（电气工程专业论文）含分布式发电的配电网规划研究.pdf

上海交通大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究 工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人 或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集 体，均己在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：i k 妙 日期：爿年 “月l 易日 上海交通大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子 版，允许论文被查阅和借阅。本人授权上海交通大学可以将本学位 论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、 缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密口，在一年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 ， 不保密耐。 ( 请在以上方框内打“4 ”) 学位论文作者签名：职弦捉。 醐：1 引朋皓日 眵日缝叭 弓m 鹳 f 币 眇 = y _ 狮 矽 誊 期 ， i 上海交通大学学位论文答辩决议书 姓名欧阳武l 学号l0 0 6 0 3 1 2 0 1 6l 所在学科i 电气工程 指导教师张秀彬 i 菩翥j 2 0 。9 11 1 5 l 答辩地点i 上海交通大学徐汇校区新上院2 1 9 室 论文题目 含分布式发电的配电网规划研究 投票表决结果：蔓z 三( 同意票数实到委员数应到委员数)答辩结论：晶过口未通过 评语和决议： 该文围绕含分布式发电的配电网规划问题展开研究，论文主要创新点有： l 、提出考虑d g 削峰的变电站规划方法，基于泰森多边形的遗传算法，使变电站布点、定容与供电 范围划分同时完成； 2 、提出考虑安全约束、d g 出力随机性和d g 准入功率多目标的三种配电网规划模型，并建立了 d g 与配电网联合规划模型：提出将多阶段配电网规划转化为搜索最优目标网架的策略： 3 、提出基于配电网节点边际容量成本的配电网扩容方法，避免由于d g 接入，原有供电设备利用率 降低，产生沉没成本。 。 该文有一定理论深度，论证与分析严密，研究成果具有较高的学术水平和实际应用价值。 综上所述，该生已经具有本专业博士毕业所需的基础理论和系统的专门知识。经答辩委员会无记名 投票一致同意通过博士学位论文答辩，并建议授予工学博士学位。 耆因毛 2 叫年1 1 月lg 日 答 辩 委 员 会 成 员 签 名 职务姓名职称单位签名 主席李渝曾 教授 上海大学 f 委员周孝信中科院院士中国电力科学研究院 委员范明天教授级高工中国电力科学研究院 委员程浩忠上海交通大学 稿谗娄 委员 谢宏 教授 上海海事大学 委员 委员 秘书曹国云副教授上海交通大学 垡| 三 ， 上海交通大掌工掌博士掌位论文 擅- w - 含分布式发电的配电网规划研究 摘要 将分布式发电( d g ) 与集中供电相结合，清洁、高效利用能源，是 电力工业重要的技术增长点。在未来智能电网中，改进的互联标准将使 不同容量、不同类型的d g 更加便利地接入配电网。分布式发电技术的 应用必将给传统配电网规划带来深远变革。本文研究了含d g 的配电网 规划，主要成果包括： ( 1 ) 结合典型负荷日特性曲线，在变电站规划中考虑了d g 削峰作用 和不同类型负荷间的错峰效应，避免了传统方法可能出现的主变容量利 用率不高和负荷分配不均衡的弊端；基于v o r o n o i 图的遗传算法实现了变 电站布点和供电范围的合理划分，为含d g 的变电站规划提供了一种有 效方法。 ( 2 ) 从不同角度，构建了含d g 的配电网规划模型。考虑安全约束的 规划模型充分计及d g 接入对配电网安全的影响，增强了配电网安全性 能：考虑d g 出力随机性的规划模型采用随机潮流和机会约束技术，为 含多种可再生能源类型d g 的配电网规划提供了新方法；考虑d g 准入功 率的多目标规划模型均衡协调了配电网投资成本与d g 准入功率之间的 关系，提高了配电网接纳d g 的能力；d g 与配电网联合规划模型以社会 成本最小化为目标，并转换成一个双层规划问题，为在d s m ( 需求侧管 理) 和主动管理框架下优化配置d g 资源探索了新途径。 