基于安全因素下的分布式電源多目標(biāo)規(guī)劃研究

季沈華，帥敏

（1.揚(yáng)州高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校機(jī)電工程系，江蘇揚(yáng)州，225003；2.國網(wǎng)江蘇省電力有限公司揚(yáng)州供電分公司，江蘇揚(yáng)州，225200）

0 引言

分布式電源可以直接安裝在用戶側(cè)，也可以獨(dú)立于公共電網(wǎng)為少量的用戶直接提供電能，另外分布式電源可以接入配電網(wǎng)絡(luò)，與公共電網(wǎng)共同為用戶提供發(fā)電。面臨著世界化石能源短缺以及環(huán)境急劇惡化的情形，世界各地政府都在大力倡導(dǎo)綠色經(jīng)濟(jì)發(fā)展。分布式發(fā)電技術(shù)與集中式發(fā)電方式向結(jié)合可以滿足能源可持續(xù)發(fā)展的基本需求，已經(jīng)成為電力行業(yè)研究的熱點(diǎn)話題。分布式電源的應(yīng)用已經(jīng)成為一種主導(dǎo)趨勢，但是在配電網(wǎng)中加入過多的分布式電源，勢必會(huì)對電網(wǎng)系統(tǒng)帶來一定影響，各種不確定因素會(huì)加大電力系統(tǒng)的復(fù)雜性。為了更好的保證配電網(wǎng)的穩(wěn)定性與安全性，合理的選擇分布式電源的安裝地點(diǎn)及容量顯得非常重要。

1 電壓穩(wěn)定性在電網(wǎng)安全運(yùn)行中的重要性

當(dāng)系統(tǒng)可以維持電壓保證負(fù)荷導(dǎo)納增大時(shí)，負(fù)荷所消耗的功率也會(huì)隨之增加。只要控制住電壓與功率，便可稱之為電壓穩(wěn)定。在大多數(shù)的重大電力事故中，由于電壓不穩(wěn)定或電壓崩潰所導(dǎo)致的系統(tǒng)癱瘓占據(jù)很大比例，電力事故會(huì)造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失及人員傷亡，所以，電壓的穩(wěn)定對配電網(wǎng)的安全運(yùn)行存在至關(guān)重要的作用。分布式電源的成功加入，給配電網(wǎng)中電壓的穩(wěn)定創(chuàng)造了條件，一旦配電網(wǎng)中電壓值較高，可以采用感性無功補(bǔ)償?shù)姆椒▉肀ＷC電壓值在不越限的情況下仍然處于較高位。分布式電源所接入的位置與容量都會(huì)對配電網(wǎng)電壓造成影響，一般情況下，系統(tǒng)的母線電壓幅值會(huì)隨著輸出功率的增加而提高，這種情況證明電壓是穩(wěn)定的。

2 分布式電源優(yōu)化配置評價(jià)指標(biāo)

■2.1 經(jīng)濟(jì)性評價(jià)指標(biāo)

分布式電源多目標(biāo)規(guī)劃研究中，經(jīng)濟(jì)性評價(jià)指標(biāo)是一項(xiàng)基礎(chǔ)指標(biāo)，隨著電力市場的不斷改革，如何衡量分布式電源開發(fā)商、電網(wǎng)公司以及用戶之間的經(jīng)濟(jì)效益已經(jīng)成為分布式電源接入的難題。制定合理的經(jīng)濟(jì)評價(jià)指標(biāo)能夠有效提升系統(tǒng)整體經(jīng)濟(jì)水平，優(yōu)化過程中，可以建立開發(fā)商與電網(wǎng)公司效益最大化的多目標(biāo)經(jīng)濟(jì)評估指標(biāo)，給相關(guān)決策人員提供依據(jù)。在配電網(wǎng)中加入分布式電源會(huì)對電網(wǎng)負(fù)荷產(chǎn)生影響，在負(fù)荷節(jié)點(diǎn)處加入分布式電源，注入功率會(huì)與原負(fù)荷直接抵消，進(jìn)而改變原有的負(fù)荷增長模式。所以，當(dāng)前分布式電源主要作為系統(tǒng)的備用電源運(yùn)行，在滿足新增負(fù)荷需求時(shí)，會(huì)改變原有配電網(wǎng)的潮流分布。在配電網(wǎng)規(guī)劃過程中一定要考慮設(shè)備的利用率，有效提高供電設(shè)施經(jīng)濟(jì)效益與安全性，避免經(jīng)濟(jì)上的浪費(fèi)。

■2.2 安全性評價(jià)指標(biāo)

一般情況下，分布式電源規(guī)劃會(huì)把分布式電源作為恒定力的常規(guī)電源結(jié)構(gòu)來處理，沒有重視間歇性波動(dòng)。為了使分布式電源規(guī)劃方案更加合理，需要建立分布式電源安全性的目標(biāo)函數(shù)，分析最佳配置方案，盡可能的改善重要負(fù)荷的供電安全性，將安全性評價(jià)指標(biāo)引入到分布式電源多目標(biāo)規(guī)劃中。

■2.3 環(huán)保性評價(jià)指標(biāo)

低碳環(huán)保理念能夠有效的促進(jìn)清潔無污染的分布式電源規(guī)劃的發(fā)展，將分布式電源污染氣體排放量指標(biāo)引入分布式電源優(yōu)化配置方案中，可以有效的緩解當(dāng)前環(huán)境壓力。

