含分布式电源的配电网协调规划研究

摘要：近年来，随着可再生能源与智能电网技术的迅猛发展，分布式电源演变成一种非常重要的能源供应方法。分布式电源具有灵活性、环保性及稳定性等多种优势，可以为用户提供非常方便的能源服务。有效整合分布式电源和主网供电方式，是当前智能电网发展的主要方向之一。

关键词：配电网；分布式电源；协调规划

doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2024.09.019

中图分类号：TM 715 文献标志码：A 文章编码：1672-7274（2024）09-00-04

Research on Coordinated Planning of Distribution Networks

with Distributed Power Sources

SHA Yuchen， WANG Yanhong

（State Grid Wuxi Power Supply Company， Wuxi 214000， China）

Abstract： In recent years， with the rapid development of renewable energy and smart grid technology， distributed power generation has evolved into a very important energy supply method. Distributed power generation has various advantages such as flexibility， environmental friendliness， and stability， which can provide users with very convenient energy services. Effectively integrating distributed power sources and main grid power supply is one of the main directions for the development of smart grids at present.

Keywords： distribution network; distributed power generation; coordinated planning

0 引言

在配电网中，接入分布式电源既可以满足不断改变的用电需求，降低输电耗损，又可以提升电能的使用效率。但是，传统的配电网架构不能使分布式电源的需求得到满足，所以有必要重新规划与运行配电网，这样可以将分布式电源的优势发挥得淋漓尽致，使供电的稳定性与可靠性得到有效保障。然而，分布式电源的接入还会对配电网的复合水平与功率平衡产生直接影响，这就需要合理规划分布式电源的接入容量，从而提高电网的安全性与稳定性[1]。

1 含分布式电源的配电网概述

1.1 分布式电源

分布式电源是指功率在数千瓦至50兆瓦范围中的模块化、小型的单独电源。负责这些电源投资建设与运营的主导者是电力用户、电力部门及第三方，他们是在用户现场设计与安装的主要群体，这样可以使高峰期城市的居民、商业区和其他用户的电力需求得到满足。这些分布式电源还可以满足现有配电网的运行需求，进一步提高电力供应的稳定性与安全性。分布式电源的类型多种多样，其中小型光伏发电、燃料电池、燃气轮机、燃料电池的混合设备等是常见的分布式电源。这些小型发电机组非常灵活，具有独立性的特点，可以根据用户的具体要求进行设计，进而减少电网建设的成本。此外，因为每个机组之间都是互相独立的，如果某个机组出现问题，不会影响其他机组的正常运行，这样可以有效保障电网安全稳定运行[2]。

分布式电源和原来的集中式发电相比，具有非常明显的优点。分布式电源可以弥补集中式发电存在的缺陷，为用户提供更多的电力保障。在自然灾害或者其他紧急状况下，分布式电源能够快速地恢复供电，保证主要设备与服务正常运行。

1.2 含分布式电源配电网的特点

分布式电源凭借自身容量小、低电源出口电压等特点，为公用化配电网接入体系提供全面的接入方案。在这种背景下，分布式电源的配电网呈现出很多特点：一是分布式电源全面运用，在一定程度上扩大了配电网的规模，加强其复杂程度，使网架结构更具有复杂性；二是为了满足主要用户的需求，往往会使用链式、双辐射等稳定的连线方式；三是随着我国城乡配电网网架的不断优化与升级，会大量减少单条配电线路的使用，从而提升供电半径的科学性与合理性。这些特征的改变使配电网的协调规划与管理面临着严峻的挑战。所以，在配电网协调规划期间，应综合考虑这些特性，保证配电网在运行过程中的经济性、安全性及稳定性。此外，还应该主动探索与优化协调规划的方式与技术，从而满足配电网未来发展提出的新要求[3]。

