考虑分布式电源接入的新农村电网规划模型.pdf-资料库

第 36卷第 3期 2012年 3月电网技术 Power System Technology Vb1．36NO．3 M ar．2012 文章编号：1000．3673 (2012)03．0264．05 中图分类号：TM727．1；TM715 文献标志码：A 学科代码：470·4051 考虑分布式电源接入的新农村电网规划模型王建国，杨秀苔 (重庆大学经济与工商管理学院，重庆市沙坪坝区 400030) A New Rural Power Network Planning M odel Considering Distributed G eneration (School of Economics and Business M anagement，Chongqing University,Shapingba District，Chongqing 400030，China) W ANG Jianguo，YANG Xiutai ABSTRACT：To m eet the requirem ent of constructing sffong 区域内的县城、乡村各类用户供电的 1 10kV及以下 smart grids in China，in the planning of future new rural power network the development of distributed generation (D(})and renewable energy sources in rural areas should be fully taken into account to implement the interaction between small power source with distribution netw ork．In allusion to the possibility 各级配电网，简称农网L1 J。本文研究的农网主要是高压配电网和中压配电网，这两类配电网的结构通常为双电源或多电源的拉手环网。辐射状的低压配电网不在本文的探讨范围。 ofapplying DG in rural power netw ork，the planning offuture 随着国家 “三农政策 ”受惠面的扩大以及 “家 new rural power netw ork connected with DG in future is 电下乡 ”政策的推广，近年来农民生活用电量快速 researched．A programming model with tw o objectives，i．e．，增长，农副业加工、农业生产、小商业、工业园区 m i’ni m i‘zi‘ng investm ent cost for rural pow er netw ork and m i’ni‘mi。。zing line loss of the netw ork，is built．In its constraints the influence of connecting DG on power flow in distribution network is considered． The application of the proposed 等非居民生活用电量也持续增加。农村电力需求的迅速增长及其用电结构和用电特性的较大变化使得用户对供电质量的要求日益提高，电网公司亟需 planning model is simulated by IEEE 14-bus system ，and the 加快新型农村电网的建设以提高供电可靠性。 results show that the power supply capabilit)r of rural power 我国农村地区幅员辽阔，农网建设工作难度较 netw ork to which DG is connected is enhanced while the line 高。农村地区用电特征为小型、分散，然而农村地 loss of distribution netw ork is decreased．The proposed model can meet the requirement of economy and system security ．The improvement of power supply reliability index of rural power netw 0rk conn ected wjth DG is researched． KEY W ORDS：rural power netw ork；distributed generation； power grid planning 摘要：为适应国家建设坚强智能电网的要求，未来新型农村电网应充分考虑适应农村可再生能源、分布式电源发展，实现 “小电源 ”与配网互动。