3 安全因素下分布式電源多目標(biāo)規(guī)劃

■3.1 潮流均衡度

電網(wǎng)的網(wǎng)損主要取決于潮流，當(dāng)分布式電源接入之后，系統(tǒng)潮流會(huì)又單向改為雙向，通過分布式電源的接入，可以有效的減少網(wǎng)絡(luò)損耗，同時(shí)對電壓的穩(wěn)定提供保障。一旦線路負(fù)載率之間的差異變大時(shí)，就以為著潮流竄動(dòng)比較明顯，這樣以來很容易造成連鎖型故障，為了安全起見，在分布式電源多目標(biāo)規(guī)劃過程中，需要將潮流均衡度作為一項(xiàng)安全因素指標(biāo)引入到規(guī)劃模型中。主要采用方差和潮流熵兩種方法對潮流均衡度進(jìn)行描述。

具體的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

在實(shí)際的計(jì)算過程中，饋線上的潮流會(huì)不斷的進(jìn)行變化，但是中低壓配網(wǎng)饋線上的負(fù)荷類型比較接近，變化規(guī)律也比較相似，所以可以通過負(fù)荷高峰值以及負(fù)荷高峰時(shí)段所對應(yīng)的分布式電源出力來對相應(yīng)的潮流均衡指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算，這個(gè)指標(biāo)能夠體現(xiàn)出潮流分布最不利的情況。以IEEE3節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)為例，在原有參數(shù)的基礎(chǔ)上，假設(shè)負(fù)荷的變化規(guī)律相同，計(jì)算出負(fù)荷在100%、80%、60%時(shí)的線路負(fù)載率，每個(gè)之路所對應(yīng)的負(fù)載率如圖1所示。

圖1

從圖中可以看出，負(fù)荷越大，負(fù)載率的差異也會(huì)相應(yīng)增大，對應(yīng)的潮流均衡度越差。

■3.2 確保電壓波動(dòng)影響最小提升配電網(wǎng)安全性

在外界環(huán)境的影響下，很容易對分布式電源的出力產(chǎn)生明顯的波動(dòng)，這樣一來便會(huì)使配電網(wǎng)中的電壓波動(dòng)加劇。針對這種情況，為了保證配電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)性與安全性，需要將電壓波動(dòng)影響最小引進(jìn)到分布式電源多目標(biāo)規(guī)劃當(dāng)中。

如果負(fù)荷和分布式電源的節(jié)點(diǎn)注入功率存在微小波動(dòng)，那么節(jié)點(diǎn)電壓需要滿足一下線性關(guān)系：

公式中，Δp和ΔQ分別代表節(jié)點(diǎn)注入的有功功率和無功功率向量，J為雅克比矩陣，矩陣的元素值由節(jié)點(diǎn)的電壓以及網(wǎng)架結(jié)構(gòu)來主導(dǎo)，ΔQ和ΔU分別表示節(jié)點(diǎn)的相角向量和電壓向量。在配電網(wǎng)中，分布式電源主要輸出有功功率，所以需要分析分布式電源有功波動(dòng)對電壓的影響，當(dāng)無功功率向量為0時(shí)，

式中，S代表電壓靈敏度矩陣，其中第i行第j列元素sij能夠表示出節(jié)點(diǎn)i的電壓對節(jié)點(diǎn)j的注入功率變化的靈敏度。當(dāng)分布式電源接入節(jié)點(diǎn)j時(shí)，矩陣的第j列元素會(huì)反應(yīng)配電網(wǎng)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)對分布式電源接入點(diǎn)功率波動(dòng)的靈敏度。靈敏度越大，分布式電源接入的容量就會(huì)越大，能夠證明節(jié)點(diǎn)電壓的波動(dòng)受到分布式電源功率波的影響越大，所以需要通過所示的優(yōu)化目標(biāo)來對功率波對分布式電源電壓波動(dòng)的影響進(jìn)行抑制。式中，d代表分布式電源對配電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)電壓波動(dòng)的影響程度。J代表分布式電源的接入節(jié)點(diǎn)，pDGj代表接入節(jié)點(diǎn)j的分布式電源有效功率。網(wǎng)架結(jié)構(gòu)確定之后，節(jié)點(diǎn)電壓會(huì)隨著節(jié)點(diǎn)注入功率的波動(dòng)而改變，由于矩陣的元素值時(shí)通過網(wǎng)架結(jié)構(gòu)來決定的，所以節(jié)點(diǎn)電壓變化所引起的矩陣元素值變化可以進(jìn)行忽略，直接通過高峰負(fù)荷值來矩陣電壓靈敏度以及電壓波動(dòng)指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算。

4 結(jié)束語

配電網(wǎng)的建設(shè)在成本、開展以及安全方面還存在比較顯著的問題，配電網(wǎng)分布式電源多目標(biāo)規(guī)劃的提出緩解了這些棘手問題。分布式電源主要包括光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、垃圾發(fā)電等，在配電網(wǎng)負(fù)荷中心處加入分布式電源可以有效的注入有功功率，改變配電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)性與安全性，有效降低網(wǎng)絡(luò)損耗，為用戶提供安全的供電環(huán)境。