適應(yīng)新能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的配電網(wǎng)規(guī)劃研究

鄭貝

摘要：隨著新能源互聯(lián)網(wǎng)的不斷進(jìn)步，電動汽車等各式各樣的負(fù)荷電源涌入配電網(wǎng)內(nèi)部，新能源互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展對配電網(wǎng)的規(guī)劃和建設(shè)提出了更高的要求，同時也給配電網(wǎng)的運行和管理帶來非常大的挑戰(zhàn)。針對以上問題，提出了一種適應(yīng)新能源互聯(lián)網(wǎng)的配電網(wǎng)規(guī)劃方案，同時使用MATLAB 軟件對提出的模型進(jìn)行仿真實驗。仿真結(jié)果表明，提出的配電網(wǎng)規(guī)劃方案能夠滿足用戶的多種用電意愿與需求，這對實際中更好地適應(yīng)可再生能源的接入，以及實現(xiàn)能源的高效利用和優(yōu)化調(diào)度有著重要的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：配電網(wǎng)規(guī)劃；能源互聯(lián)網(wǎng)；規(guī)劃策略；動態(tài)負(fù)荷預(yù)測

中圖分類號：TM715；TP393.09 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

0 引言

研究新能源互聯(lián)網(wǎng)與配電網(wǎng)規(guī)劃的相互關(guān)系，將有助于解決傳統(tǒng)配電網(wǎng)的滯后問題。通過整合分散的新能源資源、提高能源供應(yīng)的可靠性、優(yōu)化配電網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和設(shè)備配置、增強(qiáng)配電網(wǎng)的負(fù)載容量和電力供應(yīng)的可靠性，從而實現(xiàn)能源的靈活調(diào)度和優(yōu)化運行，提高能源系統(tǒng)的穩(wěn)定性[1-3]。同時，加快新能源的接入和利用，實現(xiàn)清潔低碳能源的快速發(fā)展，尤其是可再生能源技術(shù)，可以促進(jìn)新能源技術(shù)的發(fā)展和商業(yè)化應(yīng)用。隨著太陽能、潮汐能、風(fēng)能等新能源的逐步利用，新能源技術(shù)也在不斷進(jìn)步，成本逐漸降低，為新能源互聯(lián)網(wǎng)的構(gòu)建與實施提供堅實的技術(shù)根基。通過優(yōu)化能源系統(tǒng)的運行和管理，有助于減少碳排放量和環(huán)境污染。新能源互聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)可以實現(xiàn)更多的清潔能源供應(yīng)，減少傳統(tǒng)能源的需求，進(jìn)一步助力能源可持續(xù)發(fā)展。配電網(wǎng)規(guī)劃的研究可以促進(jìn)新能源技術(shù)的普及和應(yīng)用，提高能源系統(tǒng)的運行效率和穩(wěn)定性。

1 主動配電網(wǎng)基本概念

主動配電網(wǎng)（active distribution network，ADN）是一種使用先進(jìn)的通信、控制和信息技術(shù)以實現(xiàn)分布式能源資源的高效管理和運行的電力配電系統(tǒng)[4]。主動配電網(wǎng)的核心是分布式能源資源，它們是小規(guī)模的可再生能源發(fā)電系統(tǒng)，如太陽能光伏板、風(fēng)力發(fā)電機(jī)等。這些能源資源通常分布在電網(wǎng)的終端或負(fù)荷側(cè)，通過本地發(fā)電滿足本地負(fù)荷需求。主動配電網(wǎng)借助先進(jìn)的智能化技術(shù)和自動化控制系統(tǒng)，實現(xiàn)對分布式能源資源的監(jiān)測、管理和優(yōu)化調(diào)度[5-6]。通過實時數(shù)據(jù)采集和智能決策，使得配電網(wǎng)能夠根據(jù)實際負(fù)荷和能源供應(yīng)情況進(jìn)行動態(tài)調(diào)節(jié)和優(yōu)化運行。主動配電網(wǎng)能夠靈活地適應(yīng)可再生能源的接入，優(yōu)化配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，提高清潔能源使用率，實現(xiàn)可持續(xù)能源供應(yīng)和可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)。主動配電網(wǎng)還可以通過集成分布式能源資源、智能化控制和自動化系統(tǒng)，實現(xiàn)對電力系統(tǒng)的靈活管理和運行[7]。

