含光伏接入的中压配电网集中调控优化策略

01

分布式光伏接入配电网的影响

1.1 分布式光伏对配网网损的影响

图1为光伏接入配电网的示意。在PV接入之前，配电系统潮流方向单一，且从电源侧流向负荷侧；但是光伏接入后，潮流流向具有多种可能。

图1 光伏接入配电网示意

Fig.1 Diagram of PV connected to distribution network 为便于说明，假设系统电压恒定不变，若图1中负荷为

式中：P L为有功功率；Q L为无功功率。则负荷侧电流为

式中：U为模

型中线路相电压。进而，可计算分布式光伏并网前，线路损耗为

式中：

R

为线路单位长度电阻。设光伏功率为P P V+j Q P V，光伏接入后线路多出L

的单相电流为

由叠加定理可知，光伏并网后网损主要由2部分组成：（1）源于系统

原有电源与光伏电源；（2）源于负荷侧与并网光伏电源产生的有功损

耗。光伏并网后第1部分网损为

光伏并网后第2部分网络损耗，因为负荷电流未发生变化，所以该部分在数值上保持不变，即

光伏并网后线路网损为

在PV并网后，系统的网络损耗变化量为

由式（8）可知，DG并网的位置与容量，成为影响电网线路网损大小的2个重要因素。当光伏并网比例较高时，通过调节光伏并网功率，可有效实现降低网络损耗的优化目标。

1.2 分布式光伏对节点电压作用机理

系统电压最高点在PV并网前为母线电压，而在并网后其最低点可能不再是用户侧电压值，此时调压需求无法通过中枢点电压控制方式而得到满足。为便于分析，本文假设配电线路为均有链式线路，在距离变压器x处接入光伏，设定线路单位长度的阻抗为R+j X，x处电压为U o。当0＜m＜x时，线路任一点m处电压降落为

当x≤m≤L时，m处压降为

由此可见，线路压降会因PV并网的位置与容量不同而发生改变。当光伏接入电网位置较为靠前，其压降影响较大；在配电网线路较后位置接入光伏电源并网，对整个线路压降的影响较小。本文所述背景为光伏已并网后，其并网位置已经确定，不宜通过改变其在系统中位置来改变线路压降，此时由式（10）可知，调节光伏电源出力P P V，可改变线路压降，达到电压波动优化效果。

02

中压配电网集中式优化模型

本文提出应用于中压配电网的集中式优化控制策略，通过调控DG并网后出力数值，实现配电网网损最小，节点电压偏差最小和DG消纳最大的优化目标。

2.1 目标函数

中压配电网集中控制模型为以中压配电网网络损耗最小、节点电压偏差最小以及分布式电源消纳最大为目标的多目标优化，综合目标函数为

式中：P lo s s为标幺化后网络损耗最小值；V U F为标幺化后网络整体电压偏移最小值；P DG为标幺化后DG并网后消纳最大值；w1、w2、w3为各目标所占权重。网络损耗、网络整体电压偏移以及中压配电网分布式电源消纳

可描述为式中：i、j为节点编号；N为节点个数；n为分布式电源个数；V

、V j为节点电压；

i

cos θij为节点电压相角余弦值；g ij为节点间线路电导；V m a x、V m i n分别为电压最大、最小值；P DG.i为第i个DG并网功率。

2.2 约束条件

本文所提中压配电网集中式控制模型的约束条件主要由潮流平衡

约束、节点电压约束、中压配电网光伏出力约束以及有限个节点负荷受

公共连接点（point of common coupling，PCC）功率响应值约束等几

部分组成。（1）网络中节点间潮流平衡约束可表示为

（2）节

点电压约束为（3）

中压配电网光伏出力约束为

（4）节点负荷受PCC点功率响应值约束为

式中，G ij为节

点之间线路电导；B i j为节点之间线路电纳；P i为节点i有功功率；Q i

为节点i无功功率；U i、U j为节点电压。

2.3 优化方法

通过使用二阶锥凸优化，CPLEX求解器进行优化求解，本文所建立模型可实现对中压配电网分布式电源出力进行调控，使得配电网系统在满足约束条件下实现网损和节点电压波动最小，且充分利用分布式电源。

2.3.1 优化原理

若函数对于任意自变量x1、x2以及参数λ，均满足式（17），则可认为该函数为凸函数。

由本文所建立中压配电网优化模型可知，该模型目标函数式（11）中f为求最小值函数，符合凸函数定义；约束条件式（13）~（16）中各参数在给定参数区间范围内，符合凸集定义。二阶锥凸优化即为目标凸函数基于满足约束条件，求解二阶锥范围内最小值问题。CPLEX因其可靠、快速、灵活等优点，常作为很多复杂问题的求解方法。本文即利用CPLEX求解器对二阶锥约束问题进行求解，从而得到在中压配电网集中调控下，PV并网出力最优解。

2.3.2 优化步骤

基于CPLEX和Matlab的中压配电网集中优化控制系统如图2所示，优化步骤如下。

图2 中压配电网集中优化控制系统结构

Fig.2 Centralized optimization control system of MV voltage

distribution network

（1）收集分钟级光伏出力信号以及各个节点负荷，将信息读入系统中，设置参数；（2）根据中压配电网约束方程和目标函数，建立配电网模型；（3）以二阶锥凸优化为基础，通过CPLEX求解器进行优化求解，获得符合约束条件下的PV并网出力最优解；（4）将该功率优化指令传递至中压配电网各个节点，实现对节点电压波动和网络损耗的集中式优化控制。

03

算例分析

3.1 算例介绍

本文基于Matlab 2018平台，针对IEEE 33节点标准模型开展算例分析，网络结构如图3所示。在中压配电网节点6、15、28和31接入光伏电站。

图3 IEEE33网络

Fig.3 IEEE33 network