分布式發(fā)電對配電網規(guī)劃的影響研究

劉磊

摘 要：隨著分布式發(fā)電（DG）的興起和普及，對常規(guī)配電網規(guī)劃提出了新的挑戰(zhàn)。文章分析了DG接入對電力系統(tǒng)的影響和對常規(guī)配網規(guī)劃的影響，介紹了常用含DG配電網規(guī)劃的目標函數(shù)和求解方法。

關鍵詞：分布式發(fā)電；配電網；規(guī)劃

中圖分類號：TM715 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2013）20-0018-02

隨著常規(guī)能源的日漸衰竭和環(huán)境污染的日益加重，分布式發(fā)電（DG，distributed generation）作為一種新的發(fā)電方式受到了越來越多的重視和研究。DG一般是指為滿足某些終端用戶的需求，接在用戶側附近的小型模塊式的獨立電源，它們的規(guī)模一般都不大，大約在幾十千瓦至幾十兆瓦。

DG按能源能否再生一般可分為可再生能源的分布式電源和不可再生能源的分布式電源，具體包括風力發(fā)電、光伏發(fā)電、燃氣輪機、內燃機、燃料電池、生物質發(fā)電等。按容量大小分可分為小型分布式發(fā)電（小于100 kW）、中型分布式發(fā)電（100 kW-1 MW）和大型分布式發(fā)電（大于1 MW）。

DG具有集中發(fā)電所不具備的優(yōu)點：對環(huán)境污染?。豢梢詼p少網損，節(jié)能降損；使得電網具有靈活調節(jié)負荷的能力，可提高供電可靠性；由于DG一般設有就地電壓調整裝置，可提高系統(tǒng)的電壓質量；投退靈活，具有一定的調峰能力。

1 分布式電源并網對系統(tǒng)的影響

DG接入之后與接入前的配電網相比，在繼電保護、電壓質量、電網諧波等各方面都產生了一定程度的影響。

1.1 對繼電保護的影響

DG并網改變了配網的潮流分布，線路從原先的單一電源變成多電源結構，從而改變了故障情況下短路電流的方向和大小，進而影響了線路繼電保護的保護范圍和動作配合。研究表明，當DG接入點在時故障點上游時，會導致本線路保護的靈敏度降低甚至發(fā)生拒動；當DG接入點所在線路的相鄰線路發(fā)生故障時，有可能導致本線路保護誤動。因此，在考慮DG對繼電保護影響的時候，往往需要對接入配網的DG容量進行限制或者對原先保護加裝方向性元件。

1.2 對電壓質量的影響

DG并網改變了原先配網的潮流分布，從而影響了各節(jié)點的電壓分布，其影響程度與電源接入點和接入容量有關。仿真研究表明，在不改變DG接入位置的情況下，DG總出力越大，對系統(tǒng)電壓的支撐能力就越強；總出力相同的DG，分散接入在不同節(jié)點對電壓的支撐能力要高于全部接入在某個節(jié)點；在DG出力不變的情況下，接入點越靠近變電站母線，對系統(tǒng)電壓分布的影響越小。

1.3 對系統(tǒng)諧波的影響

DG并網后，將對線路上的諧波電壓和諧波電流的分布產生影響。仿真研究表明，在不改變DG接入位置的情況下，DG總出力越大，則線路沿線各節(jié)點電壓諧波總畸變率越大；在不改變DG總出力的情況下，接入點越靠近變電站母線，對系統(tǒng)諧波分布的影響就越小。

1.4 對可靠性的影響

由于DG的接入多以自發(fā)自用為目的，如接入點線路為重過載線路，則可在一定程度上減少線路從變電站汲取的電流，提高配網的送電裕度。再者，在合理接入的情況下，DG還可以改善配網電源水平。具有低電壓穿越能力的DG還可以在系統(tǒng)故障的時候提供有功和無功支撐，起到緩解電壓驟降的作用。相反，如果DG不具備低電壓穿越特性，則在系統(tǒng)側故障的情況下，DG有可能脫網，因此加劇了系統(tǒng)的電壓跌落水平。此外，DG不合理的安裝地點、容量和連接方式都可能降低配電網的可靠性。

1.5 對網損的影響

如前所述，DG的接入改變了原先配網的潮流分布和電壓水平，因此也影響了整個配網的網損。網損的改變與DG接入的位置和容量有關，也與配網本身的網絡拓撲結構有關，在DG接入合理的情況下可以減少配網的網損。

