分布式电源并网优化规划研究

分布式电源并网优化规划研究

李晓峰1,蒋丽2

关键词：分布式电源；配电网；优化规划；

1引言

第二次工业革命以来，突飞猛进的电气技术使得电能成为了支撑和推动经济发展和社会进步的主要动力。近年来，随着国民经济的飞速发展，我国各行各业以及居民的用电需求迅速增长，导致原有的供配电网络不堪重负、故障频发，拉闹限电现象也屡见不鲜，严重影响供用电质量。很长一段时间以来，我国电力部门的规划、设计、投资主要集中在传统的大机组发电设施及高电压集中式供配电网络上。这种供电方式具有很好的规模经济效益，但也存在一些不可避免的问题。传统配电网可靠性差，任何一个节点的故障都有可能严重影响整个电网的安全运行，甚至导致大面积的停电和电网崩淸。近年来发生的一些大规模停电事故，例如印度大停电、中国湖南大停电、欧洲大停电以及美加大停电等，均证明传统配电网络是相当脆弱的。其次，传统电网对某些地区的供电支持不理想。对于一些过于偏远或自然条件过于恶劣的地方，远距离输配电设施的建设成本和建设难度变得很高，甚至根本无法建设。第三，传统的电力生产方式会对周边环境造成很多不利影响。特别是火电机组，在生产电力的同时造成的酸雨、温室效应等问题日渐凸显。数据显示，电力行业是我国大气污染物排放最多的行业，可吸入性颗粒物的排放量位居各行业的首位。

在这种背景下，与传统供配电方式相对应的分布式发电技术以小型化、分布式等独特优势得到了人们的重视。相比传统的电能生产方式，分布式发电是小型化的发电技术，能够充分利用各种分散存在的可再生能源。分布式发电技术是对

传统集中供配电方式的一个合理、有效的补充，在传统电网中加入分布式发电技术将能够有效节约电力系统的投资和运行成本、降低能耗、提高灵活性和可靠性，是电力系统最具前景的发展趋势之一。然而，分布式发电技术同样具有一些缺点和局限性。传统配电网是按单向潮流设计的，少量DG的接入不会对电网造成很大影响但随着渗透率的增加，配电网中将会产生较大的反向潮流，影响原有的继电保护，给电网的安全稳定运行带来很大影响。一些DG通过电力电子设备接入电网，会向电网中注入谐波，从而影响供电质量。若DG的安装位置不当，则不仅不会减小线路损耗，反而会导致线路损耗的增加。因此，如何找到配电网中的最优安装容量与安装位置是一个重要的课题，这也是文所要着力解决的问题。

2分布式发电技术及其对配电网的影响

2.1太阳能

太阳能光伏发电是指采用光伏电池板或阵列将太阳能直接转化为电能的一种发电方式。光伏发电系统具有小型化、运行成本低、安全可靠、无污染无噪声等优点，同时无需消耗燃料、不受地域限制、适合分散供电、易于与建筑物结合。这些特点使光伏发电系统成为居民用户及小规模商业用户在可再生能源利用上的首选。此外，光伏发电系统是在白天发电，这与每日负荷波动间有较强的相关性，具有很好的“削峰”作用。因此，光伏发电技术在世界范围内引起了研究和应用的热潮，在未来的电力市场上前景广阔。目前制约光伏发电技术进一步发展的因素主要是较高的设备及建设成本，同时光伏发电的效率也有待进一步提高。光伏发电系统的主要部件包括光伏电池板或阵列、控制单元、逆变器等。光伏发电的原理是光伏效应，当太阳光照射到由半导体材料制成的光伏电池板上时，就会产生电流。光伏电池的发电功率与光照强度和电池结温有关，其出力是不可控的，因而不可参与调度。当温度不变、光照强度变化时，最大功率与光照强度大致成正比；当光照强度不变、温度升高时，最大输出功率下降。

2.2风力发电

风力发电主要有离网和并网两种方式。离网方式多用于风能资源较为充足而电网很难到达的偏远地区，例如小岛、草原、高山等处，利用小型风力发电机将风能转化为电能存储在蓄电池中，再用逆变器转换成交流电向用户供电。另一种应用更为广泛的风电形式是大规模并网发电，这也是近年来风电发展的主要趋势。并网型风电设施一般由数台或数十台大容量风力发电机组成风电机群，称为风电场。这种风电形式在我国主要应用于风力资源丰富的东北、西北、华北地区。

风力发电的原理是通过天然风吹动风力机叶片转动从而带动发电机转子旋转而产生电能。因此，风力发电机的出力大小是不可控的，与当地风速大小间存在密切的关系，风力发电机可采用同步或异步发电机，其中异步发电机因其结构简单、成本低、可靠性高、坚固耐用、尺寸小、基本不需维护等优点成为实际应用中主要采用的设备。

3计及DG的配电网规划

3.1数学模型的建立

配电网规划是指在电网现状分析及未来负荷分布预测的基础上，在满足未来用户容量和电能质量的情况下，确定若干年后合理的目标网络结构。本文分别以年费用和网络损耗最小为目标函数，具体目标函数如下：

其中F1为投资年费用，包括配电网线路和DG年费用；F2为系统网络损耗；结合电力系统的要求和配电网实际运行的特点，提出如下约束：

（1）配电网正常运行情况下呈辐射状结构。

（2）线路电压Uimin≤Ui≤Uimax(i=1，2，……，n)，n为节点总数。

（3）容量约束：①对线路，Ii≤Iimax(i=1，2，……，N)，N为线路总数，Ii和Iimax分别为第i条支路的电流和允许通过电流的上限。②对DG，由于本文规划不考虑功率的逆向流动，DG出力受DG机组最大容量的限制，同时认为安装在负荷中心的DG只对该节点负荷供电，所以PDGj≤Pj；ΣPDGj≤Pmax；PDGj和Pj分别为第j个DG机组的装机容量和节点负荷；Pmax为系统允许接入DG的最大容量。

3.2算例求解

进行分式电源的选址、定容和网架规划。网架的初始结构如图2所示，虚线为待选线路，节点0为配电网变电站的节点，其余为负荷节点。假设网络中允许接入DG的节点为1~9，待选单个分布式电源的功率因数取0.9，单个分布式电源的接入容量为100kV·A的整数倍，负荷总量仅考虑新增负荷节点负荷总和，分布式电源在电网中最大的接入容量为新增负荷总量的15%。图3是以供电公司年建设费用最小和网络损耗最小为目标函数进行多目标优化的结果。

参考文献

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[2]分布式电源与配电网架多目标协调规划[J].吕涛,唐巍,丛鹏伟,薄博.电力系统自动化.2013(21)

[3]光伏发电系统技术综述[J].高习斌,李建宁.上海电气技术.2013(03)

[4]考虑电力系统生命力性能的舰船电网规划方法[J].冀欣,张晓锋,黄靖,叶志浩.中国电机工程学报.2013(19)