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摘要：介绍了分布式发电及其对配电网规划的影响，分析了现在含分布式发电的配电网规划的研究现状，重点讨论了存在的一些问题，提出未来电力系统的发展趋势是集中式发电和分布式发电优势互补，共同提供优质、安全、稳定的电源。
关键词：分布式发电；配电网规划
中图分类号：F407文献标识码： A
引言
目前，随着不可再生能源的逐渐衰竭以及各国对环境保护问题的重视，分布式发电（DG，distrib-uted generation）作为一种新型的发电和能源综合利用方式得到了广泛的研究。另外，集中发电、远距离输电和大电网互联的电力系统存在的弊端，如不能灵活跟踪负荷的变化、局部事故极易扩散并导致大面积停电等，也需要分布式发电来弥补其不足。分布式发电是指直接接在配电网中向用户供电的小型发电装置，其具有模块化、低投资成本、环境友好、建设周期短等特点。目前全球分布式发电技术发展速度很快，其中比较成熟的是小水电技术、太阳能光伏发电技术和风力发电技术。其他的如生物质能发电技术、燃料电池发电技术、海洋能发电技术、地热发电技术等也在不断发展中。合理地在配电网中配置分布式发电设备可以起到减少网络损耗、改善电压水平、提高系统效率和稳定性以及减轻环境污染等作用，同时还可以避免或延缓为了暂时的峰荷而建造发电厂、扩建或新建变电站、改造线路等矛盾；但如果其配置不合理将会造成负面影响，如电压闪变、短路电流增大、继电保护误动等。因此，确定分布式发电在配电网中的容量和位置对最大化分布式发电的效益是非常重要的。
1国内分布式发电现状
我国分布式发电系统正处于起步阶段，国内一些科研单位、学校、企业正在对此进行积极研究，降低成本提高利用效率。随着技术的进步，分布式发电将作为集中式发电的一个重要补充，并将在能源综合利用领域占据十分重要的位置。截至2012年6月底，国家电网公司经营区域内接入35 kV及以下电压等级的分布式电源总数约为1.56万个，总装机容量达到3436万kW，总发电量1033亿kWh，平均年利用小时数为3006 h。现实生活中，DG的运行特性、用户需求情况和电网建设情况决定了分布式发电的建设价值。分布式发电的大规模接入将从监测、保护、控制、调度等多方面对现有配电网进行考验。由于基本现实数据的缺乏，理论模型中运营状态、维护成本、外部因素等诸多关键数据无法获得，使分析出來的数据不能完全反映客观实际，导致理论与实践的脱节，这也在一定程度上限制了DG的应用发展。随着社会经济的快速发展，分布式发电将在社会生活中起到越来越重要的作用，分布式发电并入配电网络将成为以后电网建设的重要内容。
2分布式发电对配电网运行的影响
（1）对电能质量的影响。
配电网中接入DG会产生各种扰动，对电能质量产生的影响主要表现在以下两个方面：电压闪烁和谐波。当分布式电源本身为一个谐波源或DG经逆变器等电力电子设备并入配电网将对电网注入各种谐波，造成谐波污染。
（2）对配电网损耗、潮流的影响。
第一，系统中每个DG的输出量都小于该节点的负荷量，将减少配电网损耗第二，系统中部分DG出力大于所在节点负荷量，但系统DG的总输出量小于整个系统中的负荷量；可能系统中某些线路损耗增高，但系统总损耗下降。第三，系统中DG总额定输出大于总负荷量。若DG的总出力小于总负荷量的两倍，损耗情况跟2相似，否则整个系统损耗将出现比不带DG时还多。
3分布式发电对配电网规划的影响
系统的复杂性和随机性将随着DG的大量并网运行而大大增加，由于传统的规划方法对规划中客观存在的难以定量表达的随机性因素缺乏合理的处理方法，DG的规划问题不能用传统的配电网规划方法来解决，主要表现在以下几个方面。
