魏志文

摘 要：为促成并网型分布式电源容量的精准配置，实现电网高效能、安全的运转工作。文章系统介绍了优化配置研究，并结合并网型微电网容量的配置问题，基于分布式光伏运营模式要求，详细阐释了统购统销和自发自用、余量上网等2类并网型微电网运营模式;为提高配电网资源的使用效率和微电网孤岛能力，建立目标函数及配电网容量配置双模型，引入遗传算法求解双模型最优解，并以某岛的风光资源数据为研究实力，仿真分析了上述配置模式的应用效能，达到了预期要求。

关键词：风光智能电网;分布式电源;电源容量;配置优化

中图分类号：TM61 文献标识码：A 文章编号：1001-5922（2021）08-0102-04

Optimization of Distributed Power Generation Grid-connected Capacity Configuration in Smart Grid

Wei Zhiwen

（Dongguan Power Supply Bureau of Guangdong Power Grid Co.， Ltd.， Dongguan 523000， China）

Abstract：In order to promote the accurate configuration of the capacity of grid connected distributed generation and realize the high-efficiency and safe operation of the power grid. This paper systematically introduces the optimization configuration research， combined with the configuration of the grid-connected micro-grid capacity， based on the requirements of the distributed photovoltaic operation mode， explained in detail the two types of grid-connected micro-grid operation modes， including unified purchase and sales， spontaneous self-use， and remaining online; in order to improve the utilization efficiency of distribution network resources and the islanding capacity of microgrid， a dual model of objective function and distribution network capacity allocation is established. Genetic algorithm is introduced to solve the optimal solution of the dual model. Taking the wind and solar resource data of an island as the research strength， the application efficiency of the above allocation mode is simulated and analyzed， and the expected requirements are achieved.

Key words：wind and solar smart grid; distributed power; power capacity; configuration optimization

0 引言

在现代科学技术支持下，将分布式电能系统将引入微型电网之中成为可能，其是人类应对能源危机和全球变暖的重要手段之一。该电力系统发电的自维持特点和特有的配送电手段，可以提高供电连续性和可靠性，加大削峰填谷力度，提高电网运营的经济性[1]。然而，美中不足的是风速和光照强度有其随机性和不稳定性，这就使得风光电源的输出不稳定，在一定程度上降低了电网对风光发电的容纳能力。因此，对于微电网而言，储能系统的精准配置是促成其高效能、可靠运行的基础。目前，微电网在解决分布式清洁能源大规模应用方面已有一定成效，但也存在既定困难，尤其是如何基于自然资源的护理配置，来促成微电网容量及储能配置的双向优化，以契合负荷要求，是其未来设计规划中的重点问题。

在此基础上，文章为了基于微电网资源高效利益，处于运营模式的考量，提出了一种分布式电源并网容量优化配置的新方法。综合考虑微电网系统经济收益、运营安全稳定性、清洁能源的利用率等因素，构建目标函数及计算方法;基于储能配置的约束条件，建构相关模型;其次，基于微电网运营效能的目标函数及约束条件，建构风光储容量配置的优化模型，并以改进的遗传算法进行模型解算;最后，采用某岛屿的风光资源作为仿真实例，验证该配置方法可行性和有效性。

