試論含分布式電源的變電站優(yōu)化規(guī)劃

劉婧 蔡智超

摘? 要：伴隨著我國(guó)電力建設(shè)的快速發(fā)展，含分布式電源的全新電力交換系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。受此影響，傳統(tǒng)配電網(wǎng)規(guī)劃方式已經(jīng)無(wú)法有效滿足該配電系統(tǒng)的發(fā)展需要，因此需要積極對(duì)含分布式電源的變電站進(jìn)行優(yōu)化規(guī)劃。在這一背景下，文章將結(jié)合具體算例，采用數(shù)學(xué)建模的方式對(duì)含分布式電源的變電站優(yōu)化規(guī)劃進(jìn)行簡(jiǎn)要分析研究。

關(guān)鍵詞：分布式電源;變電站;規(guī)劃設(shè)計(jì)

中圖分類(lèi)號(hào)：TM732 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2019）09-0071-02

Abstract： With the rapid development of electric power construction in our country， a new power switching system with distributed power supply emerges as the times require. Affected by this， the traditional distribution network planning method has been unable to effectively meet the development needs of the distribution system， so it is necessary to actively optimize the planning of substations with distributed power supply. In this context， the paper will combine with specific examples， using mathematical modeling to carry out a brief analysis and research on substation optimization planning with distributed power supply.

Keywords： distributed power supply; substation; planning and design

現(xiàn)階段對(duì)含分布式電源的變電站進(jìn)行優(yōu)化規(guī)劃已經(jīng)成為變電站規(guī)劃的一大必然趨勢(shì)，對(duì)變電站及其規(guī)劃發(fā)展意義重大。而通過(guò)探究含分布式電源的變電站優(yōu)化規(guī)劃，一方面可以為我國(guó)日后同類(lèi)型變電站的規(guī)劃設(shè)計(jì)提供相應(yīng)規(guī)劃思路，另一方面也可以為相關(guān)研究人員在該領(lǐng)域的研究給予相應(yīng)理論參考。

1 變電站優(yōu)化規(guī)劃項(xiàng)目概況

為有效說(shuō)明含分布式電源變電站的優(yōu)化規(guī)劃，本文將選擇以某規(guī)劃區(qū)為例，該規(guī)劃區(qū)總長(zhǎng)度為10km，總寬度將近6km，總占地面積約為35km2。根據(jù)相關(guān)負(fù)荷預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)可知，該規(guī)劃區(qū)的總負(fù)荷超過(guò)206MW，負(fù)荷密度則為8.5MW/km2。在對(duì)規(guī)劃區(qū)分布式電源情況進(jìn)行充分考慮下，可知在該規(guī)劃區(qū)中，微型燃?xì)廨啓C(jī)共有十臺(tái)且全部采用并網(wǎng)發(fā)電運(yùn)行形式。燃?xì)廨啓C(jī)的額定功率、額定電壓與頻率分別為800kW、10kV以及50Hz。與此同時(shí)規(guī)劃區(qū)中光伏電池板總數(shù)約為500塊，其工作電壓與工作電流的最大值分別為30.4V與8.2μA。另外規(guī)劃區(qū)中還有十臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)共同構(gòu)成的小型風(fēng)電場(chǎng)。由于該地區(qū)具有豐富的風(fēng)電與光照資源，且規(guī)劃區(qū)分布式電源額定輸出功率最大值可以達(dá)到14.15MW，在規(guī)劃區(qū)負(fù)荷總量中的占比接近7%，因此需要在該規(guī)劃區(qū)中進(jìn)行含分布式電源的變電站優(yōu)化規(guī)劃。

2 含分布式電源的變電站優(yōu)化規(guī)劃

2.1 地理信息因素模型

通過(guò)參考相關(guān)研究資料，可知包括土地類(lèi)型、施工條件、地形地勢(shì)等在內(nèi)的各種地理信息因素，會(huì)對(duì)含分布式電源的變電站優(yōu)化規(guī)劃建設(shè)成本費(fèi)用產(chǎn)生直接的影響作用，因此本文將建立如圖1所示的地理信息因素層次結(jié)構(gòu)模型：

在建立變電站落點(diǎn)地塊對(duì)變電站優(yōu)化規(guī)劃建設(shè)的影響因子的模型中，本文則選擇使用IAHP法，在借助傳統(tǒng)AHP法的基礎(chǔ)上建立起遞階層次結(jié)構(gòu)模型，隨后通過(guò)運(yùn)用兩兩比較的相對(duì)標(biāo)量法，分層建立區(qū)間判斷矩陣。其中第一層到第三層分別為變電站建站影響因子、規(guī)劃建設(shè)準(zhǔn)則層以及規(guī)劃建設(shè)方案層[1]。在對(duì)該矩陣進(jìn)行一致性檢驗(yàn)后，運(yùn)用區(qū)間特征根法計(jì)算出該矩陣的權(quán)重。在可能度排序法中，隨著排序值的不斷增大，對(duì)應(yīng)地塊具有越強(qiáng)的相對(duì)優(yōu)越性，即作為建站的可能性也越大。因此根據(jù)各地塊建站適宜度的權(quán)重向量p，本文建立了若狹所示的地理信息影響因子計(jì)算式：

其中，代表著具體地塊數(shù)，在地塊k中建立的變電站的地理信息影響因子用？濁k進(jìn)行表示，當(dāng)該值大于零時(shí)即為反映包括土地價(jià)格因素在內(nèi)的綜合參數(shù)。如果土地類(lèi)型存在多樣化的特點(diǎn)，城市規(guī)模相對(duì)較大，則可以適當(dāng)擴(kuò)大？濁k的取值，如果土地類(lèi)型比較有限，城市規(guī)模也相對(duì)較小，則應(yīng)當(dāng)適當(dāng)減小？濁k的取值。一般情況下，建站適宜程度較高的地塊，對(duì)應(yīng)的綜合權(quán)重也相對(duì)較大，但與之相對(duì)應(yīng)的地理影響因子值則相對(duì)較小，此時(shí)變電站的建設(shè)費(fèi)用成本較低，可有效實(shí)現(xiàn)含分布式電源的變電站優(yōu)化規(guī)劃。

