分布式電源與電力系統(tǒng)的關(guān)系

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1、分布式電源與電力系統(tǒng)的關(guān)系 首先 DG 的出現(xiàn)會使電力系統(tǒng)的負(fù)荷預(yù)測、規(guī)劃和運(yùn)行與過去相比有更大的不確定 性。由于大量的用戶會安裝DG為其提供電能，使得配電網(wǎng)規(guī)劃人員更加難于準(zhǔn)確預(yù)測負(fù)荷 的增長情況，從而影響后續(xù)的規(guī)劃。另外DG雖然可以減少電能損耗，可以推遲或減少對電 網(wǎng)升級的投資，但是如果DG的位置和規(guī)模不合適，反而可能會導(dǎo)致電能損耗的增加，導(dǎo)致 網(wǎng)絡(luò)中某些節(jié)點(diǎn)電壓的下降或出現(xiàn)過電壓，還會改變故障電流的大孝持續(xù)時(shí)間及其方向。因 此為獲得正確的決策，必須對DG的影響做出準(zhǔn)確的評估。即最優(yōu)化工具必須能夠準(zhǔn)確評估 DG對所在電網(wǎng)的影響，給出DG的最優(yōu)位置和規(guī)模，使得DG在電網(wǎng)的逐步滲透過程中不

2、會破壞電網(wǎng)運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性。 使DG可以在避免降低公共電網(wǎng)系統(tǒng)的電能質(zhì)量、可靠性以及可控性的方式下運(yùn)行，必 須對DG在電網(wǎng)中的存在進(jìn)行規(guī)劃。當(dāng)DG與大電網(wǎng)并聯(lián)時(shí)，大規(guī)模的DG （通常為幾十 MW） —般與較高電壓等級的電網(wǎng)（一級配電電壓）相聯(lián)，如35kV、llOkV甚至更高。非 常分散的居民、商業(yè)和工業(yè)用 DG 一般與當(dāng)?shù)嘏潆婋妷杭夒娋W(wǎng)相聯(lián)，如 35kV、 10kV 和 380/220V［2］。可以看出大部分的DG直接運(yùn)行在配電網(wǎng)中，因此就有必要重點(diǎn)研究一下目 前配網(wǎng)規(guī)劃以及DG對配網(wǎng)規(guī)劃所產(chǎn)生的影響。DG的存在使得配網(wǎng)規(guī)劃不再只是單純的、 傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)規(guī)劃，它使得電力系統(tǒng)規(guī)劃與國家能

3、源政策、可持續(xù)發(fā)展之間的聯(lián)系更加緊 密。本文分析了 DG對配電系統(tǒng)規(guī)劃的影響，重點(diǎn)討論了包含DG的配電網(wǎng)規(guī)劃的兩個(gè)方面， 即DG的布點(diǎn)規(guī)劃和配電網(wǎng)擴(kuò)展規(guī)劃問題。 2 分布式電源對電力系統(tǒng)規(guī)劃的影響 配電系統(tǒng)規(guī)劃的主要任務(wù)是根據(jù)規(guī)劃期間網(wǎng)絡(luò)中空間負(fù)荷預(yù)測的結(jié)果和現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的基 本狀況確定最優(yōu)的系統(tǒng)建設(shè)方案，在滿足負(fù)荷增長和安全可靠供應(yīng)電能的前提下，使配電系 統(tǒng)的建設(shè)和運(yùn)行費(fèi)用最?。?］。配電網(wǎng)的規(guī)劃問題是非常復(fù)雜的大規(guī)模的組合優(yōu)化問題［3］。 文獻(xiàn)［4］中提到目前已經(jīng)研究和采用的求解配網(wǎng)擴(kuò)展規(guī)劃的方法有線性規(guī)劃法、非線性規(guī) 劃法、動態(tài)規(guī)劃法、基于 Bender 分解的整數(shù)規(guī)劃法、圖論和網(wǎng)流法以

