徐加銀，汪濤，王加慶，劉琛，馬英浩

(1.國網(wǎng)安徽省電力有限公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院， 合肥市 230022；2.國網(wǎng)安徽省電力有限公司，合肥市 230022；3.合肥工業(yè)大學(xué)電氣與自動化工程學(xué)院，合肥市 230009)

0 引 言

近年來，負(fù)荷側(cè)資源以多重利用形式融入到配電網(wǎng)中，包括分布式電源、電動汽車以及儲能裝置等一系列靈活性資源[1-3]。除儲能裝置可控外，其他靈活性資源的不可控性和不確定性使得配電網(wǎng)需要在不同的時間尺度中以一定的成本適應(yīng)負(fù)荷側(cè)資源的隨機(jī)變化，對配電網(wǎng)運行的靈活性提出要求[4]。微電網(wǎng)作為一種電氣互聯(lián)系統(tǒng)，承擔(dān)著匯集、使用、管理負(fù)荷側(cè)資源的任務(wù)，可以在保證主網(wǎng)安全穩(wěn)定的前提下，提高系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益[5-6]，并通過平抑功率波動提升系統(tǒng)靈活性水平。

目前，眾多學(xué)者對于微電網(wǎng)靈活性資源及其對配電網(wǎng)影響的研究主要分為配電網(wǎng)宏觀規(guī)劃和靈活性資源容量配置兩類。對于配電網(wǎng)宏觀規(guī)劃，文獻(xiàn)[7]以多微電網(wǎng)接入配電網(wǎng)為背景，提出變電站規(guī)劃和網(wǎng)架規(guī)劃兩階段規(guī)劃方法，確定變電站和線路容量，但該方法沒有考慮靈活性資源對變電站定容和網(wǎng)架規(guī)劃的影響；文獻(xiàn)[8]通過加入主動靈活運行管理約束以及主動靈活性成本，在目標(biāo)函數(shù)中考慮需求側(cè)響應(yīng)等運行靈活性行為，對智能配電網(wǎng)的線路進(jìn)行規(guī)劃，并證明該規(guī)劃方法相比于傳統(tǒng)規(guī)劃方法能顯著提升配電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)性水平。對于靈活性資源配置研究，文獻(xiàn)[9]提出系統(tǒng)靈活性指標(biāo)，并建立了考慮源網(wǎng)荷靈活性資源的儲能規(guī)劃模型，該模型可滿足最惡劣場景下系統(tǒng)運行要求，具有較強(qiáng)的魯棒性；文獻(xiàn)[10]以碳中和為目標(biāo)邊界，采用全景時序生產(chǎn)模擬的電力規(guī)劃模型與方法，考慮了各類靈活性資源約束，從不同時間和空間尺度規(guī)劃各類靈活性資源容量；文獻(xiàn)[11]通過蒙特卡洛模擬考慮電動汽車的不確定性，進(jìn)而提出計及電動汽車不確定性的微電網(wǎng)規(guī)劃方法，通過該方法規(guī)劃微電網(wǎng)內(nèi)各組件的容量；文獻(xiàn)[12]以電轉(zhuǎn)氫能為載體，建立微電網(wǎng)靜態(tài)靈活性指標(biāo)，同時考慮經(jīng)濟(jì)性和靈活性，優(yōu)化配置微電網(wǎng)內(nèi)分布式電源及靈活性資源容量。

由上可知，雖然現(xiàn)有成果對微電網(wǎng)靈活性資源及其對配電網(wǎng)的影響開展了研究，但存在以下不足：首先，由于靈活性資源的接入，凈負(fù)荷曲線預(yù)測難度加大，預(yù)測曲線與實際曲線差值較大，進(jìn)而使得待規(guī)劃地區(qū)備用容量、火電機(jī)組容量以及變壓器容量都需要重新確定，傳統(tǒng)變電站定容公式需要更新[13]；其次，靈活性量化基礎(chǔ)由節(jié)點型靈活性和網(wǎng)絡(luò)型靈活性共同組成，節(jié)點型靈活性為靈活性資源功率調(diào)節(jié)能力，網(wǎng)絡(luò)型靈活性為靈活性資源提供傳輸通道[14-15]，若在規(guī)劃階段沒有綜合考慮靈活性，會導(dǎo)致在實際運行過程中，分布式電源出力波動較大或負(fù)荷預(yù)測不準(zhǔn)確，需要主網(wǎng)或微電網(wǎng)改變出力滿足功率平衡時，線路的可用傳輸裕度不足，進(jìn)而增加日內(nèi)調(diào)度的難度，甚至出現(xiàn)棄風(fēng)棄光或切負(fù)荷的問題。文獻(xiàn)[16]針對IEEE 31節(jié)點系統(tǒng)進(jìn)行仿真，證實了系統(tǒng)在某些時段確實存在線路傳輸容量不足的問題。

