楊一敏

(國網(wǎng)浙江省電力有限公司江山市供電公司，浙江江山，324100)

0 引言

配電網(wǎng)在實(shí)際運(yùn)行過程中，通常需要接入分布式電源，實(shí)現(xiàn)多主體供電，在這一過程中，很容易導(dǎo)致各節(jié)點(diǎn)電壓出現(xiàn)超限問題，影響整體電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定性?；诖?，有必要加強(qiáng)對配電網(wǎng)儲能系統(tǒng)優(yōu)化配置分析，這對維護(hù)電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定有著非常重要的意義。

1 電網(wǎng)儲能電池改善電網(wǎng)電壓的原理分析

在我國，配電網(wǎng)類型以輻射式電網(wǎng)位置，在沒有接入DGs（是指由多個(gè)計(jì)算機(jī)組成一個(gè)電力控制系統(tǒng)）的情況下，系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)，潮流方向由首端開始，然后流向末端。反之， 配電網(wǎng)既要為負(fù)荷供電，自身也成為一種多電源供電系統(tǒng)，這必然會改變電網(wǎng)潮流方向與大小。當(dāng)DGs向電網(wǎng)注入功率時(shí)，在對應(yīng)節(jié)點(diǎn)處，電壓會有所提升，從而影響電網(wǎng)電壓質(zhì)量。而對接有分布式電源的配電網(wǎng)系統(tǒng)來說，為促使節(jié)點(diǎn)電壓質(zhì)量得到有效改善，文章引入了電池儲能系統(tǒng)，在節(jié)點(diǎn)電壓出現(xiàn)越限現(xiàn)象時(shí)，引導(dǎo)儲能系統(tǒng)參與功率調(diào)度過程，從而能夠有效調(diào)整電網(wǎng)電壓，維護(hù)電網(wǎng)整體電壓穩(wěn)定性。在有分布式電源接入配電網(wǎng)的情況下，如果忽略線路損耗，那么線路節(jié)點(diǎn)電壓可用以下公式表示：

在（1）中，V0表示節(jié)點(diǎn)0處電壓，V1表示節(jié)點(diǎn)1處電壓；P1表示節(jié)點(diǎn)1處的有功功率；Q1表示節(jié)點(diǎn)1處的無功功率；PDG表示節(jié)點(diǎn)1在接入分布式電源后，系統(tǒng)的有功功率；QDG表示節(jié)點(diǎn)1在接入分布式電源后，系統(tǒng)的無功功率[1]。從中我們能夠了解到，在配電網(wǎng)中增加分布式電源的有功注入量，P1-PDG值會逐漸變小，一旦有功注入量足夠多，P1-PDG值會變成負(fù)數(shù)，從而致使V1＞V0，在這一情況下，對支路1末節(jié)點(diǎn)電壓值而言，將會比首端節(jié)點(diǎn)電壓值要大，由此可證明，隨著分布式電源在配電網(wǎng)之中接入，在該節(jié)點(diǎn)處，電壓可能會處于升高狀態(tài)。

文章通過接入儲能系統(tǒng)，用于電壓越限問題改善，具體可采用以下表達(dá)式：

在（2）式中，PESS代表的是調(diào)度儲能系統(tǒng)的充電功率。若該公式合理，那么P1+PESS-PDG會成為正值。此時(shí)，在支路1兩端，相較于末端，首端電壓會更大。而在節(jié)點(diǎn)1處的電壓越限問題便能夠得到妥善解決。

2 電網(wǎng)儲能系統(tǒng)優(yōu)化模型構(gòu)建策略

2.1 科學(xué)合理進(jìn)行儲能選址

通過上文我們能夠了解到，科學(xué)利用儲能系統(tǒng)，能有效確保各節(jié)點(diǎn)之間的電壓穩(wěn)定性，保障電網(wǎng)安全運(yùn)行。因此，文章采用節(jié)點(diǎn)電壓與實(shí)際電壓之差的平方來作為地址分配的依據(jù)，來保障儲能選址的科學(xué)合理性。具體表達(dá)式如下：

在（3）式中，Vj表示的是某節(jié)點(diǎn)實(shí)際電壓值，VN表示的是網(wǎng)絡(luò)額定電壓值。在某節(jié)點(diǎn)之中，如果電壓出現(xiàn)了較大偏移量，可選擇這一節(jié)點(diǎn)，作為儲能裝置的接入位置，從而在該裝置的幫助下，實(shí)現(xiàn)對該節(jié)點(diǎn)電壓的控制。

