计及经济效益的分布式电源多目标优化规划

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摘要：建立了分布式电源（Distributed Generator，DG）多目标多约束的优化数学模型，以配电网有功损耗费用最小、分布式电源运行费用最小和系统有功网损最小作为目标函数，考虑功率平衡、电压越限等约束条件，采用线性加权的方式将多目标转化为单目标，并采用量子粒子群算法实现了上述目标的优化。通过对IEEE33节点系统仿真结果表明，合理优化DG的位置和容量可有效降低系统的经济费用，提高配电网的优化经济运行。

关键词：分布式电源；多目标优化；量子粒子群算法；选址和定容；费用；网损

中图分类号：TM715文献标识码：A

分布式发电（Distributed Generator，DG）是一种新兴的能源利用方式，其定义可概括为：直接布置在配电网或分布在负荷附近的发电设施，用以经济、高效、可靠地发电＼[1-6＼]。分布式发电系统中的发电设施称为分布式电源，主要包括风力发电、光伏发电、微型燃气轮机、燃料电池、小水电等。DG接入配电网中具有节省投资、降低能耗、提高电力系统的可靠性和灵活性等优点＼[7-8＼]。

对于DG接入配电网的优化问题，一般包括选址和定容两个方面。若接入位置和容量不当，不仅会增加系统网损，还会增加经济损失。因此，获得经济效益最好的配置方案显得尤为重要。文献＼[9-11＼]以有功网损最小为单目标进行DG的优化配置，未考虑经济效益等因素。文献＼[12-16＼]以最大经济效益为目标函数建立了优化模型，却没有考虑接入DG后对系统运行带来的影响。文献＼[17＼]仅仅考虑了单一类型的DG接入配电网，而没有考虑多种类型的DG同时加入配电网的情况。文献＼[18-19＼] 虽然考虑了多目标优化，但都从两个角度考虑了其优化问题，使得考虑不够全面。文献＼[20＼]建立了DG优化多目标模型，在优化过程中从投资费用、网损、电压三个角度独立研究分析了各个目标的作用，但没能把多目标函数联系在一起进行综合研究。文献＼[21＼]深入研究了对独立微网系统中可控型微电源的组合优化问题，但并未涉及微网并网优化运行问题。

湖南大学学报（自然科学版）2015年

第10期谭阳红等：计及经济效益的分布式电源多目标优化规划

中国是一个能源生产和消费大国，经济的快速发展导致能源需求的快速增长。为缓解能源资源不足，供应压力大，环境保护矛盾突出，能源技术落后等问题，实现经济的快速发展，能源的多样化和可持续发展，增加可循环能源的开发，是我国现阶段的主要任务，也是21世纪电力工业发展的主要方向。所以将经济效益纳入优化配置模型中具有实际意义。

基于以上原因，本文提出了综合考虑经济效益和有功网损的多目标优化模型，应用量子粒子群算法对不同类型DG的选址和定容进行优化＼[22-23＼]，并通过IEEE33节点系统对所提出的模型和方法进行验证。

1分布式发电优化配置指标

以配电网有功损耗费用、分布式电源运行费用和系统有功网损最小作为系统经济性评价指标，该指标由以下3部分构成。

1。1配电网有功损耗费用

配电网有功损耗费用为：

Closs=∑Ni=1TmaxiCpuRiPi2UNηi2。 （1）

式中：Tmax i为支路i的一年最大网损时间（h）；Cpu为单位电价（元/kWh）；Pi为流过第i条支路的有功功率；Ri为第i条支路的电阻；ηi为第i条线路上的负荷功率因数；UN为配电网的额定电压；N为支路总数。

1。2分布式电源运行费用

分布式电源运行费用为：

CDG=∑Nk=1TmaxkηkSDGkCDGk。（2）

式中：Tmax k为第k个分布式电源一年内的最多发电时间（h）；ηk为第k个分布式电源的功率因数；SDG k为第k个分布式电源的电机容量；CDG k为第k个分布式电源的单位电量发电耗费（元/kWh）。

1。3系统有功网损

分布式电源加入配电网会对系统的潮流分布产生重要影响，合理配置DG的位置和容量，可有效减小支路的潮流流动，从而降低系统的网损。但是，如果DG的配置不合理，注入功率过高时，反而会增大支路的潮流流动，增加系统的网损。所以，采用系统的有功网损作为指标：

Ploss=∑Nk=1Gk（i，j）U2i+U2j-2UiUjcos（θi-θj）。 （3）

式中：Ploss为系统的有功损耗；N为系统的支路数；Gk（i，j）为第k条支路的电导；i，j分别为支路k两端的节点编号；Ui和Uj分别为节点i和j的电压幅值；θi和θj 分别为节点i和j的相角差。

2分布式发电多目标优化配置模型

2。1目标函数

目标函数为：

minF=λaCloss+λbCDG+λcPloss。（4）

式中：F为配电网有功损耗费用、分布式电源运行费用和系统有功网损三者之和；λa，λb，λc分别为多目标权重系数，0<λa<1，0<λb<1，0<λc<1，权重系数可根据实际背景进行适当调整。

2。2约束条件

约束条件包含等式约束条件和不等式约束条件两部分。

2。2。1等式约束

PGi+PDGi-PLi=Ui∑Nj=1Uj（Gijcosδij+Bijcosδij）；QGi+QDGi-QLi=Ui∑Nj=1Uj（Gijsinδij-Bijsinδij）。

（5）

式中：PG i，QGi分别为节点i处发电机的有功、无功出力；PDG i，QDG i分别为节点i处分布式电源的有功、无功功率；PL i，QL i分别为节点i处发电机的有功、无功负荷功率；Ui，Uj 分别为支路首末节点处的电压；δij为节点i，j的相角差值。

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