高比例分布式电源配电网中低压柔性互联协调规划

doi:10.11930/j.issn.1004-9649.202309007

中国电力 ›› 2024, Vol. 57 ›› Issue (8): 117-129.DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202309007

高比例分布式电源配电网中低压柔性互联协调规划

彭寒梅¹(), 尹棠¹(), 肖千皓¹(), 谭貌¹^,²(), 苏永新¹^,²(), 李辉¹^,²()

1. 湘潭大学自动化与电子信息学院，湖南湘潭　411105
2. 湖南省多能协同控制技术工程研究中心（湘潭大学），湖南湘潭　411105

收稿日期:2023-09-04 出版日期:2024-08-28 发布日期:2024-08-24
作者简介:彭寒梅（1979—），女，通信作者，博士，副教授，从事智能配电网规划及中低压柔性互联技术研究，E-mail：penghanmei8@163.com
尹棠（1995—），男，硕士研究生，从事智能配电网柔性互联技术及其规划研究，E-mail：1412395939@qq.com
肖千皓（1999—），男，硕士研究生，从事低压配电台区柔性互联优化运行研究，E-mail：1448781934@qq.com
谭貌（1981—），男，博士，教授，从事综合能源系统及其优化技术研究，E-mail：mr.tanmao@gmail.com
苏永新（1975—），男，博士，副教授，从事新能源系统及其优化、人工智能技术研究，E-mail：suyongxin@xtu.edu.cn
李辉（1974—），男，博士，讲师，从事智能配电网规划研究，E-mail：lihui7402@126.com
基金资助:
国家自然科学基金资助项目（51777179）；湖南省自然科学基金资助项目（2023JJ50241）。

Coordinated Planning of Medium-Voltage and Low-Voltage Flexible Interconnection for Distribution Networks with High Proportion of Distributed Generation

Hanmei PENG¹(), Tang YIN¹(), Qianhao XIAO¹(), Mao TAN¹^,²(), Yongxin SU¹^,²(), Hui LI¹^,²()

1. College of Automation and Electronic Information, Xiangtan University, Xiangtan 411105, China
2. Multi-energy Cooperative Control Technology Engineering Research Center of Hunan Province (Xiangtan University), Xiangtan 411105, China

Received:2023-09-04 Online:2024-08-28 Published:2024-08-24
Supported by:
This work is supported by National Natural Science Foundation of China (No.51777179), Natural Science Foundation of Hunan Province (No.2023JJ50241).

摘要/Abstract

摘要：

柔性互联技术是解决高比例分布式电源（distributed generation，DG）配电网面临诸多问题的有效手段之一。提出了一种基于多层优化的配电网中压与低压柔性互联协调规划方法。首先，建立基于电力电子柔性互联设备（flexible interconnected devices，FID）的中低压柔性互联配电网潮流模型。然后，构建三层协调规划模型，上层以低压FID年运行成本及台区变压器负载率的年方差最小为目标，中层以中压FID年运行成本及从上级电网年购电成本最小为目标，分别决策低压和中压FID的安装位置与容量，下层以各场景的从上级电网购电成本最小为目标优化系统运行，并采用自适应粒子群优化和二阶锥规划相结合的混合算法求解。最后，采用含高比例DG的IEEE 33节点配电网进行算例分析，通过柔性互联规划系统的年综合运行成本降低了19.01%，台区变压器负载率的年方差减少了82.59%，验证了所提规划模型的有效性。

关键词: 分布式电源, 中低压柔性互联, 协调规划, 电力电子柔性互联设备, 台区变压器负载率

Abstract:

Flexible interconnection technology is one of the effective means to solve numerous problems faced by distribution networks with high proportion of distributed generations (DGs). A multi-layer optimization based coordinated planning method for medium-voltage and low voltage flexible interconnection of distribution networks is proposed. Firstly, a power flow model for distribution network with medium-voltage and low-voltage flexible interconnection based on power electronics flexible interconnected devices (FID) is built. Then, a three-layer coordinated planning model is constructed. With the upper layer aiming to minimize the annual operating cost of low-voltage FIDs and the annual variance of transformer load rate in substation areas, and the middle layer aiming to minimize the annual operating cost of medium voltage FIDs and the annual electricity purchasing cost from the higher-level power grid, they respectively determine the installation location and capacity of low-voltage and medium-voltage FIDs. The lower layer optimizes the system operation with the goal of minimizing the electricity purchasing cost from the higher-level power grid in each scenario. A hybrid algorithm based on adaptive particle swarm optimization and second-order cone programming is adopted for solution. Finally, an IEEE-33 node distribution network with a high proportion of DGs is used for case study, and the results indicate that through flexible interconnection planning, the annual comprehensive operating cost of the example system is reduced by 19.01% and the annual variance of transformer load rate in substation areas is reduced by 82.59%, showing the effectiveness of the proposed planning model.

