含分布式電源的配電網(wǎng)規(guī)劃分析

摘 要：現(xiàn)如今，分布式電源已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于配電網(wǎng)建設(shè)中，分布式電源對配電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行有著重要的影響。本文首先對分布式電源配置概念進行介紹，然后對幾種分布式電源類型進行分析，并對含分布式電源的配電網(wǎng)規(guī)劃要點進行詳細探究，以期為實際工程提供借鑒。

關(guān)鍵詞：分布式電源；分類；規(guī)劃模型；算法

中圖分類號：TM715 文獻標識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）33-0117-02

1 引 言

隨著化石能源的危機和新能源發(fā)電的熱潮，分布式電源已經(jīng)逐漸受到人們的廣泛關(guān)注，不僅有利于緩解能源供應(yīng)問題，同時還能夠降低電力用戶的用電成本。分布式電源接入會增加配電網(wǎng)中的電源，同時改變配電網(wǎng)原來的單電源輻射性供電結(jié)構(gòu)，因此，對含分布式電源的配電網(wǎng)規(guī)劃要點進行詳細探究迫在眉睫。

2 分布式電源配置的概念

所謂分布式電源配置，就是基于滿足負荷需求的同時滿足各種技術(shù)以及經(jīng)濟指標標準要求的前提，經(jīng)過對并入網(wǎng)絡(luò)的類別、裝配容量以及地點的確立，促使計劃期內(nèi)配電網(wǎng)絡(luò)可以穩(wěn)定可靠地運行，與此同時使得投資具備科學(xué)性與經(jīng)濟性。分布式電源的科學(xué)配置不僅能夠高效率的減少網(wǎng)絡(luò)耗損、提高系統(tǒng)的電壓水平，還有助于提升系統(tǒng)的平穩(wěn)性。

3 分布式能源分類

3.1 風(fēng)能發(fā)電

風(fēng)能發(fā)電技術(shù)的工作原理是通過自然界中的風(fēng)能推動風(fēng)機葉片轉(zhuǎn)動從而實現(xiàn)風(fēng)能轉(zhuǎn)化成動能，再由發(fā)電機將動能轉(zhuǎn)化電能，從而起到發(fā)電的作用。風(fēng)能屬于可再生能源，污染少，且成本低廉，因此近幾年風(fēng)能發(fā)電的應(yīng)用十分廣泛，在我國很多多風(fēng)的地區(qū)已陸續(xù)建設(shè)了不同容量的風(fēng)力發(fā)電站。

3.2 光伏發(fā)電

光伏發(fā)電指的是將太陽能由硅電池作為能量的轉(zhuǎn)換工具，將太陽能轉(zhuǎn)化為電能的可再生能源發(fā)電技術(shù)。光伏發(fā)電系統(tǒng)占地少、運行成本低、清潔環(huán)保，適用于家庭或用電量較少的用戶。

3.3 燃料電池發(fā)電

燃料電池與常見的干電池和蓄電池不同，它不是儲能裝置，而是一個能量轉(zhuǎn)化裝置。電池在電解質(zhì)的作用下，持續(xù)向自身提供燃料及氧化劑，維持地輸出電能，如果供應(yīng)停止，則結(jié)束發(fā)電：能量轉(zhuǎn)換效率高；環(huán)境污染小且噪音低；設(shè)備可靠性高；占地少，選址靈活，且維護簡便。

3.4 微型燃氣輪機發(fā)電

微型燃氣輪機發(fā)電通過燃燒燃料產(chǎn)生的蒸汽使汽輪機旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生電能。這種發(fā)電形式所用設(shè)備輕巧靈便，發(fā)電效率高，環(huán)境污染小使用壽命長，運行維護簡單，因此陸海及軍工等多用這種方式進行發(fā)電。

4 含分布式電源的配電網(wǎng)規(guī)劃

4.1 含分布式電源的配電網(wǎng)規(guī)劃模型

4.1.1 目標函數(shù)

含DG的配電網(wǎng)規(guī)劃模型選用配網(wǎng)年總花費最小為目標函數(shù)，如下式所示：

minZcost=CDG+CL+CB-CS（1）

式中：Zcost為配網(wǎng)的年總花費；CDG為經(jīng)過折算的DG年建設(shè)與維護費用；CL為配電網(wǎng)的網(wǎng)損費用；CB為配電網(wǎng)的年購電費用；CS為配電網(wǎng)接入DG后的財政補貼費用。

后續(xù)對各目標分量計算模型的介紹中所涉及的均為折算到每年的情況，對此不再進行一一說明，具體模型如下：

（1）DG建設(shè)與維護費用：

CDG= （？墜·CDGi+Ceqi）·？姿i·SDGi+？墜·Cgi（2）

式中：n為DG接入數(shù)量；

CDGi為第i個DG所需投資費用（元/kW）；

？墜為DG固定投資平均費用系數(shù)，？墜= ；

r為年利率；

Ceqi為第i個DG每單位電量所需維護費（元/kW）；

SDGi為第i個DG的額定裝機容量（kVA）；

λi為第i個DG的功率因數(shù)；

Cgi為第i個DG的固定安裝費用（元/節(jié)點）。

（2）配電網(wǎng)的網(wǎng)損費用：

C = （Ce·？子max·？駐Pj）（3）

式中：m為支路數(shù)；Ce為單位電價（元/kWh）；τmax為最大負荷損耗小時數(shù)（h）；ΔPj為第j條支路的有功損耗（kW）。

（3）配電網(wǎng)購電費用：

CB=Ce（PW- i·SDGi）Tmax（4）

式中：PW為配電網(wǎng)總有功負荷（kW）；Tmax為最大負荷利用小時數(shù)（h）。

（4）配電網(wǎng)接入DG后的財政補貼費用：

CS=Cse· i·SDGi·Tmax（5）

式中：Cse為DG發(fā)電的單位電量財政補貼。

4.1.2 約束條件

（1）潮流方程約束：

PDGi-PLi=Ui Uk（Gi，kcos？啄i，k+Bi，ksin？啄i，k）QDGi-QLi=Ui Uk（Gi，ksin？啄i，k+Bi，kcos？啄i，k）（6）