針對以上不足，文章提出一種考慮微電網(wǎng)靈活性資源屬性的配電網(wǎng)規(guī)劃方法，該方法在變電站規(guī)劃和網(wǎng)架規(guī)劃兩階段考慮微電網(wǎng)的靈活性資源屬性。主要研究思路如下：首先，針對微電網(wǎng)內(nèi)各靈活性資源建立微電網(wǎng)靈活性資源等效模型，計算微電網(wǎng)對外等效容量，根據(jù)等效容量更新變電站定容公式，并在網(wǎng)架規(guī)劃過程中添加靈活性約束條件使得系統(tǒng)滿足網(wǎng)絡(luò)靈活性要求，在規(guī)劃階段保證足夠的傳輸裕度來降低運行過程中日內(nèi)調(diào)度的難度；其次，建立以投資和運行成本費用最小為目標(biāo)函數(shù)的雙層規(guī)劃模型，上層模型對系統(tǒng)進(jìn)行規(guī)劃，下層模型以投資成本和運行成本之和最小建立目標(biāo)函數(shù)；最后通過算例仿真，驗證提出方法和模型的可行性。

1 微電網(wǎng)靈活性資源等效模型

1.1 微電網(wǎng)組件模型

1.1.1 風(fēng)力發(fā)電機(jī)

對于風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，風(fēng)機(jī)出力主要受風(fēng)速影響，而根據(jù)概率學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，風(fēng)速的變化基本符合Weibull分布[17]，風(fēng)力發(fā)電機(jī)出力模型如下：

(1)

式中：Pwt為風(fēng)力發(fā)電機(jī)實際出力；v為實際風(fēng)速；vip為切入風(fēng)速；vop為切出風(fēng)速；vr0為額定風(fēng)速；Pr0為風(fēng)力發(fā)電機(jī)額定輸出功率。

1.1.2 光伏發(fā)電板

影響光伏出力的因素主要為光伏電池板建設(shè)所在地的太陽輻射強(qiáng)度，太陽光照強(qiáng)度變化符合Beta分布，光伏出力正比于所在地的太陽輻射強(qiáng)度[18]，因此光伏出力為：

PPV=E·S·τ

(2)

式中：PPV為光伏出力；E為太陽輻射強(qiáng)度；S為光伏電池板面積；τ為太陽能光電轉(zhuǎn)換效率。

1.1.3 儲能裝置

儲能裝置可以平抑波動并提升系統(tǒng)穩(wěn)定性，除此之外，由于分布式電源和充電樁這類隨機(jī)性和波動性較強(qiáng)組件的接入，儲能裝置成為了微電網(wǎng)和主動配電網(wǎng)中必不可少的部分。微電網(wǎng)中儲能裝置運行的數(shù)學(xué)模型可表示為：

(3)

式中：Pess(t)為儲能裝置t時刻的出力；ηch為儲能裝置充電效率；ηdisch為儲能裝置放電效率；Pch(t)和Pdisch(t)分別為儲能裝置t時刻的充放電功率。

1.1.4 柔性負(fù)荷

一般情況下，將在電網(wǎng)中具有彈性功率需求、其用電功率或者用電量能夠在一定范圍中改變的負(fù)荷定義為廣義柔性負(fù)荷[19]。文章采取調(diào)度響應(yīng)分類方式，將柔性負(fù)荷分為可平移負(fù)荷、可轉(zhuǎn)移負(fù)荷和可削減負(fù)荷三種，為降低模型復(fù)雜性，假定微電網(wǎng)中只含有后2種柔性負(fù)荷，其對應(yīng)數(shù)學(xué)模型分別可表示為：

(4)

(5)

