探究光伏新能源并网系统的区间优化

王寿英

(国网山东省电力公司莱州市供电公司山东莱州261411)

摘要：新能源的大规模并网，势必增加电力系统运行参数的诸多不确定性，实现新能源并网系统稳定运行的关键：建立光伏发电系统并网的合理优化模型，提供其稳定运行的电压极限区间和系统合理的“承载容量”。本文针对光伏新能源并网系统，探讨了其优化措施。

关键词：光伏并网；新能源；区间优化

目前光伏发电等新能源的发展是解决雾霆等环境问题有效的手段之一。光伏发电在未来配电网中的高渗透趋势会口渐明显。传统配电网与新能源的有机结合是目前配电网规划的主流趋势，新能源并网系统的数学建模，为未来新能源并网提供重要的理论支撑。

1区间不确定性优化方法

1.1区间不确定优化问题的提出

在研究和分析实际的工程问题时，一些工程系统参数是不确定的，其数据的获取是非常困难的，但是不确定性的信息的边界往往是确定的，因此，根据上下边界信息，对未知有界参数变量进行描述，采用区间不确定优化方法进行分析是合理有效的。实现不确定的约束问题转化为确定性的区间约束形式，求得约束方程的确定区间，就可以通过求解满足不等式约束条件的概率值，从而可以判断约束可能度满足的具体区间范围。

2光伏并网区间优化模型研究

2.1光伏并网区间优化建模

新能源的有功功率调节并网是解决新能源并网可控可调的关键。目前，配电系统中将光伏发电系统看作是配电网的一个特殊负载，和其他普通负载一起称作广义负荷，对电网而言，广义负荷功率为光伏电源功率与负荷功率之和，由于光伏发电功率的间歇、随机波动性，使广义负荷功率波动加大，从而引起负荷端电压的变化。如果将多个光伏发电系统并网作为广义节点，实现光伏并网的控制问题就转换为光伏并网节点电流的优化问题。光伏发电功率经由逆变器注入主电网，实现光伏发电系统并网，我们可以通过控制并网节点电流，实现光伏发电系统并网的可控可调。本研究将光伏发电系统并网节点电源容量作为目标函数，将配电网节点电压、支路有功功率特性作为约束条件，建立光伏发电系统并网的数学模型，实现多节点光伏发电系统注入主电网的区间优化调节建模，光伏并网配电系统满足中低压配电网士5%的波动，利用光伏发电系统并网节点电压的区间约束限制，避免多节点光伏并网引起的电压波动问题。

2.3区间优化的确定性转化

目前，光伏发电系统并网运行，为保证低压配电系统末端电压工作在允许范围内，不用额外增加支路阻抗，采用有功功率注入平衡无功功率补偿，在胡博等提出通过配电系统潮流计算的灵敏度矩阵，实现合理配比的有功功率注入调节并网。在实现多节点光伏发电并网系统区间优化过程中，光伏发电系统并网节点电压和光伏发电并网注入容量是目标函数优化的主要区间变量，保障多节点光伏发电并网的稳定运行，以并网节点电压波动最小和全网有功损耗最小作为两层嵌套的目标函数，以光伏发电并网注入有功容量和并网节点电压的区间边界函数作为约束条件，将光伏发电系统的有功功率不等式约束和光伏发电系统并网调节问题结合建立多节点光伏发电系统并网的优化模型。

2.3区间优化的求解

本研究建立多节点光伏发电系统并网的区间优化模型，将其转化为两个确定性目标函数的优化问题进行求解，实现步骤为:

(1)利用前推回代法计算内层目标函数优化，以光伏发电系统并网容量区间边界作为约束条件，实现光伏发电并网(节点电压满足约束条件)节点确定性区间边界求解，得到最内层优化求解，即获取光伏发电系统并网节点的确定性区间边界和光伏发电系统并网容量的区间可能度;

(2)采用迭代法计算外层目标函数优化，以光伏发电系统并网容量的区间可能度为约束条件，实现系统有功功率损耗最小的确定性区间边界，获得外层优化求解的优化区间，实现全局最优解;

