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摘要：随着全球一次能源逐渐衰竭和人们对可持续发展战略的认识不断加深，分布式发电（Distributed Generation，DG）受到人们越来越多的关注和重视。分布式发电技术具有清洁环保、投资小、发电方式灵活、供电可靠性高等特点，尤其在电网崩溃和意外灾害的情况下，有利于实现对重要用户的供电。然而，分布式发电系统与大电网相结合后，对传统配电网中的电压节点、线路潮流计算、短路电流、电能质量和可靠性等都会带来影响，其影响的程度与分布式电源的安装位置和安装容量有着决定性的关系。上述问题给传统配电网规划带来实质性的挑战，使得电网规划人员在选择最优方案时必须考虑由分布式发电系统所带来的影响。
关键词：分布式电源；配电网；影响；规划
1. 分布式发电技术对配电网规划的影响
第一，分布式电源的出现会使电力系统的负荷预测、规划和运行与过去相比有更大的不确定性。当大量的分布式电源接入电网为用户提供电能时，必然对整个电力系统的负荷增长模式产生影响，使得配电网规划人员更加难于准确预测负荷的增长情况，从而对配电网规划造成影响。
第二，配电网规划一般考虑5 ～20年，在此年限内，通常假定电网负荷逐年增长，新的中压、低压节点不断出现，需要增建一个或多个变电站或分布式电源。由于规划问题的动态属性同其维数密切相联，通常几千个节点需要同时考虑，若再出现许多发电机节点，寻找到最优的网络布置方案（即可以使建造成本、维护成本和电能损耗最小的方案）就更加困难。
第三，大量分布式电源接入配电系统并网运行，将对配电网系统结构产生深刻影响。为了维护电网的安全、稳定的运行，必须使分布式电源能够接受调度。要实现这个目标，就需要通过电力电子设备对其进行必要的控制和调节，将分布式電源单元集成到现有的配电系统中，这不但需要改造现有的配电自动化系统，还要由被动到主动电压调整、保护政策、干扰和接口问题地管理电网。
第四，由于分布式电源的机组类型及所采用能源的多样化，如何在配电网中确定合理的电源结构以及如何协调和有效地利用各类型的电源成为迫切需要解决问题。因此分布式电源的广泛应用，使得国家能源政策、能源规划等直接渗透到与分布式电源有关的电力系统规划中，并影响规划的决策过程。
2. 含分布式电源的配电网规划分类
传统电网规划一般遵循负荷预测→电源规划→网络规划的步骤，而含分布式电源的配电网规划首先需要考虑的是分布式电源接入地区电网后，对该地区经济和环境是否有所改善，然后再探讨配电网的规划方案。一般而言，含分布式电源的配电网规划可以分为如下两类：
第一类是分布式发电在配电网中的布点规划。在已有电网基础上进行分布式电源的布点规划分为两步，首先是从国家政策和经济效益出发，根据地区资源优势确定分布式电源的位置、容量和类型；然后是从技术角度出发，分析分布式电源的具体电网，确定分布式电源的最优布局和最佳容量匹配，确保分布式电源接入后配电网的经济和稳定运行。
第二类是含分布式电源的配电网扩展规划。根据系统负荷的增长情况，从电力企业的利益出发，当该地区负荷达到容量限制时，以经济成本最小为目标且满足约束条件，给出满足负荷增长需求的配电网最优增容方案，即由电网升级改造、新建线路、变电站增容扩容以及在合理位置安装适当容量的分布式电源所组成的方案。
3. 含分布式电源的配电网规划研究
3.1 多目标优化模型的建立
本文主要研究考虑分布式发电的城市中压配电网规划问题，建立一种综合模型，在目标函数中不仅计入了新建线路所需的费用，年维护折旧费用、运行费用（网损），还考虑了待选的分布式电源的投资成本、配电公司用于购买新增负荷所需电力的费用。同时满足分布式发电及馈线的容量约束、电压降落约束以及辐射状网架结构约束等条件的限制。
本文采用综合考虑配电网线路升级及维护费用、分布式电源运行总费用以及网络损耗费用的多目标规划数学模型，该归一化目标函数具体描述如下：
式中，CL为电网网络损耗费用；CDG为分布式电源的运行总费用；CN为配电网线路升级及电网维护费用；Cpu为单位电价（元/kWh）；τmax为第i条支路的年最大负荷损耗小时数；ΔPli为第i条支路上的有功损耗（万Kw）；nDG为接入配电网的分布式电源个数； 为第i个分布式电源的固定投资年平均费用系数；CDGi为第i个分布式电源的固定投资费用（万元）；Cpu为单位电价（元/kWh）；ΔEDGi为第i个分布式电源的检修、维护费用（万元）；Tmax为最大负荷年利用的小时数； 为新增负荷总量；