4、及近年來提出的遺傳 算法、神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)算法和模擬退火算法等。文獻(xiàn)［4］應(yīng)用證據(jù)理論和多種群遺傳結(jié)構(gòu)對常 規(guī)遺傳算法作了改進(jìn)，提出了一種計(jì)及非定量不確定性的擴(kuò)展規(guī)劃方法。文獻(xiàn)［5］結(jié)合地 理信息系統(tǒng)（GIS）的空間特性與人工智能（AI）方法的魯棒性兩者的優(yōu)點(diǎn),進(jìn)行配電網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè) 計(jì)，較詳細(xì)地論述了用于配網(wǎng)規(guī)劃的智能決策支持系統(tǒng)（IDSS）的結(jié)構(gòu)和組合?？梢钥闯鰧τ?傳統(tǒng)的配電網(wǎng)的規(guī)劃問題的研究已經(jīng)取得了一定的進(jìn)展。 但是DG的出現(xiàn)給傳統(tǒng)的配電網(wǎng)規(guī)劃帶來了實(shí)質(zhì)性的挑戰(zhàn)［6］,使得電網(wǎng)規(guī)劃人員在選 擇最優(yōu)方案時(shí)必須考慮由它所帶來的影響，因此成為配網(wǎng)規(guī)劃研究的一個(gè)焦點(diǎn)。DG給配網(wǎng) 規(guī)劃所帶來的影響包括

5、以下幾個(gè)方面： 其次配網(wǎng)規(guī)劃一般考慮5~20年。一般情況下，在此年限內(nèi)，通常假定電網(wǎng)負(fù)荷逐 年增長，新的中壓/低壓節(jié)點(diǎn)不斷出現(xiàn)，結(jié)果會增建一個(gè)或更多的變電所。由于規(guī)劃問題的 動態(tài)屬性同其維數(shù)相關(guān)聯(lián)（通常幾千個(gè)節(jié)點(diǎn)需要同時(shí)考慮），若再出現(xiàn)許多發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)，使 得在所有可能的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中尋找到最優(yōu)的網(wǎng)絡(luò)布置方案（即可以使建造成本、維護(hù)成本和電 能損耗最小的方案）就更加困難。 最后對于想在配電網(wǎng)安裝DG的用戶或獨(dú)立發(fā)電公司，他們與想維持系統(tǒng)現(xiàn)有的安全和 質(zhì)量水平不變的配電網(wǎng)公司之間存在一定的沖突。因?yàn)橛写罅緿G接入配電系統(tǒng)并網(wǎng)運(yùn)行， 將對配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生深刻影響。 對大型發(fā)電廠和輸電的依賴逐步減少

6、，原有的單向電源饋電潮流特性發(fā)生了變化，一系 列包括電壓調(diào)整、無功平衡、繼電保護(hù)在內(nèi)的綜合性問題將影響系統(tǒng)的運(yùn)行。為了維護(hù)電網(wǎng) 的安全、優(yōu)質(zhì)運(yùn)行，必須使DG能夠接受調(diào)度，要實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，必須添置必要的電力電子 設(shè)備，通過必要的控制和調(diào)節(jié)，將DG單元集成到現(xiàn)有的配電系統(tǒng)中，這不但需要改造現(xiàn)有 的配電自動化系統(tǒng)，還要轉(zhuǎn)變思想觀念，由被動到主動（電壓調(diào)整、保護(hù)政策、干擾和接口 問題）地管理電網(wǎng)。 此外，DG機(jī)組類型及所采用一次能源的多樣化，如何在配網(wǎng)中確定合理的電源結(jié)構(gòu)， 如何協(xié)調(diào)和有效地利用各種類型的電源成為新出現(xiàn)的而且迫切需要解決的問題。因此DG的 廣泛應(yīng)用，使得國家能源政策、能源規(guī)劃等直接滲

7、透到與DG有關(guān)的電力系統(tǒng)規(guī)劃中，并影 響規(guī)劃的決策過程。 3 包含分布式電源的電網(wǎng)規(guī)劃研究 DG 的大量滲透是最近幾年以及未來一段時(shí)間的事情，除了在偏遠(yuǎn)或特殊的地區(qū)只有 DG作為唯一的供電電源外，大部分選擇DG的用戶希望既能使用DG供電又可以由當(dāng)?shù)仉?網(wǎng)供電，或由它們同時(shí)供電，或把電網(wǎng)作為備用電源以提高供電的可靠性和靈活性。而電力 系統(tǒng)為了提高系統(tǒng)的可靠性和安全性，希望可以對DG輸出功率進(jìn)行遠(yuǎn)方調(diào)度。因此電力系 統(tǒng)設(shè)計(jì)和運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)及商業(yè)環(huán)境的變化使得配電網(wǎng)絡(luò)必須考慮與DG的配合，當(dāng)大量的DG 出現(xiàn)在規(guī)劃方案中時(shí)，大量的隨機(jī)變化使得系統(tǒng)的復(fù)雜性可怕地增加。傳統(tǒng)的規(guī)劃方法沒有 充足的能力解決

