（上海交通大学 上海 200030）
以风电、光伏为代表的可再生能源出力具有一定的随机性，给配电网的调度运行造成一定的困难。目前，国内外已建成的可再生能源示范项目因在电网规划初期并未充分考虑可再生能源出力的随机特性，陷入了电网实际接纳可再生能源的比例偏低、较高比例的可再生能源被弃用的尴尬境地。提高配电网消纳可再生能源的能力已经成为含可再生能源的配电网规划、运行及调度领域的一个热点问题，对于该问题的充分研究将有利于进一步推动可再生能源在配电网中应用，这是本文研究内容的另一重要方面。本文将在充分考虑可再生能源的出力随机特性的基础上，从配网重构的角度出发，研究提高可再生能源消纳能力的配电网运行与调度模型。
1.研究背景
我国经济的迅速发展使得对能源的需求增加，常规的化石能源供应不足的矛盾日益突出。能源安全成为我国必须解决的战略问题。发展可再生能源十分紧迫，也是世界各发达国家竞相研究的热点课题之一。可再生能源不仅有利于解决和补充我国化石能源供应的不足，而且有利于我国改善能源结构，保障能源安全，保护环境，走可持续发展之路。开发利用可再生能源也是构建资源节约型与环境友好型社会的重要手段。
2.可再生能源的配网规划研究
国内外对含可再生能源的配网规划研究主要集中在这些方面：① 可再生能源发电接入配电网后多种可再生能源的选址定容规划，可以分成确定性优化配置模型、随机性优化配置模型；② 含可再生能源的配网消纳能力方面的研究则侧重于提高配网消纳可再生能源的能力、预测配网消纳可再生能源的能力；③ 计及可再生能源接入的配电网重构的研究则可以细分成优化模型的构建、求解算法的优化与改进两个侧重点；④ 可再生能源消纳方案的评价方面的研究则从电压水平、配网网损、短路电流、电网稳定性等角度对配网规划方案进行评价。
3.可再生能源接入配网优化配置的研究
国内外对于可再生能源优化配置的研究较多，主要从配电网规划的角度出发，大致可以分成两类，即确定性配网规划模型以及随机配网规划模型。
（1）确定性优化配置模型，即在不考虑可再生能源出力波动性的情况下，从降低配电网网损、进行无功补偿、提高电压稳定性等角度出发，建立适当的数学模型，然后运用一定的优化算法确定可再生能源的选址、定容。将DG作为配电网无功补偿装置，一方面从静态稳定极限角度，通过连续潮流(Continuation Power Flow)计算出每个待选节点的静态稳定极限指标并进行排序，从而确定可再生能源的接入点；另一方面以有功损耗最小为原则，建立相应的数学模型，运用原始对偶内点法确定可再生能源的接入量。建立了两层规划模型，上层规划模型将可靠性、短路电流、分布式能源接入容量限制等约束纳入考虑范围，以分布式电源年费用（投资费用等年值、运行维护费用）与配电网线路投资费用之和作为优化目标，确定配电网网架；下层规划模型以分布式电源运行费用年值作为目标函数，并结合节点电压约束、支路潮流约束、分布式电源有功/无功出力约束，运用最优潮流(Optimal Power Flow)计算得到分布式电源的配置方案；将图论中最小生成树的概念与传统的遗传算法相结合，避免了上层规划模型中拓扑结构不连通的情况，提高了优化算法的效率，具有一定的创新性。在对规划地区的负荷时序特性和气候特点的统计资料进行分析的基础上，得出具有代表性的场景以及相应的权重，然后根据负荷和分布式电源出力时序特性，以配电网损耗、停电损失为目标，建立了考虑时序特性的多目标规划模型，采用改进遗传算法对风光联合发电进行选址定容；虽然运用了一定的统计学方法来描述分布式电源出力特性，但是未能充分体现分布式电源出力的随机特点。确定性优化配置模型的缺点在于未充分考虑可再生能源出力的波动性，具有一定的局限性。
（2）随机性优化配置模型，即利用统计方法研究可再生能源出力波动问题，并建立相应的数学模型，求解得到可再生能源的接入点和接入容量。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆针对风电机组出力的间歇性、波动性以及负荷变化的不确定性，应用机会约束规划建立了分布式风电源接入配电网的选址定容规划模型，以独立发电商(Independent Power Producer)收益最大为目标函数，采用基于半不变量的随机潮流判断规划方案是否违反节点电压约束和支路功率传输约束，应用模拟植物生长算法求解该选址定容问题。