Key words: distributed generation, medium-voltage and low-voltage flexible interconnection, coordinated planning, power electronics flexible interconnection device, transformer load rate in substation area

彭寒梅, 尹棠, 肖千皓, 谭貌, 苏永新, 李辉. 高比例分布式电源配电网中低压柔性互联协调规划[J]. 中国电力, 2024, 57(8): 117-129.

Hanmei PENG, Tang YIN, Qianhao XIAO, Mao TAN, Yongxin SU, Hui LI. Coordinated Planning of Medium-Voltage and Low-Voltage Flexible Interconnection for Distribution Networks with High Proportion of Distributed Generation[J]. Electric Power, 2024, 57(8): 117-129.

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图/表 12

参考文献 26

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台区编号	交流负荷/ kW	直流负荷/ kW	交流负荷类型	变压器额定容量/ kV·A	光伏有功容量/ kW	台区编号	交流负荷/ kW	直流负荷/ kW	交流负荷类型	变压器额定容量/ kV·A	光伏有功容量/ kW	台区编号	交流负荷/ kW	直流负荷/ kW	交流负荷类型	变压器额定容量/ kV·A	光伏有功容量/ kW
2	140	0	E	160	0	13	150	0	D	160	110	24	180	30	D	200	150
3	130	0	E	160	0	14	150	0	D	160	40	25	110	0	B	160	0
4	155	0	D	160	120	15	140	30	C	200	0	26	210	0	E	315	80
5	160	30	C	200	0	16	200	0	D	200	40	27	140	30	B	160	30
6	300	0	D	315	130	17	140	0	B	160	40	28	140	0	A	200	30
7	180	30	E	200	0	18	150	0	D	160	120	29	130	0	E	160	0
8	100	0	B	160	120	19	135	0	E	160	0	30	140	0	E	160	0
9	130	30	C	160	0	20	140	0	D	160	30	31	180	0	C	200	40
10	125	0	E	160	50	21	130	30	B	200	0	32	150	0	D	160	120
11	290	0	E	315	0	22	140	0	E	160	30	33	130	0	B	200	0
12	100	0	A	160	0	23	120	0	E	160	30

台区编号	交流负荷/ kW	直流负荷/ kW	交流负荷类型	变压器额定容量/ kV·A	光伏有功容量/ kW	台区编号	交流负荷/ kW	直流负荷/ kW	交流负荷类型	变压器额定容量/ kV·A	光伏有功容量/ kW	台区编号	交流负荷/ kW	直流负荷/ kW	交流负荷类型	变压器额定容量/ kV·A	光伏有功容量/ kW
2	140	0	E	160	0	13	150	0	D	160	110	24	180	30	D	200	150
3	130	0	E	160	0	14	150	0	D	160	40	25	110	0	B	160	0
4	155	0	D	160	120	15	140	30	C	200	0	26	210	0	E	315	80
5	160	30	C	200	0	16	200	0	D	200	40	27	140	30	B	160	30
6	300	0	D	315	130	17	140	0	B	160	40	28	140	0	A	200	30
7	180	30	E	200	0	18	150	0	D	160	120	29	130	0	E	160	0
8	100	0	B	160	120	19	135	0	E	160	0	30	140	0	E	160	0
9	130	30	C	160	0	20	140	0	D	160	30	31	180	0	C	200	40
10	125	0	E	160	50	21	130	30	B	200	0	32	150	0	D	160	120
11	290	0	E	315	0	22	140	0	E	160	30	33	130	0	B	200	0
12	100	0	A	160	0	23	120	0	E	160	30