1 分布式电源并网优化配置研究综述

基于范围界定，分布式电源并网优化配置归属配电网规划。而配电网规划则以非线性、离散多目标的综合优化为引领，旨在满足不同负荷需求的前提下实现配网高效能、安全运行，并利用科学的方法求解拟优化问题的最优解，以最大限度的确保配电网经济收益及运行安全性。实践中，配电网规划时应充分考量长期、短期的双向运行可靠性需求，为此，需分时段进行规划设计。在确保配电网结构及负荷既定的条件下，需根据拟接入的分布式電源数量及大小的时变性，优化其中的分布式电源并网，并以其接入容量及位置为配置优化的重点。但是，因为分布式发电能源在实际出力时，易于遭受地理、天气、电力系统等多种环境因素的干扰，无法准确预测负荷、调度运行，加之分布式电源的类型呈现多元化，这些问题的存在均一定程度上增加了配电网优化配置建模的难度。此外，因为分布式电源并网时，接入的电网配套设施众多、类型多样，且并网的容量和位置各异，均不同程度影响配电网高效及可靠运行。同时，分布式电源并网配置优化时，除了上述因素外，还应重点关注电力行业政策、用户需求、区域电力发展规划等内容，如此，也增加了配电网配置优化的难度。而一直以来，诸多学者也对分布式电源并网优化配置进行了多方研究，并给出了具体的研究方法及结论，刘波等在深入探究分布式电源接入配网后引致的网损问题前提下，针对粒子群算法的不足，引入混合模拟退火算法对其进行改进，以此精准确定分布式电源的接入位置及容量，控制配电网网络损耗，学者们以网络损耗减控为着力点，通过优化配置数学建模，以仿真实验方法验证了配置算法对分布式电源电容和接入位置的全局寻优、解算能力;唐勇俊等对针对多负荷水平价考量节能调度的分布式电源并网优化配置问题，通过2层规划数模建模，来精准测分布式电源及储能电池的位置、容量及分布式的运行处理，并利用蚁群算法求解2层模型，最后通过实验检验了该数学建模方法可实现分布式电源接入容量的增加;邱晓燕等系统研究了智能电网建设过程中分布式电源的规划问题，在预设明确的分布式电源位置、容量、数量等条件下，通过多目标优化模型的建构，引入自适应遗传算法来优化配置分布式电源位置及容量，明确给出接入的最佳方案，并通过实例予以验证，配置模型计算法的应用可行性。

袁建党等在基于清洁能源发电的经济成本及效益的双重优化考量，设计了一种基于电力市场环境约束的融合大型、多类型机组的风电并网的配电网优化模式，并以遗传算法解算模型，而后，以某区域的电源规划为实例，进行仿真运算，对比其与传统电源规划方式的差异，最终，验证了所建模型可促成清洁能源发电机组投入增加、所建国民经济投入，有效实现清洁能源发电环境优势的运用，为新型电网发展下分店大规模并网的优化配置提供了理论与实践指引。娄宁娜就分布式电源的位置、容量选定对配电网系统影响性进行了深入探究，引入基于适应度排序的选择策略，以系统网损为目标函数建构分布式电网规划数学模型，并改进的人工蜂群算法求解模型，而后，为验证模型有效性，以某城市的配电网为仿真实例，测评了其与其他算法的差异，结果证明该模型及求解算法，可更合理的规划分布式电源，极大的提升其运行的经济效益。综上所述，国内研究已经关注分布式电源的并网配置优化问题，虽然研究内容、方法各异，但均获得了良好的研究成果和经验。而文章即结合此，着眼于微电网运营模式及配电网资源优化利用视角，基于目标函数及容量约束条件建构微电网分布式电源并网容量优化配置的数学模型，并进行针对性求解，以获取最优的配置方案。

2 建立目标函数模型和配电网容量配置数据模型

2.1 微电网的商业运营模式

运营商的收益与微电网项目结算方式息息相关，因此，需要先确定微电网的运营模式，再进行容量优化配置。文章中微电网可采用以下两种运营模式。

（1）统购统销。该模式主要先由电力企业对微电网电能进行统一收购，而后，再分销给不同的 用户。其优点是对能量调度策略依赖性小，但在成本上容易增加电力公司管理费用。

（2）自发自用、余量上网模式。该模式是微电网在用电需求方面自给自足，如果发电量少时，则从配电网购电;若有富余，则统一按照协议电价上网。其优点是有利于电力公司的管理，但该方式下的微电源容量配置对于能量调度策略具有较大的依赖性。

