摘要：最近几年，国家对可再生能源开发利用的重视程度越来越高。风、光作为清洁无污染的可再生能源，在各国能源战略中的地位不断提高，利用风能、太阳能发电的分布式电源在电力系统中逐渐普及，有效提高了能源利用效率、减少温室气体排放。然而由于其具有间歇性、随机性和不可预测性的特点，并网后会对电力系统的可靠性、安全稳定性产生较大影响。在此背景下，主动配电网技术应时而生。主动配电网是能够对配电网内丰富的可控制资源进行协调控制和主动管理的新型智能配电网，可以有效解决分布式电源的消纳问题及运行安全问题。
引言
随着传统能源的日益枯竭及生态环境的不断恶化，以风能、太阳能等为代表的分布式电源（Ddistributed Ggeneration，DG）正得到广泛应用。大量的分布式电源、电动汽车、储能及可控负荷的接入，配电系统正由传统的“被动”向“主动”演变。CIGREC6专委会对主动配网（Active Distribution Network，ADN）定义是：通过使用灵活的网络拓扑结构来管理潮流，以便对局部的分布式电源进行主动控制和主动管理的配电系统。
1考虑多源协调控制的双层规划模型
1.1模型框架
大规模DER并网对ADN的运行控制造成一定的影响，DER的选址定容与ADN的运行控制策略密切相关。本文考虑风电（WG）、光伏（PV）、微型燃气轮机（MT）和储能电池（BS）等常见的DER，将DER选址定容和ADN运行控制策略整合为一个双层规划模型。上层规划通过对DER选址和容量决策，实现综合成本净现值最小化。在上层规划结果的基础上，下层规划考虑ADN运行策略，决策可控单元各场景下的出力，其结果将影响上层规划目标的实现。上下层规划的结构和耦合关系如图1所示。
图1双层优化模型框架
本文将ADN在正常运行和极端运行两种场景下的运行策略纳入规划模型。其中，上层模型引入计及离网运行策略的系统综合安全性指标，并将其转化为约束形式，保证规划方案的安全性；下层模型考虑ADN正常情况下的全局优化运行策略，以提高规划的经济性。
1.2上层优化模型
1.2.1目标函数
主动配电网的综合成本净现值包括DER投资建设成本、运行维护成本、政府补贴收益和主网购电成本，各部分成本的表达式如下。
①折算到每年的DER投资成本
式中：n为DER经济使用年限；r为贴现率；ct，WG为风电的单位容量投资费用；ct，PV为光伏的单位容量投资费用；ct，MT为微型燃气轮机的单位容量投资费用；ct，BS为储能的单位容量投资费用；Pi，WG，Pi，PV，Pi，MT和Pi，BS为第i个节点的各类型DER装机容量；NWG，NPV，NMT和NBS为各类待安装DER的节点数。
②DER的每年运行维护费用
式中：
为各类DER单位电量运行维护费用；Pi，s，t，WG，Pi，s，t，PV，Pi，s，t，MT，Pi，s，t，BS为第i个节点各类DER在s场景中t时段的发电量；S为场景总数；ps为场景发生概率；H为日内时段数。
③政府补贴年收益
式中：cb，WG和cb，PV分别为风电和光伏单位电量政府补贴额。
④主网年购电成本
式中：cs，t，G为场景s中t时段从上级电网获取单位电量的购电价格；Ps，t，G为场景s中t时段从上级电网获取的电量。
⑤网损成本
式中：Nl为线路总数；closs为网损电价；Is，t，l为DER接入后场景s中t时段第l条支路上的电流；Rl为第l条支路的电阻。上层规划目标函数：
1.2.2约束条件
①投资约束
式中：
分别为第i个节点中各类DER装机容量上限值。
②系统综合安全性指标约束
主动配电网拥有丰富的可控资源，其自治区域在面对外网故障情况下应具备脱离电网孤岛运行的能力。本文引入系统综合安全性指标，通过计算系统故障后的失负荷情况评估系统的安全性。系统综合安全性指标CSCS计算公式如下：
