考慮DG接入影響配電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行時(shí)間的線損分?jǐn)偰Ｐ?/h1>
2018-04-24 00:54:40歐陽(yáng)森梁偉斌
電力系統(tǒng)自動(dòng)化 2018年8期
黃 湘, 歐陽(yáng)森, 梁偉斌
(華南理工大學(xué)電力學(xué)院, 廣東省廣州市 510640)
0 引言
大量分布式電源(distributed generator,DG)的并網(wǎng)在很大程度上會(huì)改變系統(tǒng)電壓分布與潮流走向[1-3],使線損變化更為復(fù)雜(線損增加或降低),導(dǎo)致線損分?jǐn)偤茈y保證科學(xué)、公平地在各發(fā)電節(jié)點(diǎn)與負(fù)荷節(jié)點(diǎn)間進(jìn)行[4],也沒(méi)有合適的獎(jiǎng)懲機(jī)制,DG并網(wǎng)經(jīng)濟(jì)效益不能得到真實(shí)的反映。從經(jīng)濟(jì)運(yùn)行[5]的角度進(jìn)一步細(xì)化分析DG并網(wǎng)后的線損分?jǐn)偸且粋€(gè)尚未討論過(guò)的內(nèi)容,本文將對(duì)此展開(kāi)討論。
針對(duì)電網(wǎng)線損分?jǐn)倖?wèn)題,國(guó)內(nèi)外已有大量的研究,但是對(duì)考慮分布式電源并網(wǎng)的配電網(wǎng)線損分?jǐn)倖?wèn)題的研究卻較少。文獻(xiàn)[6-7]僅分析了DG接入位置、接入容量對(duì)配電網(wǎng)線損的影響規(guī)律,沒(méi)有涉及線損分?jǐn)倖?wèn)題的研究。文獻(xiàn)[8]所提的含DG放射狀配電網(wǎng)線損分?jǐn)偡椒▋H能計(jì)算配電網(wǎng)低負(fù)荷、中等負(fù)荷或滿負(fù)荷水平下,額定容量的DG接入后的線損分?jǐn)偨Y(jié)果,未考慮DG并網(wǎng)功率變化對(duì)配電網(wǎng)線損的影響,無(wú)法體現(xiàn)DG并網(wǎng)前后配電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行程度;文獻(xiàn)[9]提出基于貢獻(xiàn)因子的線損分?jǐn)偡椒?將DG接入前的網(wǎng)損分給用戶或供應(yīng)商,將DG接入引起的網(wǎng)損變化量全部分給DG;文獻(xiàn)[10]在考慮節(jié)點(diǎn)價(jià)格、節(jié)點(diǎn)因子及節(jié)點(diǎn)盈余等因素的基礎(chǔ)上,利用交易盈余彌補(bǔ)線損成本,從而降低電價(jià),激勵(lì)DG的發(fā)展。這兩種方法雖能提供配電網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)信號(hào),但分?jǐn)傔^(guò)程沒(méi)有考慮DG并網(wǎng)功率、并網(wǎng)位置變化對(duì)配電網(wǎng)負(fù)載率及運(yùn)行狀態(tài)的影響,線損分?jǐn)偨Y(jié)果難以反映DG的并網(wǎng)經(jīng)濟(jì)效益。
潮流追蹤法可用于明確發(fā)電機(jī)、負(fù)荷與線路三者在電力系統(tǒng)某一運(yùn)行狀態(tài)下的功率分布關(guān)系[11],主要應(yīng)用于電力市場(chǎng)環(huán)境下的網(wǎng)損分?jǐn)倖?wèn)題[12-15]。目前僅文獻(xiàn)[4]將潮流追蹤算法應(yīng)用于含DG的配電網(wǎng)網(wǎng)損分?jǐn)傊?分?jǐn)傔^(guò)程清晰且透明,符合常規(guī)思維,但此法仍無(wú)法計(jì)及DG并網(wǎng)對(duì)配電網(wǎng)負(fù)載率及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的影響,難以為DG的并網(wǎng)提供足夠的獎(jiǎng)懲激勵(lì)。
DG接入會(huì)增加配電網(wǎng)線損分?jǐn)偟膹?fù)雜度,但將DG接入后配電網(wǎng)偏離或進(jìn)入經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)間作為切入點(diǎn)討論則可簡(jiǎn)化線損分?jǐn)偟姆治觥１疚臄M將DG接入前后配電網(wǎng)負(fù)載率的變化納入線損分?jǐn)傊?DG并網(wǎng)消納電網(wǎng)負(fù)荷功率,一定程度上會(huì)使原有配電網(wǎng)及配電變壓器的負(fù)載率發(fā)生變化,從而導(dǎo)致整個(gè)配電網(wǎng)運(yùn)行在不同的負(fù)載區(qū)間。
綜上,本文綜合考慮某一特定時(shí)間段內(nèi),DG并網(wǎng)給中壓配電網(wǎng)負(fù)載率帶來(lái)的變化,提出考慮DG接入影響配電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行時(shí)間的線損分?jǐn)偡椒āＪ紫?本文通過(guò)構(gòu)建配電網(wǎng)的損耗與運(yùn)行時(shí)間的關(guān)系函數(shù),微分求導(dǎo)得到某一時(shí)間段內(nèi)配電網(wǎng)的期望運(yùn)行時(shí)間,即經(jīng)濟(jì)運(yùn)行時(shí)間;其次,針對(duì)DG的接入,基于等效容量法提出了含DG的配電網(wǎng)等效電阻的計(jì)算思路,確定運(yùn)行在各個(gè)時(shí)間段的配電網(wǎng)所屬的負(fù)載區(qū);然后,按照DG接入前后所屬負(fù)載區(qū)的不同,分析產(chǎn)生原因,形成不同的DG并網(wǎng)場(chǎng)景,為DG的線損分?jǐn)傇O(shè)置不同的獎(jiǎng)懲系數(shù),修正潮流追蹤算法求得的DG線損分?jǐn)傠娏?從而激勵(lì)DG往降損方向發(fā)展;最終以實(shí)例計(jì)算驗(yàn)證所提方法的合理性。
1 配電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)域的確定
1.1 配電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行時(shí)間
變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行是指在確保供電安全可靠及滿足供電量需求的基礎(chǔ)上,對(duì)變壓器進(jìn)行合理配置,充分發(fā)揮變壓器功能,使得損耗最小的運(yùn)行方式[16]。但實(shí)際配電網(wǎng)損耗包括變壓器損耗和線路損耗兩部分,且在中低壓配電網(wǎng)中,線路損耗在配電網(wǎng)損耗中占有極其重要的一部分,不可忽略。而且,配電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行是實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)節(jié)能降損的重要保證[17]。因而本文引入了配電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行時(shí)間的概念。
配電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行時(shí)間是指配電網(wǎng)供電量一定的情況下,配電網(wǎng)網(wǎng)損最低時(shí)所對(duì)應(yīng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行時(shí)間,這是與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行負(fù)荷Sec相對(duì)應(yīng)的概念。為求配電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行時(shí)間,需先建立配電網(wǎng)網(wǎng)損與運(yùn)行時(shí)間的函數(shù)。本文采用等值電阻法[18],將配電網(wǎng)線路電阻和變壓器電阻等值為配電網(wǎng)電阻,利用流經(jīng)該配電網(wǎng)的總有功和無(wú)功電量折算總均方根電流,進(jìn)而求解該配電網(wǎng)的等值電能損耗。