摘要 改进为基 均拓扑可 索最优目 研究多阶 量的充裕 容成本小 d g 扩容 经济性提 多目标， d i s t r i b u t i o nn e t w o r kp l a n i n gw i t h d i s t r i b u t e dg e n e r a t i o n a bs t r a c t d i s t r i b u t e dg e n e r a t i o n ( d g ) i sp r e d i c t e dt op l a ya ni n c r e a s i n gr o l ei nt h ee l e c t r i c p o w e rs y s t e mo ft h ef u t u r e al a r g ea m o u n to fd gc a p a c i t yc o n n e t e dt od i s t r i b u t i o n n e t w o r kw i l lb r i n ga b o u tt h eg r e a ti n f l u e n c eo no p e r a t i o na n dp l a n n i n go fc o n v e n t i o n a l d i s t r i b u t i o nn e t w o r k t h e r e f o r e ，t h es t u d yo nd i s t r i b u t i o nn e t w o r kp l a n n i n gw i t hd gi so n e o ft h eh o t s p o t si nt h ep o w e re n g i n e e r i n gr e s e a r c hf i e l d t h i sd i s s e r t i o nc o n c e n t r a t e so n s o m ec r i t i c a lp r o b l e m si nt h i sf i e l da n dt h em a i ni n n o c a t i o n sa r es h o w na sf o l l o w s ： ( 1 ) c o m b i n e dw i t ht h et y p i c a ll o a dc h a r a c t e r i s t i cc u r v e ，an e wm e t h o df o rs u b s t a t i o n p l a n n i n gw i t ht h ec o n s i d e r a t i o no fd gf o rp e a kc u t t i n gi sp r o p o s e dt oo v e r c o m et h el o w u t i l i z a t i o na n du n b a l a n c e dl o a d i n go fm a i nt r a n s f o r m e r si nt h ec o n v e n t i o n a lm e t h o d s m o r e o v e r , g e n e t i ca l g o r i t h mb a s e do nv o r o n o id i a g r a mc a nd e t e r m i n et h eo p t i m a ll o c a t i o n ， s i z i n ga n dt h es e r v i c ea r e a sa n dp r o v i d ea ne f f e c t i v ed e s i g nm e t h o do f s u b s t a t i o np l a n n i n g ( 2 ) p l a n n i n gm o d e l so ft h en o v e ld i s t r i b u t u t i o nn e t w o r ka r ee s t a b l i s h e df r o mt h e d i f f e r e n tv i e w p o i n t s t h ep l a n n i n gm o d e lc o n s i d e r i n gs a f e t yc o n s t r a i n t st a k e st h er i s k sa s t h er e s u l to fd gc o n n e c t i o ni n t oa c c o u n ta n di n c r e a s e st h es a f e t yc a p a b i l i t yo fd i s t r i b u t i o n n e t w r o k ；b