式中：下標DG為DG注入節(jié)點，下標L為線路注入節(jié)點；Gi，k、Bi，k為支路ik上的電導(dǎo)和電納；δik為節(jié)點間相角差。

（2）節(jié)點電壓約束：

Uimin≤Ui≤Uimax（i=1，2，L，nn）（7）

式中：Uimin、Uimax分別為Ui的上下限；nn為配電網(wǎng)節(jié)點數(shù)。

（3）支路電流不等式約束：

Ij≤Jjmax（j=1，2，L，nl）（8）

式中：Ijmax為第j條支路上的電流上限；nl為配電網(wǎng)支路數(shù)。

（4）分布式電源總?cè)萘考s束：

S∑DG≤SL（9）

在公式（9）中，SΣDG為DG接入的總?cè)萘浚╧VA）；SL為允許DG接入的總?cè)萘可舷蓿╧VA）。DG可能會受到光照強度、風(fēng)速等波動的影響，而導(dǎo)致其輸出不穩(wěn)定，故必須對DG容量加以限制，以保證系統(tǒng)的電能質(zhì)量。

（5）各節(jié)點分布式電源容量約束：

SDGi≤Simax（10）

在公式（10）中，SDGi為節(jié)點i接入的DG容量（kVA）；Simax為節(jié)點i允許接入的DG容量最大值（kVA）。

該約束是由于分布式電源的啟、停不受控于調(diào)度部門。為防止某一DG啟、停對用戶用電的影響，所以必須對各個節(jié)點分布式電源容量進行約束。

4.2 求解算法

鑒于遺傳算法較好的全局尋優(yōu)能力，本文采用改進的自適應(yīng)遺傳算法對配電網(wǎng)中DG分布進行規(guī)劃。由于遺傳算法中的適應(yīng)函數(shù)具有非負性，故通常將所建模型的目標函數(shù)加以變換，形成最終的適應(yīng)函數(shù)。本文配電網(wǎng)規(guī)劃的目標函數(shù)為配電網(wǎng)年總花費達到最小，因此可選擇適應(yīng)函數(shù)為：

式中：x為規(guī)劃年；f（x）為配電網(wǎng)年總花費的實際值；Cmax為輸入值的最大值，本文取為目標函數(shù)f（x）到目前為止最大值的1.2倍。

為通過遺傳算法尋優(yōu)獲得DG接入配電網(wǎng)的節(jié)點位置和容量，建立變量C={c1，c2，L，cn}，其中編號1，2，…n表示配電網(wǎng)各變電站低壓側(cè)所對應(yīng)的所有負荷節(jié)點的匯流母線，c1，c2，L，cn的數(shù)值大小表示所在節(jié)點DG接入的容量值。以規(guī)劃年負荷預(yù)測結(jié)果中配電網(wǎng)新增負荷總?cè)萘看_定DG接入的最大容量，以隨機產(chǎn)生的變量C為初始值，對規(guī)劃模型中DG接入位置和容量進行辨識。

對遺傳算法求解過程做如下說明：

①初始群體生成時，需不斷對隨機產(chǎn)生的染色體（變量C）進行校驗和修正，使其滿足4.1節(jié)DG接入的約束條件，需在此過程中，需要剔除不符合要求的個體并重新隨機生成新的染色體。②文中遺傳算法的遺傳、交叉和變異均采用Matlab中遺傳算法ga函數(shù)的內(nèi)置算法進行，對此不作贅述。③終止條件包含兩點，其一是適應(yīng)度函數(shù)滿足收斂判據(jù)，其二是迭代次數(shù)達到上限。本文設(shè)置收斂判據(jù)ε=0.0001，種群數(shù)量為100，遺傳代數(shù)最大值為20。④本文首先采用遺傳算法尋優(yōu)，確定配電網(wǎng)中DG的分布。其次對確定好DG容量和位置后的配電網(wǎng)結(jié)合潮流計算進行網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的規(guī)劃，得到最終的配電網(wǎng)規(guī)劃結(jié)果。

5 結(jié) 語

綜上所述，本文主要對含分布式電源接入的配電網(wǎng)規(guī)劃措施進行了詳細探究，在具體的規(guī)劃過程中，首先需要建立含分布式電源的負荷預(yù)測模型，然后應(yīng)用遺傳算法，提供含分布式電源的配電網(wǎng)的規(guī)劃措施，提出切實可行的含分布式電源的負荷預(yù)測方案和配電網(wǎng)規(guī)劃方法。

參考文獻

[1]張 麗，徐玉琴，王增平，等.包含分布式電源的配電網(wǎng)無功優(yōu)化[J].電工技術(shù)學(xué)報，2011，26（3）：168～174.

[2]麻秀范，崔換君.改進遺傳算法在含分布式電源的配電網(wǎng)規(guī)劃中的應(yīng)用[J].電工技術(shù)學(xué)報，2011，26（3）：175～181.

[3]鐘 清，余南華，孫 聞，等.主動配電網(wǎng)分布式電源規(guī)劃及經(jīng)濟性分析[J].電力系統(tǒng)及其自動化學(xué)報，2014，26（11）：82～86.

收稿日期：2018-10-10

作者簡介：蔡 微（1975-），男，工程師，主要從事電網(wǎng)規(guī)劃、電網(wǎng)建設(shè)等工作。