2.2 關(guān)鍵參數(shù)選取

（1）地理信息影響因素

利用IAHP法計(jì)算地理信息因素模型中的各個(gè)指標(biāo)權(quán)重后，可知用地性質(zhì)、交通運(yùn)輸與施工條件、防洪排水和地質(zhì)地貌的指標(biāo)權(quán)重分別為0.761、0.082、0.105、0.021以及0.03.在計(jì)算方案層中地塊對(duì)上一層屬性的權(quán)重中，使用了如下公式：

（2）其他參數(shù)

為了實(shí)現(xiàn)對(duì)含分布式電源的變電站的優(yōu)化規(guī)劃，還需要對(duì)其他相關(guān)因素進(jìn)行充分考慮，包括實(shí)際負(fù)荷預(yù)測(cè)值、容載比等等。結(jié)合相關(guān)數(shù)據(jù)，可知在受到分布式電源等其他因素影響下，變電站總?cè)萘吭?65MW到434MW之間。如果按照2×50MVA變壓器進(jìn)行變電站的配置，則需要的總變電站數(shù)量不超過(guò)5座。如果按照2×63MVA變壓器進(jìn)行變電站的配置，則需要的總變電站數(shù)量在3座以上，否則將難以滿足該地區(qū)的用電需求。如果將循環(huán)變量設(shè)定為變電站的具體座數(shù)并用ns進(jìn)行表示，對(duì)此時(shí)需要的變電站建設(shè)所有費(fèi)用進(jìn)行計(jì)算，則在最優(yōu)的含分布式電源變電站規(guī)劃方案中，與ns相對(duì)應(yīng)的滿足容載比及綜合投資的計(jì)算結(jié)果應(yīng)為最小值。

2.3 優(yōu)化規(guī)劃結(jié)果

假設(shè)種群規(guī)模的取值為50，慣性因子的取值為0.4到0.8，變異概率和學(xué)習(xí)因子分別取值0.03與2，限定迭代次數(shù)為150次，在對(duì)這一算例進(jìn)行50次的獨(dú)立運(yùn)行下，即可得到如表1所示的優(yōu)化計(jì)算結(jié)果：

通過(guò)結(jié)合表1可知在建設(shè)3座到5座變電站時(shí)，最優(yōu)年均綜合費(fèi)用依次為3560萬(wàn)元、3780萬(wàn)元以及4005萬(wàn)元。從成本角度來(lái)看，在該規(guī)劃區(qū)內(nèi)變電站最優(yōu)建設(shè)方案為只建設(shè)3座。而通過(guò)對(duì)分布式電源零出力進(jìn)行充分考慮，此時(shí)變電站可供負(fù)荷最大值可以達(dá)到378MW，與規(guī)定的負(fù)荷最大需求相符合。但如果建設(shè)3座含分布式電源的變電站，其容載比將達(dá)到1.83，與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求不相符。因而在綜合考慮下，在該規(guī)劃區(qū)內(nèi)變電站最優(yōu)建設(shè)方案為只建設(shè)4座，此時(shí)其容載比可以達(dá)到2.06，與變電站規(guī)劃導(dǎo)則要求相吻合，并且此時(shí)變電站建設(shè)成本的經(jīng)濟(jì)性相對(duì)較好。但為了能夠有效實(shí)現(xiàn)變電站運(yùn)行成效的最優(yōu)化，需要同時(shí)在變電站中配置2×50MVA和2×63MVA變壓器，其中前者的DG類(lèi)型為微信燃?xì)廨啓C(jī)，采用低壓側(cè)的DG接入策略。而后者的DG類(lèi)型則為光伏與風(fēng)電相結(jié)合，采用光伏低壓搭配風(fēng)電高壓的DG接入策略[3]。由于該含分布式電源的變電站最大出力只有0.15MW，因此只需要接入容量為0.12%的變電站即可，這一出力波動(dòng)并不會(huì)對(duì)2×63MVA變壓器配置的變電站帶負(fù)荷能力等產(chǎn)生實(shí)質(zhì)性影響，可有效滿足含分布式電源的變電站實(shí)際運(yùn)行需求。

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)本文分析，可知通過(guò)立足分布式電源與地理信息因素均會(huì)對(duì)變電站優(yōu)化規(guī)劃產(chǎn)生相應(yīng)影響，采用數(shù)學(xué)建模的方式針對(duì)變電站建立起相應(yīng)的地理信息因素模型。在對(duì)分布式電源進(jìn)行充分考慮下，分別從變電站的建設(shè)與運(yùn)行費(fèi)用、建設(shè)用地類(lèi)型等多方面出發(fā)，制定出最優(yōu)的含分布式電源的變電站規(guī)劃方案，對(duì)于實(shí)現(xiàn)分布式電源和變電站的有效協(xié)同，實(shí)現(xiàn)變電站規(guī)劃優(yōu)化具有積極意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]李振坤，岳美，胡榮，等.計(jì)及分布式電源與可平移負(fù)荷的變電站優(yōu)化規(guī)劃[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2016，36（18）：4883-4893+5112.

[2]葛少云，王世舉，路志英，等.基于分布式電源置信容量評(píng)估的變電站規(guī)劃方法[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2015，39（19）：61-67.

[3]王世舉.考慮供電能力提升和分布式電源接入的變電站優(yōu)化規(guī)劃[D].天津大學(xué)，2015.