a s e do nc h a n c e - c o n s t r a i n e dp r o g r a m m i n g ，t h ep l a n n i n gm o d e lc o n s i d e r i n g s t o c h a s t i cc h a r a c t e ro fr e n e w a b l ed go u t p u ti sp r e s e n t e dt oe v a l u a t et h ed i s t r i b u t i o n n e t w o r ki n v e s t m e n tr i s kd u et od gc o n n e c t e dt od i s t r i b u t i o nn e t w o r k ；t h em u l t i o b j e c t i v e p l a n n i n gm o d e li sb u i l tt oe x p l o r et h et r a d e o f fb e t w e e nt h em a x i m u mp e n e t r a t i o nl e v e lo f d ga n dd i s t r i b u t i o nn e t w o r ki n v e s t m e n t t h ei t e r a t i v ea l g o r i t h mb a s e do nl i n e a r p r o g r a m m i n gi sa d o p t e dt om a x i m i z et h ed gc a p a c i t yi nt h eg i v e nn e t w o r k ，w h i l et h e i m p r o v e d c o n s t r a i n t sa p p r o a c hi su s e di nt h eo p t i m i z a t i o nd e c i s i o no nt h ep a r e t oo p t i m a l s e t ；t h ep l a n n i n gm o d e lo fd i s t r i b u t i o nn e t w o r ki n t e g r a t e dw i t hd gw h i c ha i m st o m i n i m i z et h es o c i a lc o 巩i st r a n s f o r m e di n t oab i - l e v e lp l a n n i n ga n dp r o v i d ean o v a l 1 1 1 攀 i - 海交通大掌工学博士学位论文 a b s t r a c t _ i i 一 m e a s u r et oa l l o c a t ed gs o u r c ei nt h em o d eo fd e m a n ds i d em a n a g e m e n t ( d s m ) a n da c t i v e m a n a g e m e n t ( 3 ) s p a n n i n gt r e e b a s e dg e n e t i ca l g o r i t h m ( s t - g a ) t os o l v ed i s t r i b u t i o nn e t w o r k p l a n n i n gw i t hd g i sp r e s e n t e d s t - g aw i t l lt w os p e c i a l i z e dg e n e t i co p e r a t o r sc a ng u a r a n t e e t h et o p o l o g i c a lf e a s i b i l i t ya n dh i g hh e r i t a b i l i t yo fe a c hs o l u t i o ng e n e r a t e da n do v e r c o m e t h ed e f i c i e n c i e so fe x i s t i n gg a sa p p l i e df o rd i s t r i b u t i o nn e t w o r kp l a n n i n g a c c o r d i n gt o t h et o p o l o g i c a lc h a r a c t e r i s t i co fd i s t r i b u t