含分布式电源的配电网规划与优化运行研究

含分布式电源的配电网规划与优化运行研究

吴腾

中国电建集团海南电力设计研究院有限公司 海南省海口市 570100

摘要：对电力系统进行科学合理的规划是保证电力系统实现安全稳定运行和经济效益的前提条件。而分布式的发电可以为用户提供更加环保和便捷的能源。本文将对含分布式电源的配电网的规划和优化运行的研究情况加以介绍。

关键词：分布式；电源；规划；优化

传统电力系统的集中式发电以及远距离输送电力方式存在着相当多的弊端，分布式的电源开始越来越广泛的接入配电网。目前在对含有分布式电源的新型配电网的规划和优化运行上的研究相继取得了一些成果，但是还仍然需要进一步的完善。

一、含分布式电源配电网的规划

当今的分布式电源主要是指用液体或气体燃料的内燃机、微型燃气轮机、各种工程用的燃料电池、太阳能电站、风电机组组成的微网，具有良好的环保性能。对于配电网的规划，首先要结合分布式电源的特点，全面分析其对于周边地区在环保上的影响以及经济效益，在此基础上再开展相关的规划设计。分布式电源与电网结合后，在进行规划时要对城市的负荷进行准确的预测，同时还要了解负荷的具体分布情况。

（一）分布式电源给配电网的规划带来的影响

分布式电源出现后对配电网的规划造成了巨大的影响，电网的规划人员在对规划方案进行设计和选择时必须考虑到分布式电源的重要影响。

1、规划、负荷预测以及运行上的不确定性增加

由于有大量用户安装分布式电源提供电能，造成规划人员无法准确的预测负荷增长的具体情况，影响了规划工作。

2、更难形成最优规划方案

分布式电源使得规划的动态属性加大，大量出现的发电节点使得在配电网络中找到最佳网络布置的方案变得十分困难。

3、对配电网的规划需要转变传统思想

大量分布式电源接入配电网络中运行后，对传统的配电网络结构发生重大影响，因此要对既有配电系统进行改造，转变管理观念，对电网主动进行有效管理。

4分布式电源的应用影响配电网的规划决策

分布式发电机在发电时所利用的能源各不相同，在规划时要对不同的电源类型进行协调和利用，合理确定电源结构。

（二）分布式电源在布点上的规划研究

分布式的电源在并网运行后，电力系统在负荷预测、配电网规划以及运行上不确定性因素大大增加。分布式的电源的优势在于可以有效减少电能的损耗并减少或推迟电网升级所亟需的资金投入，但在规划时必须合理安排分布式电源的位置及规模。

1. 在孤立系统内对多种再生能源电源进行规划时，要保证负荷供电的可靠性和连续性。

2. 对于风力发电的不确定性在规划时可以综合运用遗传和决策算法，为分布式电源进行定容和选址。

3. 当分布式电源的总容量以及确定，但电源个数和单个电源的容量以及位置无法确定的情况下，可以应用遗传算法进行规划设计。

4. 放射性的链式配网并入分布式电源时，为实现稳态电压，要严格按照科学理论规划分布式电压的接入位置以及注入容量。

5、规划时应以最小的电网损耗为方案目标，采用粒子群算法确定分布式电压的选址以及定容。

总体来说，对分布式电源的布点规划要根据电网的不同负荷情况，综合运用多种算法，进行科学规划。

（三）含有分布式电源配电网的扩展规划的研究

在配电网的规划中出现大量分布式的电源时，随机性的变化也随之增加，也加大了规划方案的复杂性，因此要用新的方式进行规划：

1. 由于负荷增长促使系统要进行增容的时候，规划人员要充分考虑各种限制条件，综合传统增容和安装分布式电源这两种方法，进行优化组合，有效降低成本，选出最佳方案。

2. 在配电网的规划中，可以对升级电网、建变电所和安装分布式电源的经济性进行比较后，综合运用各种方式来进行增容，并提高电力系统的可靠性。

3. 根据增容的具体需要，综合运用多种算法对规划方案的经济性和环保性进行评估。

4. 规划时应以实现配电网更小的损耗、最小的运行成本和最大容量为规划目标，运行相关算法，建立优化模型，并形成最佳方案。

3. 算例分析

1、布点规划

选取6千伏低压配网35节点作为算例，采用遗传算法，各具体参数为：群体M为60；变异概率分别为0.1和0.001；交叉概率分别为0.9和0.4，收敛判据为0.0001。其余参数W=5，Nc=50，最优保存2，惩罚系数为100，单位电价0.5元每千瓦时，小时数3000。在引入分布式电源后，有功和无功注入以及有功和无功损耗网损分别降低了1.0002，0.439，0.129和0.389。而且由于分布式的电源对配网潮流以及线路的负载能力的影响，系统的网损共下降约25%。

