含分布式發(fā)電配電網(wǎng)優(yōu)化規(guī)劃分析

李鋼　趙娜

[摘 要]隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷深入和發(fā)展，各行各業(yè)的用電和生活用電需求迅速增長(zhǎng)，這使得原有供電系統(tǒng)難以承擔(dān)重負(fù)，電網(wǎng)故障頻頻發(fā)生，拉閘限制電量的現(xiàn)象嚴(yán)重，這極大地影響了供電用電的質(zhì)量。因此，為了充分發(fā)揮分布式發(fā)電（下文中簡(jiǎn)稱為DG）的效用并且減少其不良的影響，務(wù)必在確保電網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定有序的前提下，對(duì)配網(wǎng)中DG的類型、位置和容量等進(jìn)行科學(xué)合理的規(guī)劃，從而實(shí)現(xiàn)分布式發(fā)電運(yùn)行的最優(yōu)化。

[關(guān)鍵詞]分布式發(fā)電；配電網(wǎng)；優(yōu)化；規(guī)劃

[DOI]10.13939/j.cnki.zgsc.2015.45.081

1 分布式發(fā)電的優(yōu)勢(shì)分析

分布式發(fā)電是指一種小型化的發(fā)電技術(shù)，它能夠最大程度地利用各種各樣分散的能源，從而提供更加清潔高效的電能，這種技術(shù)作為傳統(tǒng)供配電方式的有力補(bǔ)充，能夠有效地節(jié)約電網(wǎng)體系的投資與運(yùn)營(yíng)成本，減少能源消耗，提高供配電的靈活性與穩(wěn)定性。分布式發(fā)電是當(dāng)前電力系統(tǒng)的重要發(fā)展趨勢(shì)，相比于傳統(tǒng)的供配電方式，分布式發(fā)電有著以下幾個(gè)顯著的優(yōu)勢(shì)。

1.1 位置分布靈活

傳統(tǒng)的供配電方式需要建設(shè)大量的輸電線路，這不僅花費(fèi)了線路建設(shè)資金，而且電源在輸送的過(guò)程中也會(huì)存在一定的線路損耗，分布式發(fā)電的配電網(wǎng)能夠?qū)崿F(xiàn)本地能源就地發(fā)電，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)配電方式的不足。

1.2 電能質(zhì)量提高

由于分布式發(fā)電能夠改變配電網(wǎng)的電壓分布，提高了電能線路的末端電壓，從而確保了電能的質(zhì)量。

1.3 資源利用充分

含分布式發(fā)電的配電網(wǎng)不僅會(huì)使用不可再生能源，而且也會(huì)充分利用各種可再生能源，這在一定程度上能減少化石燃料的消耗，并且降低污染物的排放，有利于生態(tài)環(huán)境的保護(hù)。

1.4 可靠性和靈活性高

在傳統(tǒng)的配電方式下，如果大電網(wǎng)出現(xiàn)故障，那么供電就會(huì)受到極大的影響。而分布式發(fā)電在電網(wǎng)故障的時(shí)候還是能夠提供重要負(fù)載的供電，因此具有較高的靈活性和可靠性。

然而分布式發(fā)電也存在著不足的地方，隨著分布式發(fā)電在配電網(wǎng)中滲透率的增加，會(huì)對(duì)單項(xiàng)潮流的配電網(wǎng)產(chǎn)生較嚴(yán)重的反向潮流，從而影響了原本的繼電保護(hù)，對(duì)供配電的安全性造成不良影響。另外，一些分布式發(fā)電的接入還會(huì)在電網(wǎng)中注入諧波，影響了供配電的質(zhì)量。因此為了能夠充分地發(fā)揮分布式發(fā)電的優(yōu)勢(shì)，盡可能地減少其不利影響，務(wù)必要在確保原電網(wǎng)安全可靠的前提下，實(shí)現(xiàn)分布式發(fā)電的最優(yōu)規(guī)劃。

