含光伏发电的配电网有功无功资源综合优化配置陈焕军

含光伏发电的配电网有功无功资源综合优化配置陈焕军

陈焕军李小双

天津楚能电力技术有限公司天津300380

摘要：近年来，太阳能光伏发电发展迅速，太阳能作为一种清洁可再生的能源，因取之不尽、用之不竭的特点使光伏发电具有其他新能源无法比拟的优势。光伏发电的大量接入使得配电网的形态发生重大改变，传统无源配电网成为含有分布式电源的有源配电网。光伏发电的接入位置和容量对配电网线路损耗和电压质量有很大影响。目前对光伏发电规划以及对配电网影响的研究已经有一些研究成果。基于此，本文主要对含光伏发电的配电网有功无功资源综合优化配置进行分析探讨。

关键词：含光伏发电；配电网；有功无功资源；综合优化配置

1、前言

配电网结构不同于输电网，R/X较大，有功功率和无功功率都极大的影响着线路损耗和电压质量。在传统无源配电网中，保障配电网供电质量和经济运行的主要手段是无功优化规划(配置电容器)，通过投切电容器可以改变线路无功功率，起到降低线路损耗，提高电压质量的作用。在含有光伏发电的配电网中，有功无功资源包括光伏发电和电容器，只有将两者协调配置实现有功无功资源的综合规划，才能有效减少资源浪费，达到投资和运行效益最大化。

2、配电网光伏发电与电容器优化配置二层规划模型求解方法

2.1上层规划编码方式

采用具有精英保留策略、自适应交叉率和变异率的改进遗传算法求解所提出的二层规划问题。上、下层规划中遗传算法染色体均采用混合编码。每个染色体被分为3部分，如图1所示。

3、算例分析

3.1算例介绍

本文以IEEE33节点配电系统[17]为例进行仿真分析。其中，负荷水平为4015kW，待选光伏电源安装节点为6、13、23、29，待选微型燃气轮机安装节点为20、31，待选电容器安装节点为3、7、13、19、24、26。光伏发电机、微型燃气轮机和电容器维护费用系数取0.1，寿命取20年，残值按投资的5%计算，贴现率取10%，单位容量设备年投资费用、单位电量运行费用系数和单位电量产生的废气及排放费用同文献。光伏发电和微型燃气轮机最大渗透率取30%。购电电价取0.5元/(kW?h)。微型燃气轮机额定容量300kW，燃料消耗量Ffuel可通过曲线拟合得到，单位电量废气排放量参考文献。无功电容补偿器单组容量和最大组数分别为10kvar、10组，每天电容器最大投切次数为4次。假设夜间光伏发电处于待机状态。上、下层遗传算法中最大遗传迭代数T取50，计算结果表明50代时结果一般稳定收敛。

3.2光伏发电与电容器规划方案结果比较

采用所提出的模型和算法，分析以下3种情形。情形1，先规划电容器后规划光伏电源；情形2，先规划光伏电源后规划电容器；情形3，光伏电源和电容器综合规划。目标函数、支路功率及节点电压的置信水平均取0.9时，规划结果及年费用比较见表1、2所示。

分析表1、2中各情形规划结果，可以发现：

1）情形1与情形2相比，电容器安装容量多90kvar，分布式电源安装容量少200kW。说明先规划电容器时，为满足电压和降损要求，电容器安装容量较大，然后再规划分布式电源时，因电网指标已有提升，不需要大量分布式电源接入，情形1各项费用均高于情形2，总年费用高出21.83万元。

2）情形2与情形3相比，电容器安装容量多10kvar，分布式电源安装容量少100kW。说明分布式电源的无功调节能力减少了电容器的配置。情形2投资与运行维护年费用低于情形3，但从上级电网购电费用和废气排放费用远高于情形3，情形3总年费用比情形2少9.6万元。说明有功、无功综合规划结果在减小网损、增加企业效益及改善环境方面效果显著，并且有利于增加分布式电源接入容量。通过以上3种情形仿真模拟可以看出，分布式电源的规划与电容器的配置是相互影响、相互依赖的。综合规划各方面效果最优，规划时应首选综合规划方案。先规划分布式电源后规划电容器效果稍差于综合优化，但优于先规划电容器后规划分布式电源，规划时可作为备选方案。

表2光伏发电与电容器规划方案年费用

3.3光伏电源、电容器与微型燃气轮机规划方案结果比较

加入微型燃气轮机后，微型燃气轮机在光伏没有功率输出时段和负荷高峰时段处于有功功率满发状态，在12：00、15：00—17：00及半夜适当减小了出力水平，说明微型燃气轮机作为可控电源，在光伏出力较大时与负荷较小时能够调节出力水平，缓解光伏发电带来的波动性，起到削峰填谷的作用。在夜间，微型燃气轮机与电容器配合，提供无功功率，实现无功就地平衡。加入微型燃气轮机后，由于购电费用明显减少，各个情形年费用整体降低，3种情形年费用分别降低6.23%、5.33%和4.88%。可见，加入微型燃气轮机配合光伏发电能够显著提高运行效益。

4、结论

本文研究含光伏发电的配电网有功、无功资源的综合优化配置，充分考虑了光伏发电与负荷的时序性与随机性，在每个时段建立了多状态模型，结合运行时光伏发电、电容器及微型燃气轮机的有功、无功出力调整，提出了嵌入机会约束规划的二层规划的模型和求解方法。仿真结果表明：

1）光伏发电与电容器有功、无功资源综合规划大大降低了资源浪费，提高了可再生能源的利用率，减少了年费用。与分阶段规划光伏发电与电容器相比，可以获得具有更高经济效益的规划方案。

2）考虑光伏发电的无功出力，根据不同时段配电网的运行状态进行调控，不仅有效降低了系统网损，还在规划中考虑运行的实际情况，增加了目标函数计算的准确性。

3）微型燃气轮机配合光伏发电，可获得更好的投资与运行效益，弥补因自然资源限制引起的局限性。

4）对光伏发电与负荷在每个时段建立多状态模型，在保证计算准确度的同时，能有效减少系统组合状态，相对于蒙特卡洛随机模拟计算量大幅减小。

参考文献

[1]许晓艳，黄越辉，刘纯，等．分布式光伏发电对配电网电压的影响及电压越限的解决方案[J]．电网技术，2010，34(10)：140-146．

[2]杨艳红，裴玮，齐智平．基于动态运行策略的混合能源微网规划方法[J]．电力系统自动化，2012，36(19)：30-36