(3)计算解集，如果区间解集有解，则该区间范围内的并网优化问题存在解;如果区间优化问题求解空集，即该区间范围内并网优化问题无解。

3计算分析

3.1算例研究

在MATLAB820111)平台上对本研究的模型方法编程实现，选择IEEE33节点系统进行测试，本文研究并网节点负荷功率和光伏出力的随机性，并未考虑电网故障问题引起的网络参数的不确定性。IEEE33节点配电系统存在四条分岔支路，选择光伏并网位置越靠近后端的分岔支路，对末端电压的提升效果越明显，因此采用优先级编号(8-33)为支路1;(8-16)为支路2;(4-25)为支路3;(3-22)为支路4。在系统区间优化过程中找寻光伏发电系统并网的合理位置和容量是区间优化的基础。多数参考文献中对新能源的并网配置并未给出准确的描述，往往根据系统设计过程中随机性和经验求解做出判断，其可信度和可行性降低。

3.2区间优化结果分析

光伏并网是研究新能源与配电网间的协调优化问题，而光伏并网区间优化问题就得到光伏并网区间不确定性影响下的优化目标的区间，其给出光伏并网系统运行鲁棒性的两个边界区间，与不考虑光伏并网的确定性优化问题的结果对比，可以准确判断光伏与系统的匹配程度，提供合理的新能源并网的优化配置方案。多点光伏注入时，根据光伏出力和光伏并网支路的不同，组成分类器样本，随机抽取数据进行计算，例如支路1、支路2、支路3和支路4分别选择29-12-23-16进行光伏注入，光伏出力分别选择[0.4P,0.8P],[0.4P,0.8P],0.8P和0.4P组成分类器C1}C9，在光伏出力区间的下边界，全网有功损耗区间最小出现在分类器C4}C5，光伏注入的支路位置和光伏出力的容量区间都出现明显的极端值，在确定性优化问题中，系统目标函数呈现凸函数分布，其函数的极值如图2即为全集的最优解。

四点光伏注入：区间优化的解集中出现相同解，基于系统有功损耗最小，支路1和支路2的注入选择重复出现29-12，表明在分岔支路的末端支路实现光伏并网，位置选择应该为支路的中间位置;在末端电压满足约束方程的前提下，支路3和支路4的并网支路选择并不影响系统整体的损耗最小。

4讨论与结论

光伏发电系统的随机波动特性，对光伏接入配电系统的稳定运行提出挑战，新能源并网系统允许接纳新能源接入的位置和容量是许多学者研究的热点问题。光伏并网的准入容量建模以节点电压偏差为约束条件，以分布重心、离散度、偏度和峰度为评价指标，为光伏电站的并网接入点选择提供理论的参考，但未考虑电网的有功功率损耗。邓大上等利用拉丁方采样，根据随机场景下分布式电源稳定电压裕度，实现蒙特卡洛模拟分析，完成分布式电源的并网选址，但忽略的系统的极限承载容量。陈璨等计算分析光伏出力的随机波动性与并网系统运行的诸多不确定参变量，但其要求随机输入变量的边缘概率密度函数和随机变量间的相关系数已知，其对概率密度函数的精确度要求提高。

结语：

通过IEEE33节点系统的计算分析表明，考虑多节点光伏并网区间优化可以提供光伏并网的优化目标的区间分布，实现电力系统协调新能源利用的合理情况，并且完成光伏并网位置和容量的定性分析和定量计算。该优化方法将不确定的非线性优化问转化为嵌套的两层确定性优化问题，可以得到精确的区间计算结果，实现光伏电源的出力和配电网的匹配需求。同时优化计算的速度快，满足新能源并网的控制策略的要求。

参考文献：

[1]谭益.考虑新能源发电不确定性的智能配电网优化调度研究[D].长沙:湖南大学，2014.

[2]王浩鸣.含分布式电源的配电系统可靠性评估为一法研究[D].天津:天津大学，2012.

[3]李乃永，梁军，赵义术.并网光伏电站的动态建模与稳定性研究[J].中国电机工程学报2011,31(10):12-18.