分布式发电并网的配电网规划

分布式发电并网的配电网规划
发表时间：2016-01-11T16:33:09.850Z 来源：《电力设备》2015年6期供稿作者：邱军亮王欣许辉侯艳周鹏举曲良孔
[导读] 国网河南省电力公司郑州供电公司配电网是电力系统的重要组成部分，也是城乡基础建设的重要组成部分.
（国网河南省电力公司郑州供电公司河南郑州 450000）
一、研究的背景及意义
近年来由于分布式发电（DG，distributed generation）具有减轻对环境污染、降低终端用户费用、改善电能质量和提高供电可靠性等特点，作为一种新型的发电和能源综合利用方式得到了广泛的研究。

另外，集中发电、远距离输电和大电网互联的电力系统存在的弊端，如不能灵活跟踪负荷的变化、局部事故极易扩散并导致大面积停电等，也需要分布式发电来弥补其不足。

配电网是电力系统的重要组成部分，也是城乡基础建设的重要组成部分，它的规划、建设与改造直接影响到整个电力部门的经济效益和广大电力用户供电的安全可靠。

配电网规划的内容涉及很多方面，例如网架结构规划、变电站位置与容量规划以及稳定性分析等。

配电网与分布式发电相结合的方式被公认为是能够节省投资、降低能耗、提高电力系统灵活性的重要方式，是21世纪电力工业的发展方向之一[1]。

在这种形式下，针对含分布式发电的配电网规划进行研究具有十分重要的现实意义。

二、国内外研究现状及发展动态研究
在配电网的DG规划当中，按决策变量的类型可分为单一规划和综合协调规划[2]。

单一规划是在不改变系统馈线和变电站配置的情况下，对DG的安装位置和容量进行优化；综合协调规划是DG与配电变电站或馈线等设备的整体规划，决策变量类型比单一规划多，是一种配电网全局优化规划。

在实际规划过程中，所使用的方法和流程会由于问题和目标的不同而有很大区别。

2.1国内研究现状
文献[3]分析了分布式发电接入后对配网系统短路电流、继电保护以及重合闸的影响；以保证原有保护配置可靠动作为条件，提出计算分布式电源准入容量的计算模型和方法。

文献[4]计及新增负荷节点对网络结构的影响，采用最小化配电网年费用作为优化目标函数对分布式发电的布点和定容进行优化；但DG的布点和定容问题实际上是包括可靠性、经济性等在内的一个多目标优化问题。

文献[5]建立了分布式发电投资成本最小、网损最小和静态电压稳定裕度最大的多目标规划模型，采用模糊优化理论将三个优化子目标转化为单目标函数，并用改进的自适应遗传算法求解；但不能得到完整的Pareto解集，很难得到最优解。

2.2国外研究现状
文献[6]通过对潮流分布方程的灵敏度分析，确定DG的安装位置，并通过可靠性指数计算，进一步优化系统的可靠性。

文献[7]则在考虑到技术条件限制的情况下，基于线性规划来确定最佳DG配置。

文献[8]提出一种基于多目标规划和决策理论的方法，考虑DG作为配电网发展的一个选项，找到系统的最佳发展计划。

文献[9]提出了一种新的综合模型，在目标函数中不仅计入了新增变压器和新建线路所需的费用，同时还考虑了待选的分布式电源的投资和运行成本、配电公司用于购买新增负荷所需电力的费用、用于赔偿供电损失的费用。

由于模型的成立是建立的没有新增的负荷节点的前提下，且文中没有提出相应的求解算法，故仅适用于负荷节点较少的情况。

三、含分布式发电的配电网规划模型
3.1规划模型的目标函数
（1）分布式发电的投资成本包括设备综合成本和安装成本，投资成本最小的目标函数为：
3.2规划模型的约束条件
等式约束条件为分布式发电接入配电网后的系统功率平衡方程；不等式约束条件为节点电压上下限、支路功率最大限、分布式发电容
量上下限、旋转备用约束、N- 1安全准则。

四、分布式发电技术对配电网系统的影响
4.1对系统电压的影响
（1）对稳态电压分布的影响。

配电网在稳态情况下电压会沿着馈线潮流方向逐渐降低，DG接入之后，如果在负荷不变的情况下，因为馈线传输功率的减小，加上DG输出无功的支持，各负荷节点的电压就会被抬高，值得注意的是，此时电压被抬高的多少与DG接入的位置及总容量直接相关。

