分布式电源在配电网中的优化配置.pdf

  • 文档大小:388.58 KB
  • 文档格式:pdf
  • 约 6页
  • 2021-06-09 发布
  • 举报
分布式电源在配电网中的优化配置1 分布式电源在配电网中的优化配置2 分布式电源在配电网中的优化配置3 分布式电源在配电网中的优化配置4 分布式电源在配电网中的优化配置5 分布式电源在配电网中的优化配置6
已阅读完毕,您还可以下载文档进行保存
文档单价:6.00 会员免费
开通会员可免费下载任意文档
  1. 1、本文档共6页,内容下载后可编辑。
  2. 2、本文档内容版权归属内容提供方,所产生的收益全部归内容提供方所有。如果您对本文有版权争议,可选择认领。
  3. 3、本文档由用户上传,本站不保证质量和数量令人满意,可能有诸多瑕疵,付费之前,请仔细先通过免费阅读内容等途径辨别内容交易风险。如存在严重挂羊头卖狗肉之情形,可联系本站下载客服投诉处理。
第40卷第11期2012年6月1日电力系统保护与控制PowerSvstemProtectnandControlVb1.40N0.11Jun.1.20l2分布式电源在配电网中的优化配置胡吟,韦钢,言大伟,张鑫(1.上海电力学院,上海200090;2.上海浦海求实电力新技术有限公司,上海200090)摘要:根据配电网节点边际容量成本和节点电压分布特性,提出了分布式电源(DG)安装位置的优选原则。针对不同类型的DG,分析了其输出功率的特点,建立了DG在配电网中优化配置的数学模型,以配电系统有功网损最小为目标函数,在此基础上形成了合适的随机潮流算法,判断配置方案是否违反约束,并采用改进遗传算法对所建模型进行了求解。以18节点的配电系统为算例,计算了DG的最优安装位置和接入容量,验证了模型及算法的有效性和实用性。关键词:分布式电源;优化配置;网损;随机潮流;改进遗传算法OptimizationallocationofdistributedgenerationsembeddedindistributionnetworkHUYin,WEIGang,YANDa.wei,ZHANGXin(1.ShanghaiUniversityofElectricPower,Shanghai200090,China;2.ShanghaiPUHAIQIUSHIElectricPowerNewTechnologyLimitedCompany,Shan曲ai200090,China)Abstract:Accordingtotheintegratedanalysisofthelocationalmarginalcapacitycostandnodevoltageprofilecharacteristics,theoptimizationprincipleofDGslocationisproposed.TheoutputpowercharacteristicsfordifferenttypesofDGsareanalyzed,andthemathematicmodelofoptimizationallocationofDGsembeddedindistributionnetworkisbuilt.Basedonthemodelobjectiveof‘min。imi。。zingtheexpectedvalueofactivepowerlossofpowerdistributionsystem,theprobabilisticpowerflowisappliedtojudgewhethertheschemeofoptimizationMlocationofDGsembeddedindistributionnetworksatisfiestheconstraints,andtheimprovedgeneticalgorithmisadoptedasthesolvingalgorithm.Finally,practicalsampleofthe18-buspowerdistributionsystemshowsthereasonablenessandpracticabilityofthemodelandthealgorithmthroughcomputingtheoptimizationallocationofDGsandtheinputcapacity.Keywords:distributedgeneration;optimizationallocation;powerloss;probabilisticpowerflow;improvedgeneticalgorithm中图分类号:TM715文献标识码:A—文章编号:16743415(2012)11.0100.060引言分布式发电技术凭借其可降低线路损耗、提高系统供电可靠性、降低终端用户费用、改善电能质量等优点得到了电力工业领域的广泛关注Ll。分布式发电一般包括可再生能源发电(风能、太阳能)和非可再生能源发电(微型燃气轮机、燃料电池等)13],当大量分布式电源(DG)接入配电网后,会使配电网的支路潮流、节点电压等发生变化,在不合理的位置接入容量不合适的DG可能会导致诸如系统网损等指标的不利改变,所以需要对DG的合理配置进行研究。