式中：Pfl,r(t)表示t時刻可轉(zhuǎn)移負(fù)荷的功率；ucdr,e(t)表示t時刻對于第e個可轉(zhuǎn)移負(fù)荷的調(diào)度指令；Pr,e(t)表示t時刻第e個可轉(zhuǎn)移負(fù)荷的功率；Pfl,c(t)、ucdc,f(t)和Pc,f(t)分別為可削減負(fù)荷t時刻功率、第f個可削減負(fù)荷調(diào)度指令及第f個可削減負(fù)荷的功率。

1.2 微電網(wǎng)靈活性資源等效模型

由于配電網(wǎng)節(jié)點多，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)復(fù)雜，所以其靈活性資源如儲能裝置、柔性負(fù)荷等分布較為分散和隨機(jī)，而由于微電網(wǎng)這一靈活性資源聚合節(jié)點的存在，導(dǎo)致靈活性資源較為集中，并且容易進(jìn)行控制，進(jìn)而在規(guī)劃過程中可等效為對外統(tǒng)一的數(shù)學(xué)模型。

微電網(wǎng)靈活性資源輸出能力可表示為：

Fmg(t)=Fload(t)+Fess(t)

(6)

式中：Fmg(t)為t時刻微電網(wǎng)的靈活性資源輸出能力；Fload(t)為柔性負(fù)荷在t時刻的靈活性資源輸出能力；Fess(t)為儲能裝置在t時刻的靈活性資源輸出能力。其中各類靈活性資源輸出功率大小可正可負(fù)，數(shù)值為正代表靈活性資源向外輸出功率，數(shù)值為負(fù)代表靈活性資源對外吸收功率。

定義微電網(wǎng)靈活性資源輸出能力后，微電網(wǎng)對外輸出功率可表示為分布式電源出力與微電網(wǎng)靈活性資源輸出之和：

Pmg(t)=Fmg(t)+Pdg(t)

(7)

式中：Pmg(t)為微電網(wǎng)對外輸出功率；Pdg(t)為分布式電源出力。

2 配電網(wǎng)規(guī)劃方法

新型配電網(wǎng)在運行時需要調(diào)動靈活性資源來滿足負(fù)荷或分布式電源帶來的波動，而在調(diào)度過程中，很可能出現(xiàn)由于線路傳輸裕度不足造成靈活性資源不可用的情況，進(jìn)而導(dǎo)致棄風(fēng)棄光或切負(fù)荷，影響配電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)性和可靠性。此外，傳統(tǒng)變電站定容公式也并未計及靈活性資源。鑒于此，在微電網(wǎng)廣泛接入的配電網(wǎng)規(guī)劃過程中應(yīng)充分考慮微電網(wǎng)靈活性資源屬性，針對微電網(wǎng)靈活性資源屬性對變電站選址定容和線路容量確定的兩方面影響，建立了考慮微電網(wǎng)靈活性資源屬性的配電網(wǎng)雙層規(guī)劃模型。模型考慮微電網(wǎng)靈活性資源屬性對變電站容量和線路容量的影響，分別對變電站位置和容量以及配電網(wǎng)網(wǎng)架進(jìn)行規(guī)劃，充分考慮了靈活性資源接入配電網(wǎng)后所帶來的波動性。

2.1 靈活性定義及影響機(jī)理

文章中提及的靈活性資源屬性定義為系統(tǒng)在所關(guān)注的時間尺度下以一定的成本和發(fā)電量適應(yīng)功率隨機(jī)變化的能力[4]。該能力需要通過節(jié)點型靈活性資源和網(wǎng)絡(luò)型靈活性資源共同實現(xiàn)，節(jié)點型靈活性資源為系統(tǒng)平抑功率波動，網(wǎng)絡(luò)型靈活性資源為節(jié)點型靈活性資源提供傳輸通道，是靈活性得以實現(xiàn)的支撐平臺，二者協(xié)同作用，使系統(tǒng)最終滿足靈活性要求。

