朱 慧 周 艷 吳文龍 戚思源

（國網(wǎng)江蘇省電力有限公司鹽城市大豐區(qū)供電分公司）

0 引言

全球范圍內(nèi)對環(huán)境問題的關(guān)注帶動了新能源發(fā)電與分布式電源的廣泛應(yīng)用，相較于傳統(tǒng)集中式電源，分布式電源可為可再生能源和不可再生能源獲取提供便利，直接接入配電網(wǎng)為電網(wǎng)輸送能量。然而，分布式電源運行期間也面臨著使用頻率過高與電力用量過多的問題，一定程度上增加了配電網(wǎng)負(fù)荷，導(dǎo)致難以完全滿足分布式能源電網(wǎng)接入需求。針對這一情況，有必要對電網(wǎng)分布式電源布置展開深入研究，保證配電網(wǎng)的有效運營。

1 能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對分布式電源的促進(jìn)作用

我國經(jīng)濟(jì)技術(shù)水平的發(fā)展帶動了電力能源技術(shù)創(chuàng)新，能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)就是其中的典型代表。根據(jù)能源互聯(lián)網(wǎng)與分布式電源互動規(guī)范 （GB／T41236-2022），能源互聯(lián)網(wǎng)以電能為核心，實現(xiàn)能源系統(tǒng)與信息通信系統(tǒng)的深度融合，將集中式及分布式可再生能源作為主要能量單元，對多能源生產(chǎn)、傳輸、分配、存儲、轉(zhuǎn)換等環(huán)節(jié)進(jìn)行協(xié)調(diào)，逐漸構(gòu)建起多元化、多形態(tài)的新型能源利用體系［1］。在可再生能源技術(shù)、通信技術(shù)以及自動控制技術(shù)的應(yīng)用下，能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以進(jìn)一步實現(xiàn)廣義上的 “源—網(wǎng)—荷—儲”協(xié)調(diào)互動，達(dá)成生產(chǎn)供給協(xié)調(diào)優(yōu)化與資源優(yōu)化配置的目的［2］。能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的關(guān)鍵在于通過互聯(lián)網(wǎng)理念、方法和技術(shù)推動能源基礎(chǔ)設(shè)施架構(gòu)的變革，其具體表現(xiàn)在三個方面，一是通過光伏、風(fēng)能等關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展新能源發(fā)電，確保電力開發(fā)利用與發(fā)電技術(shù)需求相適應(yīng)；二是大力發(fā)展大容量輸電技術(shù)和電網(wǎng)安全控制技術(shù)，保證電網(wǎng)運行的安全性與穩(wěn)定性；三是將電網(wǎng)與信息通信技術(shù)有機(jī)結(jié)合，實現(xiàn)對電網(wǎng)數(shù)據(jù)的智能化處理。由此可見，能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用有效實現(xiàn)了能源行業(yè)、通信行業(yè)、互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)領(lǐng)域的融合，為分布式可再生能源大規(guī)模利用、共享提供途徑，在保證電網(wǎng)運行安全穩(wěn)定的同時進(jìn)一步提高對分布式可再生電源的利用消納能力［3］。

2 分布式電源運行現(xiàn)狀及約束條件

2.1 分布式電源運行現(xiàn)狀

分布式電源指的是由用戶自行配置的容量較小的發(fā)電項目，主要包括分布式光伏、風(fēng)能等。調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，截止到2021年，我國主要分布式能源累計裝機(jī)容量達(dá)19989.94萬kW，同比增長19.99%，且分布式能源市場將持續(xù)保持高速增長的趨勢。

對于分布式光伏來說，根據(jù)國家能源局發(fā)布數(shù)據(jù)，2022 年上半年，全國光伏發(fā)電新增裝機(jī)30.88GW，同比增長137%，其中分布式光伏新增裝機(jī)19.65GW，占比達(dá)63%；2023年上半年，全國戶用光伏新增裝機(jī)容量8.914GW，同比增長52%。隨著“十四五”能源規(guī)劃的提出，分布式光伏項目開發(fā)建設(shè)將進(jìn)一步朝向規(guī)范化、規(guī)?；?、產(chǎn)業(yè)化方向發(fā)展［4］。

針對分布式風(fēng)電國家能源局連續(xù)出臺了相關(guān)政策措施，發(fā)揮風(fēng)電產(chǎn)業(yè)監(jiān)測的引領(lǐng)作用，有序開展風(fēng)電基地建設(shè)，推動風(fēng)電產(chǎn)業(yè)穩(wěn)定發(fā)展。調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，截止到2021年，中國分布式風(fēng)電累計裝機(jī)996.3萬kW，隨著分布式發(fā)電與供能技術(shù)發(fā)展，2023年中國分布式風(fēng)電新增裝機(jī)量可同比增長66.6%。分布式風(fēng)電作為可再生能源的重要組成部分，具有廣泛的發(fā)展前景。