i o nn e t w o r k ，t h em u l t i s t a g ed i s t r i b u t i o nn e t w o r k p l a n n i n gc a nb et r a n s f o r m e di n t oap r o b l e mo fs e a r c h i n gt h eo p t i m a lt a r g e tn e t w o r kw i t h t h em i n i m u mt o t a lc o s t si nt h ew h o l ep l a n n i n gh o r i z o n ，w h i c hc o n t a i n st h em e s s a g eo f e a c hb u i l d i n gs t a g ef o re v e r yc a n d i d a t eb r a n c ha n di t ss i z e ( 4 ) l o c a t i o n a lm a r g i n a lc a p a c i t yc o s t ( l m c c ) i si n t r o d u c e d t or e f l e c tt h e f o r w a r d - l o o k i n gc o s to fn o d a lc a p a c i t ya n dt h ed e g r e et ow h i c hn o d a lc a p a c i t yi su t i l i z e d o nt h i sb a s i s ，d gc o n n e c t i o nc r i t e r i o nt h a tt h eu n i tc a p a c i t yc o s to fd gi sl e s st h a nl m c c a ti t sc a n d i d a t en o d ei so b t a i n e dt oa v o i dt h el o w e ru t i l i z a t i o no ft h ee x i s t i n gp o w e r s u p p l y f a c i l i t i e s ，w h i c hp r o v i d e san e wt o o lt oe n v a l u a t ed gc o n n e c t i o nf r o mt h ep o i n to ft h e v i e wo fe n l a r g i n gc a p a c i t y 、析血d g a n a l y s i sa n dc o m p r a r i s i o no ft h es t u d yc a s e sp r o v e st h ef e a s i b i l i t y , e f f e c t i v i t ya n d p r a c t i c a b i l i t yo f t h i sd i s s e r t i o n k e yw o r d s ：d i s t r i b u t i o nn e t w o r kp l a n n i n g , d i s t r i b u t e d g e n e r a t i o n ，s p a n n i n gt r e e ， m u l t i s t a g ep l a n n i n g ，r a n d o m n e s s ，m u l t i o b j e c t i v ep l a n n i n g ，b i l e v e lp l a n n i n g ，l o c a t i o n a l m a r g i n a lc a p a c i t yc o s t i v 上海交通夫掌工掌博士掌位论文 目量 目录 摘j 要 a b s t r a c t 。 第一章绪论。 i 1 1 选题背景和研究意义1 1 2 分布式发电对配电网规划的影响3 1 2 1 增加不确定性因素3 1 2 2 产生配电网双向潮流4 1 2 3 增大问题求解难度。4 1 2 4 增加运营管理难度4 激 1 2 5 降低供电设施利用率5 1 3 国内外研究现状5 1 3 1 规划模型5 1 3 2 求解算法8 曩 1 4 本文主要工作和创新点1 0 第二章考虑d g 削峰的变电站规划1 2 2 1 引言1 2 2 2d g 的削峰作用1 3 2 3 考虑d g 削峰的变电站规划模型1 3 2 4 变电站规划模型求解1 5 2 4 1 遗传搜索。