本發(fā)明涉及分布式電源規(guī)劃領域，尤其涉及一種考慮配電網(wǎng)網(wǎng)損和擴容成本的分布式電源配置方法。

背景技術：

分布式電源作為清潔能源，憑借其高效的能源轉(zhuǎn)換率和靈活方便的分散配置，這些傳統(tǒng)集中式大型機組發(fā)電所不具備的優(yōu)點，正受到越來越多的關注。分布式電源的廣泛接入必將給配電網(wǎng)規(guī)劃帶來深遠的影響。

目前，關于計算網(wǎng)損成本，有邊際網(wǎng)損系數(shù)法、潮流跟蹤法。邊際網(wǎng)損系數(shù)法是一種基于微觀經(jīng)濟學原理和已知潮流解的網(wǎng)損分攤方法，其根據(jù)節(jié)點注入單位功率后引起全網(wǎng)網(wǎng)損變化量，來對各節(jié)點上的負荷進行網(wǎng)損分攤。潮流跟蹤法，其假設輸電節(jié)點是理想的潮流混合器，潮流在各個節(jié)點上是按照比例分布的，即可以算出輸電線路的功率組成，以此作為網(wǎng)損分攤的依據(jù)。

目前，關于計算擴容成本，有支路長期增量成本法、邊際容量成本法。支路長期增量成本法，基于現(xiàn)有線路的利用程度，反映由于支路末端節(jié)點功率增加(減少)，導致支路投資提前(延遲)而產(chǎn)生的成本(收益)。邊際容量成本法，基于增加單位負荷而引起的供電設備的投資，大小取決于上級支路的增量成本，通過各負荷節(jié)點的負荷大小來對支路投資進行分攤。

目前，對于含有分布式電源的配電網(wǎng)規(guī)劃，有基于配電擴容規(guī)劃的，其引入節(jié)點邊際容量成本，反映節(jié)點容量的充裕程度，以分布式電源擴容成本小于接入點的邊際容量成本作為分布式電源接入的條件。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提出一種考慮配電網(wǎng)網(wǎng)損和擴容成本的分布式電源配置方法。其基于配電網(wǎng)潮流分析，在各節(jié)點負荷功率增長時，計及了有功潮流和無功潮流增長對各支路網(wǎng)損和擴容成本的影響。再按電流比例將網(wǎng)損和擴容成本分攤給各負荷節(jié)點，從而得到各節(jié)點新增負荷的成本。以此為量化指標來配置分布式電源，分別在不同負荷節(jié)點接入不同功率分布式電源后，搜索各負荷節(jié)點網(wǎng)損和擴容成本下降值與接入分布式電源成本之比的最大值，則在最大值對應的負荷節(jié)點配置相應功率的分布式電源。

一種考慮配電網(wǎng)網(wǎng)損和擴容成本的分布式電源配置方法，包括以下步驟：

S1：配電網(wǎng)系統(tǒng)包括有x個節(jié)點，各節(jié)點分別表示為N₁、N₂、..N_b..、N_x，還包括有(x-1)條支路，各支路分別表示為L₁、L₂、..L_a..、L_x-1。已知各負荷節(jié)點的有功功率和無功功率各支路的線路阻抗RL_a、YL_a，各支路允許通過的最大電流I_maxL_a，各支路的造價priceL_a。

S2：以一年為時間單位，各負荷節(jié)點的有功功率和無功功率每年以相同的速率r增長。通過潮流分析，計算第一年末各支路的有功網(wǎng)損增量配電網(wǎng)的單位購電成本為buy，可得到各支路新增的網(wǎng)損成本netL_a。

S3：通過潮流分析，還可以計算每一年末各支路通過的電流，將其與對應的各支路允許通過最大電流作比較，當?shù)赼條支路在第k年末通過的電流I_kL_a超過其最大允許電流I_kmaxL_a時，即該支路需要在第k年進行擴容，擴容的規(guī)模為增設一條相同型號和容量的線路，與現(xiàn)有支路并列運行，即擴容后，該支路允許通過的最大電流增加，線路阻抗下降?？紤]到現(xiàn)有線路的物理壽命，設定擴容時間不超過40年，即支路電流一直沒有超過最大允許電流的支路，在第40年重建一條相同型號和容量的線路，等效為擴容。在折現(xiàn)率dis一定的情況下，根據(jù)擴容時間和支路的造價priceL_a，即可得到年金現(xiàn)值，再除以年金現(xiàn)值系數(shù)即可以得到該支路的年度擴容成本bigL。該支路擴容后，更新潮流計算的線路參數(shù)，在該支路擴容的基礎上繼續(xù)搜索其它支路的擴容時間，每擴容一次就同步更新潮流計算的線路參數(shù)，直到計算得到各支路的年度擴容成本bigL_a。

