計及配網(wǎng)靜態(tài)電壓穩(wěn)定約束的分布式發(fā)電規(guī)劃模型與算法

張會參

摘 要：分布式發(fā)電（DG）安裝靈活、周期短、環(huán)境污染小，在全世界范圍內(nèi)迅速發(fā)展起來，本文基于此，研究了配網(wǎng)中分布式發(fā)電如何進行規(guī)劃的問題，基于配網(wǎng)靜態(tài)電壓穩(wěn)定性建立了分布式發(fā)電規(guī)劃模型，并提出了遺傳算法的計算求解方式。

關(guān)鍵詞：配網(wǎng)靜態(tài)電壓 分布式發(fā)電 規(guī)劃模型 算法

中圖分類號：TM715 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）07（b）-0078-02

分布式發(fā)電（Distributed Generation，簡稱DG）可以改善電壓、減少網(wǎng)絡損耗、安裝靈活、延緩輸配電設備的擴建，同時還具有減輕環(huán)境污染的作用，引起了人們的廣泛關(guān)注。雖然分布式發(fā)電具有很大的優(yōu)勢，但是從技術(shù)角度來考慮，分布式發(fā)電的并網(wǎng)可能會影響電力系統(tǒng)的正常運行，比如可能會產(chǎn)生保護誤動、電壓閃變、潮流反向等的影響，在實際工作中，為了充分發(fā)揮分布式發(fā)電（DG）的優(yōu)勢，盡量消除DG帶來的負面影響，需要對配網(wǎng)中的分布式發(fā)電進行規(guī)劃，需要在給出靜態(tài)電壓穩(wěn)定約束的基礎上建立規(guī)劃模型，并利用遺傳算法進行計算與規(guī)劃。

1 計及配網(wǎng)靜態(tài)電壓穩(wěn)定約束的分布式發(fā)電規(guī)劃模型

1.1 分布式發(fā)電對配網(wǎng)規(guī)劃的影響

分布式發(fā)電的出現(xiàn)和應用可以使工作人員在進行配網(wǎng)規(guī)劃時充分考慮到電網(wǎng)升級、增建線路和合理安裝分布式發(fā)電中的最優(yōu)方案，分布式發(fā)電的使用會對配網(wǎng)規(guī)劃產(chǎn)生影響。

首先，分布式發(fā)電的應用可能會使電力系統(tǒng)的運行發(fā)生很大的不確定性，鑒于DG的優(yōu)勢，很多用戶會利用分布式發(fā)電來提供電能，這使得規(guī)劃人員無法準確預測電網(wǎng)的負荷情況，從而可能會對配網(wǎng)規(guī)劃產(chǎn)生影響。分布式發(fā)電可以減少電能的損耗，而且可以減少因電網(wǎng)升級帶來的投資，但是，如果分布式發(fā)電安裝位置和使用的容量不合適，反而會帶來電能的更多損耗，進而導致網(wǎng)絡中的電壓下降，因此，要正確評估分布式發(fā)電的安裝位置和容量，從而保證配網(wǎng)運行的穩(wěn)定性和安全性。

其次，一般傳統(tǒng)的配網(wǎng)使用年限為5～20年，在這個年限期間，可以假定電網(wǎng)負荷是逐年增長的，并且不會出現(xiàn)配網(wǎng)抵押，但是，由于規(guī)劃問題，會出現(xiàn)動態(tài)屬性和維數(shù)的關(guān)聯(lián)，如果發(fā)現(xiàn)多個發(fā)電機的節(jié)點，尋找最優(yōu)的配網(wǎng)規(guī)劃方案會很困難。

最后，對那些想進行分布式發(fā)電規(guī)劃的用戶來說，如果為了維持現(xiàn)有系統(tǒng)的安全可能會與配網(wǎng)公司發(fā)生沖突，這是由于分布式發(fā)電與系統(tǒng)連接之后，會對配電結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，從而使得原有的單向電源饋電流特性發(fā)生變化，進而產(chǎn)生一系列的問題。因此，為了維護配網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行，需要將分布式發(fā)電調(diào)節(jié)到可以接受的程度，通過電子設備加以控制和調(diào)節(jié)，將分布式發(fā)電科學接入配網(wǎng)中。

1.2 數(shù)學模型的建立

分布式配電系統(tǒng)對配網(wǎng)靜態(tài)電壓穩(wěn)定性產(chǎn)生一定的影響，因此，對分布式發(fā)電進行規(guī)劃模型的建立時需要基于考慮配網(wǎng)靜態(tài)電壓穩(wěn)定約束的基礎上進行，同時要在滿足配網(wǎng)供電質(zhì)量的基礎上，不斷提高配網(wǎng)承受的能力，以減少系統(tǒng)的損耗，從而為配電公司帶來更好的經(jīng)濟效益。

1.2.1 靜態(tài)電壓穩(wěn)定裕度

靜態(tài)電壓穩(wěn)定裕度是為了衡量配網(wǎng)系統(tǒng)能否承受負荷增長而進行的測算，數(shù)學模型是：Msvs=FLSF，max-1.0，其中FLSF，max是系統(tǒng)的最大負荷增長因子。

