供電系統微電網電源選址定容方法研究

陸曉峰

（國網蘇州供電公司，江蘇 蘇州 215000）

1 前言

隨著全球化石資源日漸匱乏和環保問題的突出，風電機組的高效率開發已得到廣泛關注，然而其具有的隨機、間歇特性會導致電網負荷不穩定，從而引發一系列新的問題[1]。微電網作為一種由分布式電源-儲能-負載組成的具有孤島特性的耦合系統，是保障供電系統安全性與穩定性、新能源高效開發的關鍵[2]。然而，由于其存儲方式與分布方式的差異，會對微電網的運行穩定性、供電品質產生較大的影響，因而需要開展微電網電源的選址定容問題研究。

朱俊澎等人[3]以二階錐規劃為基礎，以資金投入周期的經濟收益最高為目標，提出一種電源選址定容方法。以閉環配電系統為研究對象，研究包含聯絡線與分區切換的擴展DistFlow 電力潮流建模方法，并在該方法基礎上，構建顧及電力系統動態可重構特性的配電系統最優分配方法。以“有功電流”為基礎，采用“虛分支電壓”的思想對其進行線性化，并結合電流、電壓變量替代及二次錐馳豫，構建一種二次錐型的一體化優化模型。針對含有上界限制條件的二階錐模型，提出了增加附加電壓限制的二階錐模型。研究成果顯示，引入電力系統的動態可擴展性，能夠增強電力系統對分布式電源的接納，增加系統的整體經濟性。基于以上研究背景，本文針對供電系統中的微電網電源，提出一種選址定容方法，從而降低選址定容的投資費用。

2 供電系統微電網電源選址定容方法設計

2.1 選取微電網電源的候選地塊

為了提高微電網電源選址定容的效率，需要盡可能縮小選址定容的考察面積，但是又不能完全將合適的選址地域忽略[4]，要想提高選址定容的綜合效益，本文先選取微電網電源的候選地塊，也就是在微電網電源選址定容的過程中，電源所處的地塊要比可能被選中的周邊地塊高，從而選出最優的地塊。

在選取微電網電源的候選地塊時，往往將電源建設的費用忽略，那么候選地塊的總費用Call為：

式（1）中，C0表示候選地塊的附加成本，L表示候選地塊的地價費用。

如果利用傳統的選址定容方法確定微電網電源的位置會導致地價偏高，因此，可以考慮臨近的周邊地塊進行電源選址，但是當微電網電源的位置發生改變時，電源選址的附加建設成本也會隨之增加[5]，因此要綜合考慮電源選址的地價費用和附加成本建設費用。考慮到供電系統銜接的費用，如果選址定容的成本過高，說明選擇的電源位置是不合理的[6]。在供電系統中，多個微電網電源候選地塊的銜接必須滿足公式（2）的條件，即：

在公式（2）的條件下，給出了選取微電網電源候選地塊的具體步驟，如下：

Step1：確定微電網電源選址定容區域的最低地價C′，即：

式（3）中，（rx,ry）表示微電網電源選址定容區域的選址結果。根據微電網電源的建設原理，得到電源候選地塊的具體信息，劃定微電網電源的選址定容區域，不考慮區域以外部分。

Step2：選擇一個地價相對較低的地塊，按照Step1將該區域縮小，直到得到目標區域內最低價格的地塊。

Step3：將無法繼續縮小的候選區域，作為微電網電源選址的區域，鄰接區域作為相應的候選地塊。

根據候選地塊的總費用，給出多個微電網電源候選地塊的銜接條件，通過確定微電網電源選址定容區域的最低地價，選取了微電網電源的鄰接候選地塊。

2.2 設計微電網電源選址定容算法

供電系統中的微電網是由繼電保護裝置、混合儲能系統、分布式電源以及能量轉換裝置組成的比較獨立的發電系統。供電系統在正常運行過程中，微電網電源選址定容問題屬于一種非線性的規劃問題[7]，將該類問題轉化為數學模型的求解問題，那么利用公式（4）給出微電網電源選址定容的數學模型，即：