對于含微電網(wǎng)的配電網(wǎng)而言，在規(guī)劃階段要同時考慮節(jié)點型靈活性和網(wǎng)絡(luò)型靈活性。由于微電網(wǎng)對各類靈活性資源聚合控制，因此可對外等效出靈活性資源輸出曲線，并通過更新變電站定容公式來考慮節(jié)點型靈活性，從而分析靈活性資源對變電站規(guī)劃的影響；而網(wǎng)絡(luò)型靈活性則需要站在宏觀的角度考慮，即在網(wǎng)架規(guī)劃過程中對線路裕度進(jìn)行約束，在規(guī)劃階段預(yù)留出一定的網(wǎng)絡(luò)型靈活性來降低未來運行過程中日內(nèi)調(diào)度的難度，進(jìn)而減少棄風(fēng)光或切負(fù)荷的現(xiàn)象發(fā)生。

2.2 變電站規(guī)劃方法

變電站規(guī)劃主要包括地址規(guī)劃和容量規(guī)劃兩方面。變電站數(shù)量及容量主要是根據(jù)容載比公式確定。文章引入微電網(wǎng)等效容量的概念，表征微電網(wǎng)靈活性資源屬性，傳統(tǒng)容載比公式以及考慮微電網(wǎng)靈活性資源屬性后容載比更新公式分別為：

(8)

(9)

式中：Rs表示容載比；Si表示第i個變壓器的容量；Pmax表示待規(guī)劃地區(qū)峰荷數(shù)值；m為變電站數(shù)量；n為每座變電站所用變壓器數(shù)量；λ為負(fù)荷同時率；Pmg,eq為微電網(wǎng)等效容量；Pdg為分布式電源出力均值；Fmg為微電網(wǎng)靈活性資源出力均值。

確定變電站的數(shù)量及容量后，需要對其進(jìn)行選址，變電站選址原則適用的情況及對應(yīng)數(shù)學(xué)模型詳見文獻(xiàn)[20]。文章選用適用范圍最廣的等負(fù)荷矩最小原則，其數(shù)學(xué)模型如下：

(10)

式中：C1、C2分別為普通節(jié)點負(fù)荷矩和微電網(wǎng)節(jié)點負(fù)荷矩；Φl、Φmg分別為規(guī)劃區(qū)域內(nèi)普通節(jié)點集合和微電網(wǎng)節(jié)點集合；λl、λmg分別為普通節(jié)點和微電網(wǎng)節(jié)點的負(fù)荷同時率；j為普通節(jié)點負(fù)荷編號；k為微網(wǎng)節(jié)點編號；bij、bik為二進(jìn)制變量，為1時表示變電站向節(jié)點供電，為0時表示變電站不向節(jié)點供電；Pj、Pk為普通節(jié)點負(fù)荷功率和微電網(wǎng)節(jié)點負(fù)荷功率；ωl,j和ωl,k表示負(fù)荷節(jié)點坐標(biāo)；ωtr,i表示變電站坐標(biāo)。

對于城市配電網(wǎng)，通常需要規(guī)劃2～3個變電站，這時應(yīng)在單源尋址的基礎(chǔ)上加入分區(qū)再進(jìn)行迭代，即多源連續(xù)尋址法。首先將待規(guī)劃區(qū)域進(jìn)行區(qū)域劃分，可采用平均分配法作為初始分區(qū)原則；然后對現(xiàn)有的所有分區(qū)分別進(jìn)行一次單源連續(xù)尋址，得到變電站坐標(biāo)，計算各負(fù)荷點到各變電站的負(fù)荷矩，并找出負(fù)荷點到變電站最小負(fù)荷矩，通過最小負(fù)荷矩更新分組。若新分組與上一迭代過程中分組不一致，則繼續(xù)迭代；若分組一致，則迭代完成，輸出規(guī)劃結(jié)果。

2.3 網(wǎng)架規(guī)劃方法

對于微電網(wǎng)接入后的配電網(wǎng)，在網(wǎng)架規(guī)劃時要考慮微電網(wǎng)部分對投資費用和運行費用的影響以及雙向潮流的約束條件。而對于考慮靈活性資源的配電網(wǎng)網(wǎng)架規(guī)劃，則要考慮規(guī)劃后系統(tǒng)在實際運行過程中是否會出現(xiàn)靈活性資源不可用的問題，即當(dāng)分布式電源或負(fù)荷實際值與預(yù)測值存在偏差后，配電網(wǎng)內(nèi)其他靈活性資源能否彌補(bǔ)差值，并且傳輸網(wǎng)絡(luò)是否留有足夠裕量以便如儲能這類具有源屬性的靈活性資源傳輸至目標(biāo)節(jié)點處。因此，在網(wǎng)架規(guī)劃階段就對線路傳輸裕度提出約束，以保證待規(guī)劃區(qū)域的靈活性。

