含分布式電源的配電網(wǎng)綜合運(yùn)行優(yōu)化研究

趙鳳梅 徐海利 陳雪琨

摘 要：本文首先分析了分布式電源對(duì)配電網(wǎng)的影響，接著討論了配電網(wǎng)的運(yùn)行效益改進(jìn)措施，最后提出分以網(wǎng)損最小為目標(biāo)函數(shù)建立配電網(wǎng)綜合運(yùn)行優(yōu)化模型的優(yōu)化方法。

關(guān)鍵詞：配電網(wǎng)；分布式電源；運(yùn)行效益

一、分布式電源對(duì)配電網(wǎng)的影響

分布式電源相對(duì)于常規(guī)集中式電源的優(yōu)勢(shì)在于可以高效利用用戶處各種分散的能源，提高能源的利用率，實(shí)現(xiàn)就近供電以減少遠(yuǎn)距離供電產(chǎn)生的網(wǎng)損，這對(duì)于減輕環(huán)保壓力，降低終端用戶的費(fèi)用具有一定的作用。分布式電源既可獨(dú)立于配電網(wǎng)直接滿足用戶用電需求，又能接入配電網(wǎng)，作為配電網(wǎng)電源的補(bǔ)充，使負(fù)荷的供電可靠性及電能都得增強(qiáng)，它的靈活性和高效性能滿足未來(lái)能源可持續(xù)發(fā)展的要求。

隨著分布式發(fā)電技術(shù)的日益成熟，分布式發(fā)電的成本日益降低，分布式發(fā)電在電力系統(tǒng)中所占的比重會(huì)逐漸增大。尤其是當(dāng)分布式電源接入配電網(wǎng)后，它對(duì)配電網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)電壓、線路潮流、短路電流、可靠性等都會(huì)帶來(lái)影響，其影響程度與分布式電源的接入點(diǎn)和容量有密切關(guān)系。這必然會(huì)給配電網(wǎng)規(guī)劃帶來(lái)新的挑戰(zhàn)，在考慮以往配電網(wǎng)規(guī)劃所包含的傳統(tǒng)因素的同時(shí)，也要進(jìn)一步考慮如何大限度地減少分布式電源對(duì)電網(wǎng)的不利影響并且使分布式電源在配電網(wǎng)中能發(fā)揮大優(yōu)勢(shì)。

配電網(wǎng)是電力系統(tǒng)中末端的環(huán)節(jié)，起著連接電源和用戶的重要作用，電網(wǎng)的供電質(zhì)量與配電網(wǎng)的合理性有著密不可分的關(guān)系，配電網(wǎng)規(guī)劃就是為了確保配電網(wǎng)建設(shè)的合理性，根據(jù)規(guī)劃區(qū)域內(nèi)的預(yù)測(cè)負(fù)荷和現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)基本現(xiàn)狀來(lái)確定優(yōu)秀建設(shè)方案，即在滿足負(fù)荷增長(zhǎng)和保證供電可靠性的前提條件下確定規(guī)劃區(qū)域內(nèi)優(yōu)的變電站布點(diǎn)布局和網(wǎng)絡(luò)接線方式、投資水平及投資時(shí)間安排，使配電系統(tǒng)的建設(shè)和運(yùn)行費(fèi)用少。分布式電源接入會(huì)給配電網(wǎng)帶來(lái)深遠(yuǎn)的影響，從根本上來(lái)說(shuō)這些影響來(lái)自于分布電源改變了電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行環(huán)境。由于加入了分布式電源后，對(duì)傳統(tǒng)的配電網(wǎng)規(guī)劃產(chǎn)生了影響，傳統(tǒng)的規(guī)劃方法因此沒(méi)有足夠能力解決包含分布式電源的規(guī)劃問(wèn)題。在從經(jīng)濟(jì)上的角度配置分布式電源的容量和位置的同時(shí)，也要結(jié)合分布式電源的分布特點(diǎn)和能源政策來(lái)考慮。計(jì)及分布式電源的配電網(wǎng)規(guī)劃模型是以投資運(yùn)行維護(hù)等費(fèi)用為目標(biāo)函數(shù)，以滿足配電網(wǎng)安全、可靠運(yùn)行的各種限制為約束的數(shù)學(xué)規(guī)劃模型。分布式電源的規(guī)劃實(shí)際上就是電源容量和位置的合理規(guī)劃，其規(guī)劃模型是一個(gè)離散的、非線性、多階段、多目標(biāo)的組合優(yōu)化問(wèn)題。建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)是國(guó)家電網(wǎng)公司的發(fā)展目標(biāo)，分布式電源接入配電網(wǎng)是堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)發(fā)展中不可缺少的重要環(huán)節(jié)，盡管依然面臨技術(shù)問(wèn)題和挑戰(zhàn)，但隨著堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的逐步建設(shè)，這也將促進(jìn)含分布式電源規(guī)劃研究的進(jìn)一步深入。