（1）电力系统的负荷预测、规划和运行将由于分布式发电的出现而出现更多的不确定因素。
（2）DG的大量引入将对传统的配电网规划中复合增长测算，发电机节点增量预测产生重大影响，对从所有可能的网络结构进行最优的网络布置方案（即使得配电网投资成本、维护成本和电能损耗最小的方案）的选取提出新的挑战。
（3）配电系统中大量DG的引入，必然对电网结构和运行状态产生深远影响，改变原有的单向电源馈电潮流特性，并引出包括无功平衡、电压调整和继电保护等配电网综合性问题。
4含分布式电源的配电网规划
配电网规划的主要内容是根据规划期间（如5～20 a）内的负荷预测结果和现有的网络结构确定最优的系统建设和改造方案，在满足负荷增长和系统安全稳定运行的情况下，使配电网的建设和运行费用降到最低。配电网规划在数学上是一个优化问题的求解过程，含分布式电源的配电网规划在常规配网规划的基础上需记及分布式电源接入的位置和容量对目标函数的影响。常用的目标函数包括投资成本最小化、网损最小化和电压稳定度最大化等。
（1）以投资成本最小化为目标函数
投资成本最小化的目标函数可表示为：
其中，n为规划方案中可选的DG节点总数，Pi为第i个节点上的分布式电源的容量，cil为第i个节点所安装DG单位容量的设备综合成本，ci2为第i个节点所安装DG的安装成本。
（2）以网损最小化为目标函数
某个节点接入分布式电源后，网络损耗可表示为：
其中，Il为接入配电线路的电流，r为接入线路的单位电阻，L为负荷到变电站之间的距离；Ig为分布式电源提供的电流，G为分布式电源到变电站之间的距离。可以看出，分布式电源的接入后，网损的大小与DG的容量和接入位置有关。
因此，考虑系统网损最小化的目标函数可表示为：
其中，n为规划方案中可选的DG节点总数，Plossi为第i条支路的网损。
（3）以电压稳定度最大为目标函数
DG的并网对电压质量的提升有一定的帮助。在以电压稳定度最大为目标的规划中，电压指标采用以下公式进行计算：
其中，Lj为支路ij的电压稳定指标，Pij和Qij分别为支路ij上的有功功率和无功功率；R、X分别为直流ij的电阻值和电抗值；Vi为支路ij首段节点i上的电压幅值。
则系统规划的目标函数为：
定义L为配网所有支路中电压稳定指标最大者。
其中，b为配网支路数。
则电压稳定度最大的目标函数可表示为:
m inU=m inL
上述三种目标函数均需满足一定的约束条件，包括等式约束和不等式约束。等式约束主要是潮流约束：
其中，PGi为i节点上配网现有的发电机有功出力，PDi为i节点上新接入的分布式电源有功出力，PLi为线路i的有功负荷，同理，QGi、QDi、QLi则分别为节点i上配网现有的发电机无功出力，新接入的分布式电源的无功出力和线路i上的无功功率负荷。Ui和Uj分别为支路ij首末端的电压幅值。Gij为支路ij的电导值，Bij为支路ij的电纳值，δij为支路首段节点i和末端节点j的电压相角差。
不等式约束包括电压幅值限制、支路最大功率限制、DG出力限制和旋转备用容量约束：
含DG的配网规划本质上是一个多目标大规模的优化问题，因此，数学上的优化算法广泛的应用于含DG的规划上，包括以线性规划方法、分支定界法等为代表的经典优化算法和以遗传算法、模拟退火算法、蚁群算法为代表的启发式优化算法。一般来说，经典优化算法收敛的精度要高于启发式算法，但经典优化算法求解过程复杂且依赖于所建立模型的准确性，而启发式算法计算速度较快，且精度也有一定的保证，因此，工程上多采用启发式算法进行规划问题的求解。
结束语
分布式发电具有独立性，可作为集中发电大电网中的重要补充，输配电损耗低，调峰性能好，是电力行业的重大技术改革。
参考文献
[1]王志群,朱守真,周双喜,等.分布式发电接入位置和注入容量限制的研究[J].电力系统及其自动化学报,2012,17(1):53-58