網(wǎng)架規(guī)劃中的靈活性約束可表示為：

0≤Fline≤βFline,max

(11)

式中：Fline為線路的已用靈活性調(diào)節(jié)能力，即線路已使用的傳輸容量；β為裕度系數(shù)，其取值范圍在[0,1]內(nèi)；Fline,max為線路最大靈活性調(diào)節(jié)能力。

除滿足靈活性約束外，含微電網(wǎng)的配電網(wǎng)網(wǎng)架規(guī)劃還需滿足其他常規(guī)約束：

1)節(jié)點電壓約束。

Vh,min≤Vh≤Vh,max

(12)

式中：Vh為節(jié)點h的電壓；Vh,min和Vh,max分別表示節(jié)點h電壓的下限和上限值。

2)功率平衡約束。

(13)

式中：Ph和Qh分別為節(jié)點h處注入的有功功率和無功功率；Uh和Uz分別為節(jié)點h和節(jié)點z的電壓幅值；Ghz和Bhz分別為支路hz的電導(dǎo)和電納值；δhz為節(jié)點h、z之間的電壓相角差。

3)反向潮流約束。

|Pmg,k-Pload,j+j(Qmg,k-Qload,j)|≤αSj,max

(14)

式中：Pmg,k表示第k個微電網(wǎng)的有功出力；Pload,j表示配電網(wǎng)第j個負(fù)荷的有功需求；Qmg,k表示第k個微電網(wǎng)的無功出力；Qload,j表示第j個負(fù)荷的無功需求；α表示允許倒送容量比率；Sj,max表示微網(wǎng)j接入點上游的總負(fù)荷。

4)輻射狀網(wǎng)絡(luò)約束。

p=q+1

(15)

式中：p為系統(tǒng)總節(jié)點數(shù)；q為規(guī)劃后的總支路數(shù)。

2.4 配電網(wǎng)規(guī)劃模型

相比于常規(guī)配電網(wǎng)，考慮微電網(wǎng)靈活性資源屬性的配電網(wǎng)由于微電網(wǎng)的存在，整個配電網(wǎng)線路投資費用有所增加，并且靈活性資源會使配電網(wǎng)內(nèi)產(chǎn)生雙向潮流，進(jìn)而使網(wǎng)絡(luò)損耗費用發(fā)生變化。鑒于此，文章針對投資和運行兩方面成本，建立考慮微電網(wǎng)靈活性資源屬性的配電網(wǎng)雙層規(guī)劃模型，上層模型分別對配電網(wǎng)變電站和網(wǎng)架進(jìn)行規(guī)劃，下層計算配電網(wǎng)的投資成本和運行成本。配電網(wǎng)雙層規(guī)劃模型目標(biāo)函數(shù)可表示為：

minC=Cplan+Coper

(16)

(17)

(18)

式中：C為總成本；Cplan和Coper分別為配電網(wǎng)規(guī)劃投資成本和運行成本；式(17)投資規(guī)劃成本中第一項為變電站投資成本，第二項為網(wǎng)架建造規(guī)劃成本；Cplan,tr(Si)為對應(yīng)容量下的變電站投資成本函數(shù)；r為貼現(xiàn)率；χ為變電站折舊年限；NT為變電站數(shù)目；Cplan,line為新建一回供電線路的成本；式(18)運行成本中各項分別代表變電站運維成本和線路運行成本；Coper,tr(Si)為對應(yīng)容量下的變電站運行維護(hù)成本函數(shù)；nyear為模擬年限；xhz為二進(jìn)制決策變量，表示節(jié)點h到節(jié)點z的線路是否被選定；closs為單位網(wǎng)絡(luò)損耗費用；ΔPhz為節(jié)點h到節(jié)點z的線路的有功損耗；Ω為線路集合。

