西安交通大学焦在滨、宁可儿等：考虑光伏消纳的配电网储能与直流选址定容协同规划

考虑光伏消纳的配电网储能与直流选址定容协同规划

宁可儿，刘俊杉，张超逸，顾瀚文，孙沛霄，焦在滨

（西安交通大学电气工程学院）

原文发表在《全球能源互联网》2023年第1期“新型电力系统技术工程应用与实践”专题上，欢迎点击品读。本文受国家电网有限公司总部科技项目（面向中低压配电网的功率溢出型分布式电源接入与协同优化规划技术与示范研究，5400-202220146A-1-1-ZN）资助。

文章导读

分布式光伏发电的时效性变化和光伏装机的区域性差异为有效进行新能源消纳带来挑战。为解决配电区域溢出光伏消纳的问题，针对光伏电源出力在时间和空间两个维度上分布不均的症结，本文建立储能和直流线路的选址定容协同优化模型，通过优化配置储能实现电力的削峰填谷，通过选址建设直流线路实现区域间能量互济。全面考虑投资成本、维护成本、电能损耗成本和可再生能源消纳收益等几类成本和收益，以实现系统综合经济效益最大化为目标。构建储能及直流线路选址定容的交直流配电网优化规划模型，并基于改进的IEEE 13节点算例，对比验证了模型的有效性与合理性。

研究成果

提出配电网储能与直流线路协同规划架构，通过在区域内装设储能进行电能削峰填谷，在区域间建设直流线路以缓解光伏的地理分布不平衡，形成分布式光伏协同消纳体系。

以年综合费用最小为目标，建立直流线路、储能、交流配电网潮流等模型，形成混合整数二阶锥规划问题（MISOCP），求解得到优化后的协同规划结果。

主要内容

直流输电具有线路走廊窄、能量损耗小、能够联系不同频率或非同步运行的交流系统等优势，更适合支撑配电网的互联，为区域间能量双向流动提供通道。储能装置则具有充放电快速、灵活多样、配置方便、改善电能质量等优势。二者协同优化，发挥特长，既能够提升新能源消纳能力，也能够提高配电网传输效率，是配电网新能源消纳的新模式。因此，本文提出配电网储能与直流线路协同规划架构，如图1所示。针对光伏时间的不平衡，通过装设储能装置进行电能存储，实现电力的削峰填谷。针对区域光伏分布不均，通过建设直流线路以实现区域间能量互济，消纳光伏溢出区域的发电量。

⬆ 图1 配电网储能与直流线路协同规划架构

以年综合费用最小为目标，根据优化模型，通过MATLAB R2021b+Gurobi 9.5.0求解得到规划方案。图2给出了基于改进IEEE 13节点算例拓扑下，配电网储能和直流线路的优化配置结果。

⬆ 图2 协同优化配置结果

进一步，给出24 h两个区域光伏出力波动、负荷曲线以及储能充放电功率、直流线路功率的变化曲线，如图3所示。

⬆ 图3 两区域电源负荷、储能与直流功率流动曲线

由图3可以看出，A区域储能在用电高峰期（8:00—11:00，19:00—23:00）进行放电；在低谷期（1:00—8:00）进行充电，实现削峰填谷；在光伏溢出明显的中午时段（12:00—15:00）进行充电，实现对光伏溢出功率的就地消纳，并通过直流线路将功率输送到B区域以实现对溢出功率的区域间消纳，同时减少B区域从主网购电的费用，使得年综合费用最少，实现协同规划。

为对比协同规划的经济性，将结果与其他三种规划方案结果进行比较，得到各方案的成本对比，如表1所示。其中方案①为不配置任何设备；方案②为仅配置储能；方案③为仅配置直流线路；方案④为本文模型所得结果，即同时配置储能和直流线路。

⬇ 表1 4种方案的各项成本及综合费用对比

通过表1对比可知，电能费用占年综合费用的比例最大，而方案④通过协同规划储能与直流线路，既可以实现光伏的就地消纳、能量的削峰填谷，也可以通过能量传输方式将光伏溢出功率进行区域间消纳，综合了方案②与方案③的优势，改善分布式光伏时间与空间的不平衡，进而减少电能费用，经济性最优。

本文引文信息

宁可儿，刘俊杉，张超逸，等. 考虑光伏消纳的配电网储能与直流选址定容协同规划[J].全球能源互联网，2023，6(1)：45-53.

NING Keer, LIU Junshan, ZHANG Chaoyi, et al. Coordinated Planning of Distribution Grid Energy Storage and DC Siting and Sizing Considering Photovoltaic Consumption [J]. Journal of Global Energy Interconnection, 2023, 6 (1): 45-53(in Chinese).

研究团队

西安交通大学是教育部直属重点高校，国家“985工程”、“211工程”首批重点建设院校。电气工程为国家一级重点学科，电力系统及其自动化为国家重点二级学科，形成了许多独具特色，在国内外有较大影响的科研成果。

焦在滨教授课题组致力于包括交直流混联配电技术、电力系统继电保护、电力人工智能及电力大数据分析等领域的研究。主持国家自然科学基金项目3项，作为课题负责人参加国家电网公司总部科技项目3项，作为骨干成员参加国家重点研发计划项目，电网企业横向课题20余项。发表学术论文100余篇，曾获陕西省科技进步一等奖1项等多个奖项。

作者简介