配電網(wǎng)的損耗隨配電網(wǎng)運(yùn)行負(fù)荷的改變而改變,配電網(wǎng)的網(wǎng)損由兩部分組成:一部分是配電網(wǎng)的配電變壓器的鐵芯上的損耗,即固定損耗(鐵耗);另一部分是電流流過(guò)配電線路和配電變壓器上的損耗,直接與配電網(wǎng)的運(yùn)行負(fù)荷相關(guān),即可變損耗(銅耗)。總損耗為兩者之和,計(jì)算公式如下:
(1)
把一天分成多個(gè)T時(shí)間段分別進(jìn)行計(jì)算(后文中取T=1 h),且在電網(wǎng)的計(jì)量自動(dòng)化系統(tǒng)中較容易采集到測(cè)量點(diǎn)在T時(shí)間段的電網(wǎng)供電量Ws,為方便計(jì)算,將式(1)中的功率SL以電量Ws等效替代。式(1)中SL為計(jì)算期t時(shí)間段內(nèi)的平均運(yùn)行負(fù)荷,即SL=Ws/t。因此,式(1)的第二項(xiàng)可簡(jiǎn)化為:
(2)
式中:Ws為供電時(shí)間t內(nèi)電網(wǎng)的供電量。
結(jié)合式(1)和式(2),在系統(tǒng)供電量Ws=SLt一定時(shí),配電網(wǎng)總網(wǎng)損的計(jì)算公式可修改為:
(3)
將式(3)的配電網(wǎng)總網(wǎng)損對(duì)t求導(dǎo),令其為0,則當(dāng)配電網(wǎng)網(wǎng)損取最小值時(shí),其對(duì)應(yīng)的最佳運(yùn)行時(shí)間,即配電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行時(shí)間為:
(4)
當(dāng)某段時(shí)間內(nèi)已知的是配電網(wǎng)的有功供電量Wp和功率因數(shù)cosφ時(shí),上式可改寫(xiě)為:
(5)
(6)
DG并網(wǎng)前后配電網(wǎng)供電量Wp與配電網(wǎng)等值電阻Req分別作如下處理。
1)DG并網(wǎng)前
Wp即為配電網(wǎng)電源側(cè)的供電量大小;配電網(wǎng)等值電阻Req的求解參考文獻(xiàn)[19]。
2)DG并網(wǎng)后
DG接入后,由于系統(tǒng)負(fù)荷需求變化仍與并網(wǎng)前相同,而DG并網(wǎng)位置及并網(wǎng)容量的變化會(huì)時(shí)刻改變著配電網(wǎng)原有發(fā)電機(jī)出力。為計(jì)算簡(jiǎn)便,本文提出以下幾點(diǎn)假設(shè):①配電網(wǎng)的線損率較低,認(rèn)為配電網(wǎng)的供電量近似等于系統(tǒng)負(fù)荷消耗電量之和;②忽略DG接入對(duì)配電網(wǎng)電壓的影響。故某一時(shí)間段內(nèi)含DG的配電網(wǎng)供電量等于該時(shí)間段內(nèi)配電網(wǎng)的有功負(fù)荷曲線同DG有功出力曲線與橫軸圍成的面積之差。
另外,由于DG的出力間斷且不穩(wěn)定,DG發(fā)電量不一定時(shí)時(shí)刻刻與升壓配電變壓器容量成正比,所以不能像普通用戶一樣按照配電變壓器容量“分享”總均方根電流。因而,本文采用等效容量法計(jì)算含DG的配電網(wǎng)等效電阻。等效容量指DG出力同配電網(wǎng)中其余配電變壓器容量相比較產(chǎn)生的一種等效值。DG根據(jù)此等效容量和其余配電變壓器一起參與分配首端均方根電流,所得值恰好等于DG本身均方根電流Iifs;而其余配電變壓器在分配首端均方根電流時(shí)也將考慮DG等效容量。
設(shè)配電網(wǎng)T時(shí)間段內(nèi)首端均方根電流為Ijf0,記分布式電源等效容量為Ss,則根據(jù)等效容量定義,可通過(guò)式(7)計(jì)算Ss。
(7)
式中:m為配電變壓器的數(shù)量;Iifs為DG端口注入的均方根電流,可通過(guò)統(tǒng)計(jì)DG各個(gè)時(shí)間段的出力獲得,計(jì)算公式如式(8)所示。
(8)
從而考慮DG并網(wǎng)后的配電線路等值電阻RL和配電變壓器線圈等值電阻RT分別為:
(9)
(10)
Req=RL+RT
(11)
式中:Si為第i臺(tái)配電變壓器的額定容量;ΔPki為第i臺(tái)配電變壓器的額定負(fù)載損耗;Rj為第j條配電線路的電阻;mj為第j條配電線路后面掛的配電變壓器臺(tái)數(shù)(此處把DG等效容量Ss當(dāng)做其中一個(gè)配電變壓器);n為全網(wǎng)配電線路數(shù)目。
1.2 配電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)域
根據(jù)式(5)可以求得DG接入前后配電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行時(shí)間tec,如圖1所示。但由于配電網(wǎng)負(fù)荷時(shí)刻發(fā)生變化，且當(dāng)DG接入后,其出力也會(huì)隨天氣、日照和溫度的變化而變化,具有波動(dòng)性和不規(guī)則性,這樣讓配電網(wǎng)運(yùn)行在某一個(gè)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行點(diǎn)顯然是不合理的,不具有現(xiàn)實(shí)意義。因而本文提出了“定ΔW法”的配電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)域的確定方法。
該法主要通過(guò)給定系統(tǒng)所允許的“趨優(yōu)網(wǎng)損差值ΔW”來(lái)確定配電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)間,其中ΔW表示區(qū)間內(nèi)各運(yùn)行點(diǎn)處的網(wǎng)損值相對(duì)最佳經(jīng)濟(jì)運(yùn)行點(diǎn)的理論最小網(wǎng)損Wmin的增量,取值可以由下式確定:
ΔW=θWmin
(12)
式中:θ稱為“趨優(yōu)代價(jià)”,用來(lái)表征該區(qū)間內(nèi)各運(yùn)行點(diǎn)處的網(wǎng)損值相對(duì)最佳經(jīng)濟(jì)運(yùn)行點(diǎn)的理論最小網(wǎng)損Wmin的最大增量的百分比,且θ的取值根據(jù)具體節(jié)能需求可人為設(shè)定,一般在3%～5%之間變化。顯然,當(dāng)θ足夠小時(shí)則可認(rèn)為系統(tǒng)處于令人“滿意”的或者是較為經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行狀態(tài)。
圖1 系統(tǒng)供電量為Ws時(shí)的配電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)域劃分Fig.1 Classification of economical operation range fordistribution network when system power supply is Ws
若配電網(wǎng)該時(shí)間段實(shí)際運(yùn)行時(shí)間T∈[t1,t2],則表明該配電網(wǎng)處于經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)域,負(fù)荷大小與電網(wǎng)設(shè)備相匹配,配電網(wǎng)損耗較低,經(jīng)濟(jì)效益最佳。
若配電網(wǎng)該時(shí)間段實(shí)際運(yùn)行時(shí)間T∈[0,t1],則表明該配電網(wǎng)處于重載區(qū),負(fù)荷過(guò)重,導(dǎo)致實(shí)際運(yùn)行時(shí)間在經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)域以下,配電網(wǎng)損耗也相對(duì)較高。
若配電網(wǎng)該時(shí)間段實(shí)際運(yùn)行時(shí)間T∈[t2,∞],則該配電網(wǎng)處于輕載區(qū),負(fù)荷與配電網(wǎng)設(shè)備不相匹配,配電網(wǎng)投入資源過(guò)多,有所浪費(fèi),損耗也較高。
2 考慮配電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行時(shí)間的線損分?jǐn)偰Ｐ?/h2>
