基于分布式電源的主動配電網規(guī)劃關鍵問題研究

韓田蕾

【摘 ?要】論文提出了考慮主動管理（AM）的配電網絡分布式分散式發(fā)電（DG）機組的長期動態(tài)規(guī)劃。在AM運行模式下，配電網設備根據系統(tǒng)參數（電壓和電流）的實時測量進行實時控制。該模型確定了分布式發(fā)電機組的最優(yōu)規(guī)模、位置和投資時間。能源價格和負荷增長率的不確定性是通過基于情景的建模方法來處理的。在AM環(huán)境下，最優(yōu)分布式電源規(guī)劃的計算是一個混合整數的非線性問題，可以用商業(yè)優(yōu)化軟件包如GAMS來解決。

【Abstract】In this paper， the long-term dynamic planning of distributed generation （DG） units in distribution networks considering active management （AM） is proposed. In AM operation mode， distribution network equipment carries out real-time control according to real-time measurement of system parameters （voltage and current）. The model determines the optimal size， location and investment time of distributed generator sets. The uncertainty of energy price and load growth rate is dealt with by scenario-based modeling. In AM environment， the calculation of optimal distributed power planning is a nonlinear problem of mixed integers， which can be solved by commercial optimization packages such as GAMS.

【關鍵詞】分布式電源;配電網;規(guī)劃

【Keywords】distributed generation; distribution network; planning

【中圖分類號】TM715 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文獻標志碼】A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文章編號】1673-1069（2021）05-0124-02

1 主動配電網的當代發(fā)展概述

1.1 主動配電網與傳統(tǒng)配電網的區(qū)別

常規(guī)配電網規(guī)劃的主要內容包括：收集電力市場和用戶的信息、需求預測、確定網絡需求、替代研究對替代品進行評估、選擇設計方案。為克服傳統(tǒng)配網規(guī)劃的不足，主動式配網主要考慮了主動管理的作用，采用了統(tǒng)一協(xié)調規(guī)劃的思想。在綜合考慮用戶和電力供應的同時，在全要素多目標優(yōu)化規(guī)劃過程中，主要考慮了2個最優(yōu)規(guī)劃網絡和1個網絡解，通過多個時間尺度來反映用戶和電力供應特性的變化、評估和計算的過程中的選擇。

1.2 主動配電網規(guī)劃概述

配電網規(guī)劃是在安全和運行約束下，以最小的成本確定滿足電力需求的最優(yōu)網絡配置。對網絡進行投資是為了適應網絡的發(fā)展，無論是需求的增長、發(fā)電的連接，還是老化資產的更新。在網絡擴展規(guī)劃任務中，有2種常用的方法可以用來尋找最優(yōu)解，即最優(yōu)化方法和啟發(fā)式規(guī)劃方法。盡管在過去，由于現實生活中的應用需要相對較大的計算能力，最優(yōu)化方法的范圍是有限的，但是不斷增長的當代計算處理速度已經導致對這種方法的研究數量的增長。因此，即使有多個目標（超出了正常的單一目標，即最低成本系統(tǒng)擴展），現在也提出了更復雜的技術。

2 分布式電源下的主動配電網規(guī)劃必要性

分散式發(fā)電是一種直接連接到配電網絡的電力源。近年來，經濟問題和技術問題促使DG裝置的使用。發(fā)展分布式發(fā)電機組可以提高能源供應的安全性、投資的靈活性以及降低電力損耗和運行成本。在大多數情況下，配電網絡是以輻射形式擴展的。因此，分布式發(fā)電機組與配電網的整合可能會改變配電饋線的潮流。因此，投資規(guī)模、投資地點、投資技術和投資時機對其潛在收益具有決定性影響。如果配電系統(tǒng)在不適當的條件下運行，分布式發(fā)電機可能會影響配電系統(tǒng)。分布式電源規(guī)劃報告模型一般可分為靜態(tài)模型和動態(tài)模型兩大類。在靜態(tài)模型中，投資決策在規(guī)劃期的第1年實施，但在動態(tài)模型中，危險品機組的投資年份也由規(guī)劃者決定，不一定是規(guī)劃期的第1年。動態(tài)模型是指投資年度也由最優(yōu)化程序決定的模型?？紤]到AM在配電系統(tǒng)運行中的良好性能，將主動網絡管理方法引入最優(yōu)動態(tài)分布式電源規(guī)劃中。

3 主動配電網絡的管理

分布式電源裝置在配電網中的高滲透率會給配電網的規(guī)劃和運行帶來許多技術問題。造成這些問題的原因之一是可再生或不可再生能源的裝機容量與主機本地網絡不匹配。換句話說，與電源相連的網絡容量可能不足以提供電力。因此，為避免網絡加固的成本，配電網運營商（DNO）需要一種可靠的方法來實現網絡的優(yōu)化運行。根據AM方法對配電網絡進行管理時，可以對不同作業(yè)裝置之間的相互作用進行規(guī)劃和控制，以利于網絡的運行和穩(wěn)定。

