考虑分布式电源调峰的配电网的规划陈桂

陈桂

摘要：分布式能源(DG)是指不直接与集中输电系统相连的低电压等级的独立电源,主要包括太阳能利用、风能利用等多种形式。DG接入配电网后,会对线路潮流、节点电压、网络损耗产生巨大影响。在对配网进行规划时,要综合考虑变电站、网架、DG、电力需求响应。而DG受环境因素影响很大,成本特性复杂,研究如何将配网网架与DG协调规划,在有效提高资源利用率的前提下,保证电力系统的安全经济运行具有重要意义。DG接入配电网后,原来的单电源模式变成了多电源模式,配电网的结构和运行控制方式发生了巨大变化,电网的管理更加复杂,研究接入了DG的配电网优化运行措施,具有重要的实际意义。

关键词：分布式电源；配电网；调峰；电源

一、概述

DG按出力特性不同可分为稳定出力型DG和间歇出力型DG两大类。稳定出力型DG主要包括微型燃气轮机、冷热电联产发电机、柴油发电机、燃料电池等。间歇出力型DG亦可称为间歇性DG,主要包括分布式风电、分布式光伏发电等。间歇性DG的输出功率具有明显的间歇性、随机性和波动性,接入配电网运行后,将大幅增加配电网中的不确定性,从而影响配电网运行过程中的各项指标,且影响程度与接入的位置和容量有着密切的关系,给相关规划工作带来了新的挑战。

(一)不确定性因素的建模研究

不确定性因素的建模研究是配电网中考虑不确定性的DG规划的基础,其涉及风电和光伏的出力特性、负荷的不确定性、未来电价的不确定性和燃料成本的不确定性等。

(二)TDN中的DG规划方法

DG接入TDN后,遵循“安装即忘记”的原则,即DG在运行过程中不接受来自配电网的主动管理和控制。目前,TDN中考虑不确定性的DG规划方法主要有3类:第1类是基于多场景技术的规划方法;第2类是基于机会约束理论的规划方法;第3类则是基于模糊数学理论的规划方法。

(三)ADN中的DG规划方法

ADN是目前智能配电网一种新的发展模式,能利用先进的自动化、通信和电力电子等新技术实现对接入配电网的DG和其他设备进行主动管理。目前,ADN中考虑不确定性的DG规划方法主要包括单层规划方法和基于双层规划理论的双层规划方法。

二、分布式电源的配网双层规划

随着分布式电源技术的发展,风力发电、光伏发电越来越多地接入配电网,为弥补DG的波动性,蓄电池、燃气轮机等装置也接入了配网,电力用户由被动用电转变为主动参与能量管理,成为主动负荷。而主网电源、DG以及主动负荷可以视为广义电源。这些形式的电源特性不同,在负荷曲线中占有各自的比例,在进行规划时应考虑各种电源的成本时间特性,节约投资。

重点介绍双层规划方案,第一层将广义电源都视为等效电源,建立各种电源的成本—时间特性曲线,根据费用最小原则求出各类电源在规划时间内的运行时间,及其在负荷曲线上的位置,得到各类电源的配置容量。第二层规划将总费用最小设为目标函数,确定配网网架方案及DG的配置。用第一层规划配置的电源容量作为约束条件,再应用优化理论进行优化,这种方法能够确定DG的工作时间,提高了方案的经济性。

三、对配电网网损的影响及对策

（一）对配电网网损影响概述

传统的配电网网损计算仅与负荷有关。而分布式光伏发电系统接入后配电网网损计算不仅和负荷有关,同时还与分布式光伏发电系统的容量以及其与负荷节点的空间位置紧密相关。分布式光伏电源接入配电网后,配电系统由原有的单电源辐射式网络将变为用户互联和多电源的弱环网络。由上节计算结果可以看出,配电网的潮流分布将发生彻底的变化,将不再是单方向地从变电站母线流向各负荷节点,而是大小和方向都无法预测。这种情况的出现将会导致配电网的网损发生变化。

（二）案例分析

分析在光伏电站接入配电网后对配电网网损的影响。计算假定光伏发电出力分别按一期工程装机规模的20%、50%、100%考虑,并对远景10MW容量满发时的网损进行计算。各节点负荷情况仍采用1.2节中数据。网损计算采用中国电科院编制的PSASP软件7.1版本,在PSASP软件仿真环境中,分别对金迪光伏本期及远景不同出力情况下相关变压器和线路的损耗进行计算,且为便于分析,假定上一级主变压器(简称主变)负荷即为该配电网馈线负荷,计算结果见表1。

