浅谈分布式电源的配电网规划与优化运行

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摘要：近年来国家大力发展清洁能源，分布式电源规模快速增长。由于大量分布式电源接入城市配电网，给城市配电系统造成一定的影响。配电网在建设过程中，需要综合考虑到分布式电源接入情况，从而合理规划配电网，确保配电网系统的安全性和可靠性。本文简单概述了分布式电源以及分布式电源对配电网规划的影响，并在此基础上采用计算机仿真得出，邻域搜索算法在优化分布式电源配电网效果明显。

Abstract： In recent years， the country has vigorously developed clean energy， and the scale of distributed power sources has grown rapidly. Because large number of distributed power sources are connected to the urban distribution network， it has a certain impact on the urban power distribution system. In the construction process of the distribution network， it is necessary to comprehensively consider the distributed power supply access situation， so as to rationally plan the distribution network and ensure the safety and reliability of the distribution network system. This paper briefly summarizes the distributed power supply and its impact on distribution network planning. Based on this， computer simulation shows that the neighborhood search algorithm is effective in optimizing distributed power distribution network.

關键词：分布式电源;配电网固化;优化运行

Key words： distributed power supply;distribution network curing;optimized operation

中图分类号：TM715;TM732                           文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2019）11-0173-03

1  分布式电源

分布式电源指功率为数千瓦到50MW小型模块式的独立电源，这些电源一般是电力部门、电力用户以及第三方，为了满足高峰期城市居民、商业区居民用电需求，在用户现场或者靠近用户现场安装比较小的发电机组，满足用户用电需求，同时支持现有配电网的运行要求。这种较小的发电机组有燃料电池、小型光伏发电、小型燃气轮机、燃气轮机和燃料电池混合装置。与传统的电源相比，分布式电源可以根据用户实际需求进行建设，降低电网建设的成本。分布式电源各个机组相互独立，可以根据电力用户的实际情况进行调节，一旦发生电力故障，只针对故障发电机组，不会影响到其他发电机组，因此电网运行安全性、可靠性高。其次，分布式电源可以弥补集中式发电的缺陷，为电力用户提供不间断供电。分布式电源的损耗比较低，它不需要建设配电站，避免配电网线路较长，增加线损率。

2  分布式电源对配电网规划的影响

2.1 配电网规划更加复杂

分布式电源对配电网规划的负荷预测、目标等方面造成一定的影响。对电力负荷预测负荷的影响：分布式电源可以满足部分偏远地区或者商业区用户需求，减少用户从配电网主网中的获电量，从而抵消电网负荷的增长。配电网的电力负荷预测是根据配电网的增长量，如果分布式电源抵消了配电网负荷的增长，则降低了配电网的预测准确性和可靠性;分布式电源对配电网规划目标的影响主要体现在传统的配电网主要考虑配电网建设投资和运营费用，分布式电源不仅要考虑到分布式电源的投资、运行费用、配电网的投资以及运行费用，如果配电网规划中考虑到分布式电源，则要考虑到配电网对分布式电源的容纳能力。由于分布式电源的分布不规律，负荷增长具有很大的随机性，增加了电网规划的难度;分布式电源影响到配电网规划的约束条件。配电网规划不仅要满足电力增长负荷要求，而且还要考虑到分布式电源功率需求，配电网的电源电压和分布式电源位置要相互协调，从而发挥分布式电源的优势;分布式电源对配电网规划策略影响。近年来，由于国家大力支持分布式能源的发展，导致大量的社会资金涌入到分布式电源行业，促进了我国分布式电源行业的发展。同时，导致分布式电源投资主体日益多元化，分布式电源计费和配电网的计费方式不同，在运营方面两者存在竞争关系，不同的利益主体则规划方案也不同。

2.2 配电网运行模式的变化

配电网主要有架空线路、电力电缆、变压器、隔离开关、无功补偿装置等设备构成，配电网运行过程中受到电压、线路潮流、线路损耗等方面的影响，会产生的一定的线损率。分布式电源并入到配电网系统中，配电网的结构和运行方式发生了变化，分布式电源和配电网主电源存在一定的差异，在分布式电源规划设计的时候，需要综合考虑到负荷曲线;所以分布式电源配电网采用双层规划，按照成本最低的原则，建立配电网负荷电源和分布式电源的运行时间、负荷曲线，从而计算机桩装机容量，这是第一层规划。然后将最低建设成本作为目标函数，确定分布式电源的配置和配电网的网络架构，这是第二层规划。双层规划是一种二层递阶结构，根据目标函数和约束条件进行上、下层决策，上层先给出一个决策变量，下层各个子系统根据这个决策变量作为参量，然后根据目标函数和约束条件，在一个可能的范围计算出最佳结果，然后将这个最佳结果反馈给最上层，在这个基础上求得最佳值。

3  分布式电源的配电网优化运行

3.1 随机模型的建立

随机模型是根据随机变量建立的模型，它具有不确定性和概率性。分布式电源具有不确定性和概率性，根据分布式电源建立模式模型。光伏发电的有效输出功率和太阳光线强度关系可以得出以下公式：

