供電系統(tǒng)微電網(wǎng)電源選址定容方法研究

陸曉峰

（國網(wǎng)蘇州供電公司，江蘇 蘇州 215000）

1 前言

隨著全球化石資源日漸匱乏和環(huán)保問題的突出，風(fēng)電機(jī)組的高效率開發(fā)已得到廣泛關(guān)注，然而其具有的隨機(jī)、間歇特性會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)負(fù)荷不穩(wěn)定，從而引發(fā)一系列新的問題[1]。微電網(wǎng)作為一種由分布式電源-儲(chǔ)能-負(fù)載組成的具有孤島特性的耦合系統(tǒng)，是保障供電系統(tǒng)安全性與穩(wěn)定性、新能源高效開發(fā)的關(guān)鍵[2]。然而，由于其存儲(chǔ)方式與分布方式的差異，會(huì)對(duì)微電網(wǎng)的運(yùn)行穩(wěn)定性、供電品質(zhì)產(chǎn)生較大的影響，因而需要開展微電網(wǎng)電源的選址定容問題研究。

朱俊澎等人[3]以二階錐規(guī)劃為基礎(chǔ)，以資金投入周期的經(jīng)濟(jì)收益最高為目標(biāo)，提出一種電源選址定容方法。以閉環(huán)配電系統(tǒng)為研究對(duì)象，研究包含聯(lián)絡(luò)線與分區(qū)切換的擴(kuò)展DistFlow 電力潮流建模方法，并在該方法基礎(chǔ)上，構(gòu)建顧及電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)可重構(gòu)特性的配電系統(tǒng)最優(yōu)分配方法。以“有功電流”為基礎(chǔ)，采用“虛分支電壓”的思想對(duì)其進(jìn)行線性化，并結(jié)合電流、電壓變量替代及二次錐馳豫，構(gòu)建一種二次錐型的一體化優(yōu)化模型。針對(duì)含有上界限制條件的二階錐模型，提出了增加附加電壓限制的二階錐模型。研究成果顯示，引入電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)可擴(kuò)展性，能夠增強(qiáng)電力系統(tǒng)對(duì)分布式電源的接納，增加系統(tǒng)的整體經(jīng)濟(jì)性?；谝陨涎芯勘尘?，本文針對(duì)供電系統(tǒng)中的微電網(wǎng)電源，提出一種選址定容方法，從而降低選址定容的投資費(fèi)用。

2 供電系統(tǒng)微電網(wǎng)電源選址定容方法設(shè)計(jì)

2.1 選取微電網(wǎng)電源的候選地塊

為了提高微電網(wǎng)電源選址定容的效率，需要盡可能縮小選址定容的考察面積，但是又不能完全將合適的選址地域忽略[4]，要想提高選址定容的綜合效益，本文先選取微電網(wǎng)電源的候選地塊，也就是在微電網(wǎng)電源選址定容的過程中，電源所處的地塊要比可能被選中的周邊地塊高，從而選出最優(yōu)的地塊。

在選取微電網(wǎng)電源的候選地塊時(shí)，往往將電源建設(shè)的費(fèi)用忽略，那么候選地塊的總費(fèi)用Call為：

式（1）中，C0表示候選地塊的附加成本，L表示候選地塊的地價(jià)費(fèi)用。

如果利用傳統(tǒng)的選址定容方法確定微電網(wǎng)電源的位置會(huì)導(dǎo)致地價(jià)偏高，因此，可以考慮臨近的周邊地塊進(jìn)行電源選址，但是當(dāng)微電網(wǎng)電源的位置發(fā)生改變時(shí)，電源選址的附加建設(shè)成本也會(huì)隨之增加[5]，因此要綜合考慮電源選址的地價(jià)費(fèi)用和附加成本建設(shè)費(fèi)用?？紤]到供電系統(tǒng)銜接的費(fèi)用，如果選址定容的成本過高，說明選擇的電源位置是不合理的[6]。在供電系統(tǒng)中，多個(gè)微電網(wǎng)電源候選地塊的銜接必須滿足公式（2）的條件，即：