nDG为接入配电网的分布式电源个数；λi为分布式电源i的功率因数；SDG为第i个分布式电源的容量。
根据分布式电源对配电网的影响，列出了一下约束条件：
（1）线路有功功率约束
式中，Pi为i支路有功功率，Pimax为对应线路的最大允许功率。
（2）节点电压约束
式中，Ui为负荷节点的实际电压，Uimax和Uimin为负荷节点电压的上限和下限。
（3）分布式电源运行约束
式中，PDGi为分布式电源i的额定有功功率；PDGi，min和PDGi，max为其功率范围的下限和上限，Psmax和Ps为配电网系统的最大容量和实际容量。
3.2 优化方法
含分布式电源的配电网规划是一个多目标、非线性且大规模组合的优化分为，求解上述模型的算法主要包括：
（1）遗传算法。遗传算法是一种模拟生物界自然选择和自然遗传机理的高度并行、随机搜索和自适应寻优方法，具有简单、通用、鲁棒性强、不依赖问题模型、适用于并行分布处理的特性。在含分布式电源的配电网规划中使用遗传算法，由于遗传算法本身的特点和参数设置，可能导致了求解的结果不是全局最优，而是局部最优。
（2）蚁群算法。蚁群算法的基本思想是，如果在给定点，一只蚂蚁要在不同的路径中选择，那些就先行蚂蚁大量选择的路径（也就是信息素留存较浓的路径）被选中的概率也更大。含分布式电源的配电网规划中使用蚁群算法，其收敛具有呈阶梯型，这是蚁群算法正反馈机制和贪婪搜索的结果，但是也容易造成搜索停滞，如何避免还有待解决。
（3）改进的遗传-蚁群混合算法。为了使遗传算法和蚁群算法形成优势互补，克服各自的不足和缺陷，需要将两种算法相互融合使用。为此，首先利用遗传算法的全局搜索快速性、全局收敛性产生问题的初始信息素分布，然后充分利用蚁群算法的正反馈机制，并行性、鲁棒性和求解效率高等特性。含分布式电源的配电网规划中使用改进的遗传-蚁群混合算法，求得的分布式电源在处于最优的接入节点，且相比单纯的遗传和蚁群算法更具优越性。
4. 小结
近年来，随着可持续发展战略的逐步深入和分布式发电技术的逐步成熟，分布式发电作为一种新兴技术，分布式电源的引入必然会对传统配电网带来一定的冲击和影响。因此，对这些影响的分析和研究成为摆在下一步分布式发电技术运用中的首要问题。
参考文献：
[1]殷桂梁，杨丽君，王珺.分布式发电技术[M].机械工业出版社，2008.
[2]杨素萍，赵永亮，架凤奎，于静冉.分布式发电技术及其在国外的发展状况[J].电力需求侧管理，2006，8（2）.
[3]梁振锋，杨晓萍，张婚.分布式发电技术及其在中国的发展[J].西北水电，2006（1）.
作者信息：
刘玉；通讯地址：山东省聊城市东昌东路179号聊城电力设计院；邮编：252000；电话：13969579916
关键词：分布式电源；配电网；影响；规划
1. 分布式发电技术对配电网规划的影响
第一，分布式电源的出现会使电力系统的负荷预测、规划和运行与过去相比有更大的不确定性。当大量的分布式电源接入电网为用户提供电能时，必然对整个电力系统的负荷增长模式产生影响，使得配电网规划人员更加难于准确预测负荷的增长情况，从而对配电网规划造成影响。
第二，配电网规划一般考虑5 ～20年，在此年限内，通常假定电网负荷逐年增长，新的中压、低压节点不断出现，需要增建一个或多个变电站或分布式电源。由于规划问题的动态属性同其维数密切相联，通常几千个节点需要同时考虑，若再出现许多发电机节点，寻找到最优的网络布置方案（即可以使建造成本、维护成本和电能损耗最小的方案）就更加困难。
第三，大量分布式电源接入配电系统并网运行，将对配电网系统结构产生深刻影响。为了维护电网的安全、稳定的运行，必须使分布式电源能够接受调度。要实现这个目标，就需要通过电力电子设备对其进行必要的控制和调节，将分布式電源单元集成到现有的配电系统中，这不但需要改造现有的配电自动化系统，还要由被动到主动电压调整、保护政策、干扰和接口问题地管理电网。
第四，由于分布式电源的机组类型及所采用能源的多样化，如何在配电网中确定合理的电源结构以及如何协调和有效地利用各类型的电源成为迫切需要解决问题。因此分布式电源的广泛应用，使得国家能源政策、能源规划等直接渗透到与分布式电源有关的电力系统规划中，并影响规划的决策过程。
2. 含分布式电源的配电网规划分类
传统电网规划一般遵循负荷预测→电源规划→网络规划的步骤，而含分布式电源的配电网规划首先需要考虑的是分布式电源接入地区电网后，对该地区经济和环境是否有所改善，然后再探讨配电网的规划方案。一般而言，含分布式电源的配电网规划可以分为如下两类：
