含DERs的低压多源并供点状网络经济运行策略
中国石油大学（华东）理学院、中国石油大学（华东）信息与控制工程学院、中国石化股份胜利油田分公司技术检测中心、山东广域科技有限责任公司的研究人员田咏桃、仉志华等，在2018年第8期《电气技术》杂志上撰文指出，低压多源并供点状网络（Spot network）具有极高的供电可靠性，且有利于分布式电源（DERs）就地消纳，是低压配电系统的重要发展方向。但目前对含DERs低压多源并供点状网络优化运行策略的研究较少。
本文考虑光伏发电、燃料电池、微型燃气轮机等DERs出力特性，以总体成本最低为目标、以功率平衡为约束，建立了适用于并网与孤网运行模式下的含DERs低压多源并供点状网络经济运行模型。通过加权方式将多目标优化转变为单目标优化问题，且分析了权重系数对优化结果的影响。案例分析结果证明了该方法的有效性。
社会经济的不断发展对供电可靠性提出了更高的要求[1-2]。传统配电网一直遵循“闭环设计，开环运行”原则，难以解决停电转供引起的短时停电问题。随着环境与能源问题的日益突出，基于可再生能源的分布式电源（distributed energy resources, DERs）得到了快速发展，DERs主要通过中低压配电网接入系统。
因此，为提高供电可靠性与DERs就地消纳能力，IEEE Std 1547提出了低压多源并供点状网络结构（Spot Network）[3-5]。而在保证该系统稳定运行基础上，结合不同类型DERs出力特性，研究该系统的优化运行调度模型以提高系统运行经济性，现已成为普遍关注的问题。
低压多源并供点状网络中，不同类型的DERs运行特性各异。如何做到相互配合实现经济优化运行需要考虑诸多因素，最终可归结为多目标规划问题。文献[6]分析了低压多源并供点状网络的潮流分布特征，提出利用统一潮流控制器控制低压母线潮流，实现均衡交流进线出力的目的，但未涉及DERs接入以及最优潮流控制问题。
文献[7]提出基于熵和距离的多目标粒子群和模糊多权重的DERs优化选址和定容的方法，为多DERs接入电网提供了一种新思路。文献[8]对太阳能供电系统的多目标优化进行研究，提出了综合评价光伏阵列供电可靠性和运行经济性的阵列综合系数，为确定最优太阳电池板和蓄电池阵列设计方案提供了思路。文献[9-10]专门针对配电网中储能系统的多目标优化进行研究。
上述文献对接入配电网的DERs选址、定容、经济评估等进行了研究，但针对含DERs的低压多源并供点状网络优化运行问题，未见涉及。
本文对含DERs的低压多源并供点状网络经济运行问题进行研究。首先分析了不同类型DERs稳定运行时的数学模型与成本函数；然后基于运行成本与功率平衡等因素，给出了系统经济运行的目标函数和约束条件，并采用加权的方式将多目标优化转变为单目标优化问题；最后算例分析证明了该方法的有效性。
1 含DERs的低压多源并供点状网络结构
低压多源并供点状网络，作为一种特殊的低压配电结构，具有较高的供电可靠性且有利于DERs的接入管理与控制。典型结构如图1所示。多路中压馈线（一般为3～8路）采用线路-变压器单元接线方式，直接在低压母线上并联供电。中低压侧分别配置了相应保护，图1中的①—④为中压侧馈线出口的过电流保护和接地保护，⑤和⑥为低压侧的逆功率保护，并利用熔断器实现过电流保护。该供电模式下多路低压电源互为备用，负荷无需停电转供，可有效解决短时停电问题，是公认的最为可靠且最为灵活的供电方式，主要用于供电质量要求苛刻且负荷密度较大的地区。
目前，国外已有350多个城市采用了该配电网模式，如美国田纳西州St.Jude儿童研究医院、FedExForum体育馆、多伦多皮尔逊国际机场等。点状网络中所有电源和负荷都通过低压母线集中接入，其结构非常有利于DERs的接入控制与能量的就地消纳，在IEEE Std 1547中对此进行了详细说明。具备高供电可靠性且利于DERs接入的点状网络，符合社会经济的发展需求，是未来低压配电模式的重要发展方向。
图1 电压多源并供系统点状结构
2 含DERs的低压多源并供点状网络经济运行调度模型（略）
基于各类DERs的功率成本模型，以成本最低为目标，以功率平衡为约束，建立了含DERs低压多源并供点状网络经济运行优化模型。以是否考虑购电和售电电价，将该系统运行状态分为孤网和并网两种。
3 算例分析（略）
本算例中各DERs设置如下：光伏（PV）出力10kW，燃气轮机（MT）额定容量110kW，燃料电池（FC）40kW。分析不同权重系数下，采用遗传算法观测一天24h各单元出力的最优解，确定该系统中各电源的出力情况。
本文根据低压多源并供点状网络中各电源的出力数学模型，采用线性加权的多目标规划策略分析整个系统的最优运行问题，并用遗传算法获得最优解。分析结果表明：
1）在低压多源并供点状网络中，合理分配各电源和电网出力能达到经济和环境的良好配合。
2）对于不同权重系数（成本和环境）情况下，燃料电池和燃气轮机的出力需要根据不同时段用电情况来具体确定。
3）为减小发电成本增加系统的可靠性，采用并网策略会更加有利。