蒙西电网分布式电源并网优化研究

蒙西电网分布式电源并网优化研究

张慧慧王飞龙赵梓涵

（内蒙古电力（集团）有限责任公司包头供电局内蒙古包头014030）

摘要：建立了以降低网损为目标函数，兼顾电压约束条件的分布式电源并网优化模型，在实际算例中首先采用灵敏度分析法分析求得分布式电源最佳接入点，然后求得分布式电源并网容量最优值，算例结果证实了提出的方法的可行性。提出的方法在充分利用分布式电源的同时确保主电网的安全经济运行，为做好分布式电源直接参与市场交易的管理工作提供技术支持。

关键词：分布式电源；网损；灵敏度分析法；并网优化

0引言

在蒙西地区，分布式能源储量丰富，开发前景好，风力发电和光伏发电具有得天独厚的优势，得到了很好的开发。

由于风电机组和光伏电源的输出功率会随着自然条件的变化而变化，即输出功率控制难度大，因此大容量风电、光伏电源并网必然会对主电网造成一定的影响[1-3]。因此，内蒙古电力公司在推进营销体制改革的同时要做好分布式电源的规划和管理工作。

相关研究表明，分布式电源并网的位置和容量对主电网的影响很大，主要包括主电网电压水平、线路损耗、系统故障电流、保护配置方案等[4-5]。合理安排分布式电源的容量可以改善电网的电压水平，降低网损，提高电网的可靠性和经济性。

本文提出了一种以电压约束为前提、以降低网损为目标的分布式电源并网优化模型，为确保营销体制改革顺利推进、提高新能源利用效率、保障电网安全稳定运行提供一定的理论指导。

1模型建立

目前，在蒙西地区分布式电源并网点的选择主要考虑地理位置因素，并网容量则主要根据前期规划。随着售电侧的不断开放，分布式电源逐渐增多，对电网的影响越来越大，要加强对分布式电源的管理，必须做好节点电压管理和降低网损工作。为此本文提出了以降低网损为目标函数，同时兼顾电压约束条件的分布式电源并网优化模型。

因分布式电源并网引起的有功损耗变化量为式（2）与式（1）的差值，具体结果如式（3）所示。

（3）

由分布式电源并网引起的网损增加最少时，网损增量对节点电流的一次导数的值为0，具体如式（4）所示。

（4）

如果分布式电源并网节点的电压为，则新接入的分布式电源向该节点注入的有功功率如式（5）所示。

（5）

建立上述模型后，分布式电源并网优化问题即可转化为以网损最小为目标函数，以电压方程作为约束条件的数学规划问题，满足式（6）所示的方程组。

（6）

其中分别表示电压约束和网损约束的归一化函数；分别表示分布式电源并网容量为P时的节点电压极值和有功损耗；分别表示分布式电源接入之前节点电压极值和有功损耗；分别表示电压约束的极限值和有功损耗最小值。

将目标函数和约束条件按照泰勒级数展开并保留一次项得式（7）。

（7）

其中（8）

经过近似处理以后的线性化目标函数如式（9）所示。

2仿真研究

本文首先通过MATLAB仿真的方法对提出的方法进行验证。仿真模型中建立的局部电网结构图如图1所示。

图1仿真模型中电网结构图

为了简化仿真模型，假设节点0为平衡节点，分析中不考虑0号节点接入分布式电源。取基准值，各线路长度分别如表1所示。

表1仿真算例中线路长度表

仿真中所用的线路型号为LGJ-50，单位长度电抗值为0.368，单位长度电阻值为0.17。仿真模型中的负荷类型及大小如表2所示。

表2仿真算例中负荷类型表

文献表明[6-7]，分布式电源接入电网的最佳位置与电网中负荷节点的分布情况有关，确定分布式电源的最佳并网点是优化分布式电源并网容量的前提条件。仿真算例采用损耗灵敏度分析法[8-10]确定分布式电源的最佳并网点，具体过程是将最大输出功率为1kW的分布式电源分别接入到文算例1号至6号节点中，求取灵敏度系数，求解结果如表3所示。

表3仿真算例各节点灵敏度统计表

由表3可知，当分别向1-6号节点接入最大输出功率为1kW的分布式电源时，系统有功损耗均会有不同程度的增大，在节点2接入时系统有功损耗增加最大，在节点3接入时有功损耗增加最小，即实际中在3节点接入分布式电源能够最大程度减少网损。

用Matlab软件分别模拟节点2、节点3处并入功率连续可调的分布式电源，功率从0调节至20kW，以电压约束为前提、以降低网损为目标，求得节点2并入的光伏的电源的容量为11.84kW时系统有功损耗最小，节点3接入的光伏的电源的容量为6.32kW时系统有功损耗最小。系统增加的网损与新并网的分布式电源容量关系如图2所示。

图2系统网损与并网容量关系图

3算例分析

为了通过实际算例验证本文提出的方法的可行性，以包头地区某区域电网为例进行研究。该区域电网结构如图3所示，为了方便计算，以110kV变压器出口为平衡节点，考虑该变电站与分布式电源点地理位置较远，暂时不考虑分布式电源直接接入该变电站。取基准值，该变电站内变压器参数如表4所示。

图3实际算例电网结构图

表4系统中变压器参数表

10kV架空线路的型号为LGJ-185，参数为，各线路名称由首尾节点序号表示，各线路长度如表5所示，各节点负荷情况如表6所示。

表5系统内各线路段长度

表6系统负荷情况表

实际算例中同样采用有功损耗灵敏度分析法确定分布式电源的最佳并网点，具体过程是将某特定功率的分布式电源分别接入到本文算例1号至10号节点中，求取灵敏度系数，求解结果如表7所示。

表7各节点有功灵敏度对照表

表7中各节点有功灵敏度大于0表示该分布式电源在该点并网时系统的有功损耗会增大，反之若有功灵敏度小于0表示该分布式电源在该点并网时系统的有功损耗会减小。据此，选择灵敏度系数小于0而且绝对值最大的6节点为分布式电源的最优并网节点。

用Matlab软件模拟节点6处并入可调的分布式电源，功率从0调节至30kW，以电压约束为前提、以降低网损为目标，最终求得节点6接入的光伏的电源的容量为16.38kW时系统有功损耗最小。系统增加的网损与新并网的分布式电源容量关系如图4所示。在1-10号节点处分别并网额定功率为1kW的分布式电源，求得网损增量与并网节点的关系如图5所示。

图4系统网损与并网容量关系图

图5网损增量与并网节点关系图

从图5中可以看出，在1-7号节点并入分布式电源时，系统的有功损耗会降低，在8-10号节点并入分布式电源时，系统有功损耗会增加。

4结论

建立以网损最小为目标函数，以节点电压为约束条件的线性规划模型，首先采用有功灵敏度分析法确定分布式电源最优接入位置，然后最优并网容量。算例结果也证实了本文提出的方法的可行性。

向社会资本开放售电业务是未来蒙西电网营销体制改革的大趋势，可以促进当地分布式能源的高效利用。大量分布式电源并网会对主电网的安全、经济运行带来一定的影响，因此供电企业必须做好分布式电源的接入点规划和并网容量管理工作。提出的方法可以在促进分布式能源充分利用的同时确保主电网的安全经济运行，为做好分布式电源直接参与市场交易的管理工作提供一定的技术支持。

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作者简介：

张慧慧(1988-)，女，硕士，工程师，主要研究方向为新能源并网管理