考慮靈活性資源屬性的配電網(wǎng)規(guī)劃的約束條件參考變電站規(guī)劃和網(wǎng)架規(guī)劃約束條件。

3 求解方法

由于配電網(wǎng)規(guī)劃模型中網(wǎng)架規(guī)劃部分存在非線性數(shù)學(xué)模型，并且求解規(guī)模較大，因此文章采用遺傳算法進(jìn)行求解[21]。在使用遺傳算法求解網(wǎng)架規(guī)劃的過程中，會出現(xiàn)輸出網(wǎng)架結(jié)構(gòu)存在交叉的現(xiàn)象，這在實際規(guī)劃運行過程中是不被允許的，因此本文提出了一種線路交叉判定方法，該判定方法流程如圖1所示。

圖1 線路交叉判定流程圖

首先將網(wǎng)架規(guī)劃的各支路等價為閉區(qū)間內(nèi)的一元函數(shù)，自變量和因變量分別為點的坐標(biāo)。然后令所有支路兩兩組合得到聯(lián)立方程組，通過判斷方程組解的情況來確定網(wǎng)架是否存在交叉。若方程組有解則需要判定解是否為端點，如果不是端點說明線路存在交叉，其他情況說明線路拓?fù)湔！?/p>

考慮線路交叉判定的適應(yīng)度函數(shù)可表示為：

(19)

式中：κ為常規(guī)約束序號；J為常規(guī)約束總數(shù)目；Kκ為規(guī)劃過程中常規(guī)約束條件的罰函數(shù)；alinecross為線路交叉判定二進(jìn)制變量；K′為線路交叉對應(yīng)的罰函數(shù)。

4 算例分析

4.1 算例參數(shù)設(shè)置

文章以一個多微電網(wǎng)接入的35 kV配電網(wǎng)為例進(jìn)行算例驗證。待規(guī)劃區(qū)域內(nèi)存在3個微電網(wǎng)節(jié)點和32個普通負(fù)荷節(jié)點。區(qū)域內(nèi)負(fù)荷的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)詳見文獻(xiàn)[22]。待規(guī)劃區(qū)域示意圖如圖2所示。

圖2 待規(guī)劃區(qū)域示意圖

對于變電站規(guī)劃部分，折舊年限取20，折現(xiàn)率為5%，單位容量成本為60萬元/MW。網(wǎng)架規(guī)劃過程中，單位電阻取0.05 Ω/km；單位電抗取0.09 Ω/km；電流載流量取600 A；投資費用為80萬元/km；折算系數(shù)為0.1；網(wǎng)損費用為0.37元/(kW·h)；線路靈活性裕度設(shè)定為10%。此外，根據(jù)《城市電力網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計導(dǎo)則》確定變電站內(nèi)主變壓器臺數(shù)及網(wǎng)架規(guī)劃線路型號[23]，由于待規(guī)劃區(qū)域配電網(wǎng)電壓等級為35 kV，因此變電站采用35/10 kV的變壓器，變電站內(nèi)的主變壓器臺數(shù)確定為3，容載比確定為1.9。對于網(wǎng)架規(guī)劃部分，待規(guī)劃區(qū)域選擇交聯(lián)聚乙烯絕緣YJV22-21/35 3×400三芯銅電纜。

4.2 微電網(wǎng)等效出力計算

由于微電網(wǎng)內(nèi)含有大量靈活性資源，其出力隨機(jī)性和不確定性給配電網(wǎng)規(guī)劃帶來困難，且預(yù)測靈活性資源出力需要大量歷史數(shù)據(jù)的支撐，因此，文章擬采用蒙特卡洛模擬法得到微電網(wǎng)對外等效出力。

微電網(wǎng)內(nèi)分布式電源出力曲線受季節(jié)和時段影響，首先通過蒙特卡洛模擬得到3種典型場景下出力曲線，再通過儲能裝置和柔性負(fù)荷平滑曲線，得到最終的微電網(wǎng)典型場景出力。為降低模型求解難度，對典型場景出力曲線求均值得到最終的微電網(wǎng)對外等效容量。微電網(wǎng)最終對外等效容量如圖3所示。