2、扩展规划

算例参数M为20，Pm为0.2，Pc为0.8，迭代次数10.其余参数与布点规划算例相同。同时新增的节点数14个，且均可以接分布式的电源。引入分布式电源后，有功和无功注入及有功和无功损耗均分别有所下降，下降值为：2.475，2.358，0.675和1.456，网损明显降低。

二、含有分布式电源的配电网的优化运行研究

含有分布式电源的配电网的优化运行在传统的均衡负荷、减少网损，提高电压的质量的优化目标的基础上，还要采取相关措施实现节能和环保的目标，在此目标下对分布式电源进行优化组合以及分配经济负荷。

1. 对配电进行重构优化所应用的主要算法

对连续多次配电网的潮流进行快速高效的计算是配电网优化研究中的主要方向：

1. 粒子算法

这种算法是机遇群体智能进行演化计算的技术，其原理比较简单，容易实现，并且收敛速度快，在优化中进行应用时具有鲁棒性好以及并行处理的优点。

2. 遗传算法

这种算法用数据变换对自然选择以及自然遗传进行模拟，在操作时应用适者生存的原理进行选择，可以得出最佳的优化方案。

3. 网络算法

这种算法基于分布式的计算策略构建相应的数学模型，通过对其内部节点间的关系进行调整，实现对信息的处理。这种算法所需的运算时间比较少，更适合在大型的配电网的优化中使用，可以有效减少网损。

4. 模拟退火算法

这种算法在初始状态时先进行大范围的搜索，然后逐渐减小搜索范围，进行惊喜搜索，从而得出最佳优化方案。如果与遗传算法相结合，还可以进一步减少运算时间。

5. 支路交换算法

这种算法可以推导出对重构前后的网损变化情况进行估算的公式。在重构前应用这一公式可以排除无效的重构方案，减少了运算所需的时间。

（二）配电网的无功优化

配电网的无功优化是降低损耗，节约能源的重要措施，可以通过投切电容器或调节变压器的分接头的手段对配电网进行有效控制。

1、通过预先确定动作的时间量，可以调节电容器投切或变压器的分接头，对无功进行动态优化。

2. 应用模拟退火算法，预测短期负荷和变化的趋势，对配电网进行分时段的优化控制，并建立无功优化的模型以及算法。

3. 在配电网中安装静止补偿器，减少分布式电源对无功优化所造成的影响。

3. 配网重构的优化运行算例

算例采用IEEE-33节点的改进型进行配网的重构优惠。在水轮机单独加入时，电压变化不明显。当水轮机进行少量的无功输出或适量有功输出时，配网的网损比接入前有所降低。当加入风机后，网损降低值为29.5%。在加入唯心的燃气轮机后，网损进一步降低了29.6%。在配电网加入多种分布式的电源后，经过配网的重构优化，网损下降了约37.2%，同时可调度分布式电源出力更是提高了将近172.8%。

总结：

新型的配电网含有分布式的电源和需求侧的电力资源，这对电力系统的规划和优化运行提出了新的要求，目前虽然对于配电网的规划和优化运行进行了大量广泛的研究并取得了很多研究成果，但是还需要广大研究人员和技术人员共同合作，继续深入研究这一新的发展方向。

参考文献：

[1]麻秀范. 含分布式电源的配电网规划与优化运行研究[D].华北电力大学,2013.

[2]尚瑨. 含分布式电源的配电网保护与优化运行研究[D].上海交通大学,2015.

[3]杨沅汶. 含分布式电源的配电网优化规划研究[D].湖南大学,2014.

[4]张涛. 计及风险效能成本的含分布式电源配电网规划方法研究[D].华北电力大学,2015.