钱喜鹤1 方彦霖1 缪宇峰2 冯姗姗1
（1. 国网浙江杭州市余杭区供电公司 浙江杭州 311100；
2. 浙江群力电气有限公司 浙江杭州 311100）
摘要：随着人口的增加，人们对能源的需求逐渐提升，分布式电源作为大电源的重要补充，具有清洁、高效的特点，将成为我国促进节能减排和应对气候变化的重要措施之一。在国家电力改革的号召下，电力系统结构的改变导致电力系统的设计、运营和决策制定方面发生了重大变化。这一重大变化给电力系统研究带来了许多关于发电充足性问题的担忧和挑战。分布式发电（DG）装置较低的成本和投资风险，使其成为电力系统运营商扩展系统容量的机会。这也是分布式发电装置在电气行业的渗透率不断提高的原因之一。据此，必须对DG装置对提高配电系统技术和经济性能的影响进行深入调查。在这方面，本文提出了一种综合决策方法，以达到一些最优和实用的DG投资方案。在决策过程的每个层面以及DG产能扩张机制的规划，从不同的投资者（即通用配网，客户和私人投资者）的角度定义关键的基于成本的指数，以确定最佳DG装置的尺寸和位置。客户中断成本和可靠性价值标准是本分析中最重要的一项。采用优化算法，即粒子群优化（PSO）技术，有效地处理提取数学优化问题。2点估计法（2-PEM）的使用使所涉及的概率因素能够被处理。
关键词：分布式发电（DG）；可再生能源；可靠性；粒子群
引言
分布式发电机（DG）是与传统元件相比具有相对较低容量的发电机组，并且通常位于消费者和负载中心附近。DG计划与其他扩展计划方案相比，他们的初始投资成本和投资风险相当低。如果计划和运营得当，DG装置可以推迟新装置和部件的安装，特别是在配电部门。它们还可能带来一些技术性改善，例如系统电压曲线和网络损耗的改善[1，2]。系统可靠性的提高和客户中断成本的大幅降低也导致配电系统中DG装置越来越多[3]。另一方面，当配电系统中一旦设计、规划和操作DG单元，许多技术/经济方面的挑战和问题就会出现。作为回应，过去相当多的工作专门用于评估DG单位对系统的影响参数和关键技术/经济性能指标。
本文对传统和分布式配网中DG单元尺寸和选址问题上相互关联的主要标准进行了长期评估。传统上，DG单元的安装和操作是在配电系统中完成的，主要是为了改善系统技术性能，例如电压曲线[1]，最小化网络损耗[2]和系统可靠性[3]。考虑到电力行业的私有化进程，随着重组趋势的到来，经济因素也变得重要，DG机组的安装和运行不仅要考虑到技术因素，还要考虑到降低总成本并最大化获得的收益。在某些情况下，经济因素的重要性日益增加可能导致系统技术性能的下降。此外，在大多数关于该问题的研究中，一旦规划了DG装置的尺寸和选址，在单独的预期能量没有投入和正在考虑持续时间时[4]，可靠性价值和客户中断成本被忽略。
应该注意，在分布式系统的DG布局规划研究中，必须同时考虑与问题相关的技术和经济两方面的性能，以便获得技术经济都适应的解决方案。三种不同类型的投资者在放松管制的环境中都可以参与处理DG单位的投资以及相关的扩张计划决策（规模和选址）的决定，在每个环境中都试图根据其要求找到最佳解决方案。从上述各方面的角度来看，为了找到最优解，现有的不确定性（电力和天然气）也必须被视为成本和投资风险最大的主要因素。将每次停电所发生的可靠性问题和中断结合到客户中也是至关重要的，尤其是在通过配电公司或从客户的角度来解决问题时。在从不同方面确定决策问题的主要标准后，必须采用适当的方法。可以选择具有各种特性的不同系统并且还考虑不同场景的不同方法。这些特殊情况可能包括连续/离散决策空间，单个或多个目标，定性或定量标准等，一旦决定处理问题的最佳方法和政策，这些都是重要的。
在本文中，已经选择了一种强有力且经过充分验证的优化技术，即粒子群优化（PSO），其中所提出的多目标公式已经在测试分布系统上应用和验证。
1 电力系统中的分布式电源（DGs）