圖3 微電網(wǎng)等效出力

4.3 配電網(wǎng)分區(qū)及變電站規(guī)劃結(jié)果

首先根據(jù)負(fù)荷矩最小原則將整個待規(guī)劃區(qū)域分為3個獨立子區(qū)域，負(fù)荷分區(qū)可以降低決策變量維數(shù)，進(jìn)而降低模型求解難度。然后對區(qū)域進(jìn)行多源連續(xù)尋址，得到變電站規(guī)劃結(jié)果。待規(guī)劃區(qū)域配電網(wǎng)負(fù)荷分區(qū)及變電站規(guī)劃結(jié)果如圖4所示。圖中，T1、T2、T3變電站主變壓器臺數(shù)均為3臺，主變壓器容量均為25 MV·A。T1變電站選址坐標(biāo)為(101.75，103.10)，供電范圍為負(fù)荷編號1—5、7—11、16、18和MG1(33)；T2變電站選址坐標(biāo)為(103.05，102.12)，供電范圍為負(fù)荷編號6、12—15、20—24、29—30和MG3(35)；T3變電站選址坐標(biāo)為(101.59，101.35)，供電范圍為負(fù)荷編號17、19、25—28、31—32和MG2(34)。

圖4 負(fù)荷分區(qū)及變電站規(guī)劃結(jié)果

4.4 配電網(wǎng)網(wǎng)架規(guī)劃結(jié)果

基于改進(jìn)遺傳算法的考慮微電網(wǎng)靈活性資源的網(wǎng)架規(guī)劃結(jié)果如圖5所示。由規(guī)劃結(jié)果可以看到網(wǎng)架線路無交叉，證明了文章提出的線路交叉判定方法的有效性。

圖5 網(wǎng)架規(guī)劃結(jié)果

4.5 微電網(wǎng)靈活性資源屬性對配電網(wǎng)規(guī)劃影響分析

為分析微電網(wǎng)靈活性資源屬性對配電網(wǎng)規(guī)劃的影響，設(shè)置以下方案進(jìn)行對比分析：方案1不考慮微電網(wǎng)，認(rèn)為待規(guī)劃區(qū)域內(nèi)全部為普通負(fù)荷；方案2考慮微電網(wǎng)，但在規(guī)劃過程中不考慮靈活性資源屬性，即考慮微電網(wǎng)但不添加靈活性約束的常規(guī)配電網(wǎng)規(guī)劃；方案3為本文提出的從變電站規(guī)劃和網(wǎng)架規(guī)劃兩階段考慮微電網(wǎng)靈活性資源的配電網(wǎng)規(guī)劃，即4.1節(jié)和4.2節(jié)的規(guī)劃結(jié)果。各方案的經(jīng)濟(jì)成本如表1所示。

表1 各方案經(jīng)濟(jì)成本

4.5.1 考慮微電網(wǎng)靈活性資源屬性的變電站規(guī)劃分析

對于變電站投運費用，對比方案1和方案3可以發(fā)現(xiàn)，雖然方案1的待規(guī)劃區(qū)域內(nèi)全部為普通負(fù)荷，方案3的待規(guī)劃區(qū)域內(nèi)含靈活性資源，但并不影響變電站規(guī)劃結(jié)果。這是由于算例中待規(guī)劃區(qū)域內(nèi)微電網(wǎng)靈活性資源滲透率較低，微電網(wǎng)對外等效出力曲線呈負(fù)荷特性時所需功率較多，對外呈電源特性的時段多但輸出功率低，加之變電站規(guī)劃成本與靈活性資源滲透率呈階梯關(guān)系，即額定容量確定要參照生產(chǎn)廠家提供的技術(shù)參數(shù)，因此最終兩個方案的變電站投運費用是相同的。但若各微電網(wǎng)對外輸出功率平均提升1.5 MW，變電站容量就會從25 MV·A下降至20 MV·A，從而減小變電站規(guī)劃成本。

4.5.2 考慮微電網(wǎng)靈活性資源屬性的網(wǎng)架規(guī)劃分析

1)方案1和方案2對比。

對比方案1和方案2可以發(fā)現(xiàn)，微電網(wǎng)的接入能夠有效降低運行費用，但會產(chǎn)生反向潮流，在規(guī)劃過程中需要進(jìn)行反向潮流約束，這會對線路投資費用帶來一定的影響。反向潮流約束的不等式中起決定作用的主要為微電網(wǎng)輸出功率和接入點上游負(fù)荷，因此下面將從這兩個角度分析微電網(wǎng)對網(wǎng)架規(guī)劃的影響：