2 含分布式發(fā)電配電網(wǎng)優(yōu)化規(guī)劃簡(jiǎn)析

2.1 最小有功損耗的含分布式發(fā)電配電網(wǎng)規(guī)劃

配電網(wǎng)產(chǎn)生有功損耗是因?yàn)殡娏髟诮?jīng)過(guò)線路時(shí)，會(huì)遇到電阻從而產(chǎn)生熱量，使得電能以熱能的方式消耗。當(dāng)前我國(guó)配電網(wǎng)有功損耗的量是比較大的，降低有功損耗能夠?yàn)殡娏ζ髽I(yè)帶來(lái)更多的效益。分布式發(fā)電在配電網(wǎng)的接入能夠改變其潮流分布，從而減少配電網(wǎng)系統(tǒng)的有功損耗。在有功損耗最小化的前提下，分布式發(fā)電的接入會(huì)改變節(jié)點(diǎn)的電壓分布，這可能會(huì)對(duì)配電網(wǎng)的正常運(yùn)行造成影響。因此我們可以在接入分布式發(fā)電時(shí)，增加一些約束條件來(lái)提高電網(wǎng)的運(yùn)行穩(wěn)定性和安全性。

（1）節(jié)點(diǎn)電壓的約束。配電網(wǎng)的每個(gè)節(jié)點(diǎn)處的電壓幅度要在一定的范圍內(nèi)，決不可超過(guò)所要求的上下限，其中平衡節(jié)點(diǎn)的電壓幅值是不變的，在對(duì)節(jié)點(diǎn)電壓進(jìn)行約束時(shí)，應(yīng)當(dāng)將其除去。

（2）支路容量的約束。要求配電網(wǎng)的每個(gè)支路所產(chǎn)生的功率不能超過(guò)上限。

（3）分布式發(fā)電的滲透率約束。所謂滲透率是指接入的額定容量占最大負(fù)荷容量的比例。分布式發(fā)電的總額定容量應(yīng)當(dāng)小于等于配電網(wǎng)的最大容量。

一般來(lái)說(shuō)，分布式發(fā)電的位置分布在配電網(wǎng)線路的末端區(qū)域，這也表明了分布式發(fā)電在輻射線路末端區(qū)域接入時(shí)產(chǎn)生的效益和價(jià)值是最大的，這是因?yàn)榕潆娋W(wǎng)的末端區(qū)域相比于其他位置來(lái)說(shuō)，能夠極大地改變配電網(wǎng)的潮流分布，從而為配電網(wǎng)輻射線路遠(yuǎn)端的負(fù)荷提供部分的電能支持，盡可能地減少了線路上的電流，從而使有功損耗最小化。

2.2 最經(jīng)濟(jì)性的含分布式發(fā)電配電網(wǎng)規(guī)劃

前面提到的分布式發(fā)電的接入是在有功損耗最小化的前提下實(shí)現(xiàn)的，而在配電網(wǎng)上接入分布式發(fā)電也能極大地節(jié)約各種發(fā)電燃料，從而減少燃燒帶來(lái)的環(huán)境污染和空氣污染。為了更好地分析分布式發(fā)電接入配電網(wǎng)所產(chǎn)生的效益，下面以凈現(xiàn)值法為基礎(chǔ)，將分布式發(fā)電接入配電網(wǎng)的效益轉(zhuǎn)化為企業(yè)的收益，從而建設(shè)最優(yōu)的含分布式發(fā)電配電網(wǎng)規(guī)劃。

（1）減少有功損耗。實(shí)際上，分布式發(fā)電接入配電網(wǎng)能夠減少有功損耗，電網(wǎng)企業(yè)能夠通過(guò)減少有功損耗來(lái)獲得更多的經(jīng)濟(jì)收益。由于傳統(tǒng)的發(fā)電途徑是火電，因此需要結(jié)合負(fù)荷和分布式發(fā)電出力的波動(dòng)性。電力企業(yè)在一整年中能夠結(jié)余的有功損耗費(fèi)用是由每日負(fù)荷的小時(shí)數(shù)、電網(wǎng)中的支路線數(shù)、火電發(fā)電成本等因素決定。

（2）降低發(fā)電成本。在配電網(wǎng)中接入分布式發(fā)電后，電力企業(yè)可以在分布式發(fā)電中獲取一定的電能，用這部分電能來(lái)替代過(guò)去火電發(fā)電所獲得的電能，從而在一定程度上降低了發(fā)電的成本。