在公式（2）的條件下，給出了選取微電網(wǎng)電源候選地塊的具體步驟，如下：

Step1：確定微電網(wǎng)電源選址定容區(qū)域的最低地價(jià)C′，即：

式（3）中，（rx,ry）表示微電網(wǎng)電源選址定容區(qū)域的選址結(jié)果。根據(jù)微電網(wǎng)電源的建設(shè)原理，得到電源候選地塊的具體信息，劃定微電網(wǎng)電源的選址定容區(qū)域，不考慮區(qū)域以外部分。

Step2：選擇一個(gè)地價(jià)相對(duì)較低的地塊，按照Step1將該區(qū)域縮小，直到得到目標(biāo)區(qū)域內(nèi)最低價(jià)格的地塊。

Step3：將無法繼續(xù)縮小的候選區(qū)域，作為微電網(wǎng)電源選址的區(qū)域，鄰接區(qū)域作為相應(yīng)的候選地塊。

根據(jù)候選地塊的總費(fèi)用，給出多個(gè)微電網(wǎng)電源候選地塊的銜接條件，通過確定微電網(wǎng)電源選址定容區(qū)域的最低地價(jià)，選取了微電網(wǎng)電源的鄰接候選地塊。

2.2 設(shè)計(jì)微電網(wǎng)電源選址定容算法

供電系統(tǒng)中的微電網(wǎng)是由繼電保護(hù)裝置、混合儲(chǔ)能系統(tǒng)、分布式電源以及能量轉(zhuǎn)換裝置組成的比較獨(dú)立的發(fā)電系統(tǒng)。供電系統(tǒng)在正常運(yùn)行過程中，微電網(wǎng)電源選址定容問題屬于一種非線性的規(guī)劃問題[7]，將該類問題轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)模型的求解問題，那么利用公式（4）給出微電網(wǎng)電源選址定容的數(shù)學(xué)模型，即：

式（4）中，fn(x)表示數(shù)學(xué)模型中的第n個(gè)子目標(biāo)函數(shù)，y表示微電網(wǎng)電源選址定容的目標(biāo)函數(shù)，g(x)表示目標(biāo)函數(shù)中不等式的約束條件，φ(x)表示目標(biāo)函數(shù)中等式的約束條件，A表示微電網(wǎng)電源在選址定容過程中的決策變量，D表示優(yōu)化電源選址定容目標(biāo)的總數(shù)，admin和admax表示決策變量搜索的最小值和最大值。

在公式（4）的微電網(wǎng)電源選址定容數(shù)學(xué)模型下，通過求解微電網(wǎng)電源選址定容問題[8]，設(shè)計(jì)微電網(wǎng)電源選址定容算法，具體步驟為：

Step1：將微電網(wǎng)電源接入供電系統(tǒng)的容量和位置作為選址定容的決策變量，最小儲(chǔ)能容量、電壓偏差以及負(fù)荷缺電率為優(yōu)化目標(biāo)，在功率平衡、節(jié)點(diǎn)電壓、儲(chǔ)能功率及儲(chǔ)能平衡等多個(gè)限制條件下，構(gòu)建選址定容模型。

Step2：采用粒子群算法求解step1 中的數(shù)學(xué)模型，并將相應(yīng)的求解軟件編制到MATLAB 中，將微電網(wǎng)的功率流、節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)、約束條件的上下界和算法的參數(shù)等作為初始數(shù)據(jù)。運(yùn)行軟件程序，計(jì)算出每個(gè)粒子所對(duì)應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)，通過與各個(gè)粒子相對(duì)應(yīng)的目標(biāo)值進(jìn)行對(duì)比，選擇出一個(gè)最優(yōu)解和一個(gè)群體的全局最優(yōu)解，并在這兩者的基礎(chǔ)上，對(duì)其進(jìn)行反復(fù)的搜索。