二、配電網(wǎng)的運(yùn)行效益

所謂電網(wǎng)的運(yùn)行效益是指：電網(wǎng)在運(yùn)行過(guò)程中具有很大的節(jié)能空間，電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行是一項(xiàng)實(shí)用性很強(qiáng)的節(jié)能技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)是在保證技術(shù)安全、經(jīng)濟(jì)合理的條件下，充分利用現(xiàn)有的設(shè)備、元件，通過(guò)相關(guān)技術(shù)論證，選取最佳運(yùn)行方式、調(diào)整負(fù)荷、提高功率因數(shù)、調(diào)整或更換變壓器、電網(wǎng)改造等，在傳輸相同電量的基礎(chǔ)上，以達(dá)到減少系統(tǒng)損耗，從而達(dá)到提高經(jīng)濟(jì)效益的目的。從電網(wǎng)改造、變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、合理配置和安排補(bǔ)償、經(jīng)濟(jì)調(diào)度等方面有很多可以提高與改進(jìn)的措施，電網(wǎng)運(yùn)行所追求的就是通過(guò)節(jié)能降耗達(dá)到最佳的經(jīng)濟(jì)效益，這就是通常所說(shuō)的電網(wǎng)運(yùn)行效益。

三、改善配電網(wǎng)運(yùn)行效益的技術(shù)措施

改善配電網(wǎng)運(yùn)行效益的技術(shù)措施主要有一下幾種措施：（1）合理調(diào)整運(yùn)行電壓。通過(guò)調(diào)整變壓器分接頭、在母線上投切電力電容器等手段，在保證電壓質(zhì)量的基礎(chǔ)上適度地調(diào)整運(yùn)行電壓。因?yàn)橛泄p耗與電壓的平方成正比關(guān)系，所以合理調(diào)整運(yùn)行電壓可以達(dá)到降損節(jié)電效果；（2）合理使用變壓器。配電變壓器的損耗是配電網(wǎng)損耗的主要組成部分。因此，降低配電變壓器的損耗對(duì)于降低整個(gè)配電網(wǎng)的損耗效果非常明顯。方法主要有：使用低損耗的新型變壓器、合理配置配電變壓器容量等；（3）平衡三相負(fù)荷。如果三相負(fù)荷不平衡，會(huì)增加線路、配電變壓器的損耗；（4）合理裝設(shè)無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備，優(yōu)化電網(wǎng)無(wú)功分配，提高功率因數(shù)；（5）合理選擇導(dǎo)線截面。線路的能量損耗同電阻成正比，增大導(dǎo)線截面可以減少能量損耗；（6）加強(qiáng)線路維護(hù)，防止泄漏電。主要是定期巡查線路，及時(shí)發(fā)現(xiàn)、處理線路泄漏和接頭過(guò)熱事故，可以減少因接頭電阻過(guò)大而引起的損失，及時(shí)更換不合格的絕緣子，對(duì)電力線路沿線的樹木經(jīng)常修剪樹枝，還應(yīng)定期清掃變壓器、斷路器及絕緣瓷件等；（7）合理安排檢修，提高檢修質(zhì)量。電力網(wǎng)按正常運(yùn)行方式運(yùn)行時(shí)，一般是既安全又經(jīng)濟(jì)，當(dāng)設(shè)備檢修時(shí)，正常運(yùn)行方式遭到破壞，使線損增加。因此，設(shè)備檢修要做到有計(jì)劃，要提高檢修質(zhì)量，減少臨時(shí)檢修，縮短檢修時(shí)間，推廣帶電檢修；（8）推廣應(yīng)用新技術(shù)、新設(shè)備、新材料、新工藝，降低電能損耗；（9）調(diào)整負(fù)荷曲線，避免大容量設(shè)備在負(fù)荷高峰用電，移峰填谷，提高日負(fù)荷率。