2 分布式电源对配电网协调规划的影响

2.1 增强配电网协调规划的复杂性

其一，从电力负荷预测方面来看，分布式电源可以使偏远地区或者是商业区的用户要求得到满足，同时减少从配电网主网中获得的电量，从而减少了电网负荷的部分增长。但是，这种减少的作用会影响配电网负荷预测的精准性与稳定性。由于原来的负荷预测主要是以配电网的增长量作为基础，所以在协调规划期间，应精准地评价分布式电源所带来的影响，从而全面提高负荷预测的精准性。其二，分布式电源还会影响配电网协调规划的目标。原来的配电网协调规划非常注重配电网建设与运营的费用，然而当引进分布式电源后，规划人员还需要综合考虑分布式电源的投资、运行费用，配电网和分布式电源之间的协调，在一定程度上增加了配电网协调规划的复杂性，并且还要求规划人员制定更详细的目标。其三，分布式电源分布的不合理与负荷增长的随机性使电网协调规划面临很多难题。因为在协调规划过程中不能确定分布式电源的位置与容量，这就需要规划人员根据具体情况随时改变自己的方案，从而保障配电网的稳定运行。其四，分布式电源对配电网协调规划的约束条件与策略产生直接影响。在规划期间，不仅要满足电力增长负荷的要求，而且需要综合考虑分布式电源的电压、功率需求及位置等因素。这就需要规划人员在拟定方案时注重分布式电源，进行协调与配合。随着分布式电源行业的迅猛发展与投资主体的多样化，配电网与分布式电源之间面临着更加激烈的竞争，规划人员在拟定方案时应高度重视各方利益的均衡与协调[4]。

2.2 配电网的模式发生改变

配电网作为电力系统中不可缺少的构成元素，主要组成部分是电力电缆、架空线路、隔离开关、变压器及无功补偿设备等。在运行期间，配电网因为电压、线路损耗及线路潮流等因素产生的影响，会出现一定的线损率。随着分布式电源的引进，明显改变了配电网的运行方式与结构。因为分布式电源和配电网主电源存在非常大的差异，所以在协调规划分布式电源过程中，应全面考虑负荷曲线等因素。为了更好地应对这些挑战，在配电网协调规划过程中使用了双层规划的方式。双层规划作为一种递阶结构，主要目的是完善配电网的运转，实现分布式电源的合理化分配。首层规划非常重视配电网负荷电源与分布式电源的负荷曲线及运行时间，经过计算明确的装机容量，将最低成本作为原则。该层规划旨在保证配电网稳定运行，使用户的要求得到满足。第二层协调规划是将最低建设成本当作目标函数，明确分布式电源的分配与配电网的网络结构。在这层规划中，应综合考虑各种约束条件，比如线路潮流、电压平稳性及线路耗损等。经过完善决策，能够协调运行配电网和分布式电源，从而有效提升电力系统的经济性与总体效率[5]。

双层规划方式的明显优点是可以全面考虑配电网与分布式电源之间的互相影响，协同优化配电网与分布式电源。通过构建上下层之间的反馈与决策制度体系，逐步优化与完善配电网与分布式电源的配置，从而实现理想的运行效果，创造更多的经济效益。通过应用这种方法能够提升配电网运行质效，从而有效保障电力系统的稳定性与安全性。

3 含分布式电源的配电网协调规划

3.1 多目标优化模型的建立

电网规划模型的建立过程具有综合性与复杂性的特点，其核心是确定合适的目标函数与恰当的约束方程。但是要控制资金成本，需要全面考虑多种影响，主要包含线路成本、网络损耗和环境因素等。当把分布式电源引入配电网中时，就会使问题呈现出一定的复杂性。对于这个问题，需要构建多目标模型进行处理，笔者根据权重法建立了以下多目标的规划模型：

（1）

式中，Z作为配电网的运维综合投资会受到很多方面因素的影响，F1是配电网优化成本，指在接入分布式电源的情况下，对配电网进行必要的规划、调整和升级改造所产生的费用。F2 是分布式电源年运维费用，指在分布式电源的运行过程中，为了维持其正常工作状态、保障其性能稳定、进行设备保养、故障排查与修复等日常运行维护工作而每年需要支出的全部费用。F3是网络损耗费用，指在含有分布式电源的电力网络中，由于电流在传输线路、变压器等设备中流动时产生的电阻损耗、漏电损耗、磁滞损耗等各种能量损失所对应的经济成本。F4是环境效益费用，指因分布式电源的引入而对环境产生的积极影响所对应的量化经济价值。在全面考量这些费用后，应引进α１、α２、α３、α４这些权重因子，从而使不同目标之间的重要作用与优先级保持均衡。结合具体情况优化这些权重因子，直接呈现出不同的决策爱好与规划目标，针对这些权重因素，通常可以结合配电网的具体状况选择，但是应符合：