其中公式中的p表示光伏发电机的有效输出功率;r表示太阳光线的照度，用W/m2表示;？浊表示第i块光伏垫板照度最大时的光电转换效率;Ai表示第i块光伏电池板的面积。根据太阳照射强度，发现太阳照射强度似Beta分布。目前我国大部分光伏发电机使用的都是异步感应发电机，发电机的有效功率和风速关系计算公式如下：

3.2 随机潮流计算

传统潮流计算时所有的定量都是确定的，所以计算结果比较准确，但是分布式电源具有不确定性，电网在规划设计过程中，需要预测十年甚至几十年以后的电源和电网的发展，因此预测时需要考虑到人口、经济水平、分布式发电技术等各个方面的因素，这种预测结果具有不确定，存在偶然因素所以导致实际预测和规划预测数据不准确。随机潮流是一类只考虑随机变量的特殊潮流问题。将随机潮流模型引入到分布式电源配电网规划中，考虑到随机输出的风能和太阳能负荷的不确定性，需要通过随机潮流线性计算随机潮流，然后获取变量概率函数，线性潮流计算公式如下：

其中公式中的△X由变量v和变量？兹构成;△W是由变量p和变量Q构成;J0表示收敛点矩阵;S0表示敏感度矩阵。

3.3 分布式电源配电网运行优化

Neighorhood Search算法又被称为邻域搜索算法，它是从一個或者一组初始数值中，通过邻域函数生成解领域，然后在邻域中搜索出更优解替换当前解，并通过不断迭代过程最早最佳答案。邻域搜索算法最关键的环节就是如何选择领域结果。由于配电网是闭环结构，开环运行，闭环指配电网有多条线路向用户供电，任何一条线路出现障碍，不影响其他线路的正常运行。开环运行可以避免多个电源向故障线路释放电源，从而防止故障电流流向其他线路，任何联络开关组可以构成任何回路，断开环状线路，则线路变成了辐射状。因此，通过联络开关可以让配电网构成任意网络结构。配电网的回路是由一个联络开关和多个相应的线路段构成，可称为基本环路。线路处于闭环状态下，则配电网呈开环运行，基本环路数和联络开关数量相同。邻域搜索算法可以根据配电网的环路特征进行搜索，寻找最优解。邻域搜索算法是在上网络遍历上进行搜索，每一次遍历搜索结束以后，可以不断迭代，从而提高搜索效率，适合分布式电源配电网的运行优化。邻域搜索算法搜索的具体步骤如下：第一步，初始化结构，形成矩阵和目标函数值;第二步将配电联络开关序号nopen保存在数列Aopen上，并将配电网联络开关序号nclosed保存在数列Aclosed上;第三步开始遍历，i=1，Scandid=0，然后在Aopen序列上找到联络开关Ti，并将其关闭构成电路。根据Ti联络开关特点，将环路分段的开关好存储在数组L上，联络开关数值Ni。在Ni环路中选择第一个分段开关Sj并闭合开关，计算出目标函数并将其保存，如果目标函数是最优值则将其存入Scandid，然后检查遍历中数组L的分段开关是否存在遗漏现象，如果有分段开关遗漏，则需要确定遗漏分段开关的目标函数。最后读取Scandid和Ti，变换Aopen和Aclosed的分段和联络开关数据，确定i的数值是否小于连接开关的数量，如果小于连接开关数量，则再次读取Ti上的数据，按照上述步骤操作。第四步确定上述遍历是否完成，如果没有完成则继续执行上述步骤。

3.4 计算机仿真

通过IEEE33节点配单系统对上述邻域搜索算法的结果进行仿真，给配电系统一共设置了33个节点，其中有33个节点与光伏发电机连接，14个节点连接异步风力发电机。图1为节点分布图。

配电网的有功功率为3.715MW，无功负荷为2300MW。该仿真系统模仿某城市配电网24小时实时负载预测数据。24小时电力负荷测量数据如表1。

其中风力发电机的额定输出功率为400kW，额定风速为11m/s，切入风速为3m/s，切出风速为25m/s，该数据模拟东部沿海地区的风速情况，表2为24小时实际风速。

其中光伏发电机的额定功率为400MW，太阳光强度呈Beta分布，每一个区域的平均跨度为0.8w/m2，平均偏差值为20%，其中？琢=0.383，？茁=0.255。如果对配电网的有功和无功预测误差为正态值，根据最大值和最小值计算机平均值和平均偏差。24小时光照强度如表3统计。

此次仿真试验，选择8节点、15节点、32节点作为测试节点，并将其分布在配电网末端，其中15节点和32节点与分布式电源接入位置接近，图2-图7为8节点、15节点、32节点电压概率分布情况。

从上述图表可以看出，当分布式电源接入配电网时，提高了配电网电压越限概率，对分布式电源的配电网进行优化，配电网电压越限概率显著改善。

4  结束语

综上，不同算法的优化结果不同，对网络拓扑结果某些分支影响比较大，因此在优化过程中需要检测分支情况。根据算法对比数据（表4），发现邻域搜索算法和粒子优化算法的适应性一致，且邻域搜索算法优于PSO算法和GA算法，因此邻域搜索算法适合优化配电网运行结果。

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