针对未来分布式电源在农网中应用的可能性，研究了分布式电源接入的新农村电网规划问题。建立了电网投资成本最小化和系统线损最小化的双目标规划区又蕴含较丰富的资源，因此因地制宜发展农村电力事业是未来新型农村电网建设的一个主要内容。随着农村新能源的不断开发，小型而分散的风力发电、太阳能光伏发电、潮汐发电、地热发电以及生物质能发电等新能源发电方式将与新农村的用电特征一致，分布式电源接入新型农村电网将是未来农村电网的发展方向。统筹城乡电网发展的一个主要任务就是转变农网的发展方式，在建设坚强智能电网的要求下，未来新型农村电网应充分考虑与农村可再生能源及分布式电源的发展相适应，实现模型。该模型在约束条件中考虑了分布式电源接入对配电网 “小电源 ”与配网互动的要求，并要加强多电源分潮流的影响。以 IEEE14节点系统为例模拟了规划模型的应散并网的安全风险控制。用，结果表明分布式电源接入之后能够增强农网供电能力并考虑到未来分布式电源在新农村电网中的推降低系统线损。该模型能满足经济性和安全性的要求。探讨了分布式电源接入后对农网供电可靠性指标的改善情况。广和应用，本文研究了考虑分布式电源接入的新农村电网规划问题，并对分布式电源接入前后农电系关键词：农村电网；分布式电源；电网规划统的供电可靠性进行了比较。 0 引言 1 考虑分布式接入的新农村电网规划模型农村电网主要指向县 (包括县级市、旗)级行政分布式电源(DG)是指为了满足某些用户的需万方数据

第 36卷第 3期电网技术求，接在用户侧的小型发电机组发电及储能的联合 =min∑ 。 265 (2) 系统。它们的规模一般不大，大约在几十 kW 至由于本问题是一个双目标规划问题，的量纲几十 MW 之间。常见的 DG 形式包括采用天然气、为万元，的量纲为 MW ，故求解该问题时必须要氢气、太阳能、风能等具有环境友好特性的能源，统一这 2个目标函数。将节约的线损视为增加的售这些能源在我国大部分农村地区含量丰富，因此这电量，那么线损节约量实际上就是一种经济效益。种发电技术是一种可利用多种能源的技术【2]。分布该规划问题的目标函数可以转换为年费用最小化。式电源具有清洁环保的优点，而且就近供电也减少了输电线路的建设，从而减少了电磁污染和占地。由于容量小，建设周期短，分布式电源的投资风险较低pJ。但是，分布式电源的大量接入将极大地改综合上述 2个目标函数，本问题的目标函数为 F ~(A／P，i， )-min[(∑ 。一∑ )xTx2](3) 式中：(Ale，i， )为年金等值系数；∑e,o。。、∑ 分别表示系统规划前后的线损总量；为最大负荷变原有的配网潮流，可能引起网损及系统稳定性的年利用小时数；为销售电价。变化，从而影响到系统的经济性与可靠性【4]。因此，该模型的约束条件分别为潮流约束、机组发电电源点的选择尤为重要，错误的选址将会增加网损容量约束以及系统电量平衡约束。且降低系统的稳定性。 1)潮流约束条件分布式电源接入电网有 2种情况：一种是由电一 ≤ (4) 网公司投资建立，另一种是由用户承担投资成本，式中：，为支路的潮流；为该支路的潮流并申请接入电网。前一种情形中，电网公司在整个上限。规划项目中除了承担线路和变压器的建设成本，还 2)机组发电容量约束应该负担分布式电源的建设成本。不管以何种方式接入电网，分布式电源均会对电网运行和稳定造成一定的影响，因此，在考虑分布式电源接入的新农村电网规划模型中必须要考虑分布式电源的出力约束。分布式电源对整个电网的波形等指标的影响在本论文中不作考虑。鉴于许多农村地区地域偏远、地理环境复杂，致使线路架设工作面临严峻的挑战，电网投资成本高昂。如果电网公司采用分布式电源供电，既能充分利用当地的资源优势，又能缩短建设工期、降低投资成本，还能促进电网公司履行电力普遍服务的职责。本文重点考虑第一种情形，并建立考虑分布式电源接入的新农村电网规划优化模型。该问题是一个双目标规划问题，具有 2 个优化目标： 1)综合考虑分布式电源成本以及线路成本，以投资成本最小化为目标，第 1个目标函数为 =min( +％ + + oq) (1) 式中：、、分别为待建分布式发电机 m 的成本系数；为待建分布式发电机 m 的出力；为待建线路 k成本；0为决策变量，当线路被选择时， =1，否则 0=0。 2)由于 DG 在支路注入容量过高时，支路潮流可能会增加，导致网损提高，所以应尽可能将系统网损控制在低水平【5 1，故第 2个目标函数为万方数据 f51 一式中：、分别为系统现有发电机 t和待建分 V[ ，0．2 』【布式发电机 m 的出力； “、分别为系统现有发电机 t的最小和最大功率；、焉分别为待建分布式发电机 m 的最小和最大功率；为系统总负荷，为已知量。为了将分布式电源对电力系统稳定性的影响控制在一定范围内，限制分布式电源的最大接入容量不超过系统总负荷的 20％，即 O．2 。因此，式(5)中第 2个不等式表达的含义为分布式发电机组的出力不能超过其最大容量与 0．2P,o 中的最小值。 3)系统电量平衡约束 + 一 e,o = d (6) 式 (6)的含义为系统发电机出力总和减去网损量等于负荷需求量。该模型的拉格朗日函数为 L=( +％ + + oq)×( ／尸，i， )一 (∑ 一∑ )×Tx2+／fi ( 一 )+ (一一 )+ ( 一 )+ ∥ ( )+ 咖 ( 一 V【，0．2P1o d)+ 咖 ( )+ (Pgf+ 一∑ 。。一 a) (7)

