考虑环境效益的分布式电源多目标优化

王文生

(广东电网公司湛江供电局，广东　湛江　524000)



考虑环境效益的分布式电源多目标优化

王文生

(广东电网公司湛江供电局，广东湛江524000)

分布式电源的接入位置及容量对配电网有着很大影响，研究DG的选址与定容问题，建立了提高环境效益、降低网络损耗、最大化静态电压稳定裕度的DG规划多目标模型,并应用多目标粒子群改进算法进行求解。最后，通过测试算例结果验证了所建模型及算法的可行性和有效性。

分布式电源；多目标优化；粒子群算法；Pareto最优解

1　引言

分布式电源的接入使配电网从放射状无源网络变为分布有中小型电源的有源网络，各支路的潮流大小和方向将发生很大变化，与分布式电源容量、接入位置密切相关。因此，DG的选址与定容是DG规划阶段中需要重点考虑问题。近年来，很多国内外学者对其提出了许多理论与实践方面的研究成果。文献[1]采用模糊理论把多目标规划简化为单目标规划，再用遗传算法求解DG位置与容量。

在分布式发电规划方面，应重视清洁能源所具有的环境效益,本文主要研究DG在配电网中的最优接入位置和容量，建立了兼顾环境效益的DG规划多目标模型。

2　含分布式电源的多目标规划模型

2.1目标函数

(1)环境效益

增大清洁型DG发电总容量将使原传统电网的发电排放气体减少，从而获得政策性补贴。考虑与DG发电总容量相关的环保效应[2]，环境效益目标函数为：

(1)

式中，N为DG的接入节点数目；Ci为节点i处DG的环境补贴电价；λi为容量系数；PDG，i为节点i处DG的额定有功输出。

(2)系统网损

电网网络损耗目标函数为：

minf2=Ploss(pDG1，pDG2，…，pDGk)

(2)

式中，Ploss为系统网损。

(3)静态电压稳定裕度

配电网静态电压稳定指标[1]为：

(3)

式中：Lj表示第j条支路(首节点为i,末节点为j)的电压稳定指标；R和X分别为支路j的电阻和电抗；Pj和Qj分别为流入支路末节点J的有功和无功功率；Vi为首节点电压幅值。

所有Lj中的最大值就为配电系统电压稳定指标L，即

L=max{L1，L2，…，LB}

(4)

式中：B代表支路总数。配电网电压稳定裕度是：K=1-L，则配电网电压稳定指标的最小值就对应于静态电压稳定裕度最大，即求minL。

2.2约束条件:

(5)

(6)

(2)节点电压约束

Ui,min≤Ui≤Ui,max

(7)

(3)支路潮流约束

Pl≤Pl,max

(8)

(4)分布式电源容量约束

PDG,min≤PDG≤PDG,max

(9)

(10)

式中，PG，i、QG，i、PL，i、QL，i分别代表节点i处电源的有功出力、无功出力、有功负荷、无功负荷；Gij、Bij为系统导纳；Ui、δij分别代表节点电压、节点电压相角差；pl、PDG，min、PDG，max分别代表线路l的传输功率、DG注入有功的上限、DG注入有功的下限；b、N、NDG、η分别代表与节点i相关联的支路数、节点数、安装DG总数、DG有功总量占系统负荷总量的比例上限。

3　求解步骤

在本文的DG优化配置过程中采用一种改进粒子群算法，该算法把搜索过程中找到的Pareto最优解保存在一个外部存储器里，利用自适应网格法对保存在外部存储器里的最优解进行维护更新，真实的Pareto最优解被领导粒子带领着粒子群找到，同时引入模糊全局最好位置，能保持种群多样性，不会过早收敛还能让搜索逼近整个Pareto前端。改进多目标粒子群求解步骤如下：

图1

4　算例分析

本文选取某地35节点6kV低压配电网为算例[3]进行分析，其结构如图2所示。负荷节点19～35都可以运行DG，假设在负荷节点上直接安装DG，DG总容量不大于系统总负荷的50%，单个DG的最大容量不大于0.3MW。该配电网系统有功负荷为8.912MW,无功负荷为4.2754Mvar。清洁能源型DG补贴为0.25元/(kWh)。粒子群、外部粒子群数量分别为100、50，迭代次数100。求解出的Pareto解的目标函数空间分布如图3所示。

图2　35节点6kV低压配电网

图3　DG配置Pareto解的目标函数空间分布

如图3所示，环境效益、有功网损和静态电压稳定裕度很难同时处于最优。所以在安装DG时，决策者需要从系统实际需求重点出发，在这些Pareto最优解集里挑选最符合实际要求的解。当系统更加注重环境效益时，就在解集里选择环境最优方案(如解1)；当更加关注系统有功网损时，就选择系统网损最小方案(如解2)……。若无特别目标要求，折中选择无偏最优解(如解4)。解1、解2和解3这3个代表性的DG配置方案结果如表1所示，分别对应表1中方案1、方案2和方案3。

表1　各DG配置方案

注：上面DG配置方案中，以19(3)为例，数字19为优化后DG安装节点，数字3的0.1倍为优化安装容量。

表2针对各方案从环境效益、系统网损、静态电压稳定裕度3个目标做了比较。可以看出，将DG接入配电网后，网损减少，静态电压稳定性提高，更重要是环境效益很明显。

表2　方案比较

5　结语

分布式电源在电力系统中将发挥着重要的作用，其合理的布局可带来巨大的社会和经济效益。本文所建模型在考虑系统网损最小和静态电压稳定裕度的基础之上，通过最大化接入系统的DG总容量，充分考虑了清洁能源DG带来的环境效益。用于求解的改进算法方便决策者根据实际系统的需求获取最优解决方案。最后通过算例结果表明此模型和算法的有效性。

[1]陈海焱，陈金富，杨雄平，等.配电网中计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.

[2]张立梅，唐巍，王少林，等.综合考虑配电公司及独立发电商利益的分布式电源规划[J].电力系统自动化，2011,35(4)：23-28.

[3]蔡丽霞.含分布式电源的配电网规划研究[D].山东大学，2009.

Distributed Generators Planning of Multi-objective Optimization Based on Environmental Benefit

WANG Wen-sheng

(Zhanjiang Power Supply Bureau of Guangdong Power Grid Company，Zhanjiang 524000，China)

The location and capacity of distributed generation have great influence on distribution network,so issues on locating and sizing of DG are discussed in this paper.A multi-objective optimal configuration model of DGs,in which the maximum of environmental benefit and network loss as well as optimal stability of steady state voltage are taken as objectives,is build.On this basis,the multi-objective particle swarm optimization is proposed.The simulation results show that the proposed model and algorithm are feasible and available.

distributed generator;multi-objective optimization;particle swarm optimization;Pareto-optimal solutions

1004-289X(2016)01-0048-03

TM715

B

2014-12-22

王文生(1987-)，男，硕士研究生，研究方向为分布式发电。