2 主動配電網(wǎng)規(guī)劃架構(gòu)與模型分析

2.1 主動配電網(wǎng)規(guī)劃架構(gòu)

主動配電網(wǎng)結(jié)合先進(jìn)的需求響應(yīng)技術(shù)與自主性對負(fù)荷進(jìn)行綜合治理，可以靈活地控制能源的流動和利用，同時將能源的形式和用戶需求進(jìn)行整合和適配。主動配電網(wǎng)規(guī)劃架構(gòu)如圖1 所示?，F(xiàn)階段，為了配電網(wǎng)的規(guī)劃，能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展進(jìn)度會采用綜合協(xié)調(diào)規(guī)劃技術(shù)。電源規(guī)劃需要考慮可再生能源產(chǎn)能、地點、布局以及與負(fù)荷的匹配情況等因素，通過實時需求響應(yīng)和自主性負(fù)荷綜合管理，達(dá)到對負(fù)荷有效治理的目標(biāo)，進(jìn)而制定合理的可再生能源資源利用方案。具體來說，主動配電網(wǎng)可以根據(jù)用戶的需求和能源供應(yīng)情況，靈活地調(diào)整能源的流動和利用。通過智能終端設(shè)備和通信系統(tǒng)，實時監(jiān)測用戶的能源需求，并根據(jù)需求情況對能源進(jìn)行調(diào)度和優(yōu)化。同時，主動配電網(wǎng)可以將可再生能源與傳統(tǒng)能源進(jìn)行耦合和集成，以實現(xiàn)能源的高效利用和優(yōu)化配置。

2.2 主動配電網(wǎng)規(guī)劃優(yōu)化模型

本文以用戶需求和總體成本為導(dǎo)向，旨在實現(xiàn)用戶滿意度最大化的同時確保成本最低。在考慮當(dāng)前配電網(wǎng)發(fā)展情況的基礎(chǔ)上，結(jié)合并網(wǎng)型微電網(wǎng)、電動汽車充電樁以及常規(guī)用戶的負(fù)荷需求響應(yīng)，明確制定最佳主動配電網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)方案，包括擴(kuò)建線路和變電站。如圖2 所示，首先，劃分配電網(wǎng)規(guī)劃區(qū)域，通過對歷史負(fù)荷數(shù)據(jù)的分析和預(yù)測模型的建立，預(yù)測未來一段時間內(nèi)的負(fù)荷需求。其次，制定基礎(chǔ)建設(shè)規(guī)劃方案。該方案應(yīng)包括配電網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、設(shè)備配置、通信與數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、智能終端設(shè)備等方面的規(guī)劃。再次，利用自主管控技術(shù)，針對已確定的初選規(guī)劃方案，通過最小化供電企業(yè)成本，進(jìn)行負(fù)荷優(yōu)化調(diào)度，確保用戶滿意度函數(shù)取得最優(yōu)解。通過精確化的負(fù)荷調(diào)度，實現(xiàn)主動配電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。最后，完善規(guī)劃方案，結(jié)合場景規(guī)模、投資規(guī)劃、成本等因素，考慮柔性負(fù)荷管控策略，調(diào)整投資分配，確立規(guī)劃方案。

