考慮時(shí)序特性的配電網(wǎng)分布式電源優(yōu)化配置分析

徐 念

（長(zhǎng)沙市湘行交通新能源有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410000）

0 引 言

分布式電源具有節(jié)能減排和清潔環(huán)保的特征，是我國(guó)智能電網(wǎng)的重要構(gòu)成之一。我國(guó)十三五發(fā)展規(guī)劃中提出有效發(fā)展分布式電源，于是在傳統(tǒng)配電網(wǎng)中有效發(fā)展了分布式電源和光伏電源，建立了DG體系。具有較強(qiáng)靈活性與環(huán)保性的同時(shí)，配電網(wǎng)分布式電源的使用與優(yōu)化過(guò)程中受到系統(tǒng)負(fù)荷功率的時(shí)序性波動(dòng)和隨機(jī)性因素的影響。

1 構(gòu)建DG時(shí)序模型

DG常見的類型包括OPV和DWG兩種形式。當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件以及所處的地理位置共同影響了DG的出力特性。OPV和DWG受到影響的因素具有一定的差異性。當(dāng)?shù)毓庹諒?qiáng)度主要對(duì)OPV影響較大，而DWG出力大小的影響因素主要為當(dāng)?shù)仫L(fēng)速。隨著季節(jié)的變化，當(dāng)?shù)毓庹諒?qiáng)度和風(fēng)速往往表現(xiàn)出不同的特性。DG運(yùn)行過(guò)程中受到地理位置和氣候條件的影響，主要包括光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電以及儲(chǔ)能發(fā)電等形式。本次在時(shí)序特性研究過(guò)程中選擇某一特定地區(qū)分析當(dāng)?shù)氐臍庀筚Y料，得出風(fēng)機(jī)與光伏發(fā)電的時(shí)序性特征。

夏季光伏發(fā)電出力較大，春季與冬季風(fēng)電出力最大，可見光伏發(fā)電與風(fēng)電在運(yùn)用上具有一定的互補(bǔ)性[1]。目前，我國(guó)電能使用主要包括農(nóng)業(yè)用電、工業(yè)用電、第三產(chǎn)業(yè)用電以及市政生活等幾類。工業(yè)用電、市政用電以及第三產(chǎn)業(yè)用電呈現(xiàn)出不同的使用特征。其中，第三產(chǎn)業(yè)用電最集中的時(shí)序在07:00-20:00；市政用電使用最高峰值在16:00-20:00；工業(yè)用電一般采用三班倒的作業(yè)方式，基本全天均在用電，整體負(fù)荷波動(dòng)不大。

2 考慮時(shí)序特性的配電網(wǎng)分布式電源優(yōu)化配置分析

2.1 建立電力網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)運(yùn)行中不同節(jié)點(diǎn)和不同時(shí)段的重要性程度表現(xiàn)出一定的差異性。與其他節(jié)點(diǎn)的電壓相比，配電網(wǎng)中末端節(jié)點(diǎn)電壓質(zhì)量一般相對(duì)較高，在用電高峰與用電低峰之間存在一定的差異。一般用電高峰時(shí)段電壓較低，而在用電的低峰時(shí)段電壓則較高。因此，在電力網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的建立過(guò)程中，要求能夠有效改善負(fù)荷高峰時(shí)段的電壓質(zhì)量。DG的建立與使用在系統(tǒng)電壓分布層面具有顯著的改善效果，減少系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中電壓偏移現(xiàn)象的產(chǎn)生，并縮短電壓偏移的范圍。DG在系統(tǒng)電壓的改善層面，可以運(yùn)用電壓改善期望值表示。

研究中針對(duì)目標(biāo)地建立了包含13條支路與14個(gè)節(jié)點(diǎn)的電力網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，見圖1。35 kV/10 kV出線側(cè)節(jié)點(diǎn)為節(jié)點(diǎn)1，進(jìn)行為期20年電力規(guī)劃。針對(duì)DG節(jié)點(diǎn)進(jìn)行PQ節(jié)點(diǎn)處理，結(jié)合EV接入電網(wǎng)進(jìn)行相應(yīng)操作。研究過(guò)程中假設(shè)節(jié)點(diǎn)區(qū)域類型與節(jié)點(diǎn)負(fù)荷類型之間屬于重合關(guān)系，結(jié)合層次分析法建立目標(biāo)函數(shù)中的相關(guān)權(quán)重參數(shù)為α=0.17、β=0.29、γ=0.23、ξ=0.31[2]。

2.2 建立協(xié)調(diào)控制策略

針對(duì)分布式配電網(wǎng)電源的優(yōu)化規(guī)劃過(guò)程，屬于數(shù)學(xué)研究過(guò)程中的多目標(biāo)非線性混合整數(shù)規(guī)劃問(wèn)題。不同種類負(fù)荷研究過(guò)程中存在一定的時(shí)序特性，優(yōu)化過(guò)程中要求考慮供電可靠性、配電網(wǎng)投資運(yùn)行成本以及環(huán)境成本等，據(jù)此進(jìn)行多目標(biāo)規(guī)劃[3]。DG機(jī)會(huì)約束規(guī)劃分析過(guò)程中綜合考慮了DG投資安裝費(fèi)用、購(gòu)電費(fèi)用、系統(tǒng)電壓情況、電網(wǎng)獨(dú)立運(yùn)行商售電收入、DG運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用以及環(huán)境費(fèi)用等因素，從而實(shí)現(xiàn)了電網(wǎng)獨(dú)立運(yùn)行中的經(jīng)濟(jì)效益與電壓質(zhì)量之間達(dá)到最佳配比。