S4：通過潮流分析，可以得到每條支路的電流IL_i，再根據(jù)基爾霍夫電流定理，可以計算得到流入各負荷節(jié)點的電流IN_i。當計算第a條支路對于各負荷節(jié)點的分攤系數(shù)時，由于配電網(wǎng)一般為輻射狀結(jié)構(gòu)，只有一個平衡節(jié)點作為電源供電，系統(tǒng)的潮流方向是固定的，故該支路的電流只流向下游的負荷節(jié)點，該支路的網(wǎng)損成本和擴容成本只向下游進行分攤，即上游負荷點的分攤系數(shù)為0，下游負荷節(jié)點的分攤系數(shù)為下游負荷節(jié)點b的流入電流IN_b與通過該支路電流IL_a的比值，每條支路對每個負荷節(jié)點的分攤系數(shù)共同構(gòu)成了分攤系數(shù)矩陣rate_a,b。

S5：根據(jù)S4得到的各支路分攤系數(shù)矩陣rate_a,b，將S2得到的各支路的網(wǎng)損成本和S3得到的擴容成本分攤給各負荷節(jié)點，再將各負荷節(jié)點累計的網(wǎng)損成本和擴容成本相加，再除以各負荷節(jié)點新增負荷大小即為該配電網(wǎng)的節(jié)點新增負荷的成本priceN_b。

S6：以各節(jié)點新增負荷的成本為量化指標來配置分布式電源，分別在不同負荷節(jié)點接入不同功率P_DG分布式電源前后，計算各節(jié)點新增負荷的成本，接入前為priceN_b，接入后為priceN_bDG，分布式電源單位功率成本為COST_DG。搜索各負荷節(jié)點網(wǎng)損和擴容成本下降值與接入分布式電源成本之比F的最大值，則在最大值所對應的負荷節(jié)點配置相應功率的分布式電源。

通過本發(fā)明的上述方法，達到了很好的資源配置的功效。

附圖說明

圖1是配電網(wǎng)各節(jié)點新增負荷的成本計算方法的流程圖；

圖2是18節(jié)點配電系統(tǒng)算例示意圖；

圖3是支路L5電流流向示意圖；

圖4是支路L3電流流向示意圖。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面對本發(fā)明實施方式作進一步的詳細說明。

本發(fā)明提出來一種考慮配電網(wǎng)網(wǎng)損和擴容成本的分布式電源配置方法。

S1：配電網(wǎng)系統(tǒng)包括有x個節(jié)點，各節(jié)點分別表示為N₁、N₂、..N_b..、N_x，還包括有(x-1)條支路，各支路分別表示為L₁、L₂、..L_a..、L_x-1。已知各負荷節(jié)點的有功功率和無功功率各支路的線路阻抗RL_a、YL_a，各支路允許通過的最大電流I_maxL_a，各支路的造價priceL_a。

S2：以一年為時間單位，各負荷節(jié)點的有功功率和無功功率每年以相同的速率r增長。通過潮流分析，計算第一年末各支路的有功網(wǎng)損增量配電網(wǎng)的單位購電成本為buy，可得到各支路新增的網(wǎng)損成本netL_a。

S3：通過潮流分析，還可以計算每一年末各支路通過的電流，將其與對應的各支路允許通過最大電流作比較，當?shù)赼條支路在第k年末通過的電流I_kL_a超過其最大允許電流I_kmaxL_a時，即該支路需要在第k年進行擴容，擴容的規(guī)模為增設一條相同型號和容量的線路，與現(xiàn)有支路并列運行，即擴容后，該支路允許通過的最大電流增加，線路阻抗下降?？紤]到現(xiàn)有線路的物理壽命，設定擴容時間不超過40年，即支路電流一直沒有超過最大允許電流的支路，在第40年重建一條相同型號和容量的線路，等效為擴容。在折現(xiàn)率dis一定的情況下，根據(jù)擴容時間和支路的造價priceL_a，即可得到年金現(xiàn)值，再除以年金現(xiàn)值系數(shù)即可以得到該支路的年度擴容成本bigL。該支路擴容后，更新潮流計算的線路參數(shù)，在該支路擴容的基礎上繼續(xù)搜索其它支路的擴容時間，每擴容一次就同步更新潮流計算的線路參數(shù)，直到計算得到各支路的年度擴容成本bigL_a。