（2）

以下内容主要是对4个子目标函数的详细表达式进行阐述。

（1）F1为配电网协调规划改造的费用，计算公式是：

（3）

式中，L主要是对总支路数进行协调规划的范围；是线路等效投资回收系数；γｊ在公式中代表的是协调规划范围线路使用的时间；β是配电网协调规划范围固定的年利率；Ｃｊ1是j线路协调规划时耗费的资金；ωｊ数值是0或者是为1的变量，当该数值为0时，说明线路j需要进行升级，相反项目就不用升级；Cmj是协调规划范围中线路j的每年规定管理费用。

（2）F2为分布式电源接入的运维成本费用，具体公式是：

（4）

式中，ＣＮ，ｔ是在第t年，设备所投资的费用；c1是分布式电源的容量构建；c2是分布式电源投资费用；ＣＬ，ｔ是接入分布式电源之后所花费的电量费用；ＰＤＧ，ｔ是在第t年分布式电源所建设的容量；CO，t是第t年系统运行过程中所花费的费用。

（3）F3为网络损耗费用，计算公式是：

（5）

式中，Te表示配电网协调规划范围中的单位电价；max、εj是j支路网络损耗最大的小时数。

（4）F4是环境效益费用，具体公式为

（6）

式中，和eSO2，t是第t年CO2与SO2的减排量；P1与P2是降低单位排放CO2与SO2过程中投入的资金。

3.2 约束条件的选择与控制

在配电网规划模型中，当目标函数设计完成后，接下来需要关注约束条件的选取和设定。这些约束条件对于确保规划方案的准确性和可靠性至关重要。具体来说，在考虑分布式电源接入的情况下，应选取以下约束方程来指导规划过程。

（1）节点电压约束过程中所使用的公式是：

（7）

式中，与分别代表的是i节点的压降最大值与最小值；Vi是节点i的电压。

（2）容量的约束公式是：

（8）

式中，P1k是第k条支路的潮流；其中第k条支路的潮流允许值为P1k，max。

（3）潮流约束公式是：

（9）

式中，Pt是在t时段节点引入的有功功率；是t时段节点能够进入与线路流动功率存在直接关系的矩阵；dt是t时段线路流动的有功功率。

（4）分布式电源约束的公式是：

（10）

式中，S∑DG代表的含义是分布式电源的总装机容量；SL代表的含义是配电网的总负荷。

（5）反潮流约束的计算公式是：

（11）

式中，PDGf是反方向传输过程中所承受的容量；PDGi与QDGi分别是分布式电源在i这条线路中的有功与无功功率；PLi与QLi分别是自身负荷在i这条支路输出过程中的有功功率与无功功率；Simax为第i条支路中所承受的最大容量[6]。

4 结束语

本文立足于最小的投资角度，建立了一个分布式电源接入后的配电网多目标优化模型，该模型既考虑了配电网的经济性，同时还统筹了稳定性与安全性，直观体现了电网运行的具体要求。当完善之后，明显增强了配电网的总体性能，这样既能保证电力供应的高效性与稳定性，同时还能够更好地推动我国电力行业健康稳定。

参考文献

[1] 杨焰．新时期分布式电源的配电网规划与优化运行[J]．电工技术，2023（S1）：259-261．

[2] 焦东升，孔晓光，杜帅．含分布式电源和电动汽车接入的配电网电压分析及规划[J]．电气技术与经济，2023（7）：115-117．

[3] 侯元红，李世俊，岳雷．基于主动配电网的分布式电源规划方案研究[J]．电气技术与经济，2023（2）：22-25．

[4] 韩田蕾．基于分布式电源的主动配电网规划关键问题研究[J]．中小企业管理与科技（中旬刊），2021（5）：124-125．

[5] 陈倩，王维庆，王海云．基于含分布式电源的配电网优化运行研究[J]．电测与仪表，2023，60（11）：19-28．

[6] 虞昉．分布式电源接入配电网的综合效益分析及扩展规划探究[J]．商讯，2019（36）：147-148．