此外，如果DG突然停止运行，受到DG影响最大的节点上就会因为缺少电压的支撑面临低电压的问题，加上电压调节器发生动作需要相应的时间，这时一定要等待调压器做出相应的调整。

（2）对系统电压波动的影响。

传统配电网中的无功负荷与有功负荷会随着时间的变化出现电压波动，同时会沿着线路的末端放线波动越来越大。

如果这些负荷集中在末端周围，那么电压的波动就会更大。

当DG接入之后，系统电压波动可能会发生一定的变化。

4.2对供电质量的影响
当分布式发电并网到配电网中后，会对网损产生一定的影响。

接入点负荷量比该点输出量大时，DG的引入就会减少配电网中的线路损耗；至少有一个负荷节点的负荷量比该点DG输出量小，同时总负荷比DG总输出量大时，将会使配电网中一些线路的损耗得到增加，同时总线路损耗会相应减少。

4.3对系统稳定性的影响
在配电网中一般有两种电压控制方式，其中一种是对变压器分接头的位置进行改变，另外一种是对系统无功进行控制，对电压进行调节，例如同步调相机。

虽然分布式发电设备不能参与到电压调节中，但是其接入将会导致馈线中传输无功、有功数量及方向上的变化，进而对稳态电压分布产生影响。

五、存在的问题及可能的创新点
（1）随着社会对环境保护的重视，国家应该对分布式发电并网提供更多的支持，采取更多的优惠措施促进分布式发电的发展。

（2）缺少有效的数据获取，导致在系统规划、成本分析、用户经济性和行为分析得出的分析结果不能客观真实地反映实际情况。

（3）在进行规划目标函数优化时，从收敛速度，算法稳定性以及计算精度改进遗传算法，解决在多目标优化时存在的收敛速度慢和易早熟等问题。

（4）研究一种新的分布式电源组合方式以及有序可靠平滑的并网方式，减小分布式发电并网时产生的冲击。

（5）在分布式发电并网的配电网规划，考虑协调因子指导投资建设，达到分布式电源与配电网协调互动平衡，最大化地优化资源配置，并建立数学模型进行分析研究。

六、结语
综上所述，与其他发电方式相比，分布式发电方式存在非常明显的优势，例如它的污染少、能源利用率高、成木低等。

所以，这种发电方式现阶段受到了供电企业的普遍关注。

为了使该系统的作用得到全面发挥，国家相关部门应该及时制定更多的鼓励性政策进，并保证分布式发电技术的作用可以得到充分的发挥，供电企业应该加强对技术的改造，使该项技术的适用性得到提高，与此同时，供电企业应该与本地的实际情况相结合，对有效的规划方案进行制定。

分布式发电与配电网各具特点，需要合理分工，紧密协作，实现长处匹配，短处互补。

而配电网作为大规模应用分布式发电的载体和依托，要积极发展主动式配电网技术，与分布式电源形成友好、和谐的联动机制，优化电网网架配置，以期解决大区域、大规模的分布式电源接入配电网的问题。

参考文献：
[1] 王成山，李鹏.分布式发电、微网与智能配电网的发展与挑战.电力系统自动化.2010，34（2）：10-14.
[2] 陈海众，陈金富，等.配电网中训一及短路电流约束的分布式发电规划[J].电力系统自动化，2006，30（21）：16-21.
[3] 熊军.分布式电源对配网的影响及准入容量的确定[D].杭州：浙江大学、2006.
[4] 王真.含分布式发电的配电网规划研究[D].保定：华北电力大学，2007.
[5] 张云.配电网中基于遗传算法的分布式发电规划[D].保定：河北农业大学、2008.
[6] Popovic D H，Greatbanks J A，et al.Placement of distributed generators and reclosers for distribution network security and reliability[J].International Journal of Power and Energy Systems.2005，27：398-408.
[7] Keane A，MalleyMO.Optimal allocation of embedded generation on distribution networks [J].IEEE Transactions on Power Systems，2005，20（3）：1640-1646.
[8] Carpinelli G，Celli G，et al.Optimization of embedded generation sizing and sitting by using a double trade-off method [J].IEE Proceedings of Generation Transmission Distribution.2005，152（4）：503-513.
[9] Walid EI-Kattam，Hegazy Y G，Salama M M A.An Integrated Distributed Generation Optimization Model for Distribution System Planning [J].IEEE Transactions on Power Systems，2005，20（2）：1158-1165.。