學(xué)術(shù)簡(jiǎn)報(bào)｜考慮用戶期望及低碳效益的分布式電源優(yōu)化配置

福州大學(xué)電氣工程與自動(dòng)化學(xué)院、國(guó)網(wǎng)福建省電力有限公司的研究人員李繼宇、江修波、李功新，在2019年第8期《電氣技術(shù)》雜志上撰文指出，大規(guī)模分布式電源接入配電網(wǎng)，將對(duì)配電網(wǎng)造成深遠(yuǎn)影響，對(duì)分布式電源進(jìn)行合理配置，能夠最大限度地發(fā)揮其降低網(wǎng)損以及提高系統(tǒng)穩(wěn)定性的作用。

本文在考慮負(fù)荷時(shí)序特性的前提下，使用K-Medoids聚類算法對(duì)全年負(fù)荷進(jìn)行聚類，并充分考慮分布式電源接入配電網(wǎng)后的低碳效益及用戶期望，建立綜合考慮網(wǎng)絡(luò)損耗、購(gòu)電費(fèi)用及設(shè)備建設(shè)費(fèi)用等方面因素的優(yōu)化配置模型。該模型以年綜合社會(huì)費(fèi)用最低為目標(biāo)函數(shù)，并采用改進(jìn)的自適應(yīng)遺傳算法對(duì)模型進(jìn)行求解。最后基于IEEE 33節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)構(gòu)建優(yōu)化配置模型，驗(yàn)證了該方法的有效性。

當(dāng)前，工業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展所需的能源嚴(yán)重依賴石油、煤炭等傳統(tǒng)化石能源資源的開(kāi)采及其轉(zhuǎn)換后形成電能、汽油等二次能源，而傳統(tǒng)化石能源資源的日益短缺及其利用后帶來(lái)的環(huán)境污染、溫室效應(yīng)等諸多弊端，迫使人類尋找其他更多清潔可再生能源資源進(jìn)行替代。

以太陽(yáng)能、風(fēng)能等清潔可再生能源發(fā)電為主的分布式電源具有能源資源清潔、可持續(xù)等顯著特點(diǎn)，分布式電源接入電網(wǎng)具有提高能源資源利用率、減輕電網(wǎng)對(duì)傳統(tǒng)化石能源的依賴、調(diào)整能源利用結(jié)構(gòu)等優(yōu)點(diǎn)，使得世界各國(guó)政府對(duì)分布式能源發(fā)電及其相關(guān)技術(shù)研發(fā)高度重視。

分布式電源(distribution generation, DG)憑借配置靈活、供電可靠及環(huán)境友好等特點(diǎn)使其具有更廣闊的應(yīng)用前景。但在配電網(wǎng)中大規(guī)模、無(wú)序地接入DG時(shí)，會(huì)造電壓水平升高、供電可靠性降低、電能質(zhì)量下降以及短路電流增大等風(fēng)險(xiǎn)。因此，對(duì)接入配電網(wǎng)的DG進(jìn)行科學(xué)合理配置，對(duì)整個(gè)電網(wǎng)的穩(wěn)定性以及分布式電源的運(yùn)行具有重要意義。

在DG選址定容研究中，一般是將系統(tǒng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)固定不變作為前提，進(jìn)而對(duì)DG接入配電網(wǎng)的位置及容量進(jìn)行求解。

有學(xué)者提出了以配電網(wǎng)年損耗電量最小為目標(biāo)的多類型DG優(yōu)化規(guī)劃模型，并采用CLARA算法對(duì)場(chǎng)景聚類，降低規(guī)劃模型求解難度。

有學(xué)者考慮風(fēng)、光DG出力和負(fù)荷強(qiáng)度間的相關(guān)性，以年綜合費(fèi)最小為目標(biāo)，利用機(jī)會(huì)約束規(guī)劃方法建立了間歇性分布式電源選址定容規(guī)劃模型。

有學(xué)者采用蒙特卡洛方法模擬DG及負(fù)荷的隨機(jī)性，建立了DG優(yōu)化配置模型。

有學(xué)者以系統(tǒng)的總有功損耗最小為目標(biāo)，建立了DG優(yōu)化規(guī)劃模型，并采用遺傳算法對(duì)模型進(jìn)行求解。

有學(xué)者提出一種以配電網(wǎng)運(yùn)行成本最小為目標(biāo)的兩階段優(yōu)化規(guī)劃方法，并通過(guò)美國(guó)PG&E-69節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)驗(yàn)證了所提模型的可行性以及方法的有效性。

有學(xué)者基于不同類型負(fù)荷和DG的典型時(shí)序特性，以及考慮環(huán)境代價(jià)和儲(chǔ)能效益，以配電網(wǎng)總成本最低及電壓偏移量最低為目標(biāo)函數(shù)，建立DG和儲(chǔ)能設(shè)備的優(yōu)化配置模型。

以上研究分別基于不同指標(biāo)，各自建立優(yōu)化模型對(duì)DG配置進(jìn)行優(yōu)化，但在考慮無(wú)功補(bǔ)償?shù)幕A(chǔ)上，綜合考慮低碳及引入用戶期望作為評(píng)價(jià)指標(biāo)方面還有待深入研究。

本文考慮低碳效益及用戶對(duì)電壓質(zhì)量期望，構(gòu)建年運(yùn)行費(fèi)用最低、電壓質(zhì)量最優(yōu)為目標(biāo)函數(shù)的優(yōu)化模型，并采用改進(jìn)的自適應(yīng)遺傳算法對(duì)DG的接入位置及配置容量進(jìn)行優(yōu)化。算例結(jié)果表明，在綜合考慮無(wú)功補(bǔ)償?shù)那疤嵯?，該模型?yōu)化結(jié)果能夠提高DG滲透率，降低配電網(wǎng)年運(yùn)行費(fèi)用，并提高電能質(zhì)量。

總結(jié)

本文在考慮DG投資運(yùn)行費(fèi)用、系統(tǒng)網(wǎng)損費(fèi)用、購(gòu)電費(fèi)及負(fù)荷具有間歇性等基礎(chǔ)上，將環(huán)境指標(biāo)及用戶期望電壓指標(biāo)加入評(píng)價(jià)指標(biāo)，建立了以系統(tǒng)年綜合費(fèi)用最低為目標(biāo)函數(shù)，對(duì)DG進(jìn)行優(yōu)化配置。

通過(guò)IEEE 33節(jié)點(diǎn)配電網(wǎng)絡(luò)為算例，最終計(jì)算結(jié)果表明：①采用考慮時(shí)序性負(fù)荷更加符合系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行情況，使模型更具有工程意義;②無(wú)DG接入的傳統(tǒng)配電網(wǎng)系統(tǒng)損耗大且電壓偏移率高，DG合理配置能夠有效緩解該問(wèn)題;③在考慮電容器組無(wú)功補(bǔ)償?shù)那闆r下，不僅能夠更有效地解決以上問(wèn)題，還能夠最大限度消納清潔能源，從而提高環(huán)境友好度。

綜上所述，本文所提出的優(yōu)化配置模型和算法可以對(duì)DG進(jìn)行合理優(yōu)化配置，使系統(tǒng)運(yùn)行更加經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定及符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。