[2]陈海焱,陈金富,杨雄平,等.配电网中计及短路电流约束的分布式发电规划[J].电力系统自动化,2011,21(5):18-20
关键词：分布式发电；配电网规划
中图分类号：F407文献标识码： A
引言
目前，随着不可再生能源的逐渐衰竭以及各国对环境保护问题的重视，分布式发电（DG，distrib-uted generation）作为一种新型的发电和能源综合利用方式得到了广泛的研究。另外，集中发电、远距离输电和大电网互联的电力系统存在的弊端，如不能灵活跟踪负荷的变化、局部事故极易扩散并导致大面积停电等，也需要分布式发电来弥补其不足。分布式发电是指直接接在配电网中向用户供电的小型发电装置，其具有模块化、低投资成本、环境友好、建设周期短等特点。目前全球分布式发电技术发展速度很快，其中比较成熟的是小水电技术、太阳能光伏发电技术和风力发电技术。其他的如生物质能发电技术、燃料电池发电技术、海洋能发电技术、地热发电技术等也在不断发展中。合理地在配电网中配置分布式发电设备可以起到减少网络损耗、改善电压水平、提高系统效率和稳定性以及减轻环境污染等作用，同时还可以避免或延缓为了暂时的峰荷而建造发电厂、扩建或新建变电站、改造线路等矛盾；但如果其配置不合理将会造成负面影响，如电压闪变、短路电流增大、继电保护误动等。因此，确定分布式发电在配电网中的容量和位置对最大化分布式发电的效益是非常重要的。
1国内分布式发电现状
我国分布式发电系统正处于起步阶段，国内一些科研单位、学校、企业正在对此进行积极研究，降低成本提高利用效率。随着技术的进步，分布式发电将作为集中式发电的一个重要补充，并将在能源综合利用领域占据十分重要的位置。截至2012年6月底，国家电网公司经营区域内接入35 kV及以下电压等级的分布式电源总数约为1.56万个，总装机容量达到3436万kW，总发电量1033亿kWh，平均年利用小时数为3006 h。现实生活中，DG的运行特性、用户需求情况和电网建设情况决定了分布式发电的建设价值。分布式发电的大规模接入将从监测、保护、控制、调度等多方面对现有配电网进行考验。由于基本现实数据的缺乏，理论模型中运营状态、维护成本、外部因素等诸多关键数据无法获得，使分析出來的数据不能完全反映客观实际，导致理论与实践的脱节，这也在一定程度上限制了DG的应用发展。随着社会经济的快速发展，分布式发电将在社会生活中起到越来越重要的作用，分布式发电并入配电网络将成为以后电网建设的重要内容。
2分布式发电对配电网运行的影响
（1）对电能质量的影响。
配电网中接入DG会产生各种扰动，对电能质量产生的影响主要表现在以下两个方面：电压闪烁和谐波。当分布式电源本身为一个谐波源或DG经逆变器等电力电子设备并入配电网将对电网注入各种谐波，造成谐波污染。
（2）对配电网损耗、潮流的影响。
第一，系统中每个DG的输出量都小于该节点的负荷量，将减少配电网损耗第二，系统中部分DG出力大于所在节点负荷量，但系统DG的总输出量小于整个系统中的负荷量；可能系统中某些线路损耗增高，但系统总损耗下降。第三，系统中DG总额定输出大于总负荷量。若DG的总出力小于总负荷量的两倍，损耗情况跟2相似，否则整个系统损耗将出现比不带DG时还多。
3分布式发电对配电网规划的影响
系统的复杂性和随机性将随着DG的大量并网运行而大大增加，由于传统的规划方法对规划中客观存在的难以定量表达的随机性因素缺乏合理的处理方法，DG的规划问题不能用传统的配电网规划方法来解决，主要表现在以下几个方面。
（1）电力系统的负荷预测、规划和运行将由于分布式发电的出现而出现更多的不确定因素。
（2）DG的大量引入将对传统的配电网规划中复合增长测算，发电机节点增量预测产生重大影响，对从所有可能的网络结构进行最优的网络布置方案（即使得配电网投资成本、维护成本和电能损耗最小的方案）的选取提出新的挑战。
