划问题，并为解决含DG的配网规划问题提供了一种思路。
关键词: 分布式发电; 配电网络; 布点规划; 扩展规划 Distribution Network Planning Including Distributed Generation
WANG Min, DING Ming
(School of Electrical and Automation Engineering,Hefei Universityof Technology,
Hefei 230009, China)
Abstract: With gradually increasing proportion of distributed generation (DG) in power sys tem, traditional power system planning faces substantial challenges and new requ est. Two aspects of distribution planning containing DG are discussed in this pa per, which are DG's siting and sizing planning and distribution expansion planning. This paper presents a kind of thought way for planning distributed generatio n in distribution system.
Key words: distributed generation; distribution system; siti ng and sizing planning; expansion planning
1前言
分布式发电（distributed generation,DG ）指的是为了满足一些特殊用户的需求，支持已有的配电网的经济运行而设计和安装的在用户处或其附近的小型发电机组（一般小于30MW），或坐落在用户附近使得负荷的供电可靠性及电能质量都得到增强，或者由于就地应用热电联产使得效率得到提高的发电形式［1］。目前开发的分布式电源在减轻环境的污染，降低终端用户的费用等方面具有一定的优势，同时又具有高效性和灵活性的特点以及满足能源可持续发展的要求。因此随着DG的技术性能不断改善，成本进一步降低，其在电力系统中所占的比重逐步增长。DG与常规电力系统并网运行的趋势越来越明显，DG并网后对电力系统运行、控制、保护等各方面会产生一定影响［2］。
为了使DG可以在避免降低公共电网系统的电能质量、可靠性以及可控性的方式下运行，必须对DG在电网中的存在进行规划。当DG与大电网并联时，大规模的DG（通常为几十MW）一般与较高电压等级的电网（一级配电电压）相联，如35kV、110kV甚至更高。非常分散的居民、商业和工业用DG一般与当地配电电压级电网相联，如35kV、10kV和380/220V［2］。可以看出大部分的DG直接运行在配电网中，因此就有必要重点研究一下目前配网规划以及DG对配网规划所产生的影响。DG的存在使得配网规划不再只是单纯的、传统的电力系统规划，它使得电力系统规划与国家能源政策、可持续发展之间的联系更加紧密。本文分析了DG对配电系统规划的影响，重点讨论了包含DG的配电网规划的两个方面，即DG的布点规划和配电网扩展规划问题，它们都必须在考虑各种政策、技术、经济约束后，确定安装DG的最优方案并使方案的总成本最小。
2分布式电源对电力系统规划的影响
配电系统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［3］。配电网的规划问题是非常复杂的大规模的组合优化问题［3］。文献［4］中提到目前已经研究和采用的求解配网扩展规划的方法有线性规划法、非线性规划法、动态规划法、基于Bender分解的整数规划法、图论和网流法以及近年来提出的遗传算法、神经元网络算法和模拟退火算法等。文献［4］应用证据理论和多种群遗传结构对常规遗传算法作了改进，提出了一种计及非定量不确定性的扩展规划方法。文献［5］结合地理信息系统(GIS)的空间特性与人工智能(AI)方法的鲁棒性两者的优点，进行配电网络规划设计，较详细地论述了用于配网规划的智能决策支持系统(IDSS)的结构和组合。可以看出对于传统的配电网的规划问题的研究已经取得了一定的进展。
但是DG的出现给传统的配电网规划带来了实质性的挑战［6］，使得电网规划人员在选择最优方案时必须考虑由它所带来的影响，因此成为配网规划研究的一个焦点。DG给配网规划所带来的影响［6］包括以下几个方面：