S4：通過潮流分析，可以得到每條支路的電流IL_i，再根據(jù)基爾霍夫電流定理，可以計算得到流入各負荷節(jié)點的電流IN_i。當計算第a條支路對于各負荷節(jié)點的分攤系數(shù)時，由于配電網(wǎng)一般為輻射狀結(jié)構(gòu)，只有一個平衡節(jié)點作為電源供電，系統(tǒng)的潮流方向是固定的，故該支路的電流只流向下游的負荷節(jié)點，該支路的網(wǎng)損成本和擴容成本只向下游進行分攤，即上游負荷點的分攤系數(shù)為0，下游負荷節(jié)點的分攤系數(shù)為下游負荷節(jié)點b的流入電流IN_b與通過該支路電流IL_a的比值，每條支路對每個負荷節(jié)點的分攤系數(shù)共同構(gòu)成了分攤系數(shù)矩陣rate_a,b。

S5：根據(jù)S4得到的各支路分攤系數(shù)矩陣rate_a,b，將S2得到的各支路的網(wǎng)損成本和S3得到的擴容成本分攤給各負荷節(jié)點，再將各負荷節(jié)點累計的網(wǎng)損成本和擴容成本相加，再除以各負荷節(jié)點新增負荷大小即為該配電網(wǎng)的節(jié)點新增負荷的成本priceN_b。

S6：以各節(jié)點新增負荷的成本為量化指標來配置分布式電源，分別在不同負荷節(jié)點接入不同功率P_DG分布式電源前后，計算各節(jié)點新增負荷的成本，接入前為priceN_b，接入后為priceN_bDG，分布式電源單位功率成本為COST_DG。搜索各負荷節(jié)點網(wǎng)損和擴容成本下降值與接入分布式電源成本之比F的最大值，則在最大值所對應的負荷節(jié)點配置相應功率的分布式電源。

下面通過仿真案例對考慮配電網(wǎng)網(wǎng)損和擴容成本的分布式電源配置方法進行具體分析。仿真是通過軟件矩陣實驗室MATLAB實現(xiàn)的，步驟如下：

選取某一變電站的10kV出線，如圖2，該配電網(wǎng)系統(tǒng)包括有18個節(jié)點，各節(jié)點分別表示為N₁、N₂、..N_b..、N₁₈，還包括有17條支路，各支路分別表示為L₁、L₂、..L_a..、L₁₇。已知各支路的線路阻抗RL_a、YL_a，各支路允許通過的最大電流I_maxL_a，各支路的造價成本priceL_a，如下表1。已知各負荷節(jié)點的有功功率和無功功率如下表2。

表1.各支路參數(shù)

表2.各負荷節(jié)點參數(shù)

以一年為時間單位，各負荷節(jié)點的有功功率和無功功率每年以相同的速率5％增長。通過潮流分析，計算第一年末各支路的有功網(wǎng)損增量配電網(wǎng)的單位購電成本為0.4kW·h/元，分布式電源選擇微型燃氣輪機，其年度單位成本為111.2元/kw-a。