近年来,国内外学者对于DG的优化配置问题基金项目:上海市教委重点学科建设项目资助(J513"03)进行了许多不错的尝试。文献【4]在DG总容量已知的情况下,以配电网损耗最小为目标,提出了利用禁忌搜索算法确定分布式电源位置和容量的分解协调方法。文献[5]考虑在DG个数、位置和容量不确定的情况下,应用遗传算法对DG的选址和定容问题进行优化。文献【6]基于改进粒子群方法,在DG位置和容量不确定的情况下,以网损最小值为目标,对于DG进行优化配置。文献[7]通过对系统网损的分析,对DG进行了选址优化,以网损为优化目标,建立DG的定容模型,通过对模型的求解,优化了原系统中网损不利的节点。文献【8.9]对于DG的优化配置进行了相关研究,但均没有很好地考虑不同类型DG输出功率的特点。本文主要研究DG在配电网中的优化配置问题,根据分布式电源(DG)安装位置的优选原则,对胡吟,等分布式电源在配电网中的优化配置.101.DG进行了安装位置的优选,针对不同类型DG输出功率的特点,建立了以系统有功网损最小为目标的优化配置模型,并采用相应算法进行了求解。1DG在配电网中安装位置的优选DGII视为随机功率电源,所以需要对DGII输出功率的不确定性进行处理。2.1DGII输出功率的数学模型本文中DGII的功率输出可通过风速与功率的关系模型得到,见式(4)。DG接入配电网会导致现有供电设备得不到充分利用,产生沉入成本。配电网节点边际容量成本(LMCC)可用来反映各节点现有供电容量的利用…程度IJ。若DG的单位容量成本小于LMCC,表明ⅡG在该节点安装DG能有效延缓供电设备投资,否则接入DG将导致现有供电设备得不到充分利用。各节点的LMCC可表示为Ac=EAc∈f旃△式中:c,为支路,的单位负荷增量成本;点f的上游支路集合;为等年值系数。DG单位容量成本为0Vi+i1,(4)尸NVr1,。0VD(1)—其中:k1=;k2=-klv。i;PN为风机额定1,r一1,ci为节功率;为额定风速;Vci为切入风速;。为切出风速。CoG=(WXCRF+(c1一c2)rm一C)(2)G(WX+(c1一C2)rm一c)x2(3)式中:W为单位容量DG的固定投资;C为DG发电成本;c2为购电价格;C为政府补贴;为DG年最大容量利用小时数;为容量系数。式f21中的DG指如微型燃气轮机等输出功率稳定的发电机,式(3)中的DG指输出功率随机性的可再生新能源DG,如风电源。通常,在配电网中没有接入DG时,越靠近馈线末端节点电压越低【l¨,在接入不从电网吸收无功的DG后,全网电压均得到提升,相同渗透率的DG,散布在馈线上比集中在同一个位置对系统电压的支撑作用大,DG位置越靠近馈线末端、DG接入容量越大系统电压提升越高,且DG对接入点及其附近的系统电压影响较大,所以需要分析在DG接入前系统的节点电压分布特性。综上,在地理位置、自然资源等可行的条件下,确定DG安装位置的优选原则:1)从DG对供电设备利用角度考虑,DG单位容量成本小于LMCC的节点。2)从DG对节点电压的影响角度考虑,DG接入前电压较低的节点。根据上述原则,对DG在配电网中进行安装位置的优选。2DG在配电网中的优化配置本文考虑DG类型为微型燃气轮机(DGI)和风电源(DGII)。一般将DGI视为恒功率电源,将一般认为风速满足两参数威布尔分布,表示为,:(k)(-v)k-1exp@v)CCC式中,c和k分别为威布尔分布的尺度参数和形状参数。根据风速的分布,通过式(4)可以表示出DGII输出功率的分布为Ⅱf(PDG)=lexp(_(6)2.2DG在配电网中优化配置的目标函数针对DGI和DGII的输出功率特点,以DG接入配电系统后有功网损最小为目标,建立DG的配电网优化配置数学模型,见式(7)。…n ̄=min(P,o。。(,,(7)∑JF:一(GUcos00.+sin0 ̄)=0j=l∑—Qf一vj(GsinGBl,coso ̄)=0j=li(8)nDGEsi=1尸DGfmiJF)DGffmaxQoG打ninQDGQoGfm..102..电力系统保护与控制式中:P、Q为各节点的注入有功、无功功率:vi为节点i的电压幅值;G为支路电导;巩为支路电纳;为节点f与节点.,的相角差;nDC,为可以安装DG的节点总数;和i为第i个节点电压的上下限:Pfmax为线路,的传输功率上限;SDGf第i个DG容量;P【)G打n)Gfmi为DG有功出力的上下限;QDGfmQDCJimi为DG无功出力的上下限。3DG优化配置的求解方法3.1含DG的配电网随机潮流随机潮流可用于分析线路潮流、节点电压的概率分布、期望值、方差和极限值,以期对整个电网在各种运行条件下的性能有一个全面、综合的评价,并对电网存在的薄弱环节做出量化分析L1引。本文采用基于半不变量法的随机潮流来对所建模型进行约束条件的检验,与蒙特卡洛模拟法相比,其计算量大大减小。含DG的配电网随机潮流基于以下两点假设。1)各DG功率、各节点负荷注入功率之间相互独立;2)只考虑注入功率的不确定性。求解步骤:1)整理计算所需的原始数据,包括线路参数、节点负荷数据、待选DGI安装节点的功率数据、DGII安装节点的风速概率分布参数(可通过HOMER软件模拟得到)等。