本文在潮流追蹤算法計(jì)算DG網(wǎng)損分?jǐn)偭康幕A(chǔ)上,綜合考慮DG接入對(duì)配電網(wǎng)線損和負(fù)載率造成的影響,將配電網(wǎng)分為輕載區(qū)、經(jīng)濟(jì)區(qū)及重載區(qū),分析DG接入前后配電網(wǎng)所處負(fù)載區(qū)間發(fā)生變化的原因,形成不同的DG并網(wǎng)運(yùn)行場(chǎng)景,并針對(duì)各個(gè)場(chǎng)景提出相應(yīng)的線損分?jǐn)偑?jiǎng)懲措施,以此來(lái)量化DG接入之后對(duì)配電網(wǎng)的影響,為DG的并網(wǎng)規(guī)劃提供有效依據(jù),激勵(lì)DG往降損方向發(fā)展。
2.1 潮流追蹤算法
潮流追蹤法是電力市場(chǎng)中一種重要的網(wǎng)損分?jǐn)偡椒?它根據(jù)節(jié)點(diǎn)功率比例分配原則求解每個(gè)節(jié)點(diǎn)的注入功率是如何在功率流出支路上分配的問(wèn)題[4]。由于網(wǎng)損是發(fā)電機(jī)和負(fù)荷共同造成的,本著“誰(shuí)使用誰(shuí)支付”的原則,雙方應(yīng)共同承擔(dān)配電網(wǎng)產(chǎn)生的損耗,根據(jù)順流和逆流追蹤技術(shù)使負(fù)荷和發(fā)電機(jī)各承擔(dān)一半的網(wǎng)損。本文根據(jù)潮流追蹤將線損分給DG、供電公司和用戶,具體算法步驟詳見(jiàn)文獻(xiàn)[4],線損分?jǐn)偨Y(jié)果將為下文線損分?jǐn)偭康男拚c對(duì)比分析奠定基礎(chǔ)。
2.2 DG并網(wǎng)運(yùn)行場(chǎng)景分析
根據(jù)第1節(jié)的分析計(jì)算,可以得到DG并網(wǎng)前后配電網(wǎng)所處的運(yùn)行區(qū)間。針對(duì)并網(wǎng)前后配電網(wǎng)所處運(yùn)行區(qū)間發(fā)生變化的現(xiàn)象,本文具體分析其變化原因,并形成相應(yīng)的DG并網(wǎng)運(yùn)行場(chǎng)景,為后文線損分?jǐn)偑?jiǎng)懲措施的制定提供理論基礎(chǔ)。DG并網(wǎng)運(yùn)行場(chǎng)景分析結(jié)果如表1所示。
表1 DG并網(wǎng)運(yùn)行場(chǎng)景分析Table 1 Analysis of operation scenes of distribution network connected with DG
上述DG并網(wǎng)運(yùn)行場(chǎng)景的定義如下。
場(chǎng)景1:DG并網(wǎng)前,配電網(wǎng)處于重載狀態(tài),DG的接入提高了配電網(wǎng)總有功出力,緩解了負(fù)荷需求壓力,轉(zhuǎn)為經(jīng)濟(jì)區(qū)運(yùn)行。
場(chǎng)景2:原配電網(wǎng)處于經(jīng)濟(jì)運(yùn)行狀態(tài),DG的接入導(dǎo)致配電變壓器負(fù)載率降低,使得系統(tǒng)原有功出力和配電設(shè)備得不到充分利用,偏離經(jīng)濟(jì)區(qū)運(yùn)行。
場(chǎng)景3:針對(duì)原配電網(wǎng)重載運(yùn)行的情況,大量DG并網(wǎng),導(dǎo)致配電網(wǎng)原有線路輸送功率大幅度減小,直接從重載區(qū)轉(zhuǎn)為輕載區(qū)運(yùn)行。
由于DG投建規(guī)劃中會(huì)綜合考慮系統(tǒng)原有功出力以及區(qū)域負(fù)荷需求等因素,一般不會(huì)出現(xiàn)場(chǎng)景3,因而在后文具體線損分?jǐn)傊写藞?chǎng)景不予以考慮。而針對(duì)場(chǎng)景1和場(chǎng)景2,DG并網(wǎng)前后配電網(wǎng)所處運(yùn)行區(qū)間發(fā)生了巨大改變,在線損分?jǐn)傊袘?yīng)重點(diǎn)關(guān)注。
2.3 線損分?jǐn)偭康男拚?jì)算
為合理評(píng)估DG接入配電網(wǎng)所帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益,掌握其對(duì)配電網(wǎng)及配電網(wǎng)線損的影響,并將影響合理地體現(xiàn)在線損分?jǐn)傊?本文在潮流追蹤計(jì)算DG線損分?jǐn)偭康幕A(chǔ)上,分別針對(duì)場(chǎng)景1和場(chǎng)景2對(duì)DG線損分?jǐn)偺岢鱿鄳?yīng)的獎(jiǎng)懲措施。其中,針對(duì)場(chǎng)景1,配電網(wǎng)在DG并網(wǎng)后由重載狀態(tài)轉(zhuǎn)為經(jīng)濟(jì)運(yùn)行狀態(tài),理應(yīng)對(duì)此場(chǎng)景下運(yùn)行的DG給予一定的獎(jiǎng)勵(lì);相反,場(chǎng)景2中,DG并網(wǎng)后的配電網(wǎng)偏離經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)間運(yùn)行,配電網(wǎng)線損變化或許不明顯,但會(huì)導(dǎo)致配電網(wǎng)原有出力大幅度降低,有可能出現(xiàn)線損率高于并網(wǎng)前的狀況,為激勵(lì)DG向降損方向發(fā)展,促進(jìn)含DG配電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)高效運(yùn)行,應(yīng)對(duì)此場(chǎng)景下的DG進(jìn)行懲罰。
假設(shè)一天時(shí)間內(nèi),DG運(yùn)行在場(chǎng)景1的小時(shí)數(shù)為a,運(yùn)行在場(chǎng)景2的小時(shí)數(shù)為b,即DG應(yīng)受到獎(jiǎng)勵(lì)的小時(shí)數(shù)為a,受到懲罰的小時(shí)數(shù)為b。本文將獎(jiǎng)懲系數(shù)H定義為:
(13)
式中:c為獎(jiǎng)勵(lì)或懲罰的小時(shí)數(shù),當(dāng)對(duì)DG進(jìn)行獎(jiǎng)勵(lì)時(shí),取a,對(duì)DG進(jìn)行懲罰時(shí),取b;r為根據(jù)專家經(jīng)驗(yàn)制定的獎(jiǎng)懲力度系數(shù),其表征獎(jiǎng)勵(lì)或懲罰的力度。具體實(shí)施過(guò)程中,r的取值可根據(jù)供電公司與DG用戶協(xié)商后制定。為激勵(lì)DG往增加經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)域的方向發(fā)展,即增加獎(jiǎng)勵(lì)小時(shí)數(shù),減小懲罰小時(shí)數(shù),決策者可針對(duì)獎(jiǎng)勵(lì)(或懲罰)小時(shí)數(shù)的大小進(jìn)行不同層級(jí)的獎(jiǎng)懲激勵(lì),獎(jiǎng)懲力度系數(shù)r的取值可參考表2。
表2 獎(jiǎng)懲力度系數(shù)的取值Table 2 Values of coefficients of rewards and punishment
假設(shè)根據(jù)潮流追蹤算法求得在一天中第i小時(shí)的DG應(yīng)分?jǐn)偟木€損電量為Xi,則根據(jù)本分?jǐn)偡桨傅姆治龊?第i小時(shí)DG應(yīng)分?jǐn)偟木€損電量Yi應(yīng)為:
(14)
(15)
Yi>0,表明此時(shí)間段DG的接入將要承擔(dān)大小為Yi的線損量;Yi<0,表明此時(shí)間段DG的接入促進(jìn)了配電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行,對(duì)其進(jìn)行獎(jiǎng)勵(lì),補(bǔ)償DG大小為Yi的線損量。
最后,依據(jù)式(15)可疊加計(jì)算得到一天(或一個(gè)月)DG應(yīng)分?jǐn)偟木W(wǎng)損電量。
3 實(shí)例分析
以某地區(qū)實(shí)際運(yùn)行的中壓配電網(wǎng)線路為例,應(yīng)用文中模型對(duì)分布式電源應(yīng)分?jǐn)偟木€損進(jìn)行計(jì)算分析,其中該配電網(wǎng)線路電壓等級(jí)為10 kV,功率因數(shù)取0.95,共有22個(gè)節(jié)點(diǎn)、23條線路、9個(gè)變壓器,具體的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D如圖2所示。經(jīng)過(guò)整理得到模型中線路參數(shù)和變壓器分別如附錄A表A1和表A2所示。本案例假設(shè)在節(jié)點(diǎn)11處接入額定容量為600 kW、功率因數(shù)為0.95的分布式光伏電源。