4. 配网消纳可再生能源能力的研究现状
有别于可再生能源接入配网优化配置方面的研究，关于可再生能源消纳问题的研究主要从配电网运行、调度的角度出发，可以大致分成提高电网消纳可再生能源能力方面的研究、预测电网消纳可再生能源能力方面的研究两大类。
（1）提高电网消纳可再生能源能力的相关研究成果
提出在负荷预测的基础上将配电网重构和含可再生能源的配电网经济调度这两个子问题作为一个整体进行处理，通过实时优化配电网中联络开关的状态以消纳更多可再生能源。以虚拟发电的形式将需求响应引入风电、火电共存的电力系统调度模型，并通过实际电网算例验证了在调度中引入需求响应对于提高系统的风电消纳能力的有效性。虽然同样从需求响应的角度研究了风电消纳问题，但是与已有研究有所不同的是：调度模型不仅考虑了价格型和激励型两类需求响应，而且计及了负荷的自弹性系数和互弹性系数，从而更加全面地反映需求响应的特性；采用了随机模拟与粒子群算法相结合的方法求解相应的机会约束规划模型，能够较好地反映规模风电的随机波动性。从充分调用发电侧、输电环节、用电侧的充裕性资源的角度建立了涵盖不同发电类型电源结构及其发电技术约束、分区之间电网联接、用户终端配置蓄热电锅炉、热泵等将过剩风电用于供热的需求侧灵活资源的风电消纳能力分析模型。
（2）预测电网消纳可再生能源能力的相关研究成果
提高电网消纳可再生能源能力的相关研究成果可以指导包含可再生能源的电网规划，而预测电网消纳可再生能源能力的相关研究成果可以为含可再生能源的电网运行调度决策提供了有益的参考。将网络潮流约束转化为节点出力约束，将节点电压约束转化为节点无功出力约束，在线性化处理的基础上，对于“与时间尺度相关”的约束条件进行离散化逐点调整，运用线性规划方法分别估算出全系统消纳风电能力上下限，对含风电的配网系统的实时运行具有指导意义。提出了一套基于电源结构、负荷特性和调峰能力的电网接纳风电能力评估体系，在此基础上考虑了风电接入后对系统备用容量影响，并基于发电可靠性指标计算出相应的备用容量，然后根据低谷常规机组调峰能力评估电网接纳风电能力。指出调峰和电网输送能力已成为电力系统消纳风电的瓶颈，以此为出发点，结合中国电力系统的运行特点，研究了综合考虑调峰约束和电网输送能力约束的风电电量消纳预测方法，并根据中国北方风电富集省份现有的电网条件、电源结构、实际运行方式等信息，对多种场景下两相邻省份水平年风电电量消纳情况进行了详细预测分析。提出了一种基于日前风功率预测的风电消纳能力评估方法，首先以日前预测所得风电为基本信息，优化常规机组的启停状态，然后基于侧决策，探寻系统次日全日段可消纳风电的上下限，并基于二次规划模型生成极端风电出力作为样本，分析系统次日消纳风电的能力，进而为运行人员提供决策辅助。
参考文献
[1]李俊峰, 中国风电发展报告2012. 2012.
[2]许洪华. 太阳能光伏发展形势报告. 2012; Available from: http:// www.csrc.gov.cn/pub/newsite/cyb/cybzxyjbg/201203/P020120330323432656651.pdf.
[3]李俊峰, 中国光伏发展报告2013. 2013, 中国资源综合利用协会可再生能源专业委员会.
[4]马隆龙. 生物质能产业发展与科技创新调研报告. 2012; Available from: http://www.csrc.gov.cn/pub/newsite/cyb/cybzxyjbg/20120 3/P020120330325652962520.pdf.
论文作者:陈阳
论文发表刊物:《电力设备》2017年第31期
论文发表时间:2018/4/13
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