1 5 2 4 2 基于v o r o n o i 图的供电范围划分1 6 2 4 3 规划流程1 8 2 5 算例1 9 v 上海交通大学工掌博士掌位论文目景 2 6 小结2 2 第三章考虑安全约束的含d g 配电网规划2 4 3 1 引言2 4 3 2 考虑安全约束的含d g 配电网规划模型2 4 3 3 基于支撑树的配电网遗传算法( s t - g a ) 2 7 3 3 1 配电网拓扑表达2 7 3 3 2 确保拓扑可行的策略3 0 3 3 3 初始种群的产生3 1 3 3 4 遗传操作3 2 3 4 基于s t - g a 的多阶段配电网规划3 4 3 5 算例i 。3 6 3 6 小结：3 9 第四章考虑d g 出力随机性的配电网规划4 1 4 1 引言j 4 l 4 2 配电网的随机模型4 l 4 2 1 风电d g 的随机模型4 1 4 2 2 光伏d g 的随机模型4 3 4 2 3 负荷的随机模型4 4 4 3 考虑d g 出力随机性的含d g 配电网规划模型4 4 4 3 1 机会约束规划的基本概念4 4 4 3 2 含d g 的配电网机会约束规划_ 4 5 4 4 含d g 的配电网随机潮流分析4 6 4 4 1 潮流方程线性化处理4 6 4 4 2 半不变量法及应用4 7 v i 上海交通大掌工掌博士掌位论文 4 4 3 含d g 的配电网随机潮流计算流程4 9 4 5 算例5 0 4 6d 、结5 4 第五章考虑d g 准入功率的多目标配电网规划5 5 5 1 引言5 5 5 2d g 准入功率5 5 5 2 1d g 准入功率的数学模型5 6 5 2 2 基于线性规划的d g 准入功率计算5 6 5 3 考虑d g 准入功率的多目标配电网规划模型5 8 5 4p a r e t o 非劣解集内的优化决策。0 5 8 5 4 1 多目标最优的基本概念5 8 5 4 2 基于目标测度的- 约束法5 9 5 5 考虑d g 准入功率的多目标规划流程6 1 5 6 算例露 5 7 小结6 4 第六章d g 与配电网联合规划。6 6 6 1 引言6 6 6 2d g 与配电网联合规划模型6 6 6 3 联合规划模型求解6 8 6 3 1 模型转换6 8 6 3 2 双层规划的基本概念- 7 0 6 3 3 规划流程7 l 6 4 算例7 2 6 5 小结7 3 i i i 上海交通大掌工掌博士掌位论文 第一章- 论 1 1 选题背景和研究意义 第一章绪论 近年来，分布式发电( d i s t r i b u t e dg e n e r a t i o n ，d g ) 备受关注，并且预计将发挥 巨大作用。目前分布式发电的定义尚未得到统一。通常认为，分布式发电指的是为满 足用户特定需要、支持现有配电网的经济运行或同时满足这两方面的要求，靠近用户 且与环境兼容，功率从数k w 到5 0 m w 的小型发电机组【1 1 。从更广泛的定义来看，分布 式发电指的是任何安装在用户附近的发电设施，包含热电联产、冷热电联产以及各种 蓄能技术等，而不论这种发电形式的规模大小和一次能源的使用类型。按发电能源是 否可再生可以将分布式发电分为两类：一类是利用可再生能源的d g ，主要包括太阳 能光伏、风能、地热能、海洋能等发电形式；另一类是利用不可再生能源的d g ，主 。 要包括内燃机、热电联产、微型燃气轮机、燃料电池等发电形式【2 】。 分布式发电具有集中式发电无可比拟的优势：( a ) 紧靠用户，大大减少了输配电 网络的成本和损耗，电价更具竞争力；( b ) 占地少，升级扩容方便，对环境的影响轻 微；( c ) 规划和建设周期短，而且投资少，见效快；( d ) 可按需发电，调峰方便；( c ) 建 设冗余系统的成本低，高可靠性电力供应更容易实现；( d 新型的可再生能源和清洁謦r 能源更加环保；( g ) 新型能源的燃料种类多，灵活性高，燃料运输成本低；电能 质量和可靠性高。 科技的发展使d g 的发电成本逐年降低f 3 1 ，而电力零售市场的出现又成为d g 发展 的“助推器”。d g 凭借其就地发电服务用户、清洁环保等诸多优点，将会拥有越来越 大的市场份额。据瑞典电科院的一项研究表明，2 0 1 0 年前瑞典新增发电容量中将有 2 5 是分布式发电，“天然气基金会 的研究表明这个数字是3 0 。“欧洲可再生能源 研究”指出2 0 1 0 年以前可以利用的潜在可再生能源大约6 0 属于分布式发电资源【4 j 。 为此，世界不少国家和地区制定了发展d g 的战略。