圖2 某中壓配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱DFig.2 Network topology of a medium voltage distribution network
以典型日為例,通過(guò)收集上述中壓配電網(wǎng)和分布式光伏電源典型日的相關(guān)負(fù)荷數(shù)據(jù),并對(duì)其進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,取1 h為一個(gè)時(shí)間段進(jìn)行分析,得到如表3所示各微時(shí)段的配電網(wǎng)負(fù)荷有功出力和DG有功出力,其中,1～6 h和19～24 h的光照強(qiáng)度較弱,實(shí)測(cè)光伏出力近似為0。
表3 DG接入前后中壓配電網(wǎng)運(yùn)行區(qū)間判斷Table 3 Judgement of operation range for medium voltage distribution network before and after access of DG
根據(jù)第1節(jié)介紹的配電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)域確定方法得到一天(24 h)內(nèi)DG并網(wǎng)前后該中壓配電網(wǎng)所處的負(fù)載區(qū)間,具體結(jié)果見(jiàn)表3。
分析表3可得到如下結(jié)論。
1)該配電網(wǎng)一天內(nèi)存在3 h從經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)間偏離到輕載區(qū)間,即第7～9 h,原本中壓配電網(wǎng)負(fù)荷就較低,投入了光伏電源后電網(wǎng)的出力進(jìn)一步降低,導(dǎo)致原有配電網(wǎng)的有功出力和配電設(shè)備不能得到有效的利用,線損雖然有所減小,但是線損率由DG并網(wǎng)前的1.27%,1.25%,1.24%變?yōu)椴⒕W(wǎng)后的1.42%,1.63%,2.29%,線損率有所上升。
2)該配電網(wǎng)一天內(nèi)存在1 h由重載區(qū)轉(zhuǎn)為經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)間,即第12 h,原配電網(wǎng)負(fù)荷比較重,處于重載運(yùn)行狀態(tài),投入了光伏電源后電網(wǎng)的出力有所降低,從原本的重載運(yùn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟(jì)運(yùn)行狀態(tài),改善了配電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài),配電網(wǎng)損耗也由原來(lái)的11.02 kW降為DG并網(wǎng)后的8.68 kW,與理論分析相符。
因而,在第7～9 h,DG運(yùn)行在場(chǎng)景2,理應(yīng)對(duì)此場(chǎng)景下的DG進(jìn)行懲罰,懲罰的小時(shí)數(shù)b=3,表征獎(jiǎng)勵(lì)或懲罰力度的獎(jiǎng)懲力度系數(shù)rb=2;同理,在12 h,DG運(yùn)行在場(chǎng)景1,應(yīng)對(duì)此場(chǎng)景下的DG進(jìn)行獎(jiǎng)勵(lì),獎(jiǎng)勵(lì)的小時(shí)數(shù)a=1,獎(jiǎng)懲力度系數(shù)ra=1。根據(jù)式(13)可知,本算例中的獎(jiǎng)懲系數(shù)H為:
(16)
接下來(lái),在潮流追蹤法的基礎(chǔ)上,根據(jù)式(14)對(duì)各時(shí)段DG應(yīng)分?jǐn)偟木€損量進(jìn)行修正,附錄A表A3為各微時(shí)段兩種方法計(jì)算的DG具體線損分?jǐn)偨Y(jié)果。如附錄A表A3所示,在第7～9 h,DG線損分?jǐn)偭糠謩e由潮流追蹤法下的0.23,0.57,1.43 kW修正為0.29,0.71,1.79 kW;在第12 h,DG線損分?jǐn)偭坑?.73 kW修正為2.62 kW,說(shuō)明此時(shí)DG的投入有利于配電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行,在此時(shí)間段應(yīng)適當(dāng)鼓勵(lì)投入DG。
最終,根據(jù)微時(shí)段的時(shí)間疊加,得到兩種方法計(jì)算下的典型日DG網(wǎng)損分?jǐn)傠娏亢头謹(jǐn)偙壤?其中潮流追蹤法計(jì)算下的典型日DG線損分?jǐn)傠娏繛?8.58 kW·h,分?jǐn)偙壤秊?0.82%;而采用本文所提方法計(jì)算求得的DG應(yīng)分?jǐn)偟木€損電量為19.03 kW·h,分?jǐn)偙壤_(dá)11.08%,略大于潮流追蹤法。因?yàn)樵诒舅憷Ｐ椭?需要懲罰的時(shí)間為3 h,大于需要獎(jiǎng)勵(lì)的時(shí)間1 h,故總體而言應(yīng)懲罰DG,使其多分?jǐn)偩W(wǎng)損,符合電力市場(chǎng)的經(jīng)濟(jì)激勵(lì)機(jī)制要求。
綜上所述,本文所提線損分?jǐn)偰Ｐ头治隽薉G接入對(duì)配電網(wǎng)負(fù)載率的影響,通過(guò)判斷DG影響配電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的程度,進(jìn)而可有針對(duì)性地采取一定的獎(jiǎng)懲措施,該方法可提供電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的信號(hào),為含DG配電網(wǎng)建立有效的經(jīng)濟(jì)激勵(lì)機(jī)制;另一方面,DG線損分?jǐn)偨Y(jié)果可衡量DG的并網(wǎng)經(jīng)濟(jì)效益,激勵(lì)DG并網(wǎng)向降損方向發(fā)展,指導(dǎo)DG的并網(wǎng)規(guī)劃。
4 結(jié)語(yǔ)
本文在潮流追蹤法分?jǐn)偩W(wǎng)損的基礎(chǔ)上,針對(duì)DG的接入,考慮配電網(wǎng)運(yùn)行區(qū)域的變化建立線損分?jǐn)偰Ｐ?引入配電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行時(shí)間的概念,并設(shè)計(jì)了基于等值電阻法求解配電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行時(shí)間的方法。其中,含DG配電網(wǎng)等值電阻采用等值容量法求解,從而確定各時(shí)間段DG并網(wǎng)前后配電網(wǎng)所處運(yùn)行區(qū)域。分析了DG接入前后配電網(wǎng)所屬區(qū)域的不同,形成相應(yīng)的DG并網(wǎng)運(yùn)行場(chǎng)景,并對(duì)各場(chǎng)景下運(yùn)行的DG采取一定的獎(jiǎng)懲措施,以此量化DG接入對(duì)配電網(wǎng)負(fù)載率的影響,符合含DG配電網(wǎng)線損合理化分?jǐn)偟囊蟆?/p>
綜上,考慮DG接入影響配電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行時(shí)間的線損分?jǐn)偰Ｐ筒粌H繼承了潮流追蹤法分?jǐn)偩W(wǎng)損的優(yōu)點(diǎn),還綜合考慮了配電網(wǎng)潮流分布與DG接入影響配電網(wǎng)所處運(yùn)行區(qū)域的情況,線損分?jǐn)偨Y(jié)果既可真實(shí)地體現(xiàn)DG的并網(wǎng)經(jīng)濟(jì)效益,激勵(lì)DG向降損方向發(fā)展,為DG的投建規(guī)劃提供指導(dǎo)依據(jù);同時(shí)也有利于建立電力市場(chǎng)的經(jīng)濟(jì)激勵(lì)機(jī)制。以某地區(qū)實(shí)際運(yùn)行的線路為例進(jìn)行分析,驗(yàn)證了模型的合理性,具有潛在的推廣價(jià)值。
值得思考的是,本文所提的獎(jiǎng)懲措施是一種簡(jiǎn)單易行的獎(jiǎng)懲方法,但該方法受人為制訂的獎(jiǎng)懲力度系數(shù)r取值影響較大,可能會(huì)引起供電公司與DG用戶的爭(zhēng)議。因此,如何設(shè)置一個(gè)更公平、合理、能被普遍接受的獎(jiǎng)懲措施是下一步需要研究的內(nèi)容之一。
附錄見(jiàn)本刊網(wǎng)絡(luò)版(http://www.aeps-info.com/aeps/ch/index.aspx)。