电力系统中的DG单元集成可视为其运行中的新举措和趋势，但尚未设计或可用于识别其角色和相关技术的独特定义。DG装置通常可以定义为小规模或负荷中心附近的能源供应装置，其产生的电力和能量可以直接输入配电系统或直接供应客户/负荷。这个定义实际上是一个复杂并且在将DG应用与其他发电方式的应用进行比较时有些模棱两可。因此，关于目标、应用、能力、部署或从可再生能源中获益的文献中已经引入了一些更精确和准确的DG的定义。在下文中，包含所有上述问题的回答将会被提出。
2 关于DG放置问题的概率框架
根据伊朗的20年智能电网愿景，已经描述了伊朗电力行业的几个主要目标，特别是配电系统的设计、规划和运营。私人DG装置的部署，尤其是可再生能源装置，如风力涡轮机和光伏电池，在全世界的配电系统中很受欢迎。无论如何，安装和选择DG装置及其相关技术的最重要因素之一是配送公用设施的总费用。配电公司通常以最小的成本寻求解决方案，以便能够最大化其利益。与DG单位配置相关的成本可分为固定成本和可变成本。前者包括投资成本，主要取决于所选的容量水平和DG技术。后者包括DG装置的运行和维护成本，这主要取决于DG使用模式，类型和技术。一般而言，DG投资和运营的总费用可表示如下：
（1）
IC，CCi，PiCap，，OC，i，d，T，N分别是与第个DG单位相关的总施加成本，第 个DG单位的容量因子，可变的运营成本，利率，通货膨胀率，计划的研究时间段以及配网系统扩展计划中的DG单位数量。
由于电力行业的重组趋势以及人类对电力的不断增加的依赖性，电力质量比以前更加重要，这反映在本研究中的客户中断成本。网络中的任何中断不仅可能由于未售出的电量而导致公用事业的收入损失，而且还可能改善客户中断成本或中断公用事业的损害成本。这个财务项在分发系统的规划和加强中非常重要。
3 基于绩效的监管（PBR）机制
客户中断的主要触发因素之一是配电系统本身和相关的可靠性水平。与发电和输电水平相比，传统上导致对电力系统分布水平的理解不充分且没有良好关注的主要原因是一旦发生故障在分布水平上的有限且分散的影响。各级电力和能源行业电力市场的竞争性使得配电系统运营商（DSO）根据某些规则和规定应对客户中断。法规可以根据成本或绩效指标来设定。在前一种方式中，目标是限制DSO的收入，使其在有限的发电成本内或在最大收益额内作为收益运营。在后者，这是电力系统重组的一个主要优势，成本和收入的直接联系和依赖，这是基于成本的监管机制的情况，有时更宽松甚至不存在。
降低成本的大多数战略和激励措施都得到了改进，真正重要的是提高运行能力。由于扩展，运营和维护成本的延迟，该策略将导致系统风险大幅增加。为了弥补这种风险，PBR机制进一步配备和组织了一种基于质量的规则，称为质量监管（QR）。如何确定PBR和QR之间的连接是确定DSO提高系统可靠性的动机的主要因素。这种表现的价值取决于经济效率和质量法规。将供电电压作为PBR指标的主要原因之一是其在客户便利性方面的重要作用。所以必须考虑电源质量。否则，在一些工业或商业消费者的情况下，这可能导致巨大的财务损失和不可挽回的后果。
网络可靠性指标表明系统在未投入的预期能量中，平均中断频率和平均中断持续时间指数方面没有作用。可靠性指标可分为两大类：反映客户类型的加权指数和反映负荷能力的加权指数。值得注意的是，对于不同类型的客户，关于电压（功率）质量的指数不被认为是相同的。例如，电压曲线的变化或下降将对工业客户产生巨大影响，同时它将导致住宅客户的财务损失大大降低。所采用的PBR机制应该反映不同客户的主要要求。此外，必须很好地确定规则，以确定不同的政策，并在预定的范围内适用于实践。因此，监管机构必须为每个DSO顶部的质量指标定义和设定一些参数和经济价值，为其提供适当的激励措施。
一旦面临成本削减政策，需要考虑的主要问题之一是扩建，加固，投资，运营和维护的推迟成本，这肯定会导致系统可靠性性能急剧下降。为了减轻这些担忧，可以在法规中努力确定一些质量指标。成本激励越少，质量指标在监管机制中的作用就越重要。