2 分布式電源對配網規(guī)劃的影響

DG的出現(xiàn)和并網給傳統(tǒng)配網規(guī)劃帶來了挑戰(zhàn)，其影響主要有以下幾個方面。

2.1 增加了負荷預測的難度

負荷預測是配網規(guī)劃的基礎，DG接入配網后，給負荷預測帶來了很大的不確定性因素。一般來說，DG接入是以用戶自發(fā)自用為目的的，對于配網系統(tǒng)來說，DG接入相當于減少了負荷的增長，并且導致了負荷增長模式發(fā)生了變化，難以較為準確的預測規(guī)劃期間負荷的增長速度，因此難以準確判斷電網改建或擴建的程度和時間等。因此，如何確定用戶側DG的接入對網側負荷增長模式的影響是配網規(guī)劃需解決的一個基本問題。

2.2 增加問題求解難度

規(guī)劃問題的求解在數(shù)學上表現(xiàn)為一個優(yōu)化問題的尋優(yōu)過程。在數(shù)學上來說，規(guī)劃問題的求解難度和復雜程度與其維數(shù)相關?？紤]分布式電源后，相當于增加了許多發(fā)電機節(jié)點，無異于增加了問題求解的難度，使得在滿足所有約束條件下的最優(yōu)方案的尋找更加困難。

2.3 降低配電設備設施利用率

分布式電源的接入可以在某個程度上延緩甚至避免配網投資。對于用戶來說，一般是在自發(fā)自用的分布式電源出力不夠的情況下，才從系統(tǒng)購電，也就是說如果分布式電源接入點所在區(qū)域本來供電容量就較為充裕，那分布式電源的接入則有可能導致原有設備處于低載甚至是閑置的狀態(tài)，降低了配電設施的利用率，降低了供電企業(yè)的資金回收率。

3 含分布式電源的配電網規(guī)劃

配電網規(guī)劃的主要內容是根據規(guī)劃期間（如5～20 a）內的負荷預測結果和現(xiàn)有的網絡結構確定最優(yōu)的系統(tǒng)建設和改造方案，在滿足負荷增長和系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的情況下，使配電網的建設和運行費用降到最低。配電網規(guī)劃在數(shù)學上是一個優(yōu)化問題的求解過程，含分布式電源的配電網規(guī)劃在常規(guī)配網規(guī)劃的基礎上需記及分布式電源接入的位置和容量對目標函數(shù)的影響。常用的目標函數(shù)包括投資成本最小化、網損最小化和電壓穩(wěn)定度最大化等。

3.1 以投資成本最小化為目標函數(shù)

其中，PGi為i節(jié)點上配網現(xiàn)有的發(fā)電機有功出力，PDi為i節(jié)點上新接入的分布式電源有功出力，PLi為線路i的有功負荷，同理，QGi、QDi、QLi則分別為節(jié)點i上配網現(xiàn)有的發(fā)電機無功出力，新接入的分布式電源的無功出力和線路i上的無功功率負荷。Ui和Uj分別為支路ij首末端的電壓幅值。Gij為支路ij的電導值，Bij為支路ij的電納值，？啄ij為支路首段節(jié)點i和末端節(jié)點j的電壓相角差。

不等式約束包括電壓幅值限制、支路最大功率限制、DG出力限制和旋轉備用容量約束：

含DG的配網規(guī)劃本質上是一個多目標大規(guī)模的優(yōu)化問題，因此，數(shù)學上的優(yōu)化算法廣泛的應用于含DG的規(guī)劃上，包括以線性規(guī)劃方法、分支定界法等為代表的經典優(yōu)化算法和以遺傳算法、模擬退火算法、蟻群算法為代表的啟發(fā)式優(yōu)化算法。一般來說，經典優(yōu)化算法收斂的精度要高于啟發(fā)式算法，但經典優(yōu)化算法求解過程復雜且依賴于所建立模型的準確性，而啟發(fā)式算法計算速度較快，且精度也有一定的保證，因此，工程上多采用啟發(fā)式算法進行規(guī)劃問題的求解。

如前文所述，含DG的配網規(guī)劃可以根據不同的目標函數(shù)進行求解，而實際上各個目標之間的優(yōu)化可能會存在著相互制約的情況，因此，近年來多目標優(yōu)化也開始應用于含DG的配網規(guī)劃中，并取得了較好的效果。多目標優(yōu)化算法與傳統(tǒng)的單目標優(yōu)化算法的區(qū)別在于多目標優(yōu)化不需要衡量各個目標之間的權重關系，可在全局中搜索到最優(yōu)解集合，而決策者可以根據最優(yōu)解集中的解來選擇個人認為最優(yōu)的解。

4 結 語

本文分析了DG接入對系統(tǒng)和對配電網規(guī)劃的影響，介紹了常用的含DG配網規(guī)劃的目標函數(shù)。由于DG目前尚未全面普及，而DG的配網規(guī)劃的研究還只是在起步階段，目前含DG的配電網規(guī)劃數(shù)學模型還比較單一，無法全部分析DG對配網各方面的影響，也較少考慮DG出力隨機性的因素。但是，面對全球常規(guī)能源緊缺的現(xiàn)狀，考慮到技術的進步，配電網中引入DG還是具有非常重要的意義。

參考文獻：

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