计及运行灵活性的中压配电系统源-网-储协同扩展规划

doi:10.11930/j.issn.1004-9649.202312058

中国电力 ›› 2024, Vol. 57 ›› Issue (7): 98-108.DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202312058

• 新型电力系统储能规划与运行关键技术 • 上一篇下一篇

计及运行灵活性的中压配电系统源-网-储协同扩展规划

徐峰亮¹(), 王克谦¹(), 王文豪², 王鹏¹, 王焕昌³, 张帅³, 赵凤展³()

1. 国网河南省电力公司信阳供电公司，河南信阳　464000
2. 国网河南省电力公司经济技术研究院，河南郑州　450000
3. 中国农业大学信息与电气工程学院，北京　100083

收稿日期:2023-12-15 接受日期:2024-06-22 出版日期:2024-07-28 发布日期:2024-07-23
作者简介:徐峰亮（1977—），男，高级工程师，从事配电网规划、分布式能源接入等研究，E-mail：xuefengliang@ha.sgss.com.cn
王克谦（1974—），男，高级工程师，从事电力系统运行、电网稳定管理等研究，E-mail：wangkeqian@ha.sgcc.com.cn
赵凤展（1971—），女，通信作者，博士，副教授，从事配电网与微电网分析、规划与优化运行研究，E-mail：zhaofz@cau.edu.cn
基金资助:
国家电网有限公司科技项目（521770220001）。

Collaborative Expansion Planning of Source-Grid-Storage in Medium Voltage Distribution System Considering Operational Flexibility

Fengliang XU¹(), Keqian WANG¹(), Wenhao WANG², Peng WANG¹, Huanchang WANG³, Shuai Zhang³, Fengzhan ZHAO³()

1. State Grid Henan Electric Power Company Xinyang Power Supply Company, Xinyang 464000, China
2. State Grid Henan Electric Power Company Economic and Technological Research Institute, Zhengzhou 450000, China
3. College of Information and Electrical Engineering, China Agricultural University, Beijing 100083, China

Received:2023-12-15 Accepted:2024-06-22 Online:2024-07-28 Published:2024-07-23
Supported by:
This work is supported by Science and Technology Project of SGCC (No.521770220001).

摘要/Abstract

摘要：

为适应新型配电系统中分布式电源（DG）与负荷的双重波动性，需要对源、网、储进行协同配置以满足系统运行灵活性需求。为表征配电系统运行灵活性水平，从灵活性供需平衡、净负荷曲线平滑度和线路传输均衡性3个方面提出了净负荷适应率指标、净负荷波动率指标和线路负载裕度均衡性指标，并建立了考虑这些指标的配电系统源-网-储3层扩展规划模型。其中，上层和中层以年综合成本最小为目标对配电线路、DG和储能进行优化规划；下层以运行灵活性水平最高为目标进行运行优化。采用复合聚类算法生成配电系统典型规划场景，并以改进后的粒子群算法和非支配遗传算法双层嵌套的形式求解3层扩展规划模型。最后，基于改进的IEEE 33节点系统验证了所提规划模型的有效性和优越性。

关键词: 配电系统扩展规划, 运行灵活性, 分布式电源, 储能系统, 源网储协同规划

Abstract:

To adapt to the dual volatility of distributed generation (DG) and load in the new distribution system, it is necessary to coordinate the source-grid-storage allocation to meet the needs of system operational flexibility. To characterize the operational flexibility level of the distribution system, three indexes including the net load adaptability index, net load fluctuation index and line load margin balance index are proposed from three aspects including flexible supply and demand balance, net load curve smoothness and line transmission balance, and a distribution system source-grid-storage three-layer expansion planning model is established with consideration of above indexes. The upper and middle layers are optimized in distribution lines, DG and energy storage to minimize the annual comprehensive costs, and the lower layer is optimized in operation to maximize the operational flexibility. The composite clustering algorithm is used to generate the typical planning scenarios of the distribution system, and the three-layer extended planning model is solved with the improved particle swarm algorithm and non-dominated genetic algorithm in the bi-level nested form. Finally, the effectiveness and superiority of the proposed planning model are verified based on the improved IEEE33 node system.

Key words: distribution system expansion planning, operational flexibility, distributed generation, energy storage system, source-grid-storage coordination planning

徐峰亮, 王克谦, 王文豪, 王鹏, 王焕昌, 张帅, 赵凤展. 计及运行灵活性的中压配电系统源-网-储协同扩展规划[J]. 中国电力, 2024, 57(7): 98-108.

Fengliang XU, Keqian WANG, Wenhao WANG, Peng WANG, Huanchang WANG, Shuai Zhang, Fengzhan ZHAO. Collaborative Expansion Planning of Source-Grid-Storage in Medium Voltage Distribution System Considering Operational Flexibility[J]. Electric Power, 2024, 57(7): 98-108.