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黃 湘, 歐陽(yáng)森, 梁偉斌
(華南理工大學(xué)電力學(xué)院, 廣東省廣州市 510640)
0 引言
大量分布式電源(distributed generator,DG)的并網(wǎng)在很大程度上會(huì)改變系統(tǒng)電壓分布與潮流走向[1-3],使線損變化更為復(fù)雜(線損增加或降低),導(dǎo)致線損分?jǐn)偤茈y保證科學(xué)、公平地在各發(fā)電節(jié)點(diǎn)與負(fù)荷節(jié)點(diǎn)間進(jìn)行[4],也沒(méi)有合適的獎(jiǎng)懲機(jī)制,DG并網(wǎng)經(jīng)濟(jì)效益不能得到真實(shí)的反映。從經(jīng)濟(jì)運(yùn)行[5]的角度進(jìn)一步細(xì)化分析DG并網(wǎng)后的線損分?jǐn)偸且粋€(gè)尚未討論過(guò)的內(nèi)容,本文將對(duì)此展開(kāi)討論。
針對(duì)電網(wǎng)線損分?jǐn)倖?wèn)題,國(guó)內(nèi)外已有大量的研究,但是對(duì)考慮分布式電源并網(wǎng)的配電網(wǎng)線損分?jǐn)倖?wèn)題的研究卻較少。文獻(xiàn)[6-7]僅分析了DG接入位置、接入容量對(duì)配電網(wǎng)線損的影響規(guī)律,沒(méi)有涉及線損分?jǐn)倖?wèn)題的研究。文獻(xiàn)[8]所提的含DG放射狀配電網(wǎng)線損分?jǐn)偡椒▋H能計(jì)算配電網(wǎng)低負(fù)荷、中等負(fù)荷或滿負(fù)荷水平下,額定容量的DG接入后的線損分?jǐn)偨Y(jié)果,未考慮DG并網(wǎng)功率變化對(duì)配電網(wǎng)線損的影響,無(wú)法體現(xiàn)DG并網(wǎng)前后配電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行程度;文獻(xiàn)[9]提出基于貢獻(xiàn)因子的線損分?jǐn)偡椒?將DG接入前的網(wǎng)損分給用戶或供應(yīng)商,將DG接入引起的網(wǎng)損變化量全部分給DG;文獻(xiàn)[10]在考慮節(jié)點(diǎn)價(jià)格、節(jié)點(diǎn)因子及節(jié)點(diǎn)盈余等因素的基礎(chǔ)上,利用交易盈余彌補(bǔ)線損成本,從而降低電價(jià),激勵(lì)DG的發(fā)展。這兩種方法雖能提供配電網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)信號(hào),但分?jǐn)傔^(guò)程沒(méi)有考慮DG并網(wǎng)功率、并網(wǎng)位置變化對(duì)配電網(wǎng)負(fù)載率及運(yùn)行狀態(tài)的影響,線損分?jǐn)偨Y(jié)果難以反映DG的并網(wǎng)經(jīng)濟(jì)效益。
潮流追蹤法可用于明確發(fā)電機(jī)、負(fù)荷與線路三者在電力系統(tǒng)某一運(yùn)行狀態(tài)下的功率分布關(guān)系[11],主要應(yīng)用于電力市場(chǎng)環(huán)境下的網(wǎng)損分?jǐn)倖?wèn)題[12-15]。目前僅文獻(xiàn)[4]將潮流追蹤算法應(yīng)用于含DG的配電網(wǎng)網(wǎng)損分?jǐn)傊?分?jǐn)傔^(guò)程清晰且透明,符合常規(guī)思維,但此法仍無(wú)法計(jì)及DG并網(wǎng)對(duì)配電網(wǎng)負(fù)載率及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的影響,難以為DG的并網(wǎng)提供足夠的獎(jiǎng)懲激勵(lì)。
DG接入會(huì)增加配電網(wǎng)線損分?jǐn)偟膹?fù)雜度,但將DG接入后配電網(wǎng)偏離或進(jìn)入經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)間作為切入點(diǎn)討論則可簡(jiǎn)化線損分?jǐn)偟姆治觥１疚臄M將DG接入前后配電網(wǎng)負(fù)載率的變化納入線損分?jǐn)傊?DG并網(wǎng)消納電網(wǎng)負(fù)荷功率,一定程度上會(huì)使原有配電網(wǎng)及配電變壓器的負(fù)載率發(fā)生變化,從而導(dǎo)致整個(gè)配電網(wǎng)運(yùn)行在不同的負(fù)載區(qū)間。
綜上,本文綜合考慮某一特定時(shí)間段內(nèi),DG并網(wǎng)給中壓配電網(wǎng)負(fù)載率帶來(lái)的變化,提出考慮DG接入影響配電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行時(shí)間的線損分?jǐn)偡椒āＪ紫?本文通過(guò)構(gòu)建配電網(wǎng)的損耗與運(yùn)行時(shí)間的關(guān)系函數(shù),微分求導(dǎo)得到某一時(shí)間段內(nèi)配電網(wǎng)的期望運(yùn)行時(shí)間,即經(jīng)濟(jì)運(yùn)行時(shí)間;其次,針對(duì)DG的接入,基于等效容量法提出了含DG的配電網(wǎng)等效電阻的計(jì)算思路,確定運(yùn)行在各個(gè)時(shí)間段的配電網(wǎng)所屬的負(fù)載區(qū);然后,按照DG接入前后所屬負(fù)載區(qū)的不同,分析產(chǎn)生原因,形成不同的DG并網(wǎng)場(chǎng)景,為DG的線損分?jǐn)傇O(shè)置不同的獎(jiǎng)懲系數(shù),修正潮流追蹤算法求得的DG線損分?jǐn)傠娏?從而激勵(lì)DG往降損方向發(fā)展;最終以實(shí)例計(jì)算驗(yàn)證所提方法的合理性。
1 配電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)域的確定
1.1 配電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行時(shí)間
變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行是指在確保供電安全可靠及滿足供電量需求的基礎(chǔ)上,對(duì)變壓器進(jìn)行合理配置,充分發(fā)揮變壓器功能,使得損耗最小的運(yùn)行方式[16]。但實(shí)際配電網(wǎng)損耗包括變壓器損耗和線路損耗兩部分,且在中低壓配電網(wǎng)中,線路損耗在配電網(wǎng)損耗中占有極其重要的一部分,不可忽略。而且,配電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行是實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)節(jié)能降損的重要保證[17]。因而本文引入了配電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行時(shí)間的概念。
配電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行時(shí)間是指配電網(wǎng)供電量一定的情況下,配電網(wǎng)網(wǎng)損最低時(shí)所對(duì)應(yīng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行時(shí)間,這是與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行負(fù)荷Sec相對(duì)應(yīng)的概念。為求配電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行時(shí)間,需先建立配電網(wǎng)網(wǎng)損與運(yùn)行時(shí)間的函數(shù)。本文采用等值電阻法[18],將配電網(wǎng)線路電阻和變壓器電阻等值為配電網(wǎng)電阻,利用流經(jīng)該配電網(wǎng)的總有功和無(wú)功電量折算總均方根電流,進(jìn)而求解該配電網(wǎng)的等值電能損耗。
配電網(wǎng)的損耗隨配電網(wǎng)運(yùn)行負(fù)荷的改變而改變,配電網(wǎng)的網(wǎng)損由兩部分組成:一部分是配電網(wǎng)的配電變壓器的鐵芯上的損耗,即固定損耗(鐵耗);另一部分是電流流過(guò)配電線路和配電變壓器上的損耗,直接與配電網(wǎng)的運(yùn)行負(fù)荷相關(guān),即可變損耗(銅耗)。總損耗為兩者之和,計(jì)算公式如下:
(1)
把一天分成多個(gè)T時(shí)間段分別進(jìn)行計(jì)算(后文中取T=1 h),且在電網(wǎng)的計(jì)量自動(dòng)化系統(tǒng)中較容易采集到測(cè)量點(diǎn)在T時(shí)間段的電網(wǎng)供電量Ws,為方便計(jì)算,將式(1)中的功率SL以電量Ws等效替代。式(1)中SL為計(jì)算期t時(shí)間段內(nèi)的平均運(yùn)行負(fù)荷,即SL=Ws/t。因此,式(1)的第二項(xiàng)可簡(jiǎn)化為:
(2)
式中:Ws為供電時(shí)間t內(nèi)電網(wǎng)的供電量。
結(jié)合式(1)和式(2),在系統(tǒng)供電量Ws=SLt一定時(shí),配電網(wǎng)總網(wǎng)損的計(jì)算公式可修改為:
(3)
將式(3)的配電網(wǎng)總網(wǎng)損對(duì)t求導(dǎo),令其為0,則當(dāng)配電網(wǎng)網(wǎng)損取最小值時(shí),其對(duì)應(yīng)的最佳運(yùn)行時(shí)間,即配電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行時(shí)間為:
(4)
當(dāng)某段時(shí)間內(nèi)已知的是配電網(wǎng)的有功供電量Wp和功率因數(shù)cosφ時(shí),上式可改寫(xiě)為:
(5)
(6)
DG并網(wǎng)前后配電網(wǎng)供電量Wp與配電網(wǎng)等值電阻Req分別作如下處理。
1)DG并網(wǎng)前
Wp即為配電網(wǎng)電源側(cè)的供電量大小;配電網(wǎng)等值電阻Req的求解參考文獻(xiàn)[19]。
2)DG并網(wǎng)后
DG接入后,由于系統(tǒng)負(fù)荷需求變化仍與并網(wǎng)前相同,而DG并網(wǎng)位置及并網(wǎng)容量的變化會(huì)時(shí)刻改變著配電網(wǎng)原有發(fā)電機(jī)出力。為計(jì)算簡(jiǎn)便,本文提出以下幾點(diǎn)假設(shè):①配電網(wǎng)的線損率較低,認(rèn)為配電網(wǎng)的供電量近似等于系統(tǒng)負(fù)荷消耗電量之和;②忽略DG接入對(duì)配電網(wǎng)電壓的影響。故某一時(shí)間段內(nèi)含DG的配電網(wǎng)供電量等于該時(shí)間段內(nèi)配電網(wǎng)的有功負(fù)荷曲線同DG有功出力曲線與橫軸圍成的面積之差。
另外,由于DG的出力間斷且不穩(wěn)定,DG發(fā)電量不一定時(shí)時(shí)刻刻與升壓配電變壓器容量成正比,所以不能像普通用戶一樣按照配電變壓器容量“分享”總均方根電流。因而,本文采用等效容量法計(jì)算含DG的配電網(wǎng)等效電阻。等效容量指DG出力同配電網(wǎng)中其余配電變壓器容量相比較產(chǎn)生的一種等效值。DG根據(jù)此等效容量和其余配電變壓器一起參與分配首端均方根電流,所得值恰好等于DG本身均方根電流Iifs;而其余配電變壓器在分配首端均方根電流時(shí)也將考慮DG等效容量。
設(shè)配電網(wǎng)T時(shí)間段內(nèi)首端均方根電流為Ijf0,記分布式電源等效容量為Ss,則根據(jù)等效容量定義,可通過(guò)式(7)計(jì)算Ss。
(7)
式中:m為配電變壓器的數(shù)量;Iifs為DG端口注入的均方根電流,可通過(guò)統(tǒng)計(jì)DG各個(gè)時(shí)間段的出力獲得,計(jì)算公式如式(8)所示。
(8)
從而考慮DG并網(wǎng)后的配電線路等值電阻RL和配電變壓器線圈等值電阻RT分別為:
(9)
(10)
Req=RL+RT
(11)
式中:Si為第i臺(tái)配電變壓器的額定容量;ΔPki為第i臺(tái)配電變壓器的額定負(fù)載損耗;Rj為第j條配電線路的電阻;mj為第j條配電線路后面掛的配電變壓器臺(tái)數(shù)(此處把DG等效容量Ss當(dāng)做其中一個(gè)配電變壓器);n為全網(wǎng)配電線路數(shù)目。
1.2 配電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)域
根據(jù)式(5)可以求得DG接入前后配電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行時(shí)間tec,如圖1所示。但由于配電網(wǎng)負(fù)荷時(shí)刻發(fā)生變化，且當(dāng)DG接入后,其出力也會(huì)隨天氣、日照和溫度的變化而變化,具有波動(dòng)性和不規(guī)則性,這樣讓配電網(wǎng)運(yùn)行在某一個(gè)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行點(diǎn)顯然是不合理的,不具有現(xiàn)實(shí)意義。因而本文提出了“定ΔW法”的配電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)域的確定方法。
該法主要通過(guò)給定系統(tǒng)所允許的“趨優(yōu)網(wǎng)損差值ΔW”來(lái)確定配電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)間,其中ΔW表示區(qū)間內(nèi)各運(yùn)行點(diǎn)處的網(wǎng)損值相對(duì)最佳經(jīng)濟(jì)運(yùn)行點(diǎn)的理論最小網(wǎng)損Wmin的增量,取值可以由下式確定:
ΔW=θWmin
(12)
式中:θ稱為“趨優(yōu)代價(jià)”,用來(lái)表征該區(qū)間內(nèi)各運(yùn)行點(diǎn)處的網(wǎng)損值相對(duì)最佳經(jīng)濟(jì)運(yùn)行點(diǎn)的理論最小網(wǎng)損Wmin的最大增量的百分比,且θ的取值根據(jù)具體節(jié)能需求可人為設(shè)定,一般在3%～5%之間變化。顯然,當(dāng)θ足夠小時(shí)則可認(rèn)為系統(tǒng)處于令人“滿意”的或者是較為經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行狀態(tài)。
圖1 系統(tǒng)供電量為Ws時(shí)的配電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)域劃分Fig.1 Classification of economical operation range fordistribution network when system power supply is Ws
若配電網(wǎng)該時(shí)間段實(shí)際運(yùn)行時(shí)間T∈[t1,t2],則表明該配電網(wǎng)處于經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)域,負(fù)荷大小與電網(wǎng)設(shè)備相匹配,配電網(wǎng)損耗較低,經(jīng)濟(jì)效益最佳。
若配電網(wǎng)該時(shí)間段實(shí)際運(yùn)行時(shí)間T∈[0,t1],則表明該配電網(wǎng)處于重載區(qū),負(fù)荷過(guò)重,導(dǎo)致實(shí)際運(yùn)行時(shí)間在經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)域以下,配電網(wǎng)損耗也相對(duì)較高。
若配電網(wǎng)該時(shí)間段實(shí)際運(yùn)行時(shí)間T∈[t2,∞],則該配電網(wǎng)處于輕載區(qū),負(fù)荷與配電網(wǎng)設(shè)備不相匹配,配電網(wǎng)投入資源過(guò)多,有所浪費(fèi),損耗也較高。
2 考慮配電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行時(shí)間的線損分?jǐn)偰Ｐ?/h2>
本文在潮流追蹤算法計(jì)算DG網(wǎng)損分?jǐn)偭康幕A(chǔ)上,綜合考慮DG接入對(duì)配電網(wǎng)線損和負(fù)載率造成的影響,將配電網(wǎng)分為輕載區(qū)、經(jīng)濟(jì)區(qū)及重載區(qū),分析DG接入前后配電網(wǎng)所處負(fù)載區(qū)間發(fā)生變化的原因,形成不同的DG并網(wǎng)運(yùn)行場(chǎng)景,并針對(duì)各個(gè)場(chǎng)景提出相應(yīng)的線損分?jǐn)偑?jiǎng)懲措施,以此來(lái)量化DG接入之后對(duì)配電網(wǎng)的影響,為DG的并網(wǎng)規(guī)劃提供有效依據(jù),激勵(lì)DG往降損方向發(fā)展。