266 王建国等：考虑分布式电源接入的新农村电网规划模型 Vo1．36 No．3 式中：、、、、咖、咖为模考虑到未来农村负荷增长，现需要对农村电网型中各不等式约束条件的拉格朗日乘子；为模型进行改造升级。一种可能的方案是在系统中建设分中等式约束条件的拉格朗日乘子，其含义为系统各布式电源。节点 i的节点边际电价，节点边际电价反映的是系分布式电源多利用可再生能源发电，其初始投统边际发电成本和阻塞成本。资成本高于普通发电机组，但燃料成本几乎为零。通过求解该函数的 Karush．Kuhn—Tucker(KKT) 待建 DG 的成本系数和装机容量见表 2。DG 的位置条件，就可以求得各发电机组的出力与、各可以选在节点 4、5、6… …14等位置，因此有多种节点 i的节点边际电价，以及系统的总线损建设方案。 ∑ 。 2 算例本文用 IEEE14节点系统模拟本模型的应用情况。图 1中，节点 6～14之间的区域为农网区域，节点 9～14 为该农电区域的负荷节点。输电线路通过节点 6和节点 9将电力输送到农网区域。表 2 DG及现存发电机组成本系数与装机容量数据 Ta b．2 Cost coeffi cients of DG and existing generation units and installed capacities oE ／7 y P P m／MW O．O3 1．8 920 220 O．4l O．6 550 400 O．0l5 0．07 0．085 3 6 650 320 1 4 15O 0．105 1．035 600 l00 350 335 140 100 附眦蚴 ∞ 0 1225 1 335 图 1 IEEE 14节点系统示意图 Fig．1 Sketch m ap of IEEE 14 node system 初始状态下农网区域的电力负荷和节点边际电价的数据见表 1。通过分析初始状态的数据发现，母线 1、6、8上的电压越限，农网的电力供给形势紧张，农网用户的节点边际电价偏高。表 1 初始状态下 14节点系统运行数据 Tab．1 Operation data of 14 node system under initial status 运用上一节建立的模型对分布式电源的多种规划方案进行测算，最终得到在节点 8附近建设一个分布式电源 DG3并通过线路 7—8接入系统为最经济可靠的方案。新建线路长 1．5 krn，假定每千米线路的投资金额为 8．2万元。此种方案下，电网中各电力用户的节点边际电价、各发电机组的上网电量与上网电价结果，如表 3所示。初始状态及分布式电源接入农网后的线损数据见表 4。假定销售电价为 450元／MWh，根据后面第 4 节的可靠性模拟结果，得到分布式电源的年利用小时数为 3 860 h，则年线损节约成本为 613 161元。表 3 接入分布式电源后的 14节点系统运行数据 Tab．3 O peration data of a 14一bus system w ith grid-connected D G 节点 i 发电机组出力／MW 用户负荷／MW 节点边际电价元／MWh 万方数据

第 36卷第 3期电网技术 267 表 4 分布式电源接入前后 14节点系统的线损数据将是保证新型农村电网可持续发展的一大动力。 Tab．4 Line loss data of 14-bus system before and after connecting DG t0 power grid 3 DG对农网供电可靠性的影响探讨第 3节的算例以各负荷点的年峰荷数据为研究对象，研究的是典型情况。农网系统的可靠性需要对长期运行情况进行分析，需要连续的负荷数据和机组出力数据。考虑到重庆地区的资源禀赋条件，本文以分布式电源为小水电机组为例进行分析。该农电区域每年 1～3月为枯水期，4月为平水期，5～8 月为丰水期，9～10月为平水期，1l～12月为枯水期。机组的装机容量为 12MW ，机组的月平均出力数据见图 2。计算农电系统的可靠性指标需要负荷的年度数据。为简便起见，本文仅以月度平均年负荷数据进行计算。假定系统的负荷特性与 IEEE RTS系统的负荷特性[17J相同，根据该农电系统的年峰荷数据 (86-3 MW)，以及文献 [7]中的月负荷占年峰荷的百分比数据可以得到农电系统的月平均负荷。 ∞ ∞ ∞ ∞ 加 O 整个农电系统由接入的小水电机组和系统主电源供电，两者的出力情况如图 2所示。得到农电系统的年负荷数据和小水电机组出力曲线后，采用等效电量函数法计算小水电接入前后的农网系统失负荷概率(LOLP)，数据如表 5 所示。由于篇幅限制，具体计算过程在此不作详细叙述。等效电量函数法在文献[8卜[11】中有详细的计算步骤。根据表 5数据可知，小水电机组接入农网之后，系统的失负荷概率显著降低，农网的供电可靠性有明显改善。 l 3 5 7 9 l1 月份 _主电源转供负荷圆小水电机组出力图 2 小水电月平均出力与主电源月转供负荷 Fig．2 M onthly average output of sm all hydropower stations and its transferred load from power grid 表 5 小水电接入前后农网可靠性指标分布式电源的寿命周期为 20年，查阅相应的年金等值系数，求得投资年费用，最后计算得到目标函数值为 440333元。对比表 1与表 3可以发现，即使农村电力负荷增长，分布式电源接入电网后，相比初始状态，农网用户的节点边际电价能有效降低，即新供电方案下农村用户能够享受更便宜的电价。从表 4可见，分布式电源接入电网能够有效降低电力系统总线损和农村区域电网的线损，并且越靠近分布式电源的支路其线损水平越低。计算表明，加强农村电网的规划和建设，能够有效降低农村电价和低压线损，为农村用户提供更加充足和低价的电能。随着技术的进步以及可再生能源发电的成本曰益降低，可再生能源发电将能够在农村电力供给中发挥重要的作用。本文提出的模型充分体现了电网投资建设成本最小化的思想，并以算例演示了该模型的应用效果，运算结果表明在农网新建分布式电源，能够有效改善农村电力供应形势，为农村用户提供更加优惠的节点边际电价。同时，可再生能源的接入，能够减少化石燃料的使用，客观上带来了环境效益。 Tab．5 Reliability index of rural power network before 对于比较偏远的农村地区，采用分布式电源供电，一方面能够降低供电成本，另一方面能够充分利用当地的资源。分布式电源在农网中的应用和推广， and after connecting sm all hydropower stations to power grid 万方数据

268 王建国等：考虑分布式电源接入的新农村电网规划模型 Vbl_36 NO．3 4 结论 Luo Fengzbang，W ang Chengshan ，Xiao Jun，et a1．Decision—M aking support system for urban distribution network planning of 针对未来分布式电源接入农村电网的可能性， Shanghai[J]． Power System Techn ology，2009，33(3)：79—83(in 本文提出了考虑分布式电源接入的新农村电网规划模型。该模型考虑了分布式电源容量对电网潮流 Chinese)． [6] 倪绍禹．浅析降低城区配网线损 [J]．电网技术，1998，22(9)：70—72． Ni Shaoyu． A preliminary an alysis of reducing line loss in urban 的影响，体现了电网投资成本最小化的思想。文中 distribution network[J]．Power System Technology， 1998，22(9)：算例的结果，表明了分布式电源接入农网能起到缓 70—72(in Chinese)． [7] IEEE Reliability Test System[J]．IEEE Trans on Power Apparatus and 解农村电力供应紧张形势和降低农村用户节点边 Systems， 1979，98(6)：2047—2054．际电价的作用；比较了分布式电源接入农网后对农网供电可靠性指标的改善情况。本文的研究工作体 [8] 王锡凡．包含多个水电机组的电力系统随机生产模拟[J]_西安交通大学学报， 1985，19(4)：69-81． Wang Xifan ． Probabilistic simulation of multiple assigned—energy 现了未来新型农村电网清洁高效、友好互动的特 hydroelectric units[J]．Journal of Xi’all Jiaotong University， 1985，征，具有前瞻性。参考文献 l9(4)：69-81(in Chinese)． [9] 王锡凡．电力系统优化规划【M]．北京：水利电力出版社， 1990．【lO] 王锡凡，王秀丽．随机生产模拟及应用 [J]．电力系统自动化，2003， 27(8)：10—16． [1] 汤红卫．农村电网合理技术指标的研究 [J]．