2.2 综合能量调度策略

文章从成本角度发出，提出一种微电网综合能量调度策略。将全年分为间隔为Δt的若干个时段，则t时刻微电网功率的不平衡量ΔP（t）如式（1）：

其中，Pw（t）表示t时刻风机输出功率;Ppv（t）表示t时刻光伏输出功率;PL（t）为负荷功率;Pbat（t）为蓄电池功率;Pg（t）为联络线功率。

2.3 目标函数建模及计算

1）微电网总投资收益。包括各微电源全寿命周期成本和微电网运营收入两部分。其等年值Ccomp如式（2）：

其中，Ccomp、Cins、Crep、Co&m分别表示为：微电源总成本、初始投资费用、设备的替换费用和设备的运行维护费用;对于微电网运营收入等年值，在统购统销模式下，微电网的运营收入I如式（3）：

其中，ppv、pw分别代表光伏发电和风力发电的标杆电价; 在自发自用、余量上网模式下，其收入Igrid如式（4）：

其中，α为协商制定的用电价格，其需依据微电网与配电网交换功率流向而定。

2）全年失负荷率。文章采用系统全年失负荷概率来表征微电网的供电可靠性。用PLS（t）表示切除的负荷功率，则微电网系统全年失负荷概率表示如式（5）：

3）可再生能源利用率。当微电网上送过大功率时，功率用Pwaste（t）表示，则微电网系统全年可再生能源利用率表示为式（6）：

微电网的总投资收益是文章研究的主要目标，从用户需求和资源等方面考虑，综合能量调度策略的目标函数计算流程如图1所示。

2.4 建立配电网容量配置的数学模型

从微电网规划设计过程中微电源的规划面积、蓄电池充放电的安全和使用寿命、微电网友好接入3方面考虑，分别完成优化变量约束、蓄电池运行约束和微电网友好接入约束。在此基础上，完成微电网容量配置的数学建模。而后，基于预设的目标函数及约束条件，即可得并网型分布微电网容量优化配置模型，公式为：

其中，λi表示权重系数;fi为评价指标;w为惩罚项系数。

文章针对微电网的特点，通过改进优化变量编码解码形式、建立优秀个体库和增加随机变量对遗传算法进行改进。

3 案例分析

3.1 工程概况

以江苏某岛屿供电线路分布与电源分布为分析案例，供电支线为10kV。采用就近接入的方式，在所选供电所1台630kV·A低压侧母线中接入1回线路，选定380V并网电压等级，并在岛上荒地选配适当的位置布设2台以上100kW风力發电机组。求解岛屿的风光资源月均值，并以此为据，以采集的风光资源月均值为基础，利用HOMER软件实时仿真风光资源及负荷的全年离散数值，实测储能配置的容量需求。

3.2 仿真结果及分析

针对不同的运营模式和能量调度策略，采用改进的遗传算法进行求解，得到如表1所示的最优配置结果。

通过表1的分析结果可知，在两种运营模式下进行仿真计算，得到的容量优化配置方案都不利于投资收益。但是，采用综合能量调度策略后，明显提高了经济效益和蓄电池寿命。而且比较2种策略下的失负荷率，均低于0.8%，保证了供电可靠性。另外，通过表中数据分析可知，运营模式选用由供电企业统购通销，可最大限度的提升微电源容量，缩减储能容量，且经实例验证了其实用性。而在自发自用、余量上网模式下，则趋向于选择用户自发电的自我满足，此时，电力运营的经济效益随用电价格增加而增加，两者正向相关。

4 结论

上述研究基于智能电网下分布式电源并网容量配置优化问题，分析了两种并网型微电网的商业运营模式，从而提出一种综合能量调度策略，完成了目标函数的建模与计算，最终建立了配电网容量配置的数据模型。最后以江苏某岛的风光资源数据进行仿真分析，通过分析结果验证了上述风光储容量配置方法的可行性和有效性，可在实践应用中明显提高社会效益。

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