3 主動配電網(wǎng)規(guī)劃方案仿真分析

3.1 仿真場景介紹

本文選取某地區(qū) 10 kV 智能電網(wǎng)骨干線作為研究區(qū)域， 該地占地面積83 km2， 供電面積46.36 km2，用地單價為1.633 萬元/m2。地區(qū)電力網(wǎng)的設(shè)備容量為1 200 kW，電力點為10 kV變電所，最大變電負(fù)荷為99.71%，容量比為1.85 ～ 2.10，標(biāo)準(zhǔn)變電所額定容量為0.52 MV·A。各變電站之間為主干線，各負(fù)荷節(jié)點之間為分支線，主干線模型為JKLYJ-25，線路建設(shè)成本為12 萬元/km。每個負(fù)載連接節(jié)點之間的現(xiàn)有輸電線路只有一個。節(jié)點負(fù)荷和傳輸能力共同決定了單一輸電線路的最大可接受電力供應(yīng)負(fù)荷，線路負(fù)荷率為50%。初期計劃建設(shè)4 個變電所，一個標(biāo)準(zhǔn)變電所造價為60 萬元，地區(qū)電動車充電所建設(shè)耗費成本約為15 萬元，最大充電電力容量達(dá)3.12 MW，仿真地區(qū)分布如圖3 所示。圖中PV、ES、WT、EV 分別表示光伏、儲能、風(fēng)力渦輪機(jī)、電動汽車。

由于夏季的配電網(wǎng)負(fù)荷狀態(tài)峰谷差距非常明顯，更需要實施配電網(wǎng)規(guī)劃，因此選擇該地區(qū)夏季時刻主要配電網(wǎng)進(jìn)行規(guī)劃研究，并且主要考慮配電網(wǎng)的基礎(chǔ)建設(shè)規(guī)劃和設(shè)備配置。通過對配電變壓器、開關(guān)設(shè)備、線路等的優(yōu)化配置，提高配電網(wǎng)的負(fù)荷承受能力和供電可靠性。同時，引入可再生能源和能量存儲技術(shù)，從而提高配電網(wǎng)的供電能力和能源利用效率。

3.2 主動配電網(wǎng)規(guī)劃方案

已知該區(qū)域電網(wǎng)供電負(fù)荷容量為1 200 kW，共有15 個用電負(fù)荷節(jié)點，變電容量需求為10 kV/3 200 kV·A。根據(jù)調(diào)查，充電負(fù)荷增大的時間多集中于18 — 21 點，這與人群充電習(xí)慣相符合，然而在負(fù)荷增加的情況下，日最大用電功率將提高到1 800 kW，目前使用的設(shè)備不能匹配客戶的用電需求。因此，提出了主動配電網(wǎng)規(guī)劃方案，如圖4所示。對現(xiàn)有 e2、e3、e4 變電站增容，并且增設(shè) 2臺候選變電站 e5、e6；增設(shè)新增變電站周圍出線路徑：e5→3、e6→6、e4→e5→e1→e6→e2。新增變電站e5 的電力將通過出線路徑連接到節(jié)點3，新增變電站e6 的電力將通過出線路徑連接到節(jié)點6，而現(xiàn)有變電站e4 的電力將通過出線路徑連接到新增變電站e5，然后連接到變電站e1，接著連接到新增變電站e6，最終連接到變電站e2。該主動配電網(wǎng)規(guī)劃通過對現(xiàn)有變電站增容、增設(shè)候選變電站來滿足負(fù)荷增加時的用電需求，采用合理的出線路徑來實現(xiàn)電力的傳輸和分配，提高電網(wǎng)的可靠性和穩(wěn)定性，確保用戶在高負(fù)荷時期仍能獲得可靠的電力供應(yīng)。

4 結(jié)論

新能源互聯(lián)網(wǎng)作為一種高效的能源傳輸方式，對配電網(wǎng)的規(guī)劃和建設(shè)提出了更高要求。當(dāng)前，配電網(wǎng)規(guī)劃方面存在許多問題，如傳統(tǒng)的配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)滯后、新能源接入和性能問題、規(guī)劃不足等，這些問題制約了新能源互聯(lián)網(wǎng)和配電網(wǎng)的發(fā)展。因此，本文以主動配電網(wǎng)內(nèi)用戶的用電需求作為問題關(guān)鍵點，提出主動配電網(wǎng)規(guī)劃策略，并進(jìn)行仿真實驗。仿真結(jié)果表明，該模型能夠有效優(yōu)化配電網(wǎng)的規(guī)劃，增加清潔能源利用率，并且能夠使得電網(wǎng)更科學(xué)合理地匹配用戶用電需求。所提方法對于推動可再生能源的接入和提高電網(wǎng)的靈活性具有重要意義。

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