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图/表 13

参考文献 27

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单位线路长度成本/ （万元·km^–1）	新建线路使用年限/年	维护成本系数
单位线路长度成本/ （万元·km^–1）	新建线路使用年限/年	新建线路	DG
15	20	0.03	0.03

投资成本/(元·kW^–1)		使用年限/年
分布式光伏	分布式风机	分布式光伏	分布式风机
4000	5000	20	15

ESS成本			ESS使用年限/年
容量投资/ (元·(kW·h)^–1)	功率投资/ (元·kW^–1)	运行/ (元·(kW·h)^–1)	ESS使用年限/年
1000	500	0.08	20

ESS荷电状态			ESS充放电效率/%
初始值	最大值	最小值	ESS充放电效率/%
0.5	0.9	0.1	95

电价/(元·(kW·h)^–1)			单位网损成本/ (元·(kW·h)^–1)	贴现率
峰时	平时	谷时
10:00—14:00， 17:00—21:00	07:00—10:00， 14:00—17:00， 21:00—23:00	23:00至次日07:00
1.64	1	0.41	0.4	0.1

单位线路长度成本/ （万元·km^–1）	新建线路使用年限/年	维护成本系数
单位线路长度成本/ （万元·km^–1）	新建线路使用年限/年	新建线路	DG
15	20	0.03	0.03

投资成本/(元·kW^–1)		使用年限/年
分布式光伏	分布式风机	分布式光伏	分布式风机
4000	5000	20	15

ESS成本			ESS使用年限/年
容量投资/ (元·(kW·h)^–1)	功率投资/ (元·kW^–1)	运行/ (元·(kW·h)^–1)	ESS使用年限/年
1000	500	0.08	20

ESS荷电状态			ESS充放电效率/%
初始值	最大值	最小值	ESS充放电效率/%
0.5	0.9	0.1	95

电价/(元·(kW·h)^–1)			单位网损成本/ (元·(kW·h)^–1)	贴现率
峰时	平时	谷时
10:00—14:00， 17:00—21:00	07:00—10:00， 14:00—17:00， 21:00—23:00	23:00至次日07:00
1.64	1	0.41	0.4	0.1

方案	线路建设编号	DG规划节点号（容量/kW)	ESS规划节点号（功率/kW,容量/(kW·h)）
1）	33, 34, 43, 36, 37, 38, 39, 40, 42, 45	3(600),17(500), 27(800),41(900)	—
2）	33, 34, 35, 37, 38, 39, 40, 42, 45, 46	10(800),16(700), 21(800),32(1000)	—
3）	33, 35, 43, 37, 44, 38, 39, 40, 42, 45	2(700),15(700), 32(900),33(800)	2(100,700),9(200,800), 19(100,800),24(200,900), 37(300,1200)
4）	33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 45	12(900),17(900), 32(700),40(800)	8(400,800),17(300,900), 32(200,800),34(300,9000),41(400,1200)
5）	33, 34, 43, 46, 37, 38, 39, 40, 42, 45	8(1000),17(800),18(700),39(1000)	6(200,800),15(200,800), 19(100,600),34(200,1000),35(400,1200)

方案	线路建设编号	DG规划节点号（容量/kW)	ESS规划节点号（功率/kW,容量/(kW·h)）
1）	33, 34, 43, 36, 37, 38, 39, 40, 42, 45	3(600),17(500), 27(800),41(900)	—
2）	33, 34, 35, 37, 38, 39, 40, 42, 45, 46	10(800),16(700), 21(800),32(1000)	—
3）	33, 35, 43, 37, 44, 38, 39, 40, 42, 45	2(700),15(700), 32(900),33(800)	2(100,700),9(200,800), 19(100,800),24(200,900), 37(300,1200)
4）	33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 45	12(900),17(900), 32(700),40(800)	8(400,800),17(300,900), 32(200,800),34(300,9000),41(400,1200)
5）	33, 34, 43, 46, 37, 38, 39, 40, 42, 45	8(1000),17(800),18(700),39(1000)	6(200,800),15(200,800), 19(100,600),34(200,1000),35(400,1200)

方案	等年值投资成本			年维护成本		年网损成本	上级电网年购电成本	总成本
方案	线路	DG	ESS	新建线路	设备	年网损成本	上级电网年购电成本	总成本
1）	44.4	163.4	—	1.3	4.9	28.7	1293.9	1536.6
2）	46.7	188.8	—	1.4	5.7	24.0	1233.7	1500.3
3）	45.4	177.5	57.0	1.4	10.8	25.9	1082.7	1400.2
4）	43.0	183.2	63.4	1.3	10.9	24.7	1042.1	1367.3
5）	48.1	196.3	58.1	1.4	11.6	22.8	1012.4	1300.5

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Collaborative Expansion Planning of Source-Grid-Storage in Medium Voltage Distribution System Considering Operational Flexibility

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节点	P/kW	Q/(kV·A)	节点	P/kW	Q/(kV·A)
34	100	60	39	60	40
35	100	60	40	100	60
36	90	40	41	150	80
37	100	60	42	100	60
38	100	60	43	150	80

线路编号	首节点序号	末节点序号	线路长度/km	线路编号	首节点序号	末节点序号	线路长度/km
33	25	34	2.5	40	40	41	1.7
34	34	35	1.8	41	41	42	3.6
35	35	36	1.9	42	42	43	3.1
36	36	37	3.3	43	10	36	3.2
37	37	38	1.8	44	12	38	3.8
38	38	39	2.6	45	17	43	3.7
39	39	40	1.5	46	23	37	5.4

方案	净负荷适应率	净负荷波动率	线路负载裕度均衡性	DG 渗透率/%
1）	1.193	0.615	0.701	45.60
2）	1.840	0.595	0.752	53.80
3）	3.107	0.591	0.733	50.50
4）	3.514	0.585	—	53.80
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计及运行灵活性的中压配电系统源-网-储协同扩展规划

Collaborative Expansion Planning of Source-Grid-Storage in Medium Voltage Distribution System Considering Operational Flexibility

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图/表 13

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