2.1 潮流追蹤算法
潮流追蹤法是電力市場(chǎng)中一種重要的網(wǎng)損分?jǐn)偡椒?它根據(jù)節(jié)點(diǎn)功率比例分配原則求解每個(gè)節(jié)點(diǎn)的注入功率是如何在功率流出支路上分配的問(wèn)題[4]。由于網(wǎng)損是發(fā)電機(jī)和負(fù)荷共同造成的,本著“誰(shuí)使用誰(shuí)支付”的原則,雙方應(yīng)共同承擔(dān)配電網(wǎng)產(chǎn)生的損耗,根據(jù)順流和逆流追蹤技術(shù)使負(fù)荷和發(fā)電機(jī)各承擔(dān)一半的網(wǎng)損。本文根據(jù)潮流追蹤將線損分給DG、供電公司和用戶,具體算法步驟詳見(jiàn)文獻(xiàn)[4],線損分?jǐn)偨Y(jié)果將為下文線損分?jǐn)偭康男拚c對(duì)比分析奠定基礎(chǔ)。
2.2 DG并網(wǎng)運(yùn)行場(chǎng)景分析
根據(jù)第1節(jié)的分析計(jì)算,可以得到DG并網(wǎng)前后配電網(wǎng)所處的運(yùn)行區(qū)間。針對(duì)并網(wǎng)前后配電網(wǎng)所處運(yùn)行區(qū)間發(fā)生變化的現(xiàn)象,本文具體分析其變化原因,并形成相應(yīng)的DG并網(wǎng)運(yùn)行場(chǎng)景,為后文線損分?jǐn)偑?jiǎng)懲措施的制定提供理論基礎(chǔ)。DG并網(wǎng)運(yùn)行場(chǎng)景分析結(jié)果如表1所示。
表1 DG并網(wǎng)運(yùn)行場(chǎng)景分析Table 1 Analysis of operation scenes of distribution network connected with DG
上述DG并網(wǎng)運(yùn)行場(chǎng)景的定義如下。
場(chǎng)景1:DG并網(wǎng)前,配電網(wǎng)處于重載狀態(tài),DG的接入提高了配電網(wǎng)總有功出力,緩解了負(fù)荷需求壓力,轉(zhuǎn)為經(jīng)濟(jì)區(qū)運(yùn)行。
場(chǎng)景2:原配電網(wǎng)處于經(jīng)濟(jì)運(yùn)行狀態(tài),DG的接入導(dǎo)致配電變壓器負(fù)載率降低,使得系統(tǒng)原有功出力和配電設(shè)備得不到充分利用,偏離經(jīng)濟(jì)區(qū)運(yùn)行。
場(chǎng)景3:針對(duì)原配電網(wǎng)重載運(yùn)行的情況,大量DG并網(wǎng),導(dǎo)致配電網(wǎng)原有線路輸送功率大幅度減小,直接從重載區(qū)轉(zhuǎn)為輕載區(qū)運(yùn)行。
由于DG投建規(guī)劃中會(huì)綜合考慮系統(tǒng)原有功出力以及區(qū)域負(fù)荷需求等因素,一般不會(huì)出現(xiàn)場(chǎng)景3,因而在后文具體線損分?jǐn)傊写藞?chǎng)景不予以考慮。而針對(duì)場(chǎng)景1和場(chǎng)景2,DG并網(wǎng)前后配電網(wǎng)所處運(yùn)行區(qū)間發(fā)生了巨大改變,在線損分?jǐn)傊袘?yīng)重點(diǎn)關(guān)注。
2.3 線損分?jǐn)偭康男拚?jì)算
為合理評(píng)估DG接入配電網(wǎng)所帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益,掌握其對(duì)配電網(wǎng)及配電網(wǎng)線損的影響,并將影響合理地體現(xiàn)在線損分?jǐn)傊?本文在潮流追蹤計(jì)算DG線損分?jǐn)偭康幕A(chǔ)上,分別針對(duì)場(chǎng)景1和場(chǎng)景2對(duì)DG線損分?jǐn)偺岢鱿鄳?yīng)的獎(jiǎng)懲措施。其中,針對(duì)場(chǎng)景1,配電網(wǎng)在DG并網(wǎng)后由重載狀態(tài)轉(zhuǎn)為經(jīng)濟(jì)運(yùn)行狀態(tài),理應(yīng)對(duì)此場(chǎng)景下運(yùn)行的DG給予一定的獎(jiǎng)勵(lì);相反,場(chǎng)景2中,DG并網(wǎng)后的配電網(wǎng)偏離經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)間運(yùn)行,配電網(wǎng)線損變化或許不明顯,但會(huì)導(dǎo)致配電網(wǎng)原有出力大幅度降低,有可能出現(xiàn)線損率高于并網(wǎng)前的狀況,為激勵(lì)DG向降損方向發(fā)展,促進(jìn)含DG配電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)高效運(yùn)行,應(yīng)對(duì)此場(chǎng)景下的DG進(jìn)行懲罰。
假設(shè)一天時(shí)間內(nèi),DG運(yùn)行在場(chǎng)景1的小時(shí)數(shù)為a,運(yùn)行在場(chǎng)景2的小時(shí)數(shù)為b,即DG應(yīng)受到獎(jiǎng)勵(lì)的小時(shí)數(shù)為a,受到懲罰的小時(shí)數(shù)為b。本文將獎(jiǎng)懲系數(shù)H定義為:
(13)
式中:c為獎(jiǎng)勵(lì)或懲罰的小時(shí)數(shù),當(dāng)對(duì)DG進(jìn)行獎(jiǎng)勵(lì)時(shí),取a,對(duì)DG進(jìn)行懲罰時(shí),取b;r為根據(jù)專家經(jīng)驗(yàn)制定的獎(jiǎng)懲力度系數(shù),其表征獎(jiǎng)勵(lì)或懲罰的力度。具體實(shí)施過(guò)程中,r的取值可根據(jù)供電公司與DG用戶協(xié)商后制定。為激勵(lì)DG往增加經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)域的方向發(fā)展,即增加獎(jiǎng)勵(lì)小時(shí)數(shù),減小懲罰小時(shí)數(shù),決策者可針對(duì)獎(jiǎng)勵(lì)(或懲罰)小時(shí)數(shù)的大小進(jìn)行不同層級(jí)的獎(jiǎng)懲激勵(lì),獎(jiǎng)懲力度系數(shù)r的取值可參考表2。
表2 獎(jiǎng)懲力度系數(shù)的取值Table 2 Values of coefficients of rewards and punishment
假設(shè)根據(jù)潮流追蹤算法求得在一天中第i小時(shí)的DG應(yīng)分?jǐn)偟木€損電量為Xi,則根據(jù)本分?jǐn)偡桨傅姆治龊?第i小時(shí)DG應(yīng)分?jǐn)偟木€損電量Yi應(yīng)為:
(14)
(15)
Yi>0,表明此時(shí)間段DG的接入將要承擔(dān)大小為Yi的線損量;Yi<0,表明此時(shí)間段DG的接入促進(jìn)了配電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行,對(duì)其進(jìn)行獎(jiǎng)勵(lì),補(bǔ)償DG大小為Yi的線損量。
最后,依據(jù)式(15)可疊加計(jì)算得到一天(或一個(gè)月)DG應(yīng)分?jǐn)偟木W(wǎng)損電量。
3 實(shí)例分析
以某地區(qū)實(shí)際運(yùn)行的中壓配電網(wǎng)線路為例,應(yīng)用文中模型對(duì)分布式電源應(yīng)分?jǐn)偟木€損進(jìn)行計(jì)算分析,其中該配電網(wǎng)線路電壓等級(jí)為10 kV,功率因數(shù)取0.95,共有22個(gè)節(jié)點(diǎn)、23條線路、9個(gè)變壓器,具體的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D如圖2所示。經(jīng)過(guò)整理得到模型中線路參數(shù)和變壓器分別如附錄A表A1和表A2所示。本案例假設(shè)在節(jié)點(diǎn)11處接入額定容量為600 kW、功率因數(shù)為0.95的分布式光伏電源。
圖2 某中壓配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱DFig.2 Network topology of a medium voltage distribution network