第一类是分布式发电在配电网中的布点规划。在已有电网基础上进行分布式电源的布点规划分为两步，首先是从国家政策和经济效益出发，根据地区资源优势确定分布式电源的位置、容量和类型；然后是从技术角度出发，分析分布式电源的具体电网，确定分布式电源的最优布局和最佳容量匹配，确保分布式电源接入后配电网的经济和稳定运行。
第二类是含分布式电源的配电网扩展规划。根据系统负荷的增长情况，从电力企业的利益出发，当该地区负荷达到容量限制时，以经济成本最小为目标且满足约束条件，给出满足负荷增长需求的配电网最优增容方案，即由电网升级改造、新建线路、变电站增容扩容以及在合理位置安装适当容量的分布式电源所组成的方案。
3. 含分布式电源的配电网规划研究
3.1 多目标优化模型的建立
本文主要研究考虑分布式发电的城市中压配电网规划问题，建立一种综合模型，在目标函数中不仅计入了新建线路所需的费用，年维护折旧费用、运行费用（网损），还考虑了待选的分布式电源的投资成本、配电公司用于购买新增负荷所需电力的费用。同时满足分布式发电及馈线的容量约束、电压降落约束以及辐射状网架结构约束等条件的限制。
本文采用综合考虑配电网线路升级及维护费用、分布式电源运行总费用以及网络损耗费用的多目标规划数学模型，该归一化目标函数具体描述如下：
式中，CL为电网网络损耗费用；CDG为分布式电源的运行总费用；CN为配电网线路升级及电网维护费用；Cpu为单位电价（元/kWh）；τmax为第i条支路的年最大负荷损耗小时数；ΔPli为第i条支路上的有功损耗（万Kw）；nDG为接入配电网的分布式电源个数； 为第i个分布式电源的固定投资年平均费用系数；CDGi为第i个分布式电源的固定投资费用（万元）；Cpu为单位电价（元/kWh）；ΔEDGi为第i个分布式电源的检修、维护费用（万元）；Tmax为最大负荷年利用的小时数； 为新增负荷总量；
nDG为接入配电网的分布式电源个数；λi为分布式电源i的功率因数；SDG为第i个分布式电源的容量。
根据分布式电源对配电网的影响，列出了一下约束条件：
（1）线路有功功率约束
式中，Pi为i支路有功功率，Pimax为对应线路的最大允许功率。
（2）节点电压约束
式中，Ui为负荷节点的实际电压，Uimax和Uimin为负荷节点电压的上限和下限。
（3）分布式电源运行约束
式中，PDGi为分布式电源i的额定有功功率；PDGi，min和PDGi，max为其功率范围的下限和上限，Psmax和Ps为配电网系统的最大容量和实际容量。
3.2 优化方法
含分布式电源的配电网规划是一个多目标、非线性且大规模组合的优化分为，求解上述模型的算法主要包括：
（1）遗传算法。遗传算法是一种模拟生物界自然选择和自然遗传机理的高度并行、随机搜索和自适应寻优方法，具有简单、通用、鲁棒性强、不依赖问题模型、适用于并行分布处理的特性。在含分布式电源的配电网规划中使用遗传算法，由于遗传算法本身的特点和参数设置，可能导致了求解的结果不是全局最优，而是局部最优。
（2）蚁群算法。蚁群算法的基本思想是，如果在给定点，一只蚂蚁要在不同的路径中选择，那些就先行蚂蚁大量选择的路径（也就是信息素留存较浓的路径）被选中的概率也更大。含分布式电源的配电网规划中使用蚁群算法，其收敛具有呈阶梯型，这是蚁群算法正反馈机制和贪婪搜索的结果，但是也容易造成搜索停滞，如何避免还有待解决。
（3）改进的遗传-蚁群混合算法。为了使遗传算法和蚁群算法形成优势互补，克服各自的不足和缺陷，需要将两种算法相互融合使用。为此，首先利用遗传算法的全局搜索快速性、全局收敛性产生问题的初始信息素分布，然后充分利用蚁群算法的正反馈机制，并行性、鲁棒性和求解效率高等特性。含分布式电源的配电网规划中使用改进的遗传-蚁群混合算法，求得的分布式电源在处于最优的接入节点，且相比单纯的遗传和蚁群算法更具优越性。
4. 小结
近年来，随着可持续发展战略的逐步深入和分布式发电技术的逐步成熟，分布式发电作为一种新兴技术，分布式电源的引入必然会对传统配电网带来一定的冲击和影响。因此，对这些影响的分析和研究成为摆在下一步分布式发电技术运用中的首要问题。
参考文献：
[1]殷桂梁，杨丽君，王珺.分布式发电技术[M].机械工业出版社，2008.
[2]杨素萍，赵永亮，架凤奎，于静冉.分布式发电技术及其在国外的发展状况[J].电力需求侧管理，2006，8（2）.
[3]梁振锋，杨晓萍，张婚.分布式发电技术及其在中国的发展[J].西北水电，2006（1）.
作者信息：
刘玉；通讯地址：山东省聊城市东昌东路179号聊城电力设计院；邮编：252000；电话：13969579916