2.2 儲能裝置容量配置策略

在實(shí)際進(jìn)行儲能容量配置時(shí)，應(yīng)在滿足節(jié)點(diǎn)電壓的條件下，盡可能地加強(qiáng)配電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行成本的控制。在儲能系統(tǒng)之中，建設(shè)成本的大小，一般與能量和功率有著非常密切的關(guān)系。因此在實(shí)際進(jìn)行模型建立時(shí)，應(yīng)以儲能系統(tǒng)在接入配電網(wǎng)后，實(shí)際構(gòu)建經(jīng)濟(jì)最小化作為目標(biāo)函數(shù)，具體函數(shù)可由以下公式表示：

在（4）式中，f1與f2分別代表配電網(wǎng)的運(yùn)行成本與配電網(wǎng)儲能建設(shè)成本。前者具體是指，在電網(wǎng)與外界交互的過程中，所產(chǎn)生的電能成本，具體可用以下函數(shù)公式表示：

在上述（5）式中，m(t)代表的是在t時(shí)刻下，配電網(wǎng)與外界交互功率實(shí)際電價(jià)。P(t)則代表的是配電網(wǎng)與上級網(wǎng)絡(luò)交互的功率。

后者是指儲能實(shí)際的建設(shè)成本，具體可用以下函數(shù)公式表示：

在上述（6）式中，α與β分別代表單位功率成本（單位：元/kW）與單位容量成本（單位：元/kWh）；Cinstall代表的是儲能安裝建設(shè)單位成本；P與S則分別代表的是儲能額定功率與儲能配置容量，NESS則表示，在配電網(wǎng)之中，實(shí)際接入儲能電源的數(shù)量。

2.3 約束條件

(1)潮流平衡約束。在實(shí)際開展優(yōu)化結(jié)果的計(jì)算時(shí)，應(yīng)滿足配電網(wǎng)有功與無功平衡約束，具體由以下公式表示：

在上述（7）式中，Pi代表的是注入節(jié)點(diǎn)i的有功功率；Qi代表的是注入節(jié)點(diǎn)i的無功功率；e代表的還是節(jié)點(diǎn)電壓實(shí)部分量；f代表的還是節(jié)點(diǎn)電壓虛部分量；Gij代表的是節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣的實(shí)分量；Bij代表的是節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣的虛分量；n代表的是節(jié)點(diǎn)總數(shù)量。

(2)節(jié)點(diǎn)電壓約束。先通過實(shí)施潮流計(jì)算，獲得在饋線內(nèi)部，相應(yīng)電壓指標(biāo)，從而能夠確保在各個(gè)節(jié)點(diǎn)之中，電壓變化均在規(guī)定范圍內(nèi)。約束條件用以下公式表示：

(3)儲能功率約束。該約束的存在，主要是保證在儲能系統(tǒng)進(jìn)行充放電時(shí)，始終在合理范圍內(nèi)，不超出上限或者下限。具體約束條件可用以下公式表示：

在上述（9）式中，-Pmax與 ≤Pmax分別表示儲能系統(tǒng)充放電的下限與上限。

(4)支路電流約束。該約束條件的存在，主要是確保各支路電流始終在標(biāo)準(zhǔn)限值內(nèi)。具體可用以下公式表示：

在上述（10）式中，Iimax代表的是第i條支路電流上限，d代表的是系統(tǒng)內(nèi)支路總數(shù)。

3 算例仿真分析

為對上述策略準(zhǔn)確性及可行性進(jìn)行驗(yàn)證，文章選擇IEEE 11節(jié)點(diǎn)的配電系統(tǒng)，如圖1所示。在該系統(tǒng)中，將基準(zhǔn)電壓設(shè)定為12.65 kV，實(shí)際功率值設(shè)置為10MVA。在節(jié)點(diǎn)4、8、11處，接入了0.45MW與3MW的光伏電源與4MW風(fēng)電[2]。儲能系統(tǒng)功率成本為1650元/kW，單位容量成本為1270元/kWh, 假設(shè)基礎(chǔ)建設(shè)成本為10萬元/次。在配電網(wǎng)與外界交互中，在0至6點(diǎn)與22至24點(diǎn)，實(shí)時(shí)電價(jià)為0.3元/kW·h。在6至8點(diǎn)與11至17點(diǎn)時(shí)段，實(shí)時(shí)電價(jià)為0.5元/kW·h。在8至11點(diǎn)與17至22點(diǎn)時(shí)段，實(shí)時(shí)電價(jià)為0.8元/kW·h。