式（4）中，fn(x)表示數學模型中的第n個子目標函數，y表示微電網電源選址定容的目標函數，g(x)表示目標函數中不等式的約束條件，φ(x)表示目標函數中等式的約束條件，A表示微電網電源在選址定容過程中的決策變量，D表示優化電源選址定容目標的總數，admin和admax表示決策變量搜索的最小值和最大值。

在公式（4）的微電網電源選址定容數學模型下，通過求解微電網電源選址定容問題[8]，設計微電網電源選址定容算法，具體步驟為：

Step1：將微電網電源接入供電系統的容量和位置作為選址定容的決策變量，最小儲能容量、電壓偏差以及負荷缺電率為優化目標，在功率平衡、節點電壓、儲能功率及儲能平衡等多個限制條件下，構建選址定容模型。

Step2：采用粒子群算法求解step1 中的數學模型，并將相應的求解軟件編制到MATLAB 中，將微電網的功率流、節點試驗系統的數據、約束條件的上下界和算法的參數等作為初始數據。運行軟件程序，計算出每個粒子所對應的目標函數，通過與各個粒子相對應的目標值進行對比，選擇出一個最優解和一個群體的全局最優解，并在這兩者的基礎上，對其進行反復的搜索。

Step3：通過搜索得到的最優解就是最終的配置方案，將其作為微電網電源選址定容的最終結果。

綜上所述，將微電網電源選址定容問題轉化為數學模型的求解問題，利用粒子群算法，求解了微電網電源選址定容的數學模型，實現微電網電源的選址定容。

3 實例分析

3.1 研究對象

為了驗證文中方法在微電網電源選址定容中的經濟性，本文以某一地區的220kV 供電系統為研究對象，實驗之前，先了解供電系統中電源點和負荷點的地理位置信息，在MATLAB 程序下對其進行優化處理，得到負荷點的地理位置信息，如表1 所示。

表1 供電系統負荷點的地理信息

將表1 中供電系統負荷點的地理信息導入MATLAB程序中，通過各個負荷點的位置關系，選取微電網電源的候選地塊，在該地塊內，對供電系統微電網電源進行選址定容，保證供電系統的安全穩定運行。

3.2 選址定容測試

根據表1 中供電系統負荷點的地理信息，利用文中方法對微電網電源進行選址定容，得到如圖1 所示的結果。

圖1 微電網電源選址定容結果

圖1 中，黑色實心圓為微電網電源，虛線實心圓為供電系統所處區域的地理信息約束，白色空心圓為負荷點。

根據圖1 的結果可知，文中方法對微電網電源的選址定容結果在可建設范圍內，可以避免不可建區域，符合微電網電源的建設要求。

3.3 經濟性分析

在經濟性分析中，本文引入考慮網絡動態重構的選址定容方法作對比，統計了兩種方法在微電網電源選址定容中的投資費用，結果如表2 所示。

表2 微電網電源選址定容的投資費用

從表2 的結果可以看出，采用考慮網絡動態重構的選址定容方法時，微電網電源選址定容的投資費用在500 萬元～600 萬元之間，文中方法在微電網電源選址定容方面的投資費用比較低，在500 萬元以內，說明文中方法不僅可以保證微電網電源選址定容的合理性，還可以降低選址定容的投資費用，保證了微電網電源選址定容的經濟性。

4 結語

本文提出了供電系統微電網電源選址定容方法研究，通過選取微電網電源的候選地塊，設計了微電網電源選址定容算法，通過實例分析發現，該方法在微電網電源選址定容中比較合理，并提高了微電網電源選址定容的經濟性。

本文的研究雖然取得了一定的成果，但是由于粒子群算法在求解時容易陷入局部最優，在今后的研究中，希望可以引入遺傳算法優化粒子群算法，得到最佳選址定容方案。