針對(duì)分布式配電網(wǎng)DG、儲(chǔ)能與EV運(yùn)行，建立有效的協(xié)調(diào)控制與優(yōu)化策略。為了提升電能運(yùn)用，可以結(jié)合電能的具體運(yùn)用情況優(yōu)化負(fù)荷曲線，并可削峰填谷，結(jié)合電力需求與實(shí)際情況運(yùn)用可再生能源。電能運(yùn)用的協(xié)調(diào)控制過(guò)程中應(yīng)當(dāng)適當(dāng)考慮儲(chǔ)能裝置的建設(shè)成本，針對(duì)負(fù)荷高峰與負(fù)荷低谷分別制定不同的運(yùn)行方式和運(yùn)行次序。高峰時(shí)，次序依次為EV延時(shí)充電、V2G放電和儲(chǔ)能放電；低谷時(shí)，則優(yōu)先EV充電。

運(yùn)行中可以應(yīng)當(dāng)結(jié)合光照、風(fēng)能等特性，在一年四季選擇典型性較高的日期進(jìn)行平均等效負(fù)荷分析，系統(tǒng)參數(shù)見表1。

不同地區(qū)的光照強(qiáng)度、風(fēng)速等表現(xiàn)具有一定的差異性，在對(duì)電壓負(fù)荷的表現(xiàn)上呈現(xiàn)出不同規(guī)律。研究中選擇春、夏、秋、冬4個(gè)季節(jié)進(jìn)行研究，結(jié)合不同季節(jié)的天數(shù)設(shè)置相應(yīng)的場(chǎng)景權(quán)重。結(jié)合規(guī)劃要求，采用混合粒子群算法綜合分析優(yōu)化規(guī)劃情況，并計(jì)算對(duì)比規(guī)劃之后的年度綜合成本，如表2所示。

通過(guò)對(duì)DG規(guī)劃方案的分析能夠看到，運(yùn)用新能源發(fā)電可得29.7%滲透率。在電能利用過(guò)程中，可以將電能回饋至電網(wǎng)，以使電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中能夠有效適應(yīng)可再生能源的隨機(jī)特性。在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中采用入網(wǎng)放電經(jīng)營(yíng)方式，降低了儲(chǔ)能裝置中的容量，減少了投資[4]。

圖1 配電網(wǎng)拓?fù)鋱D

表1 系統(tǒng)參數(shù)

表2 DG規(guī)劃結(jié)果

2.3 優(yōu)化算法

針對(duì)分布式電源規(guī)劃進(jìn)行數(shù)學(xué)分析，分析多約束與多目標(biāo)的非線性優(yōu)化問(wèn)題，以混合粒子群進(jìn)行優(yōu)化求解分析。標(biāo)準(zhǔn)粒子群算法運(yùn)用過(guò)程中跟蹤群體極值與個(gè)體極值進(jìn)行最優(yōu)化求解，求解過(guò)程中避免出現(xiàn)局部最優(yōu)現(xiàn)象而降低求精精度。因此，可以在遺傳算法中采用變異操作與交叉操作方式，通過(guò)粒子自身變異、個(gè)體與群體極值的交叉進(jìn)行最優(yōu)計(jì)算。為了使算法運(yùn)用過(guò)程中能夠具有良好的精度與收斂性，計(jì)算過(guò)程中可以采用精英個(gè)體保持策略。

在DG系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，用電時(shí)可以避免負(fù)荷峰狀態(tài)下對(duì)負(fù)荷峰上加峰，減少節(jié)點(diǎn)電壓越限情況，提升DG接入能力，提升DG滲透率的同時(shí)，增加了折算后的年度投資成本。隨著DG入網(wǎng)發(fā)電的推進(jìn)，系統(tǒng)供電運(yùn)行穩(wěn)定性提高，降低了系統(tǒng)購(gòu)電成本。在具體運(yùn)行過(guò)程中，可以適當(dāng)增加新能源發(fā)電比例，減少工程運(yùn)行過(guò)程中的環(huán)境成本[5]。

采用V2G入網(wǎng)放電方式能夠降低DG接入而產(chǎn)生的波動(dòng)性，優(yōu)化DG運(yùn)行中的系統(tǒng)接入。該運(yùn)行方式一定程度上代替了儲(chǔ)能裝置的功用。因此，系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中可以不斷探索新能源的開發(fā)利用方式，減少配置儲(chǔ)能裝置，從而降低系統(tǒng)運(yùn)行中的投資成本。

3 結(jié) 論

在配電網(wǎng)分布式電源規(guī)劃過(guò)程中要充分考慮時(shí)序特性，結(jié)合等效負(fù)荷制定最佳的協(xié)調(diào)控制策略，有效降低年度綜合成本。具體地，可結(jié)合不同負(fù)荷制定相應(yīng)的控制策略，加強(qiáng)可再生能源發(fā)電，在負(fù)荷高峰時(shí)段進(jìn)行放電，使得電網(wǎng)運(yùn)行能夠有效適應(yīng)新能源運(yùn)用，減少發(fā)電運(yùn)行對(duì)周圍環(huán)境的影響，踐行節(jié)能減排理念。