8、包含DG的規(guī)劃問題，這主要是因?yàn)閭鹘y(tǒng)的規(guī)劃方法都不同程度地將規(guī)劃問 題進(jìn)行了簡化，對于規(guī)劃中客觀存在的難以定量表達(dá)的不確定性因素缺乏較好的處理方法 [4]。目前在包含DG的電網(wǎng)（主要是配電網(wǎng)）規(guī)劃中需要解決以下幾個(gè)方面的問題： ⑴有些DG （主要是利用可再生能源發(fā)電的DG，如太陽能、風(fēng)能）和傳統(tǒng)發(fā)電廠相比 其輸出是經(jīng)常波動的，且這種波動受氣候等自然條件的影響，無法進(jìn)行有效的調(diào)節(jié)，因此它 們的輸出能量具有明顯的隨機(jī)特性。有必要研究這類分布式能源隨氣象條件變化的規(guī)律和統(tǒng) 計(jì)特性，建立相應(yīng)的模型。 （2） 在電力市場環(huán)境下，用戶安裝的分布式電源可能與電力負(fù)荷直接抵消，從而對整個(gè) 電力系統(tǒng)的負(fù)荷

9、增長的模式產(chǎn)生影響，其結(jié)果是對電源的擴(kuò)建規(guī)模和進(jìn)度產(chǎn)生影響。因此， 必須研究用戶側(cè)分布式電源對網(wǎng)側(cè)負(fù)荷增長模式的影響。 （3） 分布式電源的合理規(guī)模、布點(diǎn)以及電網(wǎng)擴(kuò)展規(guī)劃問題。研究傳統(tǒng)的增容方法和非傳 統(tǒng)的增容方法（如增裝DG）的配合問題及其技術(shù)經(jīng)濟(jì)評價(jià)方法；研究電力系統(tǒng)可接受的分 布式電源容量；研究在具有分布式電源供電的環(huán)境下中低壓配電系統(tǒng)的優(yōu)化規(guī)劃問題；研究 分布式電源對中低壓配電系統(tǒng)可靠性的影響。 根據(jù)出發(fā)點(diǎn)的不同有關(guān)DG的規(guī)劃大致可以分為兩種情況，DG在電力網(wǎng)絡(luò)中的布 點(diǎn)規(guī)劃和考慮DG的配網(wǎng)擴(kuò)展規(guī)劃。前者以電源規(guī)劃為出發(fā)點(diǎn)，后者以電網(wǎng)規(guī)劃為出發(fā)點(diǎn)。 3.1DG 在電力系統(tǒng)內(nèi)的布點(diǎn)

10、規(guī)劃 在已有的電網(wǎng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行DG的布點(diǎn)規(guī)劃，總體上應(yīng)該包括兩步：第一步是根據(jù)自然 資源的分布和國家的能源政策規(guī)劃DG的類型、數(shù)目和位置，這一過程僅僅考慮在哪些位置 上能夠安裝哪些類型的DG,即僅僅考慮環(huán)境上的限制；第二步是結(jié)合DG接入的實(shí)際電網(wǎng) 在第一步的結(jié)論范圍內(nèi)重新進(jìn)行一種或幾種DG的最優(yōu)數(shù)目和位置的規(guī)劃。 考慮到在電力市場環(huán)境下隨著發(fā)電側(cè)電力市場競爭的加劇，將會有越來越多的發(fā)電設(shè)備 進(jìn)入電力市場，因此在規(guī)劃時(shí)要考慮各種DG的電氣特性和經(jīng)濟(jì)性，對DG的布點(diǎn)進(jìn)行經(jīng)濟(jì) 分析和工程分析。如要求電網(wǎng)的電能損耗最小，電壓分布及三相短路電流在允許的范圍內(nèi) 由于DG所導(dǎo)致的系統(tǒng)管理和運(yùn)行費(fèi)用的增加