首先DG的出现会使电力系统的负荷预测、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DG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DG虽然可以减少电能损耗，可以推迟或减少对电网升级的投资，但是如果DG的位置和规模不合适，反而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。因此为获得正确的决策，必须对DG的影响做出准确的评估。即最优化工具必须能够准确评估DG对所在电网的影响，给出DG的最优位置和规模，使得DG在电网的逐步渗 透过程中不会破坏电网运行的安全性和经济性。
其次配网规划一般考虑5~20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/低压节点不断出现，结果会增建一个或更多的变电所。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，使得在所有可能的网络结构中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）就更加困难。
最后对于想在配电网安装DG的用户或独立发电公司，他们与想维持系统现有的安全和质量水平不变的配电网公司之间存在一定的冲突。因为有大量DG接入配电系统并网运行，将对配电系统结构产生深刻影响。对大型发电厂和输电的依赖逐步减少，原有的单向电源馈电潮流特性发生了变化，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。为了维护电网的安全、优质运行，必须使DG能够接受调度，要实现这个目标，必须添置必要的电力电子设备，通过必要的控制和调节，将DG单元集成到现有的配电系统中，这不但需要改造现有的配电自动化系统，还要转变思想观念，由被动到主动（电压调整、保护政策、干扰和接口问题）地管理电网。
此外，DG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电源结构，如何协调和有效地利用各种类型的电源成为新出现的而且迫切需要解决的问题。因此DG的广泛应用，使得国家能源政策、能源规划等直接渗透到与DG有关的电力系统规划中，并影响规划的决策过程。
3包含分布式电源的电网规划研究
DG的大量渗透是最近几年以及未来一段时间的事情，除了在偏远或特殊的地区只有DG作为唯一的供电电源外，大部分选择DG的用户希望既能使用DG供电又可以由当地电网供电，或由它们同时供电，或把电网作为备用电源以提高供电的可靠性和灵活性。而电力系统为了提高系统的可靠性和安全性，希望可以对DG输出功率进行远方调度。因此电力系统设计和运行的经济及商业环境的变化使得配电网络必须考虑与DG的配合，当大量 的DG出现在规划方案中时，大量的随机变化使得系统的复杂性可怕地增加［7］。传统的规划方法没有充足的能力解决包含DG的规划问题，这主要是因为传统的规划方法都不同程度地将规划问题进行了简化，对于规划中客观存在的难以定量表达的不确定性因素缺乏较好的处理方法［4］。目前在包含DG的电网（主要是配电网）规划中需 要解决以下几个方面的问题：
(1)有些DG（主要是利用可再生能源发电的DG，如太阳能、风能）和传统发电厂相比其输出是经常波动的，且这种波动受气候等自然条件的影响，无法进行有效的调节，因此它们的输出能量具有明显的随机特性。有必要研究这类分布式能源随气象条件变化的规律和统计特性，建立相应的模型。
(2)在电力市场环境下，用户安装的分布式电源可能与电力负荷直接抵消，从而对整个电力 系统的负荷增长的模式产生影响，其结果是对电源的扩建规模和进度产生影响。因此，必须研究用户侧分布式电源对网侧负荷增长模式的影响。
(3)分布式电源的合理规模、布点以及电网扩展规划问题。研究传统的增容方法和非传统的 增容方法（如增装DG）的配合问题及其技术经济评价方法；研究电力系统可接受的分布式电源容量；研究在具有分布式电源供电的环境下中低压配电系统的优化规划问题；研究分布式电源对中低压配电系统可靠性的影响。
其中第三个方面是本文要讨论的主要方面，前两个方面是第三个方面研究的基础。近几年有些文献就有关DG的规划问题进行了研究，如文献［8］提出了当负荷增长使得系统需要增容时，系统规划人员在充分考虑系统的各种限制条件之后，在传统的增容方法和非传统的增容方法（如安装DG）中选出最佳组合方案使得总成本最小。文献［9］提出在配网规划中可以在充分比较建设变电所、升级电网以及安装DG之间的经济性后，综合利用DG、配网自动化（DA）以及负荷侧管理（DSM）各种手段来提高系统的容量和可靠
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