基于安全因素下的分布式电源多目标规划研究

季沈华，帅敏

（1.扬州高等职业技术学校机电工程系，江苏扬州，225003；2.国网江苏省电力有限公司扬州供电分公司，江苏扬州，225200）

0 引言

分布式电源可以直接安装在用户侧，也可以独立于公共电网为少量的用户直接提供电能，另外分布式电源可以接入配电网络，与公共电网共同为用户提供发电。面临着世界化石能源短缺以及环境急剧恶化的情形，世界各地政府都在大力倡导绿色经济发展。分布式发电技术与集中式发电方式向结合可以满足能源可持续发展的基本需求，已经成为电力行业研究的热点话题。分布式电源的应用已经成为一种主导趋势，但是在配电网中加入过多的分布式电源，势必会对电网系统带来一定影响，各种不确定因素会加大电力系统的复杂性。为了更好的保证配电网的稳定性与安全性，合理的选择分布式电源的安装地点及容量显得非常重要。

1 电压稳定性在电网安全运行中的重要性

当系统可以维持电压保证负荷导纳增大时，负荷所消耗的功率也会随之增加。只要控制住电压与功率，便可称之为电压稳定。在大多数的重大电力事故中，由于电压不稳定或电压崩溃所导致的系统瘫痪占据很大比例，电力事故会造成严重的经济损失及人员伤亡，所以，电压的稳定对配电网的安全运行存在至关重要的作用。分布式电源的成功加入，给配电网中电压的稳定创造了条件，一旦配电网中电压值较高，可以采用感性无功补偿的方法来保证电压值在不越限的情况下仍然处于较高位。分布式电源所接入的位置与容量都会对配电网电压造成影响，一般情况下，系统的母线电压幅值会随着输出功率的增加而提高，这种情况证明电压是稳定的。

2 分布式电源优化配置评价指标

■2.1 经济性评价指标

分布式电源多目标规划研究中，经济性评价指标是一项基础指标，随着电力市场的不断改革，如何衡量分布式电源开发商、电网公司以及用户之间的经济效益已经成为分布式电源接入的难题。制定合理的经济评价指标能够有效提升系统整体经济水平，优化过程中，可以建立开发商与电网公司效益最大化的多目标经济评估指标，给相关决策人员提供依据。在配电网中加入分布式电源会对电网负荷产生影响，在负荷节点处加入分布式电源，注入功率会与原负荷直接抵消，进而改变原有的负荷增长模式。所以，当前分布式电源主要作为系统的备用电源运行，在满足新增负荷需求时，会改变原有配电网的潮流分布。在配电网规划过程中一定要考虑设备的利用率，有效提高供电设施经济效益与安全性，避免经济上的浪费。

■2.2 安全性评价指标

一般情况下，分布式电源规划会把分布式电源作为恒定力的常规电源结构来处理，没有重视间歇性波动。为了使分布式电源规划方案更加合理，需要建立分布式电源安全性的目标函数，分析最佳配置方案，尽可能的改善重要负荷的供电安全性，将安全性评价指标引入到分布式电源多目标规划中。

■2.3 环保性评价指标

低碳环保理念能够有效的促进清洁无污染的分布式电源规划的发展，将分布式电源污染气体排放量指标引入分布式电源优化配置方案中，可以有效的缓解当前环境压力。

3 安全因素下分布式电源多目标规划

■3.1 潮流均衡度

电网的网损主要取决于潮流，当分布式电源接入之后，系统潮流会又单向改为双向，通过分布式电源的接入，可以有效的减少网络损耗，同时对电压的稳定提供保障。一旦线路负载率之间的差异变大时，就以为着潮流窜动比较明显，这样以来很容易造成连锁型故障，为了安全起见，在分布式电源多目标规划过程中，需要将潮流均衡度作为一项安全因素指标引入到规划模型中。主要采用方差和潮流熵两种方法对潮流均衡度进行描述。

具体的数学表达式为：

在实际的计算过程中，馈线上的潮流会不断的进行变化，但是中低压配网馈线上的负荷类型比较接近，变化规律也比较相似，所以可以通过负荷高峰值以及负荷高峰时段所对应的分布式电源出力来对相应的潮流均衡指标进行计算，这个指标能够体现出潮流分布最不利的情况。以IEEE3节点系统为例，在原有参数的基础上，假设负荷的变化规律相同，计算出负荷在100%、80%、60%时的线路负载率，每个之路所对应的负载率如图1所示。

图1

从图中可以看出，负荷越大，负载率的差异也会相应增大，对应的潮流均衡度越差。

■3.2 确保电压波动影响最小提升配电网安全性

在外界环境的影响下，很容易对分布式电源的出力产生明显的波动，这样一来便会使配电网中的电压波动加剧。针对这种情况，为了保证配电网的经济性与安全性，需要将电压波动影响最小引进到分布式电源多目标规划当中。

如果负荷和分布式电源的节点注入功率存在微小波动，那么节点电压需要满足一下线性关系：

公式中，Δp和ΔQ分别代表节点注入的有功功率和无功功率向量，J为雅克比矩阵，矩阵的元素值由节点的电压以及网架结构来主导，ΔQ和ΔU分别表示节点的相角向量和电压向量。在配电网中，分布式电源主要输出有功功率，所以需要分析分布式电源有功波动对电压的影响，当无功功率向量为0时，

式中，S代表电压灵敏度矩阵，其中第i行第j列元素sij能够表示出节点i的电压对节点j的注入功率变化的灵敏度。当分布式电源接入节点j时，矩阵的第j列元素会反应配电网中每个节点对分布式电源接入点功率波动的灵敏度。灵敏度越大，分布式电源接入的容量就会越大，能够证明节点电压的波动受到分布式电源功率波的影响越大，所以需要通过所示的优化目标来对功率波对分布式电源电压波动的影响进行抑制。式中，d代表分布式电源对配电网节点电压波动的影响程度。J代表分布式电源的接入节点，pDGj代表接入节点j的分布式电源有效功率。网架结构确定之后，节点电压会随着节点注入功率的波动而改变，由于矩阵的元素值时通过网架结构来决定的，所以节点电压变化所引起的矩阵元素值变化可以进行忽略，直接通过高峰负荷值来矩阵电压灵敏度以及电压波动指标进行计算。

4 结束语

配电网的建设在成本、开展以及安全方面还存在比较显著的问题，配电网分布式电源多目标规划的提出缓解了这些棘手问题。分布式电源主要包括光伏发电、风力发电、垃圾发电等，在配电网负荷中心处加入分布式电源可以有效的注入有功功率，改变配电网的经济性与安全性，有效降低网络损耗，为用户提供安全的供电环境。