11、等。此外還要考慮DG的并網(wǎng)方式、整體方案 的分步實(shí)施以及國家對一些可再生能源發(fā)電的政策傾斜和資金補(bǔ)貼等方面。 整個(gè)規(guī)劃過程主要由經(jīng)濟(jì)分析、工程分析、財(cái)政分析三個(gè)大的方面組成，其中還涉及到 政府或相應(yīng)的管理部門以及電力公司的政策去向。 一般大型的DG會采用這種規(guī)劃方案，像大型的風(fēng)電廠等。另外還有一種情況就是在孤 立系統(tǒng)中進(jìn)行的DG的布點(diǎn)規(guī)劃的研究，通常是以一種或幾種DG相配合向一個(gè)孤立的電力 系統(tǒng)供電，如采用太陽能和風(fēng)能發(fā)電為基礎(chǔ)，安裝有一定數(shù)量的蓄電池，并以柴油發(fā)電機(jī)組 或公共電網(wǎng)為備用電源這樣一種供電系統(tǒng)中，如何利用各種電源之間的組合、分布來獲得最 有效的供電方式在國外曾經(jīng)得到了很廣泛的

12、研究。 3.2考慮DG的配網(wǎng)擴(kuò)展規(guī)劃 考慮DG的配網(wǎng)擴(kuò)展規(guī)劃，應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)的負(fù)荷增長情況，在系統(tǒng)達(dá)到其容量限制時(shí)，提 出使經(jīng)濟(jì)成本最小的目標(biāo)下，規(guī)劃出可以滿足負(fù)荷增長需要的系統(tǒng)最佳增容方案，即由電網(wǎng) 升級、增建線路和變電所以及在適當(dāng)?shù)奈恢冒惭bDG所組成的最佳方案。 圖2 [9]顯示了包含DG的擴(kuò)展規(guī)劃詳細(xì)過程。在DG的選擇分析大框中，第一步是 比較T&D擴(kuò)展計(jì)劃的邊際成本與最經(jīng)濟(jì)的DG相比較，若DG經(jīng)濟(jì)則通過進(jìn)入第二步篩眩 在高級執(zhí)行中要從相關(guān)政策和成本預(yù)測等方面分析，內(nèi)容包括需要安裝DG的地區(qū)DG的類 型和數(shù)量的限制，考慮負(fù)荷側(cè)管理以及其它的調(diào)節(jié)因素。在工程分析中，考慮DG的技術(shù)使 用壽

13、命以及其它的需要進(jìn)一步分析的工程問題。最后的研究關(guān)注DG的選址、分布以及可靠 性的要求，如果必要還應(yīng)包括DG的并網(wǎng)問題和其對系統(tǒng)保護(hù)的影響。通過4層篩選后，就 可以提出相應(yīng)的DG方案以取代輸配電網(wǎng)的擴(kuò)展計(jì)劃，否則仍需進(jìn)行輸配電網(wǎng)的擴(kuò)展。 所有需要增容的地方經(jīng)過以上的步驟后，將會得到一個(gè)由擴(kuò)建電網(wǎng)和安裝DG所組成的 最佳配網(wǎng)擴(kuò)展方案。隨著DG成本的進(jìn)一步降低，以上的步驟是一些用戶也需要進(jìn)行的。目 前DG通常在以下四種情形會獲得最好的效果： ① 在發(fā)達(dá)的大城市地區(qū)，那兒的電力系統(tǒng)幾乎沒有多余的容量可以滿足新增負(fù)荷的 需要，而強(qiáng)化系統(tǒng)的成本太高，采用DG供電的成本比強(qiáng)化系統(tǒng)的成本低； ② 在邊

14、遠(yuǎn)或偏僻的地區(qū)，考慮到建設(shè)通往這些地區(qū)的長距離輸配電線路固定成本的 初始投資使得系統(tǒng)提供的電能昂貴，DG可以提供較低的初始投資和較低的持續(xù) 運(yùn)行成本； ③ 在有些地區(qū)，由于各種因素，從當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)獲得的電能價(jià)格很高，DG可以提供成 本較低但相似的可靠性 ④ 對需要高水平的可靠性和電能質(zhì)量，并愿意支付相應(yīng)費(fèi)用的電力用戶，DG經(jīng)常 是解決他們需要的最經(jīng)濟(jì)的方案。 以上兩個(gè)方面 DG 的規(guī)劃問題有時(shí)并不是完全獨(dú)立的，在兩種規(guī)劃研究中有些是共通 的。如包含DG的負(fù)荷預(yù)測，DG的輸出特性研究，DG的經(jīng)濟(jì)性（或成本分析），不同DG 之間的配合，DG對系統(tǒng)可靠性的影響等，都需要在以后的研究中逐步地解決。 文章信息來自西屋電氣，轉(zhuǎn)載請注明出處！