参数	数值	参数	数值	参数	数值
中压B2B VSC贴现率	0.04	低压VSC贴现率	0.04	直流联络线贴现率	0.04
中压B2B VSC经济使用年限/年	20	低压VSC经济使用年限/年	20	直流联络线经济使用年限/年	20
中压B2B VSC单位容量投资成本/ (元·(kV·A)^–1)	600	低压VSC单位容量投资成本/ (元·(kV·A)^–1)	300	直流联络线单位长度的等值投资成本/ (元·km^–1)	6324
中压B2B VSC单位容量年运行维护费用/(元·(kV·A)^–1)	10	低压VSC单位容量年运行维护费用/ (元·(kV·A)^–1)	5.5	直流联络线最大传输有功功率/kW	150
中压B2B VSC最大可安装容量/(kV·A)	800	低压VSC最大可安装容量/(kV·A)	150	直流联络线损耗系数	0.01
中压B2B VSC单位安装容量/(kV·A)	50	低压VSC单位安装容量/(kV·A)	10	中、低压VSC损耗系数	0.02
平时段[06:00—10:00、14:00— 16:00、20:00—22:00]购电价格/ (元·(kW·h)^–1)	0.6723	谷时段[00:00—06:00、22:00— 24:00]购电价格/(元·(kW·h)^–1)	0.3814	峰时段[10:00—14:00、16:00—20:00] 购电价格/(元·(kW·h)^–1)	0.9618

参数	数值	参数	数值	参数	数值
中压B2B VSC贴现率	0.04	低压VSC贴现率	0.04	直流联络线贴现率	0.04
中压B2B VSC经济使用年限/年	20	低压VSC经济使用年限/年	20	直流联络线经济使用年限/年	20
中压B2B VSC单位容量投资成本/ (元·(kV·A)^–1)	600	低压VSC单位容量投资成本/ (元·(kV·A)^–1)	300	直流联络线单位长度的等值投资成本/ (元·km^–1)	6324
中压B2B VSC单位容量年运行维护费用/(元·(kV·A)^–1)	10	低压VSC单位容量年运行维护费用/ (元·(kV·A)^–1)	5.5	直流联络线最大传输有功功率/kW	150
中压B2B VSC最大可安装容量/(kV·A)	800	低压VSC最大可安装容量/(kV·A)	150	直流联络线损耗系数	0.01
中压B2B VSC单位安装容量/(kV·A)	50	低压VSC单位安装容量/(kV·A)	10	中、低压VSC损耗系数	0.02
平时段[06:00—10:00、14:00— 16:00、20:00—22:00]购电价格/ (元·(kW·h)^–1)	0.6723	谷时段[00:00—06:00、22:00— 24:00]购电价格/(元·(kW·h)^–1)	0.3814	峰时段[10:00—14:00、16:00—20:00] 购电价格/(元·(kW·h)^–1)	0.9618

台区编号	S_VSCLI/ kV·A	β(t)	台区编号	S_VSCLI/ kV·A	β(t)	台区编号	S_VSCLI/ kV·A	β(t)
3	80	0.45	14	30	0.45	23	80	0.39
4	10	0.46	15	40	0.58	26	60	0.45
5	100	0.45	16	90	0.45	27	120	0.45
6	150	0.45	17	90	0.46	28	20	0.56
8	50	0.47	18	70	0.46	31	150	0.45
9	120	0.45	20	10	0.45	32	70	0.45
10	100	0.46	21	20	0.60	33	90	0.46
13	80	0.45	22	30	0.46

高比例分布式电源配电网中低压柔性互联协调规划

Coordinated Planning of Medium-Voltage and Low-Voltage Flexible Interconnection for Distribution Networks with High Proportion of Distributed Generation

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方案	中压柔性互联规划结果	台区互联组合集合规划结果	F_FIDL/ 万元	D_VLR	F_FIDM/ 万元	F_buy/ 万元	网损/ 万元	R_AL/ %	R_AM/ %
1			3.94	277.18		704.41	54.53	79.81	93.38
2	TS1 (500 kV·A)、TS3 (100 kV·A)、TS4 (100 kV·A)		3.94	257.51	3.97	642.65	26.33	83.83	96.10
3		{(3,24)、(4,5)、(5,6)、(7,8)、(8,9)、(8,29)、(13,31)、(14,15)、(18,33)、(20,21)、(24,25)、(26,27)、(31,32)}	9.92	82.02		638.87	45.20	96.39	94.23
4	TS1(700 kV·A)、TS3(200 kV·A）	{(3,24)、(4,5)、(5,6)、(8,9)、(13,31)、(14,15)、(17,18)、(18,33)、(20,21)、(23,24)、(26,27)、(31,32)}	5.72	48.26	4.87	563.85	20.29	99.75	99.98

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模态框（Modal）标题

高比例分布式电源配电网中低压柔性互联协调规划

Coordinated Planning of Medium-Voltage and Low-Voltage Flexible Interconnection for Distribution Networks with High Proportion of Distributed Generation

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图/表 12

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