（三）结论分析

1、并网光伏电站的出力大小和接入位置均对线路损耗产生影响。当光伏出力小于公共连接点负荷时,接入位置越靠近线路末端损耗越小;当光伏出力大于整条馈线负荷时,接入位置越靠近线路首端损耗越小;而当光伏出力大于整条馈线负荷2倍时,线路损耗将大于光伏未接入时的损耗。

2、并网光伏电站对接入点上一级变压器损耗的影响主要由光伏电站出力大小决定,而与光伏电站接入位置无关。当光伏电站出力小于变压器负荷时,电站出力越大,变压器损耗减小率越大。但当光伏电站出力大于变压器负荷时,电站出力越大,变压器损耗减小率越小,且当光伏电站出力大于变压器负荷2倍时,变压器损耗将大于光伏电站未接入时的损耗。

3、并网光伏电站的出力大小

和接入位置均对总损耗产生影响,由上分析可知接入位置仅影响线路损耗。在一定范围内,出力较大时可能会增加线路损耗,如出力为7.0MW接入节点3时的线路损耗较未接光伏电站时的线路损耗增加了9.1%,但此时主变损耗较未接光伏电站时降低了64.3%,两者相抵后总损耗增加了1.1%。由于本案例中主变损耗远小于线路损耗,因此在总损耗中线路损耗为主要控制条件,而当主变为高阻抗变压器时,主变

三、DN中考虑不确定性的DG规划

TDN中考虑不确定性的DG规划方法主要可分为3类:第1类是基于多场景技术的规划方法;第2类是基于机会约束理论的规划方法;第3类则是基于模糊数学理论的规划方法。这3类规划方法对应的规划模型、求解算法和特点具体如下所述。

基于多场景技术的DG规划方法的思路是:将风电、光伏和负荷等不确定性因素可能的取值通过某种规则选取出来并进行一一枚举,从而组成一系列“规划场景”,每个“规划场景”对应一组确定的规划参数,从而将不确定性问题处理成一系列确定性问题。

上述基于多场景技术的DG规划模型的一般形式可概括为:

电网进行经济调度主要从两方面入手:一是在时间上调整负荷率或削峰填谷,即调整负荷使得负载曲线趋向于平衡;二是在空间上对变压器和线路之间的负荷进行经济分配,降低电网损耗。

由于DG具有安装点多并且运行灵活的特点,对DG能够实现时间和空间上负荷的经济调度,实现变压器的经济运行。DG对变压器运行的影响包括以下几方面:第一,DG发电功率变化将影响并列运行变压器的投切;第二,DG与配电网重构配合,能调整分列运行变压器间的负荷;第三,DG本身能够起到削峰填谷的作用;第四,DG的接入可以在不减弱电网运行可靠性的基础上,提高电力系统运行的经济性,即减少了变压器经济运行的约束。

2台变压器容量分别为20MVA,电压比为35/10.5#1变型号为Z10,#2变型号为Z9,共实施3套方案,对比变压器的损耗值。方案1:#1变与#2变并列运行,不接入DG;方案2:只投入#1变,接入容量为5MW的DG;方案3:只投入#2变,接入容量为5MW的DG。DG投入对系统损耗的影响如表1所示。电网中接入DG后,线路损耗从0.467MW下降到0.289MW,降损效果明显。另外,变电站流过的功率从14.03MW降低到8.62MW,为变压器经济运行提供了条件,可见DG的接入使得电力系统更加节能。

参考文献：

[1]毛韶阳.刍议分布式电源调峰的配电网规划[J].中国科技投资,2012,(36):251.

[2]金尧,王正宇,蒋传文等.考虑分布式电源接入的电网调峰权交易研究[J].电器与能效管理技术,2016,(2):48-52.DOI:10.3969/j.issn.1001-5531.2016.02.009.

[3]黄晓东,郝木凯,陆志刚等.微网系统中电池储能系统应用技术研究[J].可再生能源,2012,(1):38-41.DOI:10.3969/j.issn.1671-5292.2012.01.009.

[4]鲁针针.考虑智能家电与分布式电源的电力需求响应技术研究[D].东南大学,2015.

[5]罗一凡.考虑分布式电源的电力客户信用等级评价及反窃电研究[D].上海交通大学,2015.