以典型日為例,通過(guò)收集上述中壓配電網(wǎng)和分布式光伏電源典型日的相關(guān)負(fù)荷數(shù)據(jù),并對(duì)其進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,取1 h為一個(gè)時(shí)間段進(jìn)行分析,得到如表3所示各微時(shí)段的配電網(wǎng)負(fù)荷有功出力和DG有功出力,其中,1～6 h和19～24 h的光照強(qiáng)度較弱,實(shí)測(cè)光伏出力近似為0。
表3 DG接入前后中壓配電網(wǎng)運(yùn)行區(qū)間判斷Table 3 Judgement of operation range for medium voltage distribution network before and after access of DG
根據(jù)第1節(jié)介紹的配電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)域確定方法得到一天(24 h)內(nèi)DG并網(wǎng)前后該中壓配電網(wǎng)所處的負(fù)載區(qū)間,具體結(jié)果見(jiàn)表3。
分析表3可得到如下結(jié)論。
1)該配電網(wǎng)一天內(nèi)存在3 h從經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)間偏離到輕載區(qū)間,即第7～9 h,原本中壓配電網(wǎng)負(fù)荷就較低,投入了光伏電源后電網(wǎng)的出力進(jìn)一步降低,導(dǎo)致原有配電網(wǎng)的有功出力和配電設(shè)備不能得到有效的利用,線損雖然有所減小,但是線損率由DG并網(wǎng)前的1.27%,1.25%,1.24%變?yōu)椴⒕W(wǎng)后的1.42%,1.63%,2.29%,線損率有所上升。
2)該配電網(wǎng)一天內(nèi)存在1 h由重載區(qū)轉(zhuǎn)為經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)間,即第12 h,原配電網(wǎng)負(fù)荷比較重,處于重載運(yùn)行狀態(tài),投入了光伏電源后電網(wǎng)的出力有所降低,從原本的重載運(yùn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟(jì)運(yùn)行狀態(tài),改善了配電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài),配電網(wǎng)損耗也由原來(lái)的11.02 kW降為DG并網(wǎng)后的8.68 kW,與理論分析相符。
因而,在第7～9 h,DG運(yùn)行在場(chǎng)景2,理應(yīng)對(duì)此場(chǎng)景下的DG進(jìn)行懲罰,懲罰的小時(shí)數(shù)b=3,表征獎(jiǎng)勵(lì)或懲罰力度的獎(jiǎng)懲力度系數(shù)rb=2;同理,在12 h,DG運(yùn)行在場(chǎng)景1,應(yīng)對(duì)此場(chǎng)景下的DG進(jìn)行獎(jiǎng)勵(lì),獎(jiǎng)勵(lì)的小時(shí)數(shù)a=1,獎(jiǎng)懲力度系數(shù)ra=1。根據(jù)式(13)可知,本算例中的獎(jiǎng)懲系數(shù)H為:
(16)
接下來(lái),在潮流追蹤法的基礎(chǔ)上,根據(jù)式(14)對(duì)各時(shí)段DG應(yīng)分?jǐn)偟木€損量進(jìn)行修正,附錄A表A3為各微時(shí)段兩種方法計(jì)算的DG具體線損分?jǐn)偨Y(jié)果。如附錄A表A3所示,在第7～9 h,DG線損分?jǐn)偭糠謩e由潮流追蹤法下的0.23,0.57,1.43 kW修正為0.29,0.71,1.79 kW;在第12 h,DG線損分?jǐn)偭坑?.73 kW修正為2.62 kW,說(shuō)明此時(shí)DG的投入有利于配電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行,在此時(shí)間段應(yīng)適當(dāng)鼓勵(lì)投入DG。
最終,根據(jù)微時(shí)段的時(shí)間疊加,得到兩種方法計(jì)算下的典型日DG網(wǎng)損分?jǐn)傠娏亢头謹(jǐn)偙壤?其中潮流追蹤法計(jì)算下的典型日DG線損分?jǐn)傠娏繛?8.58 kW·h,分?jǐn)偙壤秊?0.82%;而采用本文所提方法計(jì)算求得的DG應(yīng)分?jǐn)偟木€損電量為19.03 kW·h,分?jǐn)偙壤_(dá)11.08%,略大于潮流追蹤法。因?yàn)樵诒舅憷Ｐ椭?需要懲罰的時(shí)間為3 h,大于需要獎(jiǎng)勵(lì)的時(shí)間1 h,故總體而言應(yīng)懲罰DG,使其多分?jǐn)偩W(wǎng)損,符合電力市場(chǎng)的經(jīng)濟(jì)激勵(lì)機(jī)制要求。
綜上所述,本文所提線損分?jǐn)偰Ｐ头治隽薉G接入對(duì)配電網(wǎng)負(fù)載率的影響,通過(guò)判斷DG影響配電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的程度,進(jìn)而可有針對(duì)性地采取一定的獎(jiǎng)懲措施,該方法可提供電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的信號(hào),為含DG配電網(wǎng)建立有效的經(jīng)濟(jì)激勵(lì)機(jī)制;另一方面,DG線損分?jǐn)偨Y(jié)果可衡量DG的并網(wǎng)經(jīng)濟(jì)效益,激勵(lì)DG并網(wǎng)向降損方向發(fā)展,指導(dǎo)DG的并網(wǎng)規(guī)劃。
4 結(jié)語(yǔ)
本文在潮流追蹤法分?jǐn)偩W(wǎng)損的基礎(chǔ)上,針對(duì)DG的接入,考慮配電網(wǎng)運(yùn)行區(qū)域的變化建立線損分?jǐn)偰Ｐ?引入配電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行時(shí)間的概念,并設(shè)計(jì)了基于等值電阻法求解配電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行時(shí)間的方法。其中,含DG配電網(wǎng)等值電阻采用等值容量法求解,從而確定各時(shí)間段DG并網(wǎng)前后配電網(wǎng)所處運(yùn)行區(qū)域。分析了DG接入前后配電網(wǎng)所屬區(qū)域的不同,形成相應(yīng)的DG并網(wǎng)運(yùn)行場(chǎng)景,并對(duì)各場(chǎng)景下運(yùn)行的DG采取一定的獎(jiǎng)懲措施,以此量化DG接入對(duì)配電網(wǎng)負(fù)載率的影響,符合含DG配電網(wǎng)線損合理化分?jǐn)偟囊蟆?/p>
綜上,考慮DG接入影響配電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行時(shí)間的線損分?jǐn)偰Ｐ筒粌H繼承了潮流追蹤法分?jǐn)偩W(wǎng)損的優(yōu)點(diǎn),還綜合考慮了配電網(wǎng)潮流分布與DG接入影響配電網(wǎng)所處運(yùn)行區(qū)域的情況,線損分?jǐn)偨Y(jié)果既可真實(shí)地體現(xiàn)DG的并網(wǎng)經(jīng)濟(jì)效益,激勵(lì)DG向降損方向發(fā)展,為DG的投建規(guī)劃提供指導(dǎo)依據(jù);同時(shí)也有利于建立電力市場(chǎng)的經(jīng)濟(jì)激勵(lì)機(jī)制。以某地區(qū)實(shí)際運(yùn)行的線路為例進(jìn)行分析,驗(yàn)證了模型的合理性,具有潛在的推廣價(jià)值。
值得思考的是,本文所提的獎(jiǎng)懲措施是一種簡(jiǎn)單易行的獎(jiǎng)懲方法,但該方法受人為制訂的獎(jiǎng)懲力度系數(shù)r取值影響較大,可能會(huì)引起供電公司與DG用戶的爭(zhēng)議。因此,如何設(shè)置一個(gè)更公平、合理、能被普遍接受的獎(jiǎng)懲措施是下一步需要研究的內(nèi)容之一。
附錄見(jiàn)本刊網(wǎng)絡(luò)版(http://www.aeps-info.com/aeps/ch/index.aspx)。
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