2.2 分布式電源運行約束條件

基于能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可得到分布式電源布置過程中的約束條件。

（1）反向潮流約束

電網(wǎng)分布式電源反向潮流約束表達(dá)式為：

（2）系統(tǒng)功率平衡約束

系統(tǒng)功率平衡約束可實現(xiàn)對分布式電源優(yōu)化計算中的等效計算，表達(dá)式為：

其中，ZLD表示的是接入節(jié)點LD負(fù)荷；ZDR表示的是接入節(jié)點DR負(fù)荷；ZDG表示的是接入節(jié)點DG負(fù)荷；s、t、i分別表示的是電網(wǎng)場景、時間與電流；分別表示接入節(jié)點LD有功功率負(fù)荷與無功功率負(fù)荷；分別表示接入節(jié)點DR、G、DG的有功功率；分別表示接入節(jié)點DR、G、DG的無功功率。

（3）電源出力約束

分布式電源DG出力約束表達(dá)式為：

3 分布式電源出力特性及優(yōu)化路徑

3.1 分布式電源出力特性

（1）分布式光伏

分布式光伏出力主要受到太陽輻射強(qiáng)度大小影響，而一定時間段內(nèi)的太陽光照強(qiáng)度可通過Beta分布隨機(jī)變量表示，進(jìn)而分布式光伏出力也與Beta分布規(guī)律相符，其表達(dá)式為：

其中，α表示的是Beta分布函數(shù)形狀參數(shù)；β表示的是Beta分布函數(shù)尺寸參數(shù)；Rm表示的是光伏最大出力值；M表示的是光伏電池板數(shù)量；η表示的是光電轉(zhuǎn)換效率；rmax表示的是最大光照強(qiáng)度。

（2）分布式風(fēng)電

分布式風(fēng)電出力特征主要受到風(fēng)機(jī)出力特性與風(fēng)速的影響，風(fēng)電有功出力與風(fēng)速之間的關(guān)系式為：

其中，k1、k2表示的是形狀系數(shù)；Pe表示的是發(fā)電機(jī)額定功率；vci表示的是風(fēng)速切入值；vco表示的是風(fēng)速切出值；vr表示的是風(fēng)速額定值［5］。

3.2 分布式電源布置優(yōu)化路徑

（1）安裝位置

結(jié)合分布式光伏、風(fēng)電出力特性，在進(jìn)行電源安裝時，應(yīng)考慮其位置不同所受到的影響，若安裝位置具有充足的光伏和風(fēng)電資源，那么一定周期內(nèi)的饋線損耗表達(dá)式為：

其中，Pi表示的是第i條饋線損耗功率；t0表示的是原始時刻；n表示的是饋線數(shù)量；Ri表示的是饋線電阻；分別表示饋線有功功率與無功功率；Ui，t表示的是支路電壓。

（2）發(fā)電成本

分布式電源發(fā)電成本計算公式為：

其中，fw表示的是風(fēng)力發(fā)電成本；fPV表示的是光伏發(fā)電成本；x表示的是發(fā)電機(jī)數(shù)量；ax、by分別是發(fā)電機(jī)及光伏發(fā)電價格；Pwx、PPV為發(fā)電機(jī)與光伏發(fā)電功率容量；r表示的是貼現(xiàn)率；L（Pwx）、L（PPV）表示的是發(fā)電機(jī)及光伏發(fā)電折舊費用。

4 對比試驗分析

IEEE37節(jié)點配電網(wǎng)構(gòu)架如圖所示。

配電網(wǎng)系統(tǒng)電壓為35kV，基準(zhǔn)容量為15MV，采用最大滲透率為0.4的分布式電源，接入1000個用電設(shè)備，共計35個接入節(jié)點。電網(wǎng)投資成本、運行成本、購電成本以及補(bǔ)償成本分別為1200元／kW、1800元／kW、0.5元／（kW·h）、200元／kW，現(xiàn)提出發(fā)電成本最小的電源安裝方案1與各指標(biāo)較為均衡的方案2，兩種方案的數(shù)據(jù)對比情況如表所示。

圖 IEEE37節(jié)點配電網(wǎng)構(gòu)架示意圖

表 分布式電源布置參數(shù)對比

根據(jù)表可知，方案2可以在減少電費損失和發(fā)電成本的基礎(chǔ)上進(jìn)一步增加經(jīng)濟(jì)收益，是最優(yōu)的分布式電源布置方案。在此技術(shù)上，基于能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對兩種方案進(jìn)行對比。將電網(wǎng)分別引入低負(fù)荷與高負(fù)荷線路，低負(fù)荷環(huán)境下方案1的線損最低，而高負(fù)荷環(huán)境下，兩種方案的線路損耗都有所提升，但相較之下方案1受到的影響較小，這主要是因為在進(jìn)行分布式電源布置前，先獲取其約束條件導(dǎo)致電網(wǎng)線路損耗減少，保證了電網(wǎng)的穩(wěn)定運行。

5 結(jié)束語

綜上所述，為解決分布式電源運行期間配電網(wǎng)負(fù)荷過大的問題，可以對分布式電源布置展開優(yōu)化研究，在能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的支持下，可以獲取電源布置的約束條件，進(jìn)而根據(jù)分布式電源的出力特性提出優(yōu)化函數(shù)，為電網(wǎng)分布式電源布置優(yōu)化提供數(shù)據(jù)支持。