2 0 0 1 年1 2 月欧盟制定了一个 促进包括分布式发电联网的“i n t e g r a t i o n ”计划，旨在通过统一协调欧洲各国分布式 电源，计划2 0 3 0 年d g 达到发电总装机的3 0 【5 】；英国目前的d g 设施中大部分采用热 电联产或者冷热电三联供( c o m b i n e dh e a t i n ga n dp o w e r ，c h p ) ，计划在2 0 1 0 年d g 总 装机容量达到1 0 g w ；北欧部分国家提出了利用风力发电和生物质能发电逐步替代核 l 上海交通大掌工掌博士掌位论文 电的战略目标；美国在2 0 0 1 年制订完成了d g 互联标准i e e ep 1 5 4 7 ，规划在1 0 - - 1 5 年 后d g 占全国发电量的1 0 - - - , 2 0 1 刚。 中国对发展d g 也非常重视，计划2 0 2 0 年d g 达到发电装机的8 【5 】。早在1 9 9 8 年2 月就颁布了关于发展热电联产的若干规定：2 0 0 0 年，国家四部委( 计委、经贸委、 建设部、环保局) 1 2 6 8 号文又明确指出“以小型燃气发电机组和余热锅炉等组成小型 热电联产系统可适用于厂矿企业，写字楼、宾馆、商场、医院、银行、学校等较分散 的公用建筑，在有条件的地区逐步推广”；2 0 0 4 年9 月，上海市发改委、市经委等 五部门联合发文，鼓励在工厂、宾馆、医院、大型商场和商务楼等建筑物中发展分布 式供能系统，并确定了给分布式供能系统每千瓦装机补贴7 0 0 元等一系列优惠政策； 2 0 0 5 年8 月1 6 日，国内首部分布式供能系统工程技术规程又在上海正式实施；2 0 0 6 年颁布可再生能源法，积极推动可再生能源类型d g 的发展；2 0 0 7 年9 月国家发改 委发布的( n - i 再生能源中长期发展规划给分布式发电，特别是基于可再生能源的分 布式发电创造了广阔的商机。表1 1 给出近年来国内典型分布式发电工程项目情况。 表1 - 1国内典型的分布式发电工程项目 t a b 1 - 1 t y p i c a lp r o j e c t so f d g 序号 工程名称d g 类型容量( k w )接入电压等级 l 中关村软件园c h p燃气轮机 1 2 0 01 0 i i v 2 广东东莞鞋厂热电联产内燃机 1 1 x 1 0 21 0 k v 3 浦东机场能源中心c h p燃气轮机 4 0 0 03 5 l i v 4 上海黄浦中心医院c h p燃气轮机 1 1 0 01 0 l ( v 5 上海交大软件大楼c h p微型燃气轮机2 x 7 0 o 3 8 l i v 6 上海理工大学c h p微型燃气轮机l x 6 0 o 3 8 l 【v 7 上海临港太阳能光伏发电工程光伏 1 0 8 01 0 k v 8 上海奉贤海湾风电场风电 4 x 8 5 0 + 1 1 x 1 5 0 03 5 k v 8 上海南汇风电场风电 1 6 5 0 03 5 k v 9 上海崇明风电场风电4 5 0 0 1 0 k v l o 番禺磷酸燃料电池电站燃料电池2 0 0 0 3 8 k v 当大量d g 接入配电系统后，配电系统将由原来单一电能分配的角色转变为集电 能收集、电能传输、电能存储和电能分配于一体的新型电力交换系统。合理规划、设 计的分布式供能系统能够有效提高d g 的利用效率、提高电力系统运行的安全性、经 济性和可靠性。但如果d g 的类型、安装地点、容量与配电网结构不相适应，不仅不 能充分发挥分布式供能系统的正面作用，还会对配电系统的运行产生负面影响，如增 加电能损耗、导致电压越限、大幅度增加短路容量，等等。为了建设可持续发展的配 i i i i i 2 上海交通大学工掌饲士掌位论文 电系统，必须对d g 接入系统后的影响做出科学的评估，进而在系统规划与建设中进 行科学的引导。另一方面，含d g 的配电系统规划工作将十分复杂，投资主体的不同 直接导致d g 类型、容量、安装地点以及投入时间的不确定，而且由于一些可再生能 源发电呈现间歇式的特点，使得电力负荷预测的难度显著增高。总之，原有的配电系 统规划方法已经不再适应新环境下的系统规划要求，必须在规划的思路与方法上有所 创新，为含d g 的新型配电系统规划工作建立理论基础。 从目前的文献报道看，大多是单纯研究配网中d g 的规划问题或者是配电网规划 问题，而d g 和配电网( 包括变电站和馈线线路) 之间的综合协调规划还没有得到充 分研究。随着人们对环境问题的日益重视以及土地使用费的增加，新建变电站和馈线 走廊将遭受更大的压力，d g 的出现为配电网延缓建设新的变电站和馈线提供了技术 支持和可能性，但同时也给配电网规划增加了难度。如何协调d g 、配电变电站和馈 线之间的综合规划需要深入研究。 1 2 分布式发电对配电网规划的影响 配电网规划的主要任务是根据规划期间网络中空间负荷预测的结果和现有网络 的基本状况确定最优的系统建设方案，在满足负荷增长和安全可靠供应电能的前提 下，使配电系统的建设和运行费用最小。