电网技术， 2006， Wan g Xifan ，Wan g Xiuli．Probabilistic production simulmion method 30(S1)：295—297． andits application[J]．AutomationofElectricPowerSystems，2003， Tang Hongwei． Study on Technology Parameters in rural power 27(8)： 10-16(in Chinese)． network[J]．Power System Technology，2006，30(S1)．-295—297(in [11] 赵渊，周念成，谢开贵，等．大电力系统可靠性评估的灵敏度分 Chinese)．析 [J]．电网技术，2005，29(24)：25—30． [2】胡学浩．分布式发电(电源)技术及并网问题 [J]．电工技术，2004， Zhao Yuan ，Zhou Niancheng，Xie Kaigui，et a1 ．Sensitivity analysis 22(10)： 1-5． on reliability assessment of buIk power system[J]．Power System Hu Xuehao． Study on DG techn ology and connection to power Technology，2005，29(24)：25—30(in Chinese)． grid[J]．Electrotechnical Journal，2004，22(10)： 1-5(inChinese)． [3] Pathomthat Chiradeja，R．Ramakumar．An approach to quantify the technical benefits of distributed generation[J]．IEEE Transactions on 收稿日期：2011-03．25。作者简介： Power Systems， 2004， 19f41： 764-772．王建 1~(1964)，男，博士研究生，主要从事电 [4] 牛铭，黄伟，郭佳欢，等．微网并网时的经济运行研究 [J】．电网力企业管理和电网建设方面的研究。技术，2010，34(11)： 38—42． Niu M ing，Huan g Wei， Gun Jiahuan， et a1．Research on economic operation of grid—connected microgrid[J]．Power System Technology， 2010，34(11、：38—42(in Chinese)． [5] 罗凤章，王成山，肖峻，等．上海城市配电网规划辅助决策系统 [J1．电网技术，2009，33(3)：79—83．王建国 (编辑杨天和 ) 万方数据

考虑分布式电源接入的新农村电网规划模型作者：王建国，杨秀苔作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：重庆大学经济与工商管理学院,重庆市沙坪坝区,400030 电网技术 Power System Technology 2012,36(3) 2次被引用次数：参考文献(11条) 1.汤红卫农村电网合理技术指标的研究 2006(z1) 2.胡学浩分布式发电(电源)技术及并网问题 2004(10) 3.Pathomthat Chiradeja;R. Ramakumar An approach to quantify the technical benefits of distributed generation 2004(04) 4.牛铭;黄伟;郭佳欢微网并网时的经济运行研究 2010(11) 5.罗凤章;王成山;肖峻上海城市配电网规划辅助决策系统 2009(03) 6.倪绍禹浅析降低城区配网线损 1998(09) 7.IEEE Reliability Test System 1979(06) 8.王锡凡包含多个水电机组的电力系统随机生产模拟 1985(04) 9.王锡凡电力系统优化规划 1990 10.王锡凡;王秀丽随机生产模拟及应用 2003(08) 11.赵渊;周念成;谢开贵大电力系统可靠性评估的灵敏度分析 2005(24) 引证文献(2条) 1.范业佳浅析农村电网建设与改造工作的技术要点[期刊论文]-中国科技纵横 2012(23) 2.王克华浅析农村电网建设与改造工作的技术要点[期刊论文]-中国科技财富 2012(12) 本文链接：http://d.wanfangdata.com.cn/Periodical_dwjs201203043.aspx

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