光伏發電系統產生的能量轉化為可用的電能，并輸送給電力用戶[1-2]。在光伏并網的過程中，需要注重最大功率點跟蹤、孤島保護、逆變器儲能等問題。研究表明，光伏并網增量式電網在原有的基礎上增加光伏發電的接入規模，因此其電源額定容量大幅增加，容易出現供配電異常問題[3-4]。為解決這些問題，文章設計一種全新的光伏并網增量式電網電源容量規劃方法。

1 光伏并網增量式電網電源容量優化規劃方法設計

1.1 構建光伏并網增量式電網電源容量規劃模型

在容量規劃決策過程中，需要根據負荷分配要求有效調整電源容量分配，構建可靠的光伏并網增量式電網電源容量規劃模型[5]。將光伏并網的年凈收益作為規劃目標，生成的目標函數maxf表達式為

式中：fm表示聯盟凈收益；fd表示運營商凈收益[6-8]。

微電網的年凈收益fm，公式為

式中：I表示年售電收益；C表示年投資成本；CON表示年運營成本；CBUY表示年購電費用[9]。

計算光伏并網的年運維成本，此時并網的年購電費用CBUY的計算式為

式中：cbd表示年購電電力；Pbd表示電力購買價格。

光伏并網增量式電網屬于聯盟模式，其約束條件與原始約束條件不同[10]。基于此，得到的功率平衡約束式為

式中：Pbt表示發電機組輸出功率；Psd表示光伏輸出功率；Pkon表示充電功率；Ploss表示放電功率。

在相同時間內，電網不能既售電又供電，需要根據聯絡線的傳輸上限進行約束調整。基于此，構建的光伏并網增量式電網電源容量規劃模型fd為。

式中：Isell表示配電網收益綜合；Closs表示網損成本。

式（5）的容量規劃模型可以滿足全過程下的收益分配與運營關系，能最大限度地提高供配電收益，降低光伏并網的供配網損。

1.2 考慮源-荷不確定性生成電源容量優化規劃流程

源-荷不確定指光伏發電及負荷需求的不確定性，直接影響電網容量的規劃效果。為解決該問題，文章將非支配排序遺傳算法II（Non-dominated Sorting Genetic Algorithm II，NSGA-II）與混合整數線性規劃結合，生成電源容量優化規劃流程，如圖1 所示。

圖1 考慮源-荷不確定性的電源容量優化規劃流程

由圖1 可知，實際規劃流程如下：首先需要初始化處理歷史數據，利用靈敏度法確定電源容量限制；其次處理種群的優化變量，進行GUROBI 求解與信息反饋；最后，根據電源容量規劃的目標函數值進行支配排序，在符合預設約束條件的同時輸出容量規劃最優解，從而滿足電源容量規劃的實際要求。因此，根據光伏并網的變化狀態生成電源容量轉換式PS為

式中：η表示光伏并網的電源容量轉換效率；S表示光伏輸出單位；I表示輻照強度；t0表示外界溫度。

此時，在不考慮其他外界影響條件的基礎上，可以確定并網內部的容量變化閾值為

式中：ψ(t)表示傅立葉變換形式，ω表示變換參數，d表示衰減分量；LMAX表示并網內部的容量最大值。基于此，得到的電源容量優化規劃最優解IRI為

式中：Zpv表示光伏并網的阻抗；ZAB表示光伏并網的首端阻抗；ZS表示光伏并網的末端阻。最優解符合光伏并網增量式電網的容量規劃要求，能有效提高容量規劃的可靠性，降低不確定性對電源容量規劃造成的影響。

2 實 驗

2.1 實驗準備

選取IEEE 33 光伏并網作為研究對象，采集其在2020—2023 年的供配電數據，利用HOMER 軟件構建仿真實驗模型，如圖2 所示。

圖2 仿真實驗模型

由圖2 可知，該仿真實驗模型內部的負荷參數由RT851 數據集提供，為滿足實驗的標幺參數與負荷變化要求，預設8 485 個電網電源供配電場景。在實驗前將需要光伏并網位置設置在節點10、4、7、17 中，再將光照強度調整在指定范圍內，預設安裝容量極值，在實驗過程中的AM 調節范圍需要保持在總網量內，還需要利用變壓器接頭進行調節與補償，確保激勵系數符合實驗要求。為獲取準確的規劃成本數據，文章使用PDEHS算法作為實驗的輔助計算支持，其HM 為100，迭代次數為200 次，存在明顯的變異因子。實驗在MATLAB 平臺中進行仿真驗證，待實驗環境配置完畢后，即可得出可靠的實驗結果。

2.2 實驗結果

綜合考慮光伏并網的措施，選取不同的性能規劃指標，在MATLAB 仿真平臺進行仿真驗證。光伏發電接入配電網進行調峰分別使用文章設計方法、文獻[5]提出的基于遺傳算法的配電網擴展規劃方法（以下簡稱文獻[5]方法）以及文獻[6]提出的計及多種靈活性約束和基于時序模擬的廣域電力系統源-網-儲協同規劃方法（以下簡稱文獻[6]方法）優化規劃電網電源容量，以2020—2022年的數據為訓練集，以2023 年數據為測試集，對比3 種規劃方法對2023年度的電網容量規劃性能。實驗結果如下表1 所示。

表1 實驗結果

由表1 可知，文章設計的光伏并網增量式電網電源容量優化規劃方法在不同年度的規劃性能指標均較高，包括更高的供電能力、更好的經濟效益、更高效的電網運行以及更顯著的環保效果。由此表明，文章設計方法在應對當前能源需求日益增長和環保壓力不斷加大的背景下，具有重要的實際應用價值。

3 結 論

隨著全球能源結構的轉型，可再生能源在能源供應中的比例逐漸增加。光伏發電作為一種清潔、可再生的能源，具有廣闊的發展前景。在光伏并網增量式電網中，如何合理配置和利用能源資源，提高能源利用效率，是電源容量規劃中需要解決的問題。因此，文章考慮不同方案的技術可行性、經濟合理性和環境影響等因素，設計一種全新的光伏并網增量式電網電源容量優化規劃方法。實驗結果表明，設計的光伏并網增量式電網電源容量優化規劃方法的規劃效果較好，規劃性能較高，具有可靠性，有一定的應用價值，為提高電網的運行穩定安全性，降低電力事故發生風險做出一定的貢獻。