d g 的出现给传统的配电网规划带来了实质 性的挑战，使得电网规划人员在选择最优方案时必须考虑它所带来的影响，具体包括 以下几个方面： 1 2 1 增加不确定性因素 d g 的出现会使电力负荷预测、规划和运行与过去相比有更大的不确定性。由于 大量的用户会安装d g 为其提供电能，使得配电网规划人员更加难于准确预测负荷的 增长情况，从而影响后续的规划。另外，d g 虽然可以减少电能损耗，推迟或减少电 网升级改造的投资，但不适当的d g 规模与接入位置也可能会导致电能损耗的增加， 导致网络中某些节点电压的下降或出现过电压，还会改变故障电流的大小、持续时间 及其方向。 此外，可再生能源的d g ，如风电机、光伏发电等，其随机波动性、间歇性和不 可控性，也给运行增加了不确定性因素。 上海交通大学工掌博士学位论文 1 2 2 产生配电网双向潮流 不含d g 的配电网通常采用环网结构，开环运行，潮流单向流动。d g 接入配电 网产生了双向潮流，给传统的配电网调压和继电保护带来影响。 配电网的调压规则是以潮流从变电站流向用户为基础的，但在分布式电源接入电 网之后，配电系统从放射状结构变为多电源结构，潮流的大小和方向有可能发生改变， 从而使电力系统中某些部分的电压也发生变化。 d g 接入产生的双向潮流问题给传统的配电网过流保护也将带来影响，导致保护 失去选择性或者灵敏度降低r 7 1 。如果d g 对故障电流的贡献足以改变短路水平，还将 引起熔断器和断路器的不匹配，影响电力系统的可靠性和安全性。 1 。2 3 增大问题求解难度 配网规划一般考虑5 2 0 年。一般情况下，在此年限内，通常假定电网负荷逐年增 长，新的中压f 氐压节点不断出现，结果会增建一个或更多的变电站。由于规划问题 的动态属性同其维数相关联( 通常几千个节点需要同时考虑) ，若再出现许多发电机 节点，寻找到最优的网络布置方案( 即可以使建造成本、维护成本和电能损耗最小的 方案) 将更加困难。 1 2 4 增加运营管理难度 对于在配电网安装d g 的用户或独立投资商，他们与维护电网安全和供电质量的 配电网公司之间存在一定的冲突。因为大量d g 接入将对配电网结构产生重大影响。 一系列包括电压调整、无功平衡、继电保护在内的综合性问题将影响系统的运行。为 了确保电网的安全与优质运行，必须添置电力电子设备，实施相应的控制策略与调节 手段，将d g 集成到配电系统。这不但需要改造现有的配电自动化系统，还需将配电 网被动管理转变为主动管理。 此外，鉴于d g 机组类型及所采用一次能源的多样化，如何在配网中确定合理的 能源结构，如何协调和有效地利用各种类型的电源成为新出现，而且迫切需要解决的 问题。因此，d g 的广泛应用，使得国家能源政策、能源规划等直接渗透到与d g 有关 的电力系统规划中，并影响规划的决策过程。 4 l 上霄x 珥大零工掌再士掌位论文 第一幸论 1 2 5 降低供电设施利用率 作为架设线路的替代方案，d g 能扩大配电网的供电容量。因而d g 接入配电网 可以延缓或避免配电网投资。但另一方面，若d g 接入供电容量充裕的区域或节点则 可能导致原有供电容量长期处于备用或闲置状态，降低了供电设施利用率，产生沉没 成本，使原规划方案的配电公司投资无法按期回收。 因此，在考虑d g 接入的配电网规划中，应充分发挥发电成本较低的d g 在经济 上的优势，降低配电网建设与运营成本：而在利用d g 对配电网扩容规划中，则应研 究d g 与现有网络的配合问题及其技术经济评价方法。 1 3 国内外研究现状 1 3 1 规划模型 在含d g 的配电网规划中，按决策变量的类型可以分为单一d g 规划和d g 与配 电网架的综合协调规划。单一规划是在不改变系统馈线和变电站配置的情况下，对 d g 的安装位置和容量进行优化【8 】；综合协调规划则是d g 与配电变电站或馈线等设 备的整体规划，其决策变量类型比单一规划多，是一种配电网全局优化【9 ，l o 】。 分布式发电的所有者( 或者说投资者) 通常包括独立的d g 投资商、用户和配电 商，但也有国家( 如意大利) 规定配电商不能直接投资d g 1 1 】。作为配电商以外的 d g 投资者，为了收益，通常都希望分布式发电能够并网运行，且并网容量越大、售 电量越高，则收益越多。但是，从电网的角度来讲，任何一种发电设备的投入都会对 系统的运行和稳定性造成一定的影响，且投入容量越大影响越严重。因此，即便是单 一d g 规划实际上解决的也是d g 与配电网相互配合的问题，即d g 的最佳安装地点 以及接入容量问题，从而使d g 的接入不会对电网的运行和稳定性造成不良影响，同 时又能使投资方获得最大收益【1 2 】。 