2)计算正常运行状态的潮流分布,从而求得节点状态变量、雅可比矩阵、支路潮流功率Z0和灵敏度矩阵。3)分别计算DGI安装节点负荷功率和DGII安装节点功率的半不变量与相应负荷功率的各阶矩,根据矩和半不变量的关系及半不变量的可加性求得节点注入功率的各阶半不变量Aru),为满足工程计算精确度和计算速度的要求,计算至八阶半不变量比较适宜。4)将节点潮流方程和支路潮流方程在基准运行点线性化,可得△‘△,):X一=,(,)=(,(9)△压、支路潮流,同时利用、Z的概率分布可得到Z的概率分布。3.2应用改进遗传算法求解遗传算法是一种借鉴生物界自然选择和自然遗传机制的随机搜索算法,在规划、可靠性评估等多方面都已应用[14-15]。本文采用改进遗传算法(IGA)来进行DG的优化配置,在标准遗传算法的选择操作基础上,进行了保留策略,即将上一代种群中的若干优秀个体直接复制到本代,与选择操作配合使用,并采用了改进自适应交叉、变异算子【1引。采用IGA对配电网中的DG进行优化配置,具体流程如图1所示,步骤如下:1)输入原始数据,对DG位置和容量进行编码。本文算例中假设已通过DG安装位置的优选原则,可将DG的可行安装方案用一组决策变量l,…X2,,Xi)来表示。设为对应的额定容量,令尸dxier,其中X是决策变量,x的值为0,说明该节点i没有安装DG,若X的值为1,则表示该节点i上待安装DG,安装容量Pr为1×Pr。AZ(f)=Z-=6oSo ̄-(,)=门P。。式中,G。=[X=Xo。dA△根据式(9)、式(10)可计算出AX、Z的各阶半不变量,同时利用Gram.Charlier级数展开可得到AX、AZ的概率分布。5)AX、AZ的期望值对应于其一阶半不变量,利用式(9)、式(10)可计算出计及随机扰动的节点电2)初始化种群,按照初始种群进行随机潮流计算,不满足约束条件的舍去,最终选出满足约束条件的初代种群popsize个。3)计算个体的适应度,对初代种群采用保留操作,将初代若干优秀个体不经过交叉、变异算子直接复制到下一代。胡吟,等分布式电源在配电网中的优化配置.103.4)采用轮盘赌选择算子进行选择操作,再进行自适应交叉、多变异位自适应变异操作,并计算随机潮流,不满足约束条件的舍去,最终获得新一代种群,重新计算个体的适应度,更新种群。5)重复步骤3)~4),直到达到最大迭代次数。4算例分析本文以18节点配电网系统【J为算例,如图2所示,对DG的位置和容量进行优化配置。算例中配电网电压等级为10kV,系统总有功负荷为5.355MW,总无功负荷为3.32Mvar。取系统基准容量为10MVA,1号节点为平衡节点。通过确定的优选原则对DG进行安装位置的优选后,DG安装位置节点集合为{8,9,10,13,14,16,17},DG接入比例不超过系统最大负荷的50%,其中DGII的切入、切出、额定风速为3m/s、25m/s、15m/s,在进行确定性潮流计算时,可将DG看成负的PO节点处理,功率因数取0.9。图218节点配电系统Fig.218-nodedistributionnetworksystem采用遗传算法求取最优解时,各参数为:初始群体规模为pop,改进自适应交叉算子.size=100P。1=o.9,P ̄2---0.6,改进自适应变异算子eml=0.1,Pm2=O.001,终止代数为T=100。DG接入容量有如下选择,其中DGI为0.3MW和0.5MW,DGII为0.6MW和1.2MW。为了说明本文IGA的收敛性,IGA和标准遗传算法(SGA)的收敛曲线分别如图3、图4所示。通过比较图中曲线,可以发现IGA在引入了保留算子、改进自适应交叉算子和改进自适应变异算子后,平均适应度的收敛速度明显加快,而且有效地防止了早熟收敛。针对两类DG的输出功率特点,本文研究以下几种方案:方案1,考虑DGII出力为概率平均值,采用确定潮流对所建模型进行约束条件检验;方案2,考虑DGII出力为额定功率,采用确定潮流对所建模型进行约束条件检验;方案3,考虑DGII出力的随机性,采用随机潮流对所建模型进行约束条件检验。迥露g闭咧j型露g闫.2423_22.2l20l918图3改进遗传算法收敛曲线Fig.3ConvergentcurvesoflGA图4标准遗传算法收敛曲线Fig.4ConvergentcurvesofSGA方案1考虑了DGII出力的不确定性,但保留了一定的裕度,这就导致在对系统网损进行优化时,不能很好地计及节点注入功率随机波动等不确定性因素对网损的影响。方案2,由于假定DGII出力为恒定功率,但与DGII的实际运行情况不符,在方案2中对DG进行优化配置时则会出现两类可能结果:1)减少了DG接入系统的数量,即减少了DG的投资费用;2)DGII的出力间歇性导致DGII不能恒定输出功率,从而使得系统网损值偏大。方案3考虑了DGII出力的随机性,采用随机潮流对所建模型进行约束条件检验,很好地计及节点注入功率随机波动等不确定性因素对网损的影响。从图5的结果可以看出,方案3的网损优化结果最理想,见表1。140120≥lO08O6。02OO图5方案优化网损值Fig.5OptimMpowerlossofscheme一104.