摘要:近年来,为缓解日益严峻的能源危机和环境压力,国家大力推广新能源,以光伏风电为代表的分布式能源(distributedenergyresources,DER)正大量接入配电网?由于新能源出力具有随机性和间歇性的特点,其规模化接入将对配电网的规划运行提出更大的挑战?因此,如何优化DER的选址定容以降低其对配电网的不利影响,同时提高DER的有效利用率,是当前配电网规划亟待解决的问题之一?
关键词:微电网运行域;配电网;分布式;能源规划
1.考虑微电网运行域的配电网分布式能源消纳
1.1消纳模式特点
消纳模式的特点是通过复合能源协调控制,充分利用储能系统缓解间歇性能源功率的波动,一方面平滑功率输出,另一方面提升间歇性能源的利用率,将多余的间歇性能源进行存储,由于此种消纳模式不能向电网倒送功率,因此适用于分布率较小?渗透率较低的配电网?
1.2消纳模式
消纳模式是一种能兼容微网技术并通过灵活协调控制技术实现分布式能源完整消纳的模式?主动配电网能在同一电压等级甚至相邻电压等级综合利用所有分布式能源及微网资源,并通过灵活的协调控制技术来达到对分布式能源的完整消纳?主动配电网允许分布式能源发电功率潮流双向自由流动,相对集中控制模式而言,其接入分布式能源的半径更广,接入容量更大,并能利用网络的联络开关灵活控制潮流,对于分布式能源的利用率也最高,适应于渗透率高?分布度广?分散度不限的主动配电网?
2.考虑微电网运行域的配电网分布式能源规划目标函数
2.1DER投资商规划需求指标
DER售电收益
CSCS=365∑Nss=1ps
∑Tt=1∑NDERi=1EDERs,t,i(cBDER,i+cER,i)
式中:Ns为场景总数;T为日内总时段;ps为场景s发生概率;NDER为DER种类;cBDER,i和cSDER,i分别为第i类DER单位发电量的政府补贴和直接交易电价;EDERs,t,i为第i类DER在场景s中t时段的发电量?
2)DER投资和维护成本
CDERCDER=∑NDERi=1[r(1+r)ni(1+r)ni-1cTDER,iPDER,i+365∑Nss=1ps∑Tt=1cOMDER,iEDERs,t,i]
式中:r为贴现率;ni为第i类DER的经济适用年限;cTDER,i,cOMDER,i,PDER,i分别为第i类DER单位容量投资费用和运行维护费用以及装机容量?
2.2配电网运营商规划需求指标
CGCG=365∑Nss=1ps∑Tt=1cBsPGs,t
式中:cBs为场景s的购电电价;PGs,t为场景s中t时段从主网购电电量?
2)网损成本
ClossCloss=365∑Nss=1ps∑Tt=1∑Nll=1clossI2s,t,lRl
式中:Nl为线路总数;closs为网损电价;Is,t,l为DER接入后场景s中t时段第l条支路上的电流;Rl为第l条支路的电阻?
3)延缓电网升级改造效益
CupCup=r(1+r)Td(1+r)Td-1cinv(8)Td=lg2-Pmax′()Pmaxlg(1+ε)式中:Td为延缓电网升级改造的年数;cinv为电网升级改造费用;Pmax和Pmax′分别DER接入前后系统最大负荷;ε为负荷增长率?
4)污染物排放成本
CenvCenv=365∑Nss=1
ps∑Tt=1∑Rr=1αr,GβrPGs,t
式中:αr,G为主网单位发电量的污染气体排放系数;R为排放的污染气体总类;βr为不同污染气体的治理费用?
5)供电可靠性成本
CEENSCEENS=∑Nmm=1cRmamPLDm)
式中:Nm为节点总数;am和cRm分别为节点m的故障平均停电持续时间和单位时间单位电量的停电损失费用;PLDm为节点m的负荷大小?假设每条支路都安装可靠性为100%的熔断器保护,保证发生故障负荷节点不影响其他负荷节点的正常运行?
