分布式電源在農(nóng)村電網(wǎng)規(guī)劃中的應(yīng)用

（國網(wǎng)河南省電力公司蘭考縣供電公司，河南省蘭考市，457300） 馬浩博 王 鵬 劉 慧 張昊迪 劉洋天

1 農(nóng)村用電負荷的發(fā)展特點

近年來，農(nóng)村用電量逐年上升，特別是農(nóng)村的經(jīng)濟發(fā)展速度加快，居民生活水平提高，同時農(nóng)村家用電器的普及也大大提高了對電力的需求。與城市相比，農(nóng)村用電量增長緩慢。這主要是因為我國人口眾多，而用電量有限[1]。此外，我國地域遼闊，地形復(fù)雜多樣，加之農(nóng)村經(jīng)濟發(fā)展水平的差異較大，由于地區(qū)差異、季節(jié)性因素等因素影響，部分地區(qū)用電負荷呈現(xiàn)波動性變化。因此，在農(nóng)村電網(wǎng)規(guī)劃中應(yīng)用分布式電源來解決電網(wǎng)負荷不平衡問題具有重要意義。

2 分布式電源在農(nóng)村地區(qū)的優(yōu)勢

在農(nóng)村地區(qū)，用戶對電力的需求不高，但對供電質(zhì)量有一定的要求。因此，可再生能源發(fā)電是目前最具潛力的農(nóng)村電力發(fā)展方向。然而，由于農(nóng)村電網(wǎng)的建設(shè)和運營相對較弱，因此必須采取一定的措施來提高電力供應(yīng)質(zhì)量。在這種情況下，分布式電源是一個很好的選擇。與集中式電源相比，分布式電源具有許多優(yōu)勢[2]。①分布式電源是分散的和靈活的，可以根據(jù)用戶的需要安裝和配置，因此它具有更好的靈活性；②分布式電源具有更高的可靠性和安全性。如果分布式電源發(fā)生故障，將不會影響其他用戶供電；③分布式電源安裝在農(nóng)村地區(qū)，不會占用大量土地資源；④分布式電源可以在一定程度上減少電網(wǎng)投資和降低電能損耗。

3 農(nóng)村電網(wǎng)分布式電源優(yōu)化配置與規(guī)劃的原則

3.1 全壽命周期成本最優(yōu)

全壽命周期成本最優(yōu)原則是在考慮了運行成本、維護成本、投資成本和全壽命周期成本最優(yōu)等因素的基礎(chǔ)上，以投資收益比最大為目標函數(shù)來進行優(yōu)化配置與規(guī)劃。重點考慮投資收益比最大這一目標函數(shù)，對其他方面考慮較少。

3.2 經(jīng)濟性最優(yōu)原則

經(jīng)濟性最優(yōu)原則是將系統(tǒng)運行總成本最小作為目標函數(shù)來進行優(yōu)化配置與規(guī)劃，僅考慮了投資收益比最大這一目標函數(shù)。

3.3 可靠性與電壓穩(wěn)定性約束原則

可靠性與電壓穩(wěn)定性約束原則是指在農(nóng)村電網(wǎng)規(guī)劃過程中需要考慮系統(tǒng)可靠性與電壓穩(wěn)定性約束，將可靠性和電壓穩(wěn)定約束作為目標函數(shù)來進行優(yōu)化配置與規(guī)劃。在兼顧系統(tǒng)經(jīng)濟性的同時，還兼顧了可靠性與電壓穩(wěn)定性要求，綜合考慮系統(tǒng)可靠性和電壓穩(wěn)定約束，將系統(tǒng)運行總成本作為目標函數(shù)來進行優(yōu)化配置與規(guī)劃。

4 農(nóng)村電網(wǎng)分布式電源優(yōu)化配置與規(guī)劃方法

4.1 隨機優(yōu)化方法

隨機優(yōu)化方法是一種經(jīng)典的分布式電源配置與規(guī)劃方法。該方法考慮了系統(tǒng)中的各種運行約束，并使用粒子群算法進行求解。該方法主要是通過模擬不同場景來生成一些候選電源方案，并通過模擬一些可能的運行工況來優(yōu)化各個方案。目前，該方法已經(jīng)在美國和歐洲得到廣泛應(yīng)用，但在發(fā)展中國家，由于技術(shù)和政策等原因，應(yīng)用還不成熟。

4.2 多目標優(yōu)化

多目標優(yōu)化是一種在傳統(tǒng)電網(wǎng)中應(yīng)用比較廣泛的優(yōu)化方法。該方法在考慮分布式電源接入后對電網(wǎng)電壓、網(wǎng)損、電壓穩(wěn)定以及節(jié)點功率平衡等多個目標函數(shù)的影響時，用多種遺傳算法進行求解。該方法可以將多目標問題分解成單目標問題來求解，從而可以減少計算時間，提高算法效率。