电力系统保护与控删表1DG最优配置方案Table1OptimalallocationschemeofDG从表1可以看出,由于DG与配电网LMCC的关系以及其对线路潮流的影响,DG位于辐射线路的中末端,所求得的最优配置方案,网损减小了55.88%。图6给出了方案3(即DG在配电网中的最优配置方案)DG接入前后,待选节点的LMCC变化情况,由图可知,DG接入后,节点的LMCC均有不同程度地降低,下降程度与接入DG的容量有关,成正比例关系。配电网LMCC在DG接入前后的变化,说明本文所提出的配置方案有效地缓解了现有供电设备的闲置压力。}I111:滕薯图6DG接入前后待选节点的LMCCFig.6LMCCofcandidatenodeswithandwithoutDG5结论本文分析了微型燃气轮机和风电源输出功率的不同特点,考虑了风电源输出功率的不确定性,建立的优化配置模型,以系统网损最小为优化目标,并采用改进遗传算法求解。通过计算证明了模型和方法的有效性和实用性。(1)提出的DG安装位置优选原则,保证在提高系统电压的同时,将DG配置到供电容量紧张的节点,提高供电容量的利用效率。(2)在优化目标计算中,采用随机潮流算法合理地计及了不确定因素对于网损的影响,在利用DG实现资源优化配置时,能够准确地评估DG接入配电网后对网损的影响,增强最优方案的适应性。(3)在远离主变电站的馈线中、末端分散配置DG,可以最大程度地降低网络损耗,与此同时,能够缓解现有供电设备的闲置压力,但不能避免现有供电设备的闲置。参考文献[1]张立梅,唐巍,赵云军,等.分布式发电对配电网影响的综合评估[J].电力系统保护与控制,2010,38(21):132.135.ZHANGLi-mei,TANGWei,ZHAOYun ̄un,eta1.Theintegratedevaluationofimpactofdistributedgenerationondistributionnetwork[J].PowerSystemProtectionandControl,2010,38(21):132-135.[2]王守相,王慧,蔡声霞.分布式发电优化配置研究综—述[J】.电力系统自动化,2009,33(18):110114.WANGShou-xiang,WANGHui,CAISheng-xia.Areviewofoptimizationallocationofdistributedgenerationsembeddedinpowergrid[J].AutomationofElectricPowerSystems,2009,33(18):l10-114.[3]孟晓芳,朴在林,解东光,等.分布式电源在农村电力网中的优化配置方法[J].农业工业学报,2010,26(8):243.247.—MENGXiao-fang,PUZai-lin,XIEDongguang,eta1.Distributedgenerationoptimalplacingapproachinruralnetwork[J].TransactionsoftheCSAE,2010,26(8):243.247.[4]NaraK,Hayashieta1.ApplicationofTabusearchtooptimalplacementofdistributedgenerators[C】//IEEEPESWinterMeeting,Ohio(USA),2001:918-923.[5]SinghRK,GoswamiSK,eta1.Optimumsitingandsizingofdistributedgenerationsinradialandnetworksystems[J].ElectricPowerComponentsandSys ̄ms,2009,37(2):127・145.[6]汪兴旺,邱晓燕.基于改进粒子群算法的配电网分布式电源规划[J].电力系统保护与控制,2009,37(14):16-20.—WANGXingwang,QIUXiao-yan.Distributedgenerationplanningindistributionsystembasedonmodifiedparticleswarmoptimizationalgorithm[J].PowerSy ̄emProtectionandControl,2009,37(14):—1620.[7]冯宁,王倩,马峰超,等.分布式电源的选址和定容[J].四川电力技术,2010,33(2):53.56.—FENGNing,WANGQian,MAfengchao,eta1.Thesitingandsizingofdistributedgeneration[J].SichuanElect—ricPowerTechnology,2010,33(2):5356.[8]康勇俊,刘东,阮前途,等.计及节能调度的分布式电源优化配置及其并行运算[J].电力系统自动化,∞∞∞∞∞∞鲫加加0事一b0rI胡吟,等分布式电源在配电网中的优化配置.105.