光伏并网增量式电网电源容量优化规划方法

王 惟

（国网江苏省电力有限公司泰州供电分公司，江苏 泰州 225300）

0 引 言

光伏并网主要将光伏发电系统产生的能量转化为可用的电能，并输送给电力用户[1-2]。在光伏并网的过程中，需要注重最大功率点跟踪、孤岛保护、逆变器储能等问题。研究表明，光伏并网增量式电网在原有的基础上增加光伏发电的接入规模，因此其电源额定容量大幅增加，容易出现供配电异常问题[3-4]。为解决这些问题，文章设计一种全新的光伏并网增量式电网电源容量规划方法。

1 光伏并网增量式电网电源容量优化规划方法设计

1.1 构建光伏并网增量式电网电源容量规划模型

在容量规划决策过程中，需要根据负荷分配要求有效调整电源容量分配，构建可靠的光伏并网增量式电网电源容量规划模型[5]。将光伏并网的年净收益作为规划目标，生成的目标函数maxf表达式为

式中：fm表示联盟净收益；fd表示运营商净收益[6-8]。

微电网的年净收益fm，公式为

式中：I表示年售电收益；C表示年投资成本；CON表示年运营成本；CBUY表示年购电费用[9]。

计算光伏并网的年运维成本，此时并网的年购电费用CBUY的计算式为

式中：cbd表示年购电电力；Pbd表示电力购买价格。

光伏并网增量式电网属于联盟模式，其约束条件与原始约束条件不同[10]。基于此，得到的功率平衡约束式为

式中：Pbt表示发电机组输出功率；Psd表示光伏输出功率；Pkon表示充电功率；Ploss表示放电功率。

在相同时间内，电网不能既售电又供电，需要根据联络线的传输上限进行约束调整。基于此，构建的光伏并网增量式电网电源容量规划模型fd为。

式中：Isell表示配电网收益综合；Closs表示网损成本。

式（5）的容量规划模型可以满足全过程下的收益分配与运营关系，能最大限度地提高供配电收益，降低光伏并网的供配网损。

1.2 考虑源-荷不确定性生成电源容量优化规划流程

源-荷不确定指光伏发电及负荷需求的不确定性，直接影响电网容量的规划效果。为解决该问题，文章将非支配排序遗传算法II（Non-dominated Sorting Genetic Algorithm II，NSGA-II）与混合整数线性规划结合，生成电源容量优化规划流程，如图1 所示。

图1 考虑源-荷不确定性的电源容量优化规划流程

由图1 可知，实际规划流程如下：首先需要初始化处理历史数据，利用灵敏度法确定电源容量限制；其次处理种群的优化变量，进行GUROBI 求解与信息反馈；最后，根据电源容量规划的目标函数值进行支配排序，在符合预设约束条件的同时输出容量规划最优解，从而满足电源容量规划的实际要求。因此，根据光伏并网的变化状态生成电源容量转换式PS为

式中：η表示光伏并网的电源容量转换效率；S表示光伏输出单位；I表示辐照强度；t0表示外界温度。

此时，在不考虑其他外界影响条件的基础上，可以确定并网内部的容量变化阈值为

式中：ψ(t)表示傅立叶变换形式，ω表示变换参数，d表示衰减分量；LMAX表示并网内部的容量最大值。基于此，得到的电源容量优化规划最优解IRI为

式中：Zpv表示光伏并网的阻抗；ZAB表示光伏并网的首端阻抗；ZS表示光伏并网的末端阻。最优解符合光伏并网增量式电网的容量规划要求，能有效提高容量规划的可靠性，降低不确定性对电源容量规划造成的影响。

2 实 验

2.1 实验准备

选取IEEE 33 光伏并网作为研究对象，采集其在2020—2023 年的供配电数据，利用HOMER 软件构建仿真实验模型，如图2 所示。

图2 仿真实验模型

由图2 可知，该仿真实验模型内部的负荷参数由RT851 数据集提供，为满足实验的标幺参数与负荷变化要求，预设8 485 个电网电源供配电场景。在实验前将需要光伏并网位置设置在节点10、4、7、17 中，再将光照强度调整在指定范围内，预设安装容量极值，在实验过程中的AM 调节范围需要保持在总网量内，还需要利用变压器接头进行调节与补偿，确保激励系数符合实验要求。为获取准确的规划成本数据，文章使用PDEHS算法作为实验的辅助计算支持，其HM 为100，迭代次数为200 次，存在明显的变异因子。实验在MATLAB 平台中进行仿真验证，待实验环境配置完毕后，即可得出可靠的实验结果。

2.2 实验结果

综合考虑光伏并网的措施，选取不同的性能规划指标，在MATLAB 仿真平台进行仿真验证。光伏发电接入配电网进行调峰分别使用文章设计方法、文献[5]提出的基于遗传算法的配电网扩展规划方法（以下简称文献[5]方法）以及文献[6]提出的计及多种灵活性约束和基于时序模拟的广域电力系统源-网-储协同规划方法（以下简称文献[6]方法）优化规划电网电源容量，以2020—2022年的数据为训练集，以2023 年数据为测试集，对比3 种规划方法对2023年度的电网容量规划性能。实验结果如下表1 所示。

表1 实验结果

由表1 可知，文章设计的光伏并网增量式电网电源容量优化规划方法在不同年度的规划性能指标均较高，包括更高的供电能力、更好的经济效益、更高效的电网运行以及更显著的环保效果。由此表明，文章设计方法在应对当前能源需求日益增长和环保压力不断加大的背景下，具有重要的实际应用价值。

3 结 论

随着全球能源结构的转型，可再生能源在能源供应中的比例逐渐增加。光伏发电作为一种清洁、可再生的能源，具有广阔的发展前景。在光伏并网增量式电网中，如何合理配置和利用能源资源，提高能源利用效率，是电源容量规划中需要解决的问题。因此，文章考虑不同方案的技术可行性、经济合理性和环境影响等因素，设计一种全新的光伏并网增量式电网电源容量优化规划方法。实验结果表明，设计的光伏并网增量式电网电源容量优化规划方法的规划效果较好，规划性能较高，具有可靠性，有一定的应用价值，为提高电网的运行稳定安全性，降低电力事故发生风险做出一定的贡献。