分布式電源單元的有功功率調節(jié)是限制配電網電壓上升的應用策略之一。在發(fā)電量大、負荷低的情況下，可以通過減少部分分布式電源的發(fā)電量來解決電壓升高的問題。如果能量消耗量相對較低，則有利于降低分布式電源的消耗，而不利于配電系統(tǒng)的改善。有載分接開關的AM側重于在允許范圍內保持電壓分布。由于連續(xù)的負荷變化可能導致網絡中的電壓降低，或者由DG發(fā)電產生的電壓分布在DG連接的節(jié)點上增加，所以采用OLTCs管理來保持電壓在允許的范圍之內。有載分接開關（OLTC）的設置是基于母線電壓信息的，而母線電壓上升（或下降）問題最為嚴重。利用RPC管理，當超過安全電壓范圍時，可以控制配電系統(tǒng)中的無功潮流，校正電壓分布。遠程控制是通過向每個單元發(fā)送控制命令來實現的。使用RPC還可以減少網絡的有功功率損耗。最佳控制策略是基于協(xié)調同步電壓控制和無功功率的應用。本文考慮了配電網的3種運行方式，以確定最優(yōu)規(guī)劃。

為確定分布式電源裝置的最優(yōu)規(guī)劃，本文考慮了3種分布式電網的運行方式。這3種運作模式相互比較如下：

模式1：傳統(tǒng)配電網絡。在這些網絡中，中壓變電站在低電壓水平向用戶供電是單向的。在這種模式下，沒有DG連接到網絡。

模式2：無源配電網絡。在這些網絡中，為改善技術特性，在網絡中安裝了電信總局和RPC設備。當滲透水平較高時，單向功率流有可能向雙向功率流轉變。分布式發(fā)電機組和RPC的輸出不受DNO的控制。

模式3：主動配電網。在這種模式下，AMRs和其他測量裝置被安裝在負載和網絡要求上。因此，中壓變電站有載分接開關可以根據一次系統(tǒng)參數的測量進行自動控制。為提高網絡的技術性能，在網絡中安裝和控制RPC。AM程序將用于分銷網絡的優(yōu)化和智能操作。

4 仿真結果分析和設計

本文將隨機規(guī)劃問題用于能源價格和負荷增長率的不確定性建模，建立了能源價格和負荷增長率的隨機規(guī)劃模型。確定性問題可以用隨機過程中的隨機變量代替隨機過程中的期望變量或預期變量來求得。此外，本文分析了網絡需求水平，提出了網絡需求水平的概念，建立了網絡需求水平的數學模型?？紤]了峰值負荷、標準負荷、中等負荷和輕負荷4個需求水平，得到了不同需求水平下的分布式發(fā)電量值。這意味著，在輕負荷水平，危險品將受到限制。利用GAMS求解該優(yōu)化問題，可以得到具有靜態(tài)或動態(tài)規(guī)劃的裝置的最優(yōu)運行水平。在本文中，假設每年的需求增長率為γs，因此，在每個需求水平上，OLTC和RPC的最優(yōu)設置將逐年改變。如果考慮到需求增長率，第1年峰值負荷的損失值為0.643MW，達到1.268MW。在常規(guī)電網中，輕負荷從第1年的0.159 MW增加到最近幾年的0.291MW。在這些網絡中，已經在網絡中安裝了分布式電源（DG）和RPC設備，以改善網絡的技術特性，但是AM程序并沒有得到應用。與常規(guī)網絡相比，功率損耗值已經降低。例如，第1年的損失值為0.091MW，考慮到需求增長率，該值達到0.191MW。在無源網絡中，電力損耗從第1年的0.081MW增加到最近幾年的0.065MW。降低網損的主要原因是被動網絡中的RPC固定不動，從而導致輕負載時網損增加。一般來說，與無源網絡相比，主動網絡的功率損耗值有所下降。提取了動態(tài)規(guī)劃10年有功損耗（MW）的預期值。從這些數據可以看出，適當的分布電源位置可以改善電壓分布。計算結果表明，采用動態(tài)規(guī)劃模型和自動調節(jié)模型，配電網的運行狀況將更好。采用這種方法，分布式發(fā)電機組的總調度功率也得到了提高。

數值計算和比較結果表明，采用動態(tài)投資規(guī)劃和調幅技術可以提高電網的電壓分布、有功損耗和DNO成本。實施AM方法與PM方法相比有許多不可忽視的優(yōu)點，同時也提高了分布式發(fā)電機組的調度能力，降低了分布式發(fā)電機組在網絡中的定義成本函數。因此，創(chuàng)造良好的操作條件對系統(tǒng)的規(guī)劃有很大的影響。未來可以研究分解技術，如Benders分解，以提高隨機動態(tài)分布規(guī)劃的解決效率。

5 結語

當代新發(fā)展對配電網系統(tǒng)提出了新要求。配電網是直接面向多元用戶，是支撐社會發(fā)展的主要基礎建設設施。隨著近年來新冠疫情的不斷影響，線上平臺、無紙化辦公、云網絡、5G時代、新能源汽車、大數據中心等領域，在人工智能、新能源、綠色出行等方面催生滋養(yǎng)出眾多新型業(yè)態(tài)，因此，實現配電網的創(chuàng)新發(fā)展和需求的步伐不斷加快，配電網是電網數字化、智能化發(fā)展轉型的重要組成部分，同時也兼顧社會責任和經濟效益的有效保障。

【參考文獻】

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