式中：CLSS，s，t，n为场景s中t时段第n条支路故障的负荷安全供电率指标；tD为故障持续的最后一个时段；φF，d，s为场景s中d时段的停电负荷集合；γi为第i个负荷的重要等级因子；Sd，i，s为场景s中d时段第i个负荷的容量；ΔDF，d，i，s为场景s中d时段第i个负荷的停电时间；φL，d，s为场景s中d时段的系统负荷集合；ΔDd，s为场景s中d时段的持续时间。系统综合安全性指标CSCS结合了故障的平均和最差安全供电水平，近似地描述系统发生故障后保持负荷安全供电的能力，定量评估主动配电网的安全性。CSCS值越大，表示系统安全性越好；CSCS值越小，表示系统安全性越差。为了对规划方案的安全性加以限制，本文将系统综合安全性指标转化为约束形式：
式中：
为系统综合安全性指标最低限制。
1.3下层优化模型
1.3.1目标函数
下层优化模型的目标函数与全局优化运行目标一致，均为系统运行成本最小化：
式中：cs，t，DER为场景s中t时段DER售电价格。
1.3.2约束条件
①功率平衡约束
②分布式电源出力约束
③节点电压约束
④支路电流约束
⑥反向潮流约束
式中：
和
分别为节点i的DER有功和无功总出力；
分别为DER有功出力上、下限；Qi，DER，max，max，Qi，DER，min分别为DER无功出力上、下限；
分别为节点i流出的有功、无功功率；Ω为与节点i相邻的节点集合；θij为节点i和节点j的电压相角差；Vi为节点i电压；Vi，max，Vi，min分别为节点i电压上、下限；Ii为线路i电流；Ii，max为线路最大载流量；I1为变电站馈线出口处电流，其值为正，保证潮流正向流动。
2双层优化模型求解
粒子群优化算法（PSO）是一种基于群体随机寻优求解规划问题的智能算法。粒子群优化算法模拟自然界中鸟群觅食过程，通过追随当前最优解来搜索全局最优解，具有工程实用性强，应用广泛等特点。本文所提出的双层规划模型上下层均采用粒子群算法进行求解，求解步骤如下。
①初始化上层优化模型的粒子群，每个粒子代表一种DER待选位置和容量。
②将上层DER待选位置和容量传递到下层模型，计算对应各场景下风光出力数据，利用前推回代法进行潮流计算，采用粒子群算法求出每个粒子对应的下层最优解，即各时段可控DER最优出力值，将其返回上层模型。
③结合DER待选位置、容量及下层传递返回的结果计算上层目标函数，获取最优粒子适应值及对应的最优解，即最小综合成本净现值和最优配置方案。
④判断是否满足收敛条件，若满足，输出DER配置方案，否则更新粒子的位置和速度，转至步骤②。
结语
利用系统综合安全性指标反映系统安全性与DER选址定容之间的关系。提高系统综合安全性须以牺牲一定经济性为代价，因此，该指标限定值应根据规划者的需求进行合理选取。以系统综合安全性指标定量评估了ADN的孤岛运行能力，因此，在规划阶段考虑ADN的离网运行策略十分必要。
参考文献：
[1]张沈习，李珂，程浩忠，等.间歇性分布式电源在主动配电网中的优化配置[J].电力自动化设备，2015，35（11）：45-51.
[2]严艺芬，吴文宣，张逸，等.考虑区域能源供应商利益的主动配电网间歇性分布式电源优化配置[J].电网技术，2017，41（3）：52-758.
[3]沈欣炜，朱守真，郑竞宏，等.考虑分布式电源及储能配合的主动配电网规划-运行联合优化[J].电网技术，2015，39（7）：1913-1920.
论文作者:赵小娟
论文发表刊物:《基层建设》2019年第8期
论文发表时间:2019/6/19
标签：安全性论文; 节点论文; 时段论文; 系统论文; 模型论文; 场景论文; 分布式论文; 《基层建设》2019年第8期论文;