基于新能源接入的配电网规划策略探究

卜天春

摘  要：传统配电网在接入新能源后，系统功能日趋多样化，主要包括收集电能、存储电能、传输电能以及分配电能等，新功能的接入一定程度上加剧了配电网规划所面临的挑战和风险，特别是对于电网规划人员而言，应在方案制定时充分考虑新能源及其附属影响。本文主要以分布式新能源为例，简要介绍新能源接入后对配电网规划可能产生的影响，并在此基础上完成对配电网规划模型的建立，通过模型所产生的数据和结果进行相关策略的制定，进而从根本上提升电网在接入新能源后的适应性与协调性。

关键词：新能源;配电网;规划策略

一、分布式新能源接入对配电网规划的影响

从传统配电网规划来看，其建设方案的确定主要涉及两个方面，一是负荷预测，二是现有网架情况。在确保负荷与实际需求相适应以及供电可靠性极强的前提下，尽可能的降低就配电系统在运行维护和系统构建方面的成本投入。与传统发电模式不同，分布式新能源发电具有分散性、随机性以及波动性等特点，对于配电网规划而言，无疑是一种变相挑战，具体影响主要包括以下几点：

1.增加了不确定性因素

随机波动性和间歇性是光伏发电和风力发电两大显著特点，因为其出力过程中的不确定性，一定程度上使得电网规划和后期运行存在不确定性。相较于传统大型、集中式电厂和大规模电网的投资建设，尽管分布式新能源能够有效满足负荷的电力需求，且具有灵活性高、建设周期短、成本投资小等优势，但若电站容量与接入位置选择不恰当，也可能导致系统运行过程中过度损耗，甚至引起节点电压异常现象，引发严重的电力安全事故。

2.增大规划问题的维数

从某种程度来看，电网规划问题的分析难度与其维数有着千丝万缕的联系（需将数百上千节点纳入考虑范围），传统集中式电源被分布式电源替代后，发电机节点增加，规划问题的维数增加，随之而来的变量也有所增加，最优网络布局方案的制定难度也越来越高。

3.增加政策依赖程度

一方面，国家对于新能源发电予以高度支持，另一方面，各地区太阳能资源、风力资源等一系列自然资源条件参差不齐。如何通过对风电、光伏等不同类型电源的有效协调，提高其开发利用效率，确保政策支持力度最大限度的发挥，实现社会效益和生态效益的最大化，成为当前电力企业所面临的最为迫切的问题。

4.影响配电设施利用率

由于分布式新能源能夠在一定程度上满足电力负荷需求，因此可以对原有配电设施的供电容量进行拓宽，一定程度上有助于减少建设单位在线路方面的投资力度。但如果分布式新能源所选接入点缺乏合理性，则容易导致原有配电线路处于长时间的轻载状态，不利于线路利用率的提升。 由此可见，在配电网接入大量分布式新能源后，应对其灵活性予以充分利用，针对接入方案和网架协调规划两方面进行系统优化，将配电网建设成本和运营成本降至最低。

二、大量分布式新能源的配电网规划策略

若要确保电力系统后期运行的经济性与稳定性，需做好分布式新能源项目的选址定容工作，以及配电网的扩展规划工作。将因新能源规划与电网规划不协调而引起的线路利用各种经济损失降至最低，例如，线路利用不充分、弃风、弃光等等，应从整体角度出发统一规划和协调分布式新能源的接入与配电网发展，进而从根本上确保电网企业最终效益的获得。

当前，接入分布式新能源的配电网应该考虑在哪些节点之间进行线路的建设和扩建，保证新能源接入和电网运行综合效益的最大化。综合效益主要体现在以下几点：

第一，尽可能的减少在线路方面的成本投入;第二，所规划电网与本地负荷增长速度和水平相适应;第三，在负荷高峰以及新能源出力高峰情况下，不会发生各种不良现象，例如，切负荷、弃风、弃光等等;第四，系统运行时的有功网损较小。规划模型的运行步骤具体主要包括以下几点：

（1）以新能源项目的容量以及所处地理位置进行接入点的选择，并对每个备选接入点的距离进行敲定，并将此作为线路投资成本的计算依据。

（2）视当前网架各节点之间新建线路或扩建线路的回数为决策变量，参考最低综合成本进行目标函数的建立。一般情况下，综合成本主要包括以下几项，即，线路建设投资成本、线路维护成本以及网损成本。另外，也可将代表规划方案技术性能的指标，如，潮流均衡度和节点电压分布等加入目标函数中。

（3）依据新能源处理特性和电网负荷特性进行场景的选取，详细计算和分析每种场景，从中获取与所有典型场景相适应的电网规划方案。

（4）运用数学优化算法求解，获取综合成本最小的线路扩建方案，具体寻优步骤如下：

①确定决策变量的初始值，一般情况下，该初始值为1则表示新能源电站至少有1条线路需与待选接入点连接，初始值的其他位则为0;②完成对网络导纳矩阵的生成，并结合所选定的场景计算相应的潮流;③对各线路和各节点的复杂率与电压值进行系统统计，若线路存在超负荷、超容量或过电压等情况时，则需在目标函数上增加惩罚项，以确保优化算法有效规避该方案;④系统核对和计算新建线路的成本，并对相应的网络损耗及经济成本进行核算;⑤优化算法根据目标函数值的变化趋势生成新的决策变量值;⑥以最新的决策变量值为依据进行导纳矩阵的更新，并对上述过程进行重复，直至目标函数值停止变化。

本文基于MATPOWER潮流计算程序和MATLAB编程语言设计了电网规划模型和计算程序。该模型所需的基础数据包括：①现有网架参数：包括母线、线路阻抗、变压器参数、常规机组参数等;②新能源电站参数：包括已有电站容量与接入方案、待接入电站容量与到备选接入点的距离;③负荷数据：规划水平年各节点计算负荷、负荷年增长率;④经济性数据：新建线路成本、扩建线路成本、网损费用;⑤新能源出力场景：选定场景下新能源出力特性。

运算程序执行完毕后输出的优化方案数据包括：各新建电站接入节点编号、需新建或扩建的线路首末端节点编号、初始投资成本、网损及其成本、各线路负载率、各节点电压标准值等。

三、结语

综上所述，在对新能源接入点选择与配电网扩展规划、电网规划投资成本和运用成本等综合考量的基础上，完成了对新能源发展规划经济性模型的系统构建，对新能源接入与配电网规划未来整体发展具有重要的指导意义。

参考文献：

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