計及光伏電源的配電網(wǎng)規(guī)劃研究

寧超，張峰，唐一柱，李曉萍，王玲，張宏明

（國網(wǎng)新疆電力有限公司昌吉供電公司，新疆 昌吉 831100）

1 光伏電源的配電網(wǎng)綜述

1.1 光伏發(fā)電的特點

光伏發(fā)電具有的優(yōu)勢是其他發(fā)電所不具備的，光伏發(fā)電具有許多優(yōu)勢，如發(fā)電安全，不產(chǎn)生其他的噪音以及環(huán)境污染，使用的清潔能源效率極大地幫助我們解決了能源不足的問題。并且由于光伏發(fā)電具有靈活性，可以根據(jù)不同地點不同面積建設(shè)不同的發(fā)電系統(tǒng)，使用光伏發(fā)電可以運用到各種情況下，這樣可以保證我們供電的靈活性。

1.2 光伏發(fā)電的原理

光伏發(fā)電主要就是將光能轉(zhuǎn)化為電能，這一流程主要是通過光生伏打效應(yīng)而實現(xiàn)的。其主要方式就是將太陽光照在光電二極管上，將光能轉(zhuǎn)化為電能。

主要分為以下幾個步驟：第一，太陽光照射。第二，入射光注入電池的半導(dǎo)體，激發(fā)電子空穴對。第三，電子空穴對進行分離，電子于空穴對集中在兩側(cè)，產(chǎn)生電場，產(chǎn)生電動勢。第四，收集電量。

1.3 光伏電源對配電網(wǎng)的影響

隨著社會的大幅度發(fā)展，對光伏發(fā)電技術(shù)的研究不斷突破，更多的光伏電源會接入傳統(tǒng)發(fā)配電網(wǎng)中，這樣原來的配電網(wǎng)必將受到以下影響。

（1）對系統(tǒng)潮流和網(wǎng)損的影響。在外面的配電網(wǎng)中，我們存在有功和無功兩種潮流傳輸，在原來傳統(tǒng)的配電網(wǎng)中，對電網(wǎng)的潮流方向的有變電流向用戶端。但是，當(dāng)接入用戶端的時候，潮流的流向就不夠穩(wěn)定，這就導(dǎo)致電壓不穩(wěn)定使得功率的穩(wěn)定性降低。在進行潮流分析的時候，假設(shè)Pik為有功功率，PPV為光伏電源，它們之間的關(guān)系如下。

①Pik＞PPV時，由配電網(wǎng)向負荷供電，提供的有效功率為兩功率之差。

②Pik=PPV時，光伏電源的有功等于負電荷的有功，此時，沒有功率的流動。

③Pik＜PPV時，由負荷向配電網(wǎng)供電，提供的效率同樣為兩功率之差。

由此可知，當(dāng)光伏電源接入配電網(wǎng)中，配電網(wǎng)的穩(wěn)定性發(fā)生改變，這就到導(dǎo)致當(dāng)要保護好配電網(wǎng)的安全時候就要確保配電網(wǎng)向電荷供電，即Pik＞PPV，要求配電網(wǎng)中縫合節(jié)點上接入的光伏電源的容量不可以超過節(jié)點負荷的大小。

（2）受到系統(tǒng)電壓的影響，光伏電源對配電網(wǎng)的電壓也具有較大的影響，可以改變電壓的分布、改變電壓的大小以及引起電壓的波動。在實際的配電網(wǎng)中，負荷的有功和無功之間的變化是不穩(wěn)定的，尤其是將光伏電源接入后，電壓之間的波動性就大大增強。當(dāng)然，我們可以通過改變光伏電源與負荷之間的功率的增減性來抑制波動性的增長。

（3）光伏電源對配電網(wǎng)建設(shè)的規(guī)劃也有著巨大的影響，在傳統(tǒng)的配電網(wǎng)中，預(yù)測負荷電壓以及運行等問題是必要的，我們要合理地估計配電網(wǎng)的各項數(shù)據(jù)，完成在降低成本的基礎(chǔ)上實現(xiàn)效率的穩(wěn)定。

2 光伏電源的規(guī)劃數(shù)學(xué)模型

含光伏電源的規(guī)劃模型主要分為兩類，第一類是確定型規(guī)劃模型，第二類是隨機性規(guī)劃模型。確定性規(guī)劃模型將光伏電源作為某種電源，然后放入傳統(tǒng)的常規(guī)電源中，這樣我們也已延續(xù)原本的配電網(wǎng)的數(shù)學(xué)模型，并在此基礎(chǔ)上不必進行大規(guī)模的改造就可以完成整體的模型規(guī)劃，而隨機性模型主要考慮接入光伏電源的配電網(wǎng)的不確定性。因為光伏電源會給原本的配電網(wǎng)造成電壓以及容量的變化，加大了每個節(jié)點的功率，改變了電流的流動方向，使用其本身具有較大的不確定性。

2.1 確定性規(guī)劃模型

確定性規(guī)劃模型在原本的基礎(chǔ)上進行適量的改造，在一定程度上是較為符合環(huán)保和經(jīng)濟效益最大化原則的，主要是使用確定性數(shù)學(xué)模型可以降低計劃成本，滿足系統(tǒng)電力平衡的約束，具有較大的調(diào)節(jié)頻率和功率變化的功能，降低了規(guī)劃模型的難度，較好地完成了在原來配電網(wǎng)中加入光伏電源。其目標(biāo)函數(shù)是：minC。約束條件主要包括電力系統(tǒng)的安全約束和可靠性約束，確定模型常常運用于多種分布式電源的規(guī)劃場景。