圖1 包含DGs的配電網(wǎng)算例示意圖

在儲能選址結(jié)果方面，由于在本次研究中，采用潮流計(jì)算，獲得了各節(jié)點(diǎn)時(shí)序電壓值，本次選擇第 12時(shí)段實(shí)施分析。從最終結(jié)果來看，在節(jié)點(diǎn)1位置，節(jié)點(diǎn)電壓與基準(zhǔn)值的差值平方最小，究其原因在于，該位置與母線位置比較接近，因此在該節(jié)點(diǎn)處，如果注入功率，幾乎不影響節(jié)點(diǎn)電壓，因此無需在此位置進(jìn)行儲能系統(tǒng)的安裝。而通過結(jié)果可知，在7、8、9節(jié)點(diǎn)位置處，電壓偏移量最大[3]。為保證配電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定，并確保選擇的儲能位置不相鄰，

因此應(yīng)選擇在中間節(jié)點(diǎn)8處，接入儲能系統(tǒng)。而在節(jié)點(diǎn)10位置處，則是除了上述7、8、9節(jié)點(diǎn)之外電壓偏差最大的位置，同樣滿足儲能系統(tǒng)接入位置不相鄰條件，因此也可以選擇在該位置處接入儲能系統(tǒng)。

在對儲能容量配置結(jié)果分析時(shí)，應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況，選擇一條供電線路典型日負(fù)荷， 包括商業(yè)負(fù)荷和居民負(fù)荷等。在本次研究中，選擇某地典型日的負(fù)荷曲線，該曲線包括風(fēng)電出力和光伏出力，具體如圖2所示。

圖2 負(fù)荷曲線與DG出力曲線

由于在本次研究中，饋線支路較少，并且在實(shí)際配置儲能系統(tǒng)時(shí)，需要投入的成本也比較高，因此在配電網(wǎng)系統(tǒng)中，不宜接入過多儲能系統(tǒng)。具體的儲能接入方案可包括兩種，第一種接入方案，直接入一個(gè)儲能系統(tǒng)，接入位置在節(jié)點(diǎn)8，儲能系統(tǒng)的額定功率為1200kW，儲能容量為2780kWh，需要消耗成本為629.7萬元。而第二種接入方案則接入兩個(gè)儲能系統(tǒng)，第一個(gè)儲能系統(tǒng)接到節(jié)點(diǎn)8位置，該系統(tǒng)額定功率為400kW，儲能容量為1517kWh；第二個(gè)儲能系統(tǒng)接入到節(jié)點(diǎn)10位置，該系統(tǒng)額定功率為580kW，儲能容量為1040kWh。總投入成本為554.5萬元。

通過對比兩種方案我們可以發(fā)現(xiàn)，相較于第一種方案，第二種方案顯然更優(yōu)，且消耗的成本也最低。究其原因在于，單獨(dú)在節(jié)點(diǎn)8接入一個(gè)儲能系統(tǒng)，需要提供非常高的功率，才能保證節(jié)點(diǎn)10的電壓處于規(guī)定電壓范圍之內(nèi)。單個(gè)高功率儲能系統(tǒng)成本更高。通過在節(jié)點(diǎn)8與節(jié)點(diǎn)10接入兩個(gè)小功率儲能系統(tǒng)，同樣能解決電壓偏移問題，而且實(shí)際消耗成本更低。因此方案二屬于最佳方案。從實(shí)踐來看，通過采用方案二對配電網(wǎng)儲能進(jìn)行優(yōu)化配置后，結(jié)合如圖3所示的各節(jié)點(diǎn)電壓時(shí)序變化曲線圖，我們能夠了解到電壓越限情況沒有再出現(xiàn)，整個(gè)時(shí)段均處于0.95至1.05pu之間，有效實(shí)現(xiàn)了問題解決。

圖3 接入儲能系統(tǒng)后全時(shí)段電壓標(biāo)幺值

4 總結(jié)

配電網(wǎng)儲能系統(tǒng)的接入，對于整體電網(wǎng)電壓穩(wěn)定有著直接的影響。因此需要我們充分考慮實(shí)際，加強(qiáng)對配電網(wǎng)儲能系統(tǒng)的優(yōu)化，促使系統(tǒng)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)電壓的越限情況得到解決，確保系統(tǒng)中各節(jié)點(diǎn)電壓幅值 都在規(guī)定范圍內(nèi)，更好地維護(hù)配電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。