单一d g 规划建模中常用到的目标函数有如下几类：( a ) 从投资的角度，以d g 投资者收益最大为优化目标【1 3 ，1 4 】；( b ) 配电商从配电网的角度，以节省网架投资，减 小网损，或者提高供电可靠性为目标来规划d g 】；( c ) 兼顾配电商和d g 投资商的 双方利益，对d g 投资进行多目标规划【1 5 ，1 6 1 ；( d ) 从可再生能源利用或环保的角度， 以d g 安装容量最大为优化目标【1 7 ，1 8 】，因为d g 容量增大可以减小传统机组的污染物 s 上海交通大掌工学博士掌位论文 排放量，从这个角度看，d g 容量最大化也等价于环保效益的最大化。 在配电网引入d g ，减少配电网损耗，提高电压水平，是配电商关注d g 的主要 原因之一。文 1 9 在给定分布式发电容量情况下，采用解析法研究了单条辐射线路上 分布式发电的最优安装位置，得出了理论上分布式发电的最优安装位置。该模型假定 负荷沿馈线按一定规律分布( 如均匀分布、递增分布、递减分布等) ，但实际配电网 中负荷分布往往是随机的。此外，文【8 】还研究了在现有网络负荷值及负荷点个数均 不变的情况下，分布式发电位置和容量的优化规划问题。 d g 灵活经济的特点能有效提升供电可靠性，受到配电商和用户的关注。特别是 气体往复式d g 具有快速启动性能，现在已经作为应急备用电源广泛地应用于学校、 银行和工厂等停电损失较大或对电压性能要求较高的用户。为了确保这些备用d g 能 在电网故障情况下迅速正常启动，用户每年必须执行维护计划，运行一段时间。对此， 文【2 0 】提出了市场环境下优化用户自备d g 调峰运行。但很显然，这需要在确保供电 可靠性的前提下，由用户自愿参与。而文 2 1 】分析配电网在不同时间段具有不同的可 靠性水平，并采用m o n t ec a r l o 方法确定停电概率，进而根据调峰收益与停电损失期 望值之差决定配电商所有的d g 在负荷高峰是充当备用还是调峰。此外，当配电网发 生故障，由于继电保护和配网自动化的影响，d g 通常只能对本用户供电，而不允许 形成“孤岛。故障隔离后，部分负荷可通过联络开关转移到相邻线路，而此时，相 邻线路是否还有足够的供电容量，则是减小系统平均停电时间( s a i d i ) 的关键。文 2 2 1 采用时变负荷，探讨了d g 在配电网中的布点位置对可靠性指标的影响。 另外，与集中式发电相比，高效率d g ( 如微汽轮机、c h p ) 和再生能源形式d g ( 如风电机、光伏发电) 的供电成本逐渐降低，尤其在电网负荷高峰，其电价具有一 定的竞争优势，从而吸引用户或独立投资商。文 2 3 】以利益成本比为目标函数，利用 遗传算法对分布式发电的位置和容量进行了优化；文【1 1 在分布式发电个数、位置和 容量均未知但分布式发电总容量确定的情况下，采用遗传算法对分布式发电的位置和 容量进行了优化，但该文没有考虑新增负荷节点的情况。文【2 4 】在分布式发电个数、 位置和容量均未知但分布式发电总容量未定的条件下，应用决策理论的二步式方法对 中压网络中的分布式发电的位置和容量进行了优化。文【2 5 】研究了在考虑多目标( 包 括损耗成本、缺电成本、网络升级成本、电能质量成本和电能成本) 条件下，应用结 合约束的遗传算法求解分布式发电的位置和容量最优方案，得到了较为满意的结 果，其中约束技术指的是用一个指标作为主要指标，其它指标作为约束条件的一种 6 簟 上海交通大学工掌博士掌位论文 方法。 当系统容量满足不了负荷的增长或者配电网的可靠性无法满足供电要求时，需要 考虑增容。传统的增容方法通常是以增加变电站和增设线路的方式对配电网进行扩展 规划，即在满足未来负荷增长要求以及网络运行约束的前提下，寻找一组最优的决策 变量( 如变电站位置、容量和馈线的路径、尺寸等) ，使投资、运行和网损等费用之 和最小。而d g 的出现使配电网增容不再局限于新建变电站和馈线，有了其它选择。 在以成本最小化的规划思路下，d g 被认为可推迟配电网建设投资。因此，在配 电网出现供电容量缺额的情况下，d g 可作为线路或变电站的替代方案。这对于负荷 增长速度缓慢的情况下尤为突出。文【2 6 提出以年损耗费用和馈线过载容量最小为目 标函数的规划模型，将d g 当作建设线路的替代方案。负荷增速越慢，其替代作用愈 显著。文 1 0 】在分布式发电位置和容量不确定的条件下，应用连续消除法优化了电网 扩展规划中分布式发电的位置和容量；同时，文【1 1 】站在配电商的角度，以馈线投资 和网络损耗最小化为目标函数，采用遗传算法确立用户侧d g 的安装位置，并应用于 意大利一个1 4 8 节点，包含三座变电站的中压配电网；文 2 7 分