[9][10][11][12]2008,32(7):92-96.KANGYong-jun,LIUDong,RUANQian-tu,eta1.Optimalallocationofdistributedgenerationanditsparallelcomputationalconsideringenergy-savingdispatching[J].AutomationofElectricPowersystems,2008,32(7):92-96.郑漳华,艾芊,顾承红,等.考虑环境因素的分布式发电多目标优化配置[J].中国电机工程学报,2009,29(13):23-29.ZHENGZhang・hua,AIQian,GUCheng-hong,eta1.—Multiobjectiveallocationofdistributedgenerationconsideringenvironmentalfactor[J].ProceedingsoftheCSEE,2009,29(13):23-29.欧阳武,程浩忠,张秀彬.基于配电网节点边际容量成本的分布式电源规划[J】.电力系统自动化,2009,33(18):28-32.0UYANGWu,CHENGHao-zhong,ZHANGXiu-bin.Distributedgenerationplanningmethodbasedonlocationalmarginalcapacitycostindistributionnetwork[J].AutomationofElectricPowerSystems,2009,33(18):28-32.王志群,朱守真,周双喜,等.分布式发电对配电网电压分布的影响[J].电力系统自动化,2004,28(16):56.60.——WANGZhiqun,ZHUShouzhen,ZHOUShuang-xi,eta1.Impactsofdistributedgenerationondistributionsystemvoltageprofile[J].AutomationofElectricPowersystems,—2004,28(16):5660.张节谭,程浩忠,姚良忠,等.分布式风电源选址定容规划研究[J】.中国电机工程学报,2009,29(16):1-7.——ZHANGJietan,CHENGHao-zhong,YAOLiangzhong,eta1.Studyonsitingandsizingofdistributedwindgeneration[J].ProceedingsoftheCSEE,2009,29(16):】7.[13]王成山,郑海峰,谢莹华,等.计及分布式发电的配电系统随机潮流计算[J].电力系统自动化,2005,29(24):39-44.WANGCheng-shah,Z]旺NGHal-feng.XIEY'mg-hua,eta1.Probabilisticpowerflowcontainingdistributedgenerationindistributionsystem[J].AutomationofElectricPower—Systems,2005,29(24):3944.[14]段玉倩,贺家李.遗传算法及其改进[J].电力系统及其自动化学报,1998,10f1):39.52.DUANYu-qian,HEJia-li.Geneticalgorithmanditsmodification[J].ProceedingoftheCSU・EPSA,1998,1O(1):39-52.[15]李晶,王素华,谷彩连.基于遗传算法的含分布式发电的配电网无功优化控制研究[J】.电力系统保护与控制,2010,38r6):60-63.LIJing,WANGSu-hua,GUCai-lian.Researchofreactivepoweroptimizationcontrolindistributionnetworksbasedongeneticalgorithm[J].PowerSystemProtectionandControl,2010,38(6):60-63.[16]丁明,吴义纯.基于改进遗传算法的风力.柴油联合发电系统扩展规划[J】.中国电机工程学报,2006,26(8):23.27.—D1NGMing,WUYichun.Expansionplanningof—winddieselenergysystembasedongeneticalgorithm[J].ProceedingsoftheCSEE,2006,26(8):23-27.[17]刘健,毕鹏翔,杨文宇,等.配电网理论及应用[M].北京:中国水利水电出版社,2007.LIUJia—n,BIPengxiang,YANGWen-yu,eta1.Theoriesofdistributionsystemsandtheirapplications[M].Beijing:ChinaWaterPowerPress,2007.收稿日期:201卜07-18作者简介:胡吟(1987一),男,硕士研究生,主要研究方向为电力系统规划,分布式供电系统;E-mail:wind871011@163.com韦钢(1958一),男,教授,主要研究方向为新能源及分布式电网规划、电力系统运行分析计算等。
布丁老师
该用户很懒,什么也没介绍
文档单价:6.00 会员免费
开通会员可免费下载任意文档