4.3 隨機生成規(guī)劃

該方法基于生成式對抗網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，用隨機生成模型來模擬發(fā)電機、負荷、網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)等。通過將隨機生成模型轉(zhuǎn)化為確定性優(yōu)化模型來求解，可以減少計算時間和提高計算效率。

4.4 自適應(yīng)規(guī)劃

自適應(yīng)規(guī)劃是一種多目標優(yōu)化方法。該方法將各種運行約束和目標函數(shù)作為一個整體來進行處理，而不是將其分解成幾個單獨的目標函數(shù)。在該方法中，采用自適應(yīng)遺傳算法求解多目標優(yōu)化問題，并將獲得的最優(yōu)方案作為分布式電源配置與規(guī)劃的結(jié)果。

5 分布式電源并網(wǎng)運行對農(nóng)村電網(wǎng)的影響

5.1 改變電網(wǎng)運行方式

電網(wǎng)運行方式的改變，會導(dǎo)致電壓波動和閃變增加，甚至會出現(xiàn)電壓崩潰。分布式電源出力具有不確定性，當負荷發(fā)生變化時，分布式電源出力也會隨之改變，從而引起電壓波動和閃變增加。

5.2 負荷、電流、電壓發(fā)生變化

分布式電源的接入，使電網(wǎng)中負荷的分布發(fā)生改變，導(dǎo)致部分負荷不能得到有效供應(yīng)。此外，分布式電源還可能造成短路電流增大等問題。分布式電源接入電網(wǎng)后，會產(chǎn)生諧波電流和電壓降落。當分布式電源容量較小時，這種影響較??；而當分布式電源容量較大時，將對電網(wǎng)的電能質(zhì)量產(chǎn)生影響。

5.3 改變與電網(wǎng)的電氣連接方式和潮流分布

當分布式電源接入電網(wǎng)后，將改變其與電網(wǎng)的電氣連接方式和潮流分布。分布式電源通常以并網(wǎng)點為中心呈放射狀分布于配電系統(tǒng)的各個區(qū)域。因此，分布式電源并網(wǎng)后會引起網(wǎng)絡(luò)中的潮流分布發(fā)生變化；對于潮流分布變化較大的區(qū)域，必須增加電網(wǎng)中的斷路器和自動裝置以調(diào)整潮流分布。

6 農(nóng)村電網(wǎng)規(guī)劃中考慮分布式電源的接入

6.1 對農(nóng)村電網(wǎng)運行和供電質(zhì)量的影響

分布式電源接入后對電壓水平的影響，主要體現(xiàn)在電網(wǎng)的網(wǎng)損、電壓波動及諧波污染等方面。根據(jù)農(nóng)村電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)，分析分布式電源接入后對農(nóng)村電網(wǎng)的影響，評估分布式電源對農(nóng)村電網(wǎng)運行及供電質(zhì)量的影響，從而確定分布式電源的容量。

6.2 負荷特性及負荷變化的影響

在農(nóng)村電網(wǎng)規(guī)劃過程中，應(yīng)充分考慮負荷特性及負荷變化的影響，通過對歷史數(shù)據(jù)的分析，預(yù)測未來一段時間內(nèi)的負荷變化情況，進而分析對電網(wǎng)規(guī)劃及運行帶來的影響。通過合理規(guī)劃，使電網(wǎng)具備較好的潮流分布，滿足分布式電源接入后的運行和供電質(zhì)量要求[3]。

6.3 對電網(wǎng)運行管理和安全性的影響

在農(nóng)村電網(wǎng)規(guī)劃過程中，應(yīng)充分考慮分布式電源接入后對分布式電源控制和管理策略等方面造成的影響。包括分布式電源容量配置、接入位置以及與電網(wǎng)運行方式配合等方面。在農(nóng)村電網(wǎng)規(guī)劃過程中，應(yīng)充分考慮分布式電源與電網(wǎng)的協(xié)調(diào)控制，以及分布式電源運行特性對電網(wǎng)安全可靠運行的影響。

7 結(jié)語

綜上所述，隨著農(nóng)村地區(qū)用電量的不斷增長，分布式電源在農(nóng)村電網(wǎng)規(guī)劃中的應(yīng)用也越來越重要，其分布式電源并網(wǎng)運行的研究將成為農(nóng)村電網(wǎng)發(fā)展的新趨勢。未來的農(nóng)村電網(wǎng)規(guī)劃中，分布式電源將會以更多、更靈活、更有適應(yīng)性的形式接入配網(wǎng)，可以緩解電能質(zhì)量問題，降低網(wǎng)損，提高供電可靠性。