由式可得到节点i的故障时间?
am=∑Nll=1λlγlAmlm
∑Nll=1λlλDER,mγAmlm∈Ω
式中:λl和γl分别为第l段线路的故障率和故障平均停电时间;γ=min(γl,γDER,m)表示含DER节点的故障恢复时间,其中γDER,m为节点i处DER的故障平均停电时间;λDER,m为节点i处DER的故障率;Aml为任意节点m从电网获取电能所经过的支路l构成的矩阵A中第m行第l列元素,由0和1表示节点m与支路l的关联性;Ω为含有DER的负荷节点集?为了综合考虑上述2个主体存在不同的利益关注点,本文参照文献采用多目标综合评价方法———层次分析法对多规划指标赋权转化为以规划综合总费用为优化目标的单一目标函数:
minC=-λ1CS+λ2CDER+λ3CG+λ4Closs-λ5Cup+λ6Cenv+λ7CEENS(13)式中:λ1~λ7为各指标权重,且∑7i=1λi=1?
2.3主动配电网经济优化目标
函数分析了可再生间歇式能源经济性目标函数和储能配置的优化函数,主动配电网规划的目的是综合考虑各部分的费用,形成综合的优化函数?因此,本文采用最小化配电网年费用F作为优化目标函数,则计及间歇式可再生能源的配电网优化规划的数学模型为
minF=nlΣi=1x(iαiVli+Vpuτmax,iΔPl,i+ul,)i+nDGΣi=1(βiVDG,i+VpuΔEDG,i+uDG,)i+nbattery,iΣi=1(γiVbattery,i+ubattery,)i+δPlostτlost
其中,约束条件为:Ii≤Ii,max,i=1,2,…,nl;Uj,min≤Uj≤Uj,max,j=1,2,…,nn?式中:niΣi=1x(iαiVl,i+Vpuτmax,iΔPl,i+ul,)i为折算到每年的线路投资及运行维护费用;nl为支路总数;xi为0或1变量,0为第i条支路未被选中,1为被选中;
αi为第i条支路固定投资年平均费用系数;Vli为第i条支路的固定投资费用,若为已有线路,其值为0;Vpu为单位电价,元(/kW·h);τmax,i为第i条支路的年最大负荷损耗小时数;ΔPl,i为第i条支路上的有功损耗;ul,i为第i条支路的检修维护费用;
nDGΣi=1(βiVDG,i+VpuΔEDG,i+uDG,)i为折算到每年的间歇式可再生能源的投资及运行费用;nDG为接入配电网的间歇式可再生能源个数;βi为第i个间歇式可再生能源的固定投资年平均费用系数;VDG,i为第i个间歇式可再生能源的固定投资费用;
ΔEDG,i为第i个间歇式可再生能源的有功损耗;uDG,i为第i个间歇式可再生能源检修维护费用;nbatteryΣi=1(γiVbattery,i+ubattery,)i为折算到每年的储能设备的投资及运行费用;nbattery为储能设备的个数;
γi为单个储能设备的固定投资年平均费用系数;Vbattery,i为第i个储能设备的固定投资费用;ubattery,i为第i个储能设备的检修维护费用;δPlostτlost为可靠性损失费用,δ为可靠性负荷损失惩罚系数,Plost为可靠性损失负荷,τlost为负荷损失持续时间;
Ii和Ii,max分别为第i条支路的电流和允许通过的电流上限;Ui?Ui,max和Ui,min分别为第i个节点的电压和电压上下限;nn为所有节点个数?
配电网在正常情况下开环运行,分布式电源建在线路的非变电站节点上?需说明的是,以上模型的约束条件中考虑了间歇式可再生能源的总容量渗透率的约束?
3结语
综上所述,为了应对大量的间歇式可再生能源接入配电网这一新形势,研究间歇式可再生能源的接入对配电网的影响,本文首先结合配电网特点研究了主动配电网对分布式能源的消纳模式,为主动配电网技术经济计算与优化评估提供了方法和依据?
参考文献:
[1]尤毅,刘东,于文鹏,等.主动配电网技术及其进展[J].电力系统自动化,2018,36(18):10-16.