正在采用几种方法来提高系统可靠性，包括改进网络保护装置，架空线投资，以便将径向分布网络改为具有更高可靠性性能的网状网络（虽然成本高），对地下的投资电缆等。重要的考虑因素是投资和扩张成本必须证明所获得的利益是合理的。为了根据一定的电能质量水平量化所获得的效益，监管机构根据客户中断成本进行一些研究。这是由于期望的电能质量导致的不良质量或积极效益的负面效益，并且因此为DSO定义了一定程度的奖励和惩罚，为了提高准确性，我们需要考虑与中断频率和持续时间相关的成本（在文献中，通常考虑少数长时间中断或相当多的短暂中断）。这样，从PBR的角度来看，客户中断成本被视为DG布局问题的有希望的指标。如图1所示，纵轴表示收益方面的效用优势，横轴表示客户中断成本指标。
图1 基于绩效的监管（PBR）机制
根据该图，随着中断的能量增加（并且根据客户中断成本的增加），公用事业收入（收益）将减少。减少量落在一定水平内，并且假定减量趋势是线性的。因此，可以得出结论，在应用PBR政策和机制的情况下，公用事业公司必须找到一些方法来减少停电的频率和持续时间（客户中断不仅会导致他们的收入增加，一方面，但也将持续到系统可靠性的改进。
本文提出了一种基于优化的方法，用于在配电系统中的负荷中心附近进行DG布置，以提高系统可靠性。如前所述，系统可靠性的提高转化为由适当的DG安装产生的较低的客户中断成本。为了评估与采用PBR策略相关的年度成本，客户中断成本定义如下。
（2）
（3）
（4）
COC，EENS，IEAR，PEN，REV，PPEN，PREV分别代表客户中断成本，未服务的预期能量，中断的能源评估率，罚款率，奖励率以及面对奖惩条件的概率。根据定义的成本函数，本文中的目标函数定义如下，以便在配电系统中最佳地放置DG单元。
（5）
4 结论
本文首先讨论了DG渗透在配电系统中的技术和经济影响。针对不确定能源市场的DG配置问题，提出了一种新的方法来应对。作为设计的奖励/惩罚机制的一部分，已经考虑了各种形式的配电系统，DG安装和技术的相关费用以及客户中断的强加成本。两个主要约束，即总网络损耗和最大允许电压分布变化，已被结合到优化数学模型中。PSO算法由于其在优化问题的全局最优化方面的优势得到了应用。观察结果表明所提出的方法能很好的处理配电系统中的DG单元布局决策问题，从技术和经济角度为系统操作员提供实际的理解。
参考文献：
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[2] A. K. Singh，S. K. Parida，Selection of load buses for DG placement based on loss reduction and voltage im provement sensitivity，International Conference on Power Engineering，Energy and Electrical Drives，11- 13 May，2011.
[3] T. Jen-Hao，L. Tain-Syh，L. Yi-Hwa，Strategic distributed generator placements for service reliability im provements，in：Proceedings of the IEEE Power Engineering Society Summer Meeting，2002，p p.719- 724.
[4] P. Dehghanian，S. H. Hosseini，M. Moeini-Aghtaie，and S. Arabali，"O ptimal Siting of DG Units in Power Systems form a Probabilistic.
作者简介：
钱喜鹤，40，从事电力系统生产管理工作。
方彦霖，31，从事电力系统自动化运维工作。
论文作者:钱喜鹤1,方彦霖1,缪宇峰2,冯姗姗1
论文发表刊物:《河南电力》2018年7期
论文发表时间:2018/9/12
标签：成本论文; 系统论文; 客户论文; 可靠性论文; 装置论文; 技术论文; 分布式论文; 《河南电力》2018年7期论文;