2.2 隨即規(guī)劃模型

隨即規(guī)劃模型主要運用于在接入光伏電源的不確定的情況下所完成的數(shù)學(xué)模型。光伏電源接入配電網(wǎng)中，給原本的配電網(wǎng)帶來出力不確定性以及間歇性和不可預(yù)測性，這時候采用的隨機模型就為體現(xiàn)這些問題帶來了方法。目標(biāo)函數(shù)的主要表達式是minE（x）。此約束條件與原來的確定性規(guī)劃模型的條件相同，也是考慮電力系統(tǒng)安全約束和可靠性約束。

2.3 含光伏電源的配電網(wǎng)擴展規(guī)劃的數(shù)學(xué)模型

光伏電源的接入為整個配電網(wǎng)的容量和電壓都帶來了改變，這就導(dǎo)致我們在考慮配電網(wǎng)的規(guī)劃時，考慮滿足負荷增加的同時，通過配電網(wǎng)內(nèi)部的線路改變調(diào)節(jié)光伏電源給配電網(wǎng)帶來的影響，以保證整個電路的安全性和可靠性，加大配電網(wǎng)的穩(wěn)定性。含光伏電源的配電網(wǎng)擴展規(guī)劃的數(shù)學(xué)模型相較其他模型來說，其復(fù)雜性和難度都大大提高，需要在完成配電網(wǎng)的擴展的同時將光伏電壓接入合適的地方以保證其安全性。所以含光伏電源的配電網(wǎng)擴展規(guī)劃需要合適光伏電源與合適的線路相結(jié)合，以達到整體合理安全的目的。

3 含光伏電源的配電網(wǎng)規(guī)劃算法和實現(xiàn)流程

3.1 粒子群算法

在光伏電源中，粒子群算法是較為智能的一種算法，其思想極易群體智能源于人工生命以及進化計算理論。接入光伏電源的配電網(wǎng)在標(biāo)準(zhǔn)粒子群算法的基礎(chǔ)上提出了采用改進的粒子群算法進行規(guī)模求解。這種算法將原本的算法進行優(yōu)化，完成調(diào)整算法使之達到最優(yōu)。粒子群算法相對算法來說，所調(diào)整的參數(shù)相對較少，較容易實現(xiàn)，這樣較為適合整體的全局搜素。使用粒子群算法對于工程領(lǐng)域的使用較為廣泛，可以使工程達到較為完美的狀態(tài)，且不會運行復(fù)雜。粒子群算法就是模擬動物的“群體智能”來達到優(yōu)化解決方法的作用。

3.2 光伏電源布點與容量規(guī)劃

（1）光伏電源編碼。算法中的編碼有著多種多樣的形式，本文主要以實數(shù)編碼來為例，實數(shù)編碼相較原本的二進制編碼有較為簡單和快速的優(yōu)點，實數(shù)編碼在實際的運用過程中規(guī)定將光伏電源在負荷節(jié)點上，并且每個節(jié)點只能連接一個光伏電源。假設(shè)X=（X1，X2，X3......Xn），X幾代表著節(jié)點接入光伏電源的容量。這就是編碼。

（2）規(guī)劃算法中配電網(wǎng)的潮流計算。前推回代潮流計算方法是對配電網(wǎng)潮流計算的主要方法，其實用于輻射型配電網(wǎng)的潮流計算，有其獨特的優(yōu)點即計算快，準(zhǔn)確度高，方法簡便。運行的主要步驟就是前推和回代。輻射型配電網(wǎng)主要是從母線到根節(jié)點都只存在唯一路徑。這樣可以通過不斷地更新修正配電網(wǎng)中的電壓以及節(jié)點的功率來計算配電網(wǎng)中的潮流。根據(jù)前文，由功率公式來計算不同地方的電壓，再求解網(wǎng)損，求出線路始端的功率，這就完成了回代的測量。不斷地重復(fù)測量，計算結(jié)果存在極限，即收斂的情況下，完成測量。

所使用的主要公式：

（3）算法參數(shù)以及流程。粒子群算法的主要優(yōu)點之一就是buoy那個太多的調(diào)節(jié)參數(shù)，再改進的粒子群算法求解光伏電壓布點和容量規(guī)劃的時候，需要的基本參數(shù)有，粒子群規(guī)模、慣性權(quán)重、學(xué)習(xí)因子以及粒子最大速度等數(shù)值。這些數(shù)據(jù)不斷地發(fā)生改變以達到最優(yōu)解，使得我們整體還有光伏電源的配電網(wǎng)有最優(yōu)的規(guī)劃。

布點以及容量規(guī)劃最主要的步驟就是：①輸入原始數(shù)據(jù)，完成上述輸入。②在搜索空間內(nèi)完成解的輸出。③找到各個粒子的極限，并將其記錄。④對測量出的粒子進行優(yōu)化調(diào)節(jié)以及更新。⑤比對最優(yōu)粒子關(guān)系。

4 結(jié)語

光伏電源只是我們采用的清潔能源發(fā)電的一種，隨著社會的不斷發(fā)展，用電量大大增加，電力資源的不斷開采是必然趨勢，現(xiàn)如今將光伏電源接入配電網(wǎng)只是一次試驗，往后將會有更多的發(fā)電方式接入配電網(wǎng)中，所以進行分布式電源分配的研究不可缺少。我們要不斷地研究電源與電源之間的關(guān)系，找到多者之間的聯(lián)系，這樣才可以更好地完成電源的綜合協(xié)調(diào)。今后接入配電網(wǎng)中的光伏電源將越來越多，我們要考慮好配電網(wǎng)的規(guī)劃，考慮其內(nèi)部的容量以及對配電網(wǎng)進行更好的優(yōu)化，實現(xiàn)新能源的不斷開采和使用，加強技術(shù)的核心競爭力，減小我國能源危機，優(yōu)化整體的電路結(jié)構(gòu)。