Step3：通過搜索得到的最優(yōu)解就是最終的配置方案，將其作為微電網(wǎng)電源選址定容的最終結(jié)果。

綜上所述，將微電網(wǎng)電源選址定容問題轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)模型的求解問題，利用粒子群算法，求解了微電網(wǎng)電源選址定容的數(shù)學(xué)模型，實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)電源的選址定容。

3 實(shí)例分析

3.1 研究對(duì)象

為了驗(yàn)證文中方法在微電網(wǎng)電源選址定容中的經(jīng)濟(jì)性，本文以某一地區(qū)的220kV 供電系統(tǒng)為研究對(duì)象，實(shí)驗(yàn)之前，先了解供電系統(tǒng)中電源點(diǎn)和負(fù)荷點(diǎn)的地理位置信息，在MATLAB 程序下對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化處理，得到負(fù)荷點(diǎn)的地理位置信息，如表1 所示。

表1 供電系統(tǒng)負(fù)荷點(diǎn)的地理信息

將表1 中供電系統(tǒng)負(fù)荷點(diǎn)的地理信息導(dǎo)入MATLAB程序中，通過各個(gè)負(fù)荷點(diǎn)的位置關(guān)系，選取微電網(wǎng)電源的候選地塊，在該地塊內(nèi)，對(duì)供電系統(tǒng)微電網(wǎng)電源進(jìn)行選址定容，保證供電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

3.2 選址定容測(cè)試

根據(jù)表1 中供電系統(tǒng)負(fù)荷點(diǎn)的地理信息，利用文中方法對(duì)微電網(wǎng)電源進(jìn)行選址定容，得到如圖1 所示的結(jié)果。

圖1 微電網(wǎng)電源選址定容結(jié)果

圖1 中，黑色實(shí)心圓為微電網(wǎng)電源，虛線實(shí)心圓為供電系統(tǒng)所處區(qū)域的地理信息約束，白色空心圓為負(fù)荷點(diǎn)。

根據(jù)圖1 的結(jié)果可知，文中方法對(duì)微電網(wǎng)電源的選址定容結(jié)果在可建設(shè)范圍內(nèi)，可以避免不可建區(qū)域，符合微電網(wǎng)電源的建設(shè)要求。

3.3 經(jīng)濟(jì)性分析

在經(jīng)濟(jì)性分析中，本文引入考慮網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)重構(gòu)的選址定容方法作對(duì)比，統(tǒng)計(jì)了兩種方法在微電網(wǎng)電源選址定容中的投資費(fèi)用，結(jié)果如表2 所示。

表2 微電網(wǎng)電源選址定容的投資費(fèi)用

從表2 的結(jié)果可以看出，采用考慮網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)重構(gòu)的選址定容方法時(shí)，微電網(wǎng)電源選址定容的投資費(fèi)用在500 萬元～600 萬元之間，文中方法在微電網(wǎng)電源選址定容方面的投資費(fèi)用比較低，在500 萬元以內(nèi)，說明文中方法不僅可以保證微電網(wǎng)電源選址定容的合理性，還可以降低選址定容的投資費(fèi)用，保證了微電網(wǎng)電源選址定容的經(jīng)濟(jì)性。

4 結(jié)語

本文提出了供電系統(tǒng)微電網(wǎng)電源選址定容方法研究，通過選取微電網(wǎng)電源的候選地塊，設(shè)計(jì)了微電網(wǎng)電源選址定容算法，通過實(shí)例分析發(fā)現(xiàn)，該方法在微電網(wǎng)電源選址定容中比較合理，并提高了微電網(wǎng)電源選址定容的經(jīng)濟(jì)性。

本文的研究雖然取得了一定的成果，但是由于粒子群算法在求解時(shí)容易陷入局部最優(yōu)，在今后的研究中，希望可以引入遺傳算法優(yōu)化粒子群算法，得到最佳選址定容方案。