考慮環(huán)境效益的分布式電源多目標優(yōu)化

王文生

(廣東電網(wǎng)公司湛江供電局，廣東　湛江　524000)

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考慮環(huán)境效益的分布式電源多目標優(yōu)化

王文生

(廣東電網(wǎng)公司湛江供電局，廣東湛江524000)

分布式電源的接入位置及容量對配電網(wǎng)有著很大影響，研究DG的選址與定容問題，建立了提高環(huán)境效益、降低網(wǎng)絡(luò)損耗、最大化靜態(tài)電壓穩(wěn)定裕度的DG規(guī)劃多目標模型,并應(yīng)用多目標粒子群改進算法進行求解。最后，通過測試算例結(jié)果驗證了所建模型及算法的可行性和有效性。

分布式電源；多目標優(yōu)化；粒子群算法；Pareto最優(yōu)解

1　引言

分布式電源的接入使配電網(wǎng)從放射狀無源網(wǎng)絡(luò)變?yōu)榉植加兄行⌒碗娫吹挠性淳W(wǎng)絡(luò)，各支路的潮流大小和方向?qū)l(fā)生很大變化，與分布式電源容量、接入位置密切相關(guān)。因此，DG的選址與定容是DG規(guī)劃階段中需要重點考慮問題。近年來，很多國內(nèi)外學(xué)者對其提出了許多理論與實踐方面的研究成果。文獻[1]采用模糊理論把多目標規(guī)劃簡化為單目標規(guī)劃，再用遺傳算法求解DG位置與容量。

在分布式發(fā)電規(guī)劃方面，應(yīng)重視清潔能源所具有的環(huán)境效益,本文主要研究DG在配電網(wǎng)中的最優(yōu)接入位置和容量，建立了兼顧環(huán)境效益的DG規(guī)劃多目標模型。

2　含分布式電源的多目標規(guī)劃模型

2.1目標函數(shù)

(1)環(huán)境效益

增大清潔型DG發(fā)電總?cè)萘繉⑹乖瓊鹘y(tǒng)電網(wǎng)的發(fā)電排放氣體減少，從而獲得政策性補貼?？紤]與DG發(fā)電總?cè)萘肯嚓P(guān)的環(huán)保效應(yīng)[2]，環(huán)境效益目標函數(shù)為：

(1)

式中，N為DG的接入節(jié)點數(shù)目；Ci為節(jié)點i處DG的環(huán)境補貼電價；λi為容量系數(shù)；PDG，i為節(jié)點i處DG的額定有功輸出。

(2)系統(tǒng)網(wǎng)損

電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)損耗目標函數(shù)為：

minf2=Ploss(pDG1，pDG2，…，pDGk)

(2)

式中，Ploss為系統(tǒng)網(wǎng)損。

(3)靜態(tài)電壓穩(wěn)定裕度

配電網(wǎng)靜態(tài)電壓穩(wěn)定指標[1]為：

(3)

式中：Lj表示第j條支路(首節(jié)點為i,末節(jié)點為j)的電壓穩(wěn)定指標；R和X分別為支路j的電阻和電抗；Pj和Qj分別為流入支路末節(jié)點J的有功和無功功率；Vi為首節(jié)點電壓幅值。

所有Lj中的最大值就為配電系統(tǒng)電壓穩(wěn)定指標L，即

L=max{L1，L2，…，LB}

(4)

式中：B代表支路總數(shù)。配電網(wǎng)電壓穩(wěn)定裕度是：K=1-L，則配電網(wǎng)電壓穩(wěn)定指標的最小值就對應(yīng)于靜態(tài)電壓穩(wěn)定裕度最大，即求minL。

2.2約束條件:

(5)

(6)

(2)節(jié)點電壓約束

Ui,min≤Ui≤Ui,max

(7)

(3)支路潮流約束

Pl≤Pl,max

(8)

(4)分布式電源容量約束

PDG,min≤PDG≤PDG,max

(9)

(10)

式中，PG，i、QG，i、PL，i、QL，i分別代表節(jié)點i處電源的有功出力、無功出力、有功負荷、無功負荷；Gij、Bij為系統(tǒng)導(dǎo)納；Ui、δij分別代表節(jié)點電壓、節(jié)點電壓相角差；pl、PDG，min、PDG，max分別代表線路l的傳輸功率、DG注入有功的上限、DG注入有功的下限；b、N、NDG、η分別代表與節(jié)點i相關(guān)聯(lián)的支路數(shù)、節(jié)點數(shù)、安裝DG總數(shù)、DG有功總量占系統(tǒng)負荷總量的比例上限。