方案1中認(rèn)為待規(guī)劃區(qū)域內(nèi)全部為普通負(fù)荷，方案2中由于考慮了微電網(wǎng)，因此部分負(fù)荷可以由微電網(wǎng)供電，理論上可以減小線路的總長度，進(jìn)而降低投資費用，但根據(jù)表1對比可以發(fā)現(xiàn)，只有區(qū)域1和區(qū)域3的線路投資費用呈下降或不變趨勢，區(qū)域2的線路投資費用反而上升，而通過4.2節(jié)微電網(wǎng)等效出力的計算，3個微電網(wǎng)的輸出特性較為相似，只有微電網(wǎng)2的平均輸出功率略低于其他2個微電網(wǎng)，因此可以分析得出在本算例中微電網(wǎng)輸出功率并不是影響線路投資費用的主要因素。

通過對比3個微電網(wǎng)接入點的上游負(fù)荷可以發(fā)現(xiàn)，微電網(wǎng)2的上游接入負(fù)荷小于微電網(wǎng)1和微電網(wǎng)3，如圖6所示，這會使得反向潮流約束不等式右側(cè)數(shù)值變小，在微電網(wǎng)輸出功率相差不大的情況下導(dǎo)致反向潮流在某些時段越限，進(jìn)而使得拓?fù)浒l(fā)生改變，線路長度和投資費用增加。

圖6 微電網(wǎng)上游負(fù)荷功率

2)方案2和方案3對比。

對于考慮微電網(wǎng)靈活性資源的網(wǎng)架規(guī)劃而言，線路犧牲了少部分成本來換取傳輸容量裕度，如方案2和方案3所示，由于方案3在規(guī)劃過程中留有10%的靈活性裕度，所以3個區(qū)域的線路投資成本都有所上升，但上升比例不大?？紤]微電網(wǎng)靈活性資源的網(wǎng)架規(guī)劃的優(yōu)勢是，通過在規(guī)劃過程中犧牲少量的成本來提高實際運行過程的魯棒性，即更好地應(yīng)對分布式電源的波動及負(fù)荷預(yù)測的不確定性，減少因線路傳輸容量不足導(dǎo)致棄風(fēng)棄光及切負(fù)荷現(xiàn)象的發(fā)生，同時避免線路過載，降低系統(tǒng)實時調(diào)度的難度。

5 結(jié) 論

文章綜合考慮微電網(wǎng)內(nèi)多種靈活性資源，建立組件模型及微電網(wǎng)靈活性資源等效數(shù)學(xué)模型，提出了一種考慮微電網(wǎng)靈活性資源屬性的配電網(wǎng)規(guī)劃方法，該方法從變電站規(guī)劃和網(wǎng)架規(guī)劃兩階段考慮了靈活性資源，并通過含3個微電網(wǎng)的待規(guī)劃配電網(wǎng)算例仿真得到以下結(jié)論：

1)對于考慮微電網(wǎng)靈活性資源屬性的變電站規(guī)劃而言，微電網(wǎng)靈活性資源的容量對變電站容量的影響呈階梯關(guān)系，即需要積累到一定程度才會降低變電站容量。

2)微電網(wǎng)靈活性資源的存在可減小線路網(wǎng)損，降低運行成本，但需要注意反向潮流問題對投資成本的影響。該影響主要取決于微電網(wǎng)輸出功率和上游負(fù)荷功率，相同條件下增加微電網(wǎng)輸出功率或降低上游負(fù)荷功率都會使得反向潮流出現(xiàn)越限的可能，進(jìn)而增加線路總長度和投資費用。

3)文章提出的考慮微電網(wǎng)靈活性資源的規(guī)劃方法會少量增加網(wǎng)架規(guī)劃的成本，但會提高整個配電網(wǎng)的傳輸裕度，使得未來配電網(wǎng)在運行過程中出現(xiàn)分布式電源波動或負(fù)荷預(yù)測不準(zhǔn)確的情況時，線路留有足夠的靈活性使得主網(wǎng)或微電網(wǎng)進(jìn)行功率傳輸。

由于文章在算例分析中認(rèn)為運行成本只包括變電站運維成本和網(wǎng)損費用，因此后續(xù)研究將在此基礎(chǔ)之上考慮細(xì)化運行成本，進(jìn)而分析微電網(wǎng)靈活性資源屬性對其影響。