根據(jù)公式(1-1)計算網(wǎng)損成本，可得到各支路新增的網(wǎng)損成本netL_a，結(jié)果如下表3。

表3.各支路新增網(wǎng)損成本

通過潮流分析，還可以計算每一年末各支路通過的電流，將其與對應的各支路允許通過最大電流作比較，當?shù)赼條支路在第k年末通過的電流I_kL_a超過其最大允許電流I_kmaxL_a時，即該支路需要在第k年進行擴容，擴容的規(guī)模為增設一條相同型號和容量的線路，與現(xiàn)有支路并列運行，即擴容后，該支路允許通過的最大電流增加，線路阻抗下降?？紤]到現(xiàn)有線路的物理壽命，設定擴容時間不超過40年，即支路電流一直沒有超過最大允許電流的支路，在第40年重建一條相同型號和容量的線路，等效為擴容。在折現(xiàn)率為5％的情況下，根據(jù)擴容時間和支路的造價priceL_a，即可得到年金現(xiàn)值，再除以年金現(xiàn)值系數(shù)即可以得到該支路的年度擴容成本bigL。該支路擴容后，更新潮流計算的線路參數(shù)，在該支路擴容的基礎上繼續(xù)搜索其它支路的擴容時間，每擴容一次就同步更新潮流計算的線路參數(shù)，得到各支路的擴容時間，結(jié)果如下表4。并根據(jù)公式(1-2)，計算得到各支路的年度擴容成本bigL_a，結(jié)果如下表5。

表4.各支路擴容時間

表5.各支路年度擴容成本

通過潮流分析，可以得到每條支路的電流IL_i，再根據(jù)基爾霍夫電流定理，可以計算得到流入各負荷節(jié)點的電流IN_i。當計算第a條支路對于各負荷節(jié)點的分攤系數(shù)時，由于配電網(wǎng)一般為輻射狀結(jié)構(gòu)，只有一個平衡節(jié)點作為電源供電，系統(tǒng)的潮流方向是固定的，故該支路的電流只流向下游的負荷節(jié)點，該支路的網(wǎng)損成本和擴容成本只向下游進行分攤，如說明書附圖圖3所示，綠色箭頭代表第5條支路的電流IL₅，由于系統(tǒng)潮流方向是固定的，故其只流向紅色箭頭標注的負荷節(jié)點N₆、N₇，即其它負荷節(jié)點的分攤系數(shù)為0，負荷節(jié)點N₆的分攤系數(shù)為負荷節(jié)點N₇的分攤系數(shù)為同理如說明書附圖圖4所示，綠色箭頭代表第3條支路的電流IL₃，其只流向紅色箭頭標注的負荷節(jié)點N₄、N₅、N₆、N₇、N₁₃、N₁₄、N₁₅、N₁₆、N₁₇、N₁₈。綜上，只需在下游負荷節(jié)點計算分攤系數(shù)，為下游負荷節(jié)點的流入電流IN₆與通過該支路電流IL_a的比值，而其它負荷節(jié)點的分攤系數(shù)為0。根據(jù)式(1-3),可得每條支路對每個負荷節(jié)點的分攤系數(shù)共同構(gòu)成了分攤系數(shù)矩陣rate_a,b，結(jié)果如下表6。

表6.分攤系數(shù)矩陣

根據(jù)各支路的分攤系數(shù)矩陣rate_a,b，將各支路的網(wǎng)損成本和擴容成本分攤給各負荷節(jié)點，再將各負荷節(jié)點累計的網(wǎng)損成本和擴容成本相加，再除以各負荷節(jié)點新增負荷大小。根據(jù)式(1-4)，即可得到該配電網(wǎng)的節(jié)點新增負荷的成本priceN_b，結(jié)果如下表7。

表6.各負荷節(jié)點新增負荷的成本

S6：以各節(jié)點新增負荷的成本為量化指標來配置分布式電源，分別在不同負荷節(jié)點接入不同功率P_DG分布式電源前后，計算各節(jié)點新增負荷的成本，接入前為priceN_b，接入后為priceN_bDG，分布式電源單位功率成本為COST_DG。搜索各負荷節(jié)點網(wǎng)損和擴容成本下降值與接入分布式電源成本之比F的最大值，則在最大值所對應的負荷節(jié)點配置相應功率的分布式電源。

在接入分布式電源后，通過在不同負荷節(jié)點加入不同功率的分布式電源來搜索目標函數(shù)。發(fā)現(xiàn)目標函數(shù)均小于1，即接入分布式電源后，各負荷節(jié)點新增負荷成本的下降值，均無法覆蓋所接入分布式電源的成本，配電公司必須承擔接入分布式電源的一部分成本。根據(jù)目標函數(shù)，最終選擇在負荷節(jié)點18配置89kW的分布式電源，除去各負荷節(jié)點新增負荷成本下降值所抵消的接入分布式電源成本，配電公司通過該方案獲知其補貼。