1.2.2 數(shù)學模型

如果以分布式發(fā)電投資最小化為目標的話，那么投資成本分為設備成本和安裝成本兩個部分，設備成本又包括發(fā)動機成本和起亞輔助設備成本，其目標函數(shù)為：min[∑Xi（ci1+ci2）PDGi]

其中，Xi取值是0或者是1，NDG是配網(wǎng)安裝的分布式發(fā)電的節(jié)點數(shù)，Xi取值為0時，表示配網(wǎng)不安裝DG，Xi取值為1時，表示在配網(wǎng)的相應位置安裝DG。

1.2.3 靜態(tài)電壓穩(wěn)定約束

MSVS≥MSVS，S，在這個公式中，MSVS，S指的是靜態(tài)電壓穩(wěn)定裕度下限。

2 計及配網(wǎng)靜態(tài)電壓穩(wěn)定約束的分布式發(fā)電規(guī)劃模型算法

2.1 求解方法

上面建立的數(shù)學模型中決定規(guī)劃方案的變量有兩個，分布式發(fā)電的位置以及容量，也就是說它其實是混合整數(shù)非線性規(guī)劃問題，對其進行求解時可以采用遺傳算法解決此類問題，本部分利用遺傳算法進行求解，其步驟如下。

2.1.1 設計編碼方案

為了更好地進行計算，采用十進制整數(shù)編碼，此時可以將分布式電源的額定容量進行轉(zhuǎn)換，采用固定的編號來表示，也就是PDGI=miP，在這個公式中，PS是對應的單位額定容量，mi為區(qū)間整數(shù)值，編號對應最大值時，表示相應位置安裝分布式電源，編號對應最小值時，表示未安裝分布式電源。

2.1.2 建立函數(shù)

在采用GA進行求解時，對不等式的約束進行處理的方法是，按照上面提到的編碼方案進行初始化，讓約束條件自動滿足編碼方案的需求，然后建立GA的適應度函數(shù)。

2.1.3 設計遺傳算法

根據(jù)選擇原理設計遺傳算法，將適應度小于平均值的個體遺傳到下一代個體中，采用交叉算法的方式實現(xiàn)遺傳算法，也就是將兩個配對個體的基因都利用相同的交叉概率進行交換，這樣就可以形成兩個新的個體，然后通過顛倒編碼串的方式隨機制定基因位置進行排序，進而實現(xiàn)變異操作。

2.2 算法分析

本文的研究對象是美國的69節(jié)點系統(tǒng)，該系統(tǒng)有功負荷為3802.19kW，無功負荷為2694.60kvar，假設對應規(guī)劃水平增長為5%，現(xiàn)在要求在該系統(tǒng)中規(guī)劃若干臺DG，其額定容量不超過系統(tǒng)負荷的20%。假設DG額定有功功率為m×50kW，其中m取值為整數(shù)，上線是10，DG單位容量設備成本和安裝成本為70萬美元/MW和20萬美元/M，通過遺傳算法，交叉概率為0.8，變異概率為0.2。

在對分布式發(fā)電進行規(guī)劃模型計算時，考慮到系統(tǒng)規(guī)模較大，系統(tǒng)中可以安裝的DG節(jié)點很多，也就是優(yōu)化的整數(shù)變量維數(shù)很高，這會導致需求的計算量很大，如果可以有一種縮小DG的方法，將會大大提高運算速度，而本文采用的計算方法，可能會因為電源的額定容量對計算結(jié)果產(chǎn)生誤差。

3 結(jié)語

本文分析了分布式發(fā)電對配網(wǎng)靜態(tài)電壓穩(wěn)定性的影響，通過分析可以得出結(jié)論，此結(jié)論可以作為分布式發(fā)電節(jié)點安裝的參考依據(jù)。當配網(wǎng)系統(tǒng)要求規(guī)劃一臺分布式發(fā)電設備時，要考慮網(wǎng)絡中對應的各支路靜態(tài)電壓穩(wěn)定指標值，并將其按照大小順序進行指標排列，進而根據(jù)排列的指標隊列對各支路電壓穩(wěn)定性程度進行計算，如果安裝的Ⅰ型DG，可以將DG安裝在薄弱支路的受端，如果安裝的是Ⅱ型DG，需要將其安裝在排名最后的支路對應的受端節(jié)點。按照此方法安裝的分布式發(fā)電位置可以大大提高配網(wǎng)靜態(tài)電壓的穩(wěn)定性。

當系統(tǒng)要求規(guī)劃多臺分布式發(fā)電時，各個設備之間相互影響，因此，這時候需要根據(jù)不同的指標隊列來確定DG的位置，通過這種方式，可以確定配網(wǎng)系統(tǒng)各個節(jié)點的靜態(tài)電壓的穩(wěn)定性，配網(wǎng)規(guī)劃人員可以據(jù)此安裝DG位置，選擇合適的安裝方式，可以在一定程度上縮小遺傳算法變量的數(shù)值范圍，提高規(guī)劃質(zhì)量和速度。

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