（3）保護(hù)環(huán)境?；痣娛俏覈?guó)發(fā)電最主要的方式，火力發(fā)電占了我國(guó)將近七成的電能，對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展有著極其重要的作用，但是火力發(fā)電需要使用大量的發(fā)電燃料，而這些燃料在燃燒時(shí)會(huì)產(chǎn)生很多煙塵、二氧化硫等污染空氣的氣體，對(duì)于生態(tài)環(huán)境以及居民的健康生活有極大的威脅，同時(shí)也會(huì)使全球變暖惡化。而分布式發(fā)電更多的是使用可再生能源，在發(fā)電的過(guò)程中基本不會(huì)產(chǎn)生有害氣體，所以能夠產(chǎn)生可觀的環(huán)境效益，更好地保護(hù)生態(tài)環(huán)境。實(shí)際上，電力企業(yè)所獲得的環(huán)境收益主要有兩部分，一個(gè)是分布式發(fā)電替代傳統(tǒng)發(fā)電所獲得的效益，另一個(gè)則是有功損耗的減少也能降低環(huán)境成本。

（4）分布式發(fā)電成本。分布式發(fā)電的成本主要由投資資金、運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用和維護(hù)維修費(fèi)用三個(gè)部分構(gòu)成，其中投資資金是在分布式發(fā)電規(guī)劃前期就付出的成本，例如設(shè)備設(shè)施的采購(gòu)安裝；運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用則是配電網(wǎng)在發(fā)電時(shí)所需要的燃料支出；而維護(hù)維修費(fèi)用則是電力企業(yè)每年設(shè)備的檢查、維修費(fèi)用。

分布式發(fā)電具有高效、清潔的顯著優(yōu)勢(shì)，逐漸為國(guó)家的智能電網(wǎng)和能源發(fā)展戰(zhàn)略提供更好的方向。隨著分布式發(fā)電在配電網(wǎng)中滲透率的提高，過(guò)去配電網(wǎng)的規(guī)劃原則已經(jīng)無(wú)法滿足社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的要求。因此優(yōu)化含分布式發(fā)電的配電網(wǎng)是當(dāng)前配電網(wǎng)規(guī)劃工作的重中之重。

3 含分布式發(fā)電配電網(wǎng)優(yōu)化規(guī)劃需解決的問(wèn)題

3.1 完善模型

為了使建立的模型能夠符合實(shí)際情況，應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步完善含分布式發(fā)電的模型，立足于優(yōu)化規(guī)劃期內(nèi)負(fù)荷增長(zhǎng)的實(shí)際情況，從而確保模型能夠更加正確地反映當(dāng)前的情況。

3.2 可靠性指標(biāo)

在研究分布式發(fā)電可靠性時(shí)，需要以可靠性分析方法為基礎(chǔ)，在優(yōu)化規(guī)劃中適當(dāng)增加可靠性指標(biāo)，從而實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)多元化的分布式發(fā)電優(yōu)化規(guī)劃模型。

4 結(jié) 論

總的來(lái)說(shuō)，含分布式發(fā)電配電網(wǎng)具有高效、清潔的顯著特點(diǎn)，是未來(lái)我國(guó)實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)的重要發(fā)展條件。本文從最小有功損耗和經(jīng)濟(jì)環(huán)境效益兩個(gè)角度出發(fā)，對(duì)含分布式發(fā)電配電網(wǎng)的優(yōu)化規(guī)劃進(jìn)行了深入的分析。其中將最小有功損耗作為優(yōu)化目標(biāo)主要考慮分布式發(fā)電的位置、容量、節(jié)點(diǎn)電壓、支路上限以及分布式發(fā)電在配電網(wǎng)的滲透率等；而以分布式發(fā)電接入配電網(wǎng)所產(chǎn)生的效益作為優(yōu)化規(guī)劃目標(biāo)時(shí)，需要從經(jīng)濟(jì)的方面出發(fā)，采用凈現(xiàn)值法對(duì)各種效益和投入進(jìn)行量化，從而更好地實(shí)現(xiàn)含分布式發(fā)電配電網(wǎng)的優(yōu)化規(guī)劃。

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