（3）配电系统中大量DG的引入，必然对电网结构和运行状态产生深远影响，改变原有的单向电源馈电潮流特性，并引出包括无功平衡、电压调整和继电保护等配电网综合性问题。
4含分布式电源的配电网规划
配电网规划的主要内容是根据规划期间（如5～20 a）内的负荷预测结果和现有的网络结构确定最优的系统建设和改造方案，在满足负荷增长和系统安全稳定运行的情况下，使配电网的建设和运行费用降到最低。配电网规划在数学上是一个优化问题的求解过程，含分布式电源的配电网规划在常规配网规划的基础上需记及分布式电源接入的位置和容量对目标函数的影响。常用的目标函数包括投资成本最小化、网损最小化和电压稳定度最大化等。
（1）以投资成本最小化为目标函数
投资成本最小化的目标函数可表示为：
其中，n为规划方案中可选的DG节点总数，Pi为第i个节点上的分布式电源的容量，cil为第i个节点所安装DG单位容量的设备综合成本，ci2为第i个节点所安装DG的安装成本。
（2）以网损最小化为目标函数
某个节点接入分布式电源后，网络损耗可表示为：
其中，Il为接入配电线路的电流，r为接入线路的单位电阻，L为负荷到变电站之间的距离；Ig为分布式电源提供的电流，G为分布式电源到变电站之间的距离。可以看出，分布式电源的接入后，网损的大小与DG的容量和接入位置有关。
因此，考虑系统网损最小化的目标函数可表示为：
其中，n为规划方案中可选的DG节点总数，Plossi为第i条支路的网损。
（3）以电压稳定度最大为目标函数
DG的并网对电压质量的提升有一定的帮助。在以电压稳定度最大为目标的规划中，电压指标采用以下公式进行计算：
其中，Lj为支路ij的电压稳定指标，Pij和Qij分别为支路ij上的有功功率和无功功率；R、X分别为直流ij的电阻值和电抗值；Vi为支路ij首段节点i上的电压幅值。
则系统规划的目标函数为：
定义L为配网所有支路中电压稳定指标最大者。
其中，b为配网支路数。
则电压稳定度最大的目标函数可表示为:
m inU=m inL
上述三种目标函数均需满足一定的约束条件，包括等式约束和不等式约束。等式约束主要是潮流约束：
其中，PGi为i节点上配网现有的发电机有功出力，PDi为i节点上新接入的分布式电源有功出力，PLi为线路i的有功负荷，同理，QGi、QDi、QLi则分别为节点i上配网现有的发电机无功出力，新接入的分布式电源的无功出力和线路i上的无功功率负荷。Ui和Uj分别为支路ij首末端的电压幅值。Gij为支路ij的电导值，Bij为支路ij的电纳值，δij为支路首段节点i和末端节点j的电压相角差。
不等式约束包括电压幅值限制、支路最大功率限制、DG出力限制和旋转备用容量约束：
含DG的配网规划本质上是一个多目标大规模的优化问题，因此，数学上的优化算法广泛的应用于含DG的规划上，包括以线性规划方法、分支定界法等为代表的经典优化算法和以遗传算法、模拟退火算法、蚁群算法为代表的启发式优化算法。一般来说，经典优化算法收敛的精度要高于启发式算法，但经典优化算法求解过程复杂且依赖于所建立模型的准确性，而启发式算法计算速度较快，且精度也有一定的保证，因此，工程上多采用启发式算法进行规划问题的求解。
结束语
分布式发电具有独立性，可作为集中发电大电网中的重要补充，输配电损耗低，调峰性能好，是电力行业的重大技术改革。
参考文献
[1]王志群,朱守真,周双喜,等.分布式发电接入位置和注入容量限制的研究[J].电力系统及其自动化学报,2012,17(1):53-58
[2]陈海焱,陈金富,杨雄平,等.配电网中计及短路电流约束的分布式发电规划[J].电力系统自动化,2011,21(5):18-20