四、運(yùn)行優(yōu)化模型

隨著分布式電源（distributed generation，DG）在配電網(wǎng)中安裝比例逐年增加，配電自動(dòng)化應(yīng)加強(qiáng)對(duì)DG的優(yōu)化調(diào)度功能，發(fā)揮DG對(duì)配電網(wǎng)優(yōu)化的有利作用。配電網(wǎng)重構(gòu)是配電網(wǎng)優(yōu)化的重要措施，DG聯(lián)網(wǎng)后，DG注入配電網(wǎng)功率直接影響配電網(wǎng)重構(gòu)結(jié)果。為使配電網(wǎng)性能達(dá)到整體最優(yōu)，提出了一種基于粒子群優(yōu)化算法（particle swarm optimization，PSO）的配電網(wǎng)重構(gòu)和DG注入功率綜合優(yōu)化算法。該算法根據(jù)PSO并行計(jì)算的特點(diǎn)，采用PSO和二進(jìn)制粒子群優(yōu)化算法（binary particle swarm optimization，BPSO）相結(jié)合的方式，對(duì)轉(zhuǎn)換開關(guān)狀態(tài)和DG注入功率2種控制變量同時(shí)處理，達(dá)到配電網(wǎng)網(wǎng)損、電壓偏差最小的目的。將DG作為可調(diào)度設(shè)備，對(duì)配電網(wǎng)重構(gòu)和DG注入功率進(jìn)行綜合優(yōu)化，提高了含DG配電網(wǎng)的電能質(zhì)量和供電可靠性。將該算法應(yīng)用到3饋線配電系統(tǒng)，仿真結(jié)果驗(yàn)證了所提算法的有效性。

先建立分布式電源出力模型，并研究含分布式電源的配電網(wǎng)潮流計(jì)算方法。接著以網(wǎng)損最小為目標(biāo)函數(shù)建立配電網(wǎng)綜合運(yùn)行優(yōu)化模型，約束條件包括潮流方程約束、節(jié)點(diǎn)電壓約束、支路功率約束和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)約束等，該模型能夠同時(shí)優(yōu)化補(bǔ)償電容器投切容量、有載調(diào)壓變壓器變比、分布式電源出力和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。然后根據(jù)模型的特點(diǎn)，提出基于智能優(yōu)化算法的高效方法對(duì)模型進(jìn)行求解。最后在算例上對(duì)模型和求解方法進(jìn)行驗(yàn)證，將綜合優(yōu)化結(jié)果和單獨(dú)優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，得出相關(guān)結(jié)論

五、結(jié)語(yǔ)

配電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、無(wú)功優(yōu)化及電網(wǎng)技術(shù)改造等都離不開配電網(wǎng)的潮流計(jì)算結(jié)果。隨著配電網(wǎng)自動(dòng)化程度的提高，各種實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的完善，提高配電網(wǎng)潮流的計(jì)算精度成為必然的趨勢(shì)。

論文分析了配電網(wǎng)的特點(diǎn)，建立了配電網(wǎng)潮流計(jì)算的數(shù)學(xué)模型，研究了目前常用的配電網(wǎng)潮流計(jì)算牛頓一拉夫遜法、快速解耦法、前推回代法、回路阻抗法等算法及其收斂性，并比較了各種算法的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)，明確了各種方法的適用范圍。然后在廣度優(yōu)先搜索順序基礎(chǔ)上，探討了其在輻射狀配電網(wǎng)潮流計(jì)算中的應(yīng)用；論文基于支路電流的前推回代算法，利用MATLAB進(jìn)行程序的編制，根據(jù)電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果表明該程序具有使用方便、收斂性好、計(jì)算速度快、存儲(chǔ)量小等優(yōu)點(diǎn)。論文表明算法具有一定的優(yōu)越性，軟件的開發(fā)具有一定的實(shí)用性。

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