主動配電網(wǎng)的全壽命周期分布式電源規(guī)劃問題研究(編輯修改稿)
2025-07-04 14:03 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 2 基于主動管理的全壽命周期DG電源規(guī)劃模型對比發(fā)達國家的配電網(wǎng)現(xiàn)狀，我國發(fā)展主動配電網(wǎng)的規(guī)劃建造工作處于初期階段，配電網(wǎng)建設(shè)的首要目標是在滿足日益增長的負荷需求條件下，實現(xiàn)各類分布式電源滲透率的提升。此外，當前存在設(shè)備及線路老化、用于優(yōu)化控制智能配電系統(tǒng)的輔助裝置配備不齊全等問題的配電網(wǎng)的發(fā)展受到投資成本的制約。因此，在進行主動配電網(wǎng)規(guī)劃時需要在優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)布局的網(wǎng)絡(luò)解和優(yōu)化設(shè)備配置的非網(wǎng)絡(luò)解之間進行合理權(quán)衡，以滿足降低投資成本、提高分布式電源滲透率、保證網(wǎng)絡(luò)安全可靠運行等目標。為了提高分布式電源的接入容量，克服其出力波動性所造成的節(jié)點電壓升高，系統(tǒng)潮流越限，網(wǎng)絡(luò)總體損耗增加等弊端，本文采用如下3種主動管理方法：(1) 發(fā)電機出力控制：即通過控制可控型DG的有功出力來調(diào)節(jié)電壓；(2) 有載變壓器抽頭調(diào)節(jié)：即通過調(diào)節(jié)有載調(diào)壓變壓器的可變抽頭使電壓保持在規(guī)定范圍內(nèi)；(3) 無功補償調(diào)節(jié)：即通過調(diào)節(jié)DG接入點的無功補償設(shè)備減少電壓增幅。由于本文所述的基于全壽命周期DG電源規(guī)劃問題考慮了DG出力的主動管理和控制特性。出于分解協(xié)調(diào)的理念，本文建立了基于主動管理的LCC雙層規(guī)劃模型。其中，上層規(guī)劃模型是主動配電網(wǎng)中的DG容量配置規(guī)劃問題，以最小化供給側(cè)的全壽命周期成本為目標，決策變量為各類分布式電源的容量以及系統(tǒng)向上級電網(wǎng)的購電量。下層規(guī)劃模型則是DG有功出力優(yōu)化問題，以最小化DG有功切除量為目標，決策變量為DG有功出力切除量、有載變壓器抽頭位置以及無功補償設(shè)備的投切容量。上層將DG的定容方案傳遞給下層，通過對上層方案中的DG出力進行主動管理，并由下層將出力調(diào)整結(jié)果傳遞給上層，從而實現(xiàn)上下層決策互補。 上層規(guī)劃模型為了全面體現(xiàn)系統(tǒng)中電源側(cè)的總投入成本，上層規(guī)劃模型以最小化全壽命周期內(nèi)的主動配電網(wǎng)供給側(cè)資源成本為目標函數(shù)，從而合理表達了在系統(tǒng)設(shè)計、規(guī)劃、運維以及退役等周期內(nèi)DG的實際成本投入情況以及與上級電網(wǎng)購電量的成本占比。具體表達式為： （9）式中 為每一年系統(tǒng)向上級電網(wǎng)的購電成本，萬元；為各類分布式電源（含光伏發(fā)電、風電、微型燃料發(fā)電以及燃料電池在其壽命周期內(nèi)，所花費的投資安裝、財務支出、運行維護、燃料消耗、環(huán)境懲罰費用及殘值等所有費用之和的等年值； 為需求響應中的直接負荷控制的投資運行成本。 （10）（11）式中 為當年電價，萬元/kW?h；為對應年的上級電網(wǎng)購電量，kW?h；為DG種類，本模型取風機、光伏發(fā)電、微型燃氣發(fā)電三種，；為全壽命周期年限，一般DG取25a；為資金利率，；為第i類DG的總投資安裝費用，萬元；為DG建設(shè)投資中的貸款占比，；為銀行的貸款利率，%；為第i類DG的單位運維費用，萬元/kW?a；為第i類DG的有功出力，kW；為天然氣時價，萬元/m3；所采用的6F01型微型燃氣輪機的天然氣熱值函數(shù)表達式為：，單位kW；為微型燃氣輪機的發(fā)電功率，kW；為天然氣低熱值，取10 kW?h/m3。為治理污染物j所需費用，萬元/kg；m為污染物種類數(shù)，本模型考慮COSO2及氮氧化物3類；為第i類DG對應j類污染物的排放系數(shù)；為第i類DG的殘值。綜合考慮配電網(wǎng)供應側(cè)的規(guī)劃和運行研究現(xiàn)況，上層規(guī)劃模型需要考慮以下約束條件：（1）DG安裝容量約束。 （12）式中 為第i個DG的規(guī)劃允許容量上限。（2）DG滲透率約束。 （13）式中 為系統(tǒng)的負荷節(jié)點數(shù)；為系統(tǒng)內(nèi)DG總數(shù)。（3）功率平衡約束。 （14） 下層規(guī)劃模型在上層規(guī)劃的決策基礎(chǔ)上，下層規(guī)劃以DG的有功出力切除量最小為優(yōu)化目標，具體表達式： （15）式中 是第i個DG的切除功率，單位kW。綜合考慮DG優(yōu)化運行的各項要求，下層模型需要考慮以下約束條件：（1）節(jié)點功率平衡約束。 （16）式中 分別為節(jié)點i注入的有功功率和無功功率，kW；即節(jié)點j與節(jié)點i相連；分別表示節(jié)點導納陣的實部和虛部；為節(jié)點i與節(jié)點j 的相角差。（2）節(jié)點電壓約束。 （17）式中 分別為節(jié)點i的電壓上限與下限。（3）支路傳輸功率約束。 （18）式中 為連接節(jié)點i與節(jié)點j之間支路的功率上限。（4）DG出力切除量約束。 （19）式中 分別為第i個DG的出力切除功率上下限。（5）有載變壓器抽頭調(diào)節(jié)約束。 （20）式中 分別為有載變壓器k的抽頭調(diào)節(jié)范圍上下限。（6）無功補償裝置投切約束。 （21）式中 分別為無功補償裝置投切容量的上下限。3 求解算法在構(gòu)建本模型中的DG與負荷的隨機模型時，應用Beta分布[10]描述確定PV出力大小的光照強度情況，而對于風電出力，根據(jù)研究則采用Weibull分布[1112]刻畫風速的隨機性。在上下層模型之間的決策傳遞過程中，上層規(guī)劃模型需要將得出的DG規(guī)劃方案傳遞給下層模型，而下層規(guī)劃則在此基礎(chǔ)上對
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