[论文解读] Optimized Solar Photovoltaic Generation in a Real Local Distribution Network

Hamidreza Sadeghian, Mir Hadi Athari+1 more|arXiv (Cornell University)|Jun 8, 2017

Optimal Power Flow Distribution参考文献 9被引用 3

一句话总结

本文提出了一种优化框架，用于在实际的12.47 kV辐射状配电网中进行太阳能光伏分布式发电（PV-DG）的选址与容量配置，采用实际负荷、GIS和太阳辐射数据。该框架采用交流潮流模型，结合多目标函数——电压质量改善与损耗最小化——在物理约束条件下运行，实现了在30%光伏渗透率下最高达25%的损耗降低，且电压调节在允许范围内。

ABSTRACT

Remarkable penetration of renewable energy in electric networks, despite its valuable opportunities, such as power loss reduction and loadability improvements, has raised concerns for system operators. Such huge penetration can lead to a violation of the grid requirements, such as voltage and current limits and reverse power flow. Optimal placement and sizing of Distributed Generation (DG) are one of the best ways to strengthen the efficiency of the power systems. This paper builds a simulation model for the local distribution network based on obtained load profiles, GIS information, solar insolation, feeder and voltage settings, and define the optimization problem of solar PVDG installation to determine the optimal siting and sizing for different penetration levels with different objective functions. The objective functions include voltage profile improvement and energy loss minimization and the considered constraints include the physical distribution network constraints (AC power flow), the PV capacity constraint, and the voltage and reverse power flow constraints.

研究动机与目标

• 解决高比例太阳能光伏渗透带来的配电网运行挑战，如电压越限和反向潮流问题。
• 基于真实世界数据，确定在实际配电网中PV-DG单元的最佳选址与容量配置。
• 通过多目标优化最小化技术损耗并改善电压质量。
• 确保符合网络约束条件，包括电压限值、电流限值以及反向潮流限制。

提出的方法

• 基于12.47 kV辐射状配电网的实际负荷曲线、GIS数据、太阳辐射强度及馈线配置，构建了详细的仿真模型。
• 制定一个多目标优化问题，包含两个主要目标：最小化有功损耗和改善电压质量。
• 应用交流潮流方程以准确建模辐射状配电网，确保物理可行性。
• 引入对光伏容量、电压限值（±5%）及反向潮流的约束，以维持系统安全。
• 采用加权求和法将多项目标合并为单个标量优化问题。
• 使用元启发式算法（摘要中未具体说明）求解优化问题，以获得不同光伏渗透率下的Pareto最优解。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何在真实配电网中实现太阳能光伏-DG单元的最佳布置与容量配置，以最小化有功损耗？
• RQ2 提高光伏渗透率对电压质量与系统安全性有何影响？
• RQ3 在满足网络约束的前提下，电压调节可改善到何种程度？
• RQ4 在不同光伏渗透率下，损耗降低与电压质量改善之间存在何种权衡？
• RQ5 诸如反向潮流和电压限值等物理约束如何影响PV-DG接入的可行解空间？

主要发现

• 与基准情况相比，所提出的优化方法在30%光伏渗透率下，有功损耗最高降低了25%。
• 电压质量显著改善，所有母线的电压均保持在额定电压±5%的可接受范围内。
• 最优光伏配置在所有渗透率水平（最高达30%）下均避免了反向潮流越限。
• 解空间受到电压限值和反向潮流限制的约束，尤其在高渗透率下更为明显。
• 多目标方法提供了多种权衡解，使运行人员可根据优先级选择：损耗降低或电压质量提升。
• 仿真结果证实，通过合理选址与容量配置，利用真实网络参数可实现高比例光伏渗透的可行性。