3　求解步驟

在本文的DG優(yōu)化配置過程中采用一種改進粒子群算法，該算法把搜索過程中找到的Pareto最優(yōu)解保存在一個外部存儲器里，利用自適應(yīng)網(wǎng)格法對保存在外部存儲器里的最優(yōu)解進行維護更新，真實的Pareto最優(yōu)解被領(lǐng)導(dǎo)粒子帶領(lǐng)著粒子群找到，同時引入模糊全局最好位置，能保持種群多樣性，不會過早收斂還能讓搜索逼近整個Pareto前端。改進多目標粒子群求解步驟如下：

圖1

4　算例分析

本文選取某地35節(jié)點6kV低壓配電網(wǎng)為算例[3]進行分析，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。負荷節(jié)點19～35都可以運行DG，假設(shè)在負荷節(jié)點上直接安裝DG，DG總?cè)萘坎淮笥谙到y(tǒng)總負荷的50%，單個DG的最大容量不大于0.3MW。該配電網(wǎng)系統(tǒng)有功負荷為8.912MW,無功負荷為4.2754Mvar。清潔能源型DG補貼為0.25元/(kWh)。粒子群、外部粒子群數(shù)量分別為100、50，迭代次數(shù)100。求解出的Pareto解的目標函數(shù)空間分布如圖3所示。

圖2　35節(jié)點6kV低壓配電網(wǎng)

圖3　DG配置Pareto解的目標函數(shù)空間分布

如圖3所示，環(huán)境效益、有功網(wǎng)損和靜態(tài)電壓穩(wěn)定裕度很難同時處于最優(yōu)。所以在安裝DG時，決策者需要從系統(tǒng)實際需求重點出發(fā)，在這些Pareto最優(yōu)解集里挑選最符合實際要求的解。當系統(tǒng)更加注重環(huán)境效益時，就在解集里選擇環(huán)境最優(yōu)方案(如解1)；當更加關(guān)注系統(tǒng)有功網(wǎng)損時，就選擇系統(tǒng)網(wǎng)損最小方案(如解2)……。若無特別目標要求，折中選擇無偏最優(yōu)解(如解4)。解1、解2和解3這3個代表性的DG配置方案結(jié)果如表1所示，分別對應(yīng)表1中方案1、方案2和方案3。

表1　各DG配置方案

注：上面DG配置方案中，以19(3)為例，數(shù)字19為優(yōu)化后DG安裝節(jié)點，數(shù)字3的0.1倍為優(yōu)化安裝容量。

表2針對各方案從環(huán)境效益、系統(tǒng)網(wǎng)損、靜態(tài)電壓穩(wěn)定裕度3個目標做了比較。可以看出，將DG接入配電網(wǎng)后，網(wǎng)損減少，靜態(tài)電壓穩(wěn)定性提高，更重要是環(huán)境效益很明顯。

表2　方案比較

5　結(jié)語

分布式電源在電力系統(tǒng)中將發(fā)揮著重要的作用，其合理的布局可帶來巨大的社會和經(jīng)濟效益。本文所建模型在考慮系統(tǒng)網(wǎng)損最小和靜態(tài)電壓穩(wěn)定裕度的基礎(chǔ)之上，通過最大化接入系統(tǒng)的DG總?cè)萘?，充分考慮了清潔能源DG帶來的環(huán)境效益。用于求解的改進算法方便決策者根據(jù)實際系統(tǒng)的需求獲取最優(yōu)解決方案。最后通過算例結(jié)果表明此模型和算法的有效性。

[1]陳海焱，陳金富，楊雄平，等.配電網(wǎng)中計及短路電流約束的分布式發(fā)電規(guī)劃[J].電力系統(tǒng)自動化，2006,30(21)：16-21.

[2]張立梅，唐巍，王少林，等.綜合考慮配電公司及獨立發(fā)電商利益的分布式電源規(guī)劃[J].電力系統(tǒng)自動化，2011,35(4)：23-28.

[3]蔡麗霞.含分布式電源的配電網(wǎng)規(guī)劃研究[D].山東大學(xué)，2009.

Distributed Generators Planning of Multi-objective Optimization Based on Environmental Benefit

WANG Wen-sheng

(Zhanjiang Power Supply Bureau of Guangdong Power Grid Company，Zhanjiang 524000，China)

The location and capacity of distributed generation have great influence on distribution network,so issues on locating and sizing of DG are discussed in this paper.A multi-objective optimal configuration model of DGs,in which the maximum of environmental benefit and network loss as well as optimal stability of steady state voltage are taken as objectives,is build.On this basis,the multi-objective particle swarm optimization is proposed.The simulation results show that the proposed model and algorithm are feasible and available.

distributed generator;multi-objective optimization;particle swarm optimization;Pareto-optimal solutions

1004-289X(2016)01-0048-03

TM715

B

2014-12-22

王文生(1987-)，男，碩士研究生，研究方向為分布式發(fā)電。