论文总字数：34465字

摘 要

学号：16012306 学生姓名：许珊

指导老师：李扬

现在，用电需求的日益增长为传统配电网带来了巨大的压力，日益严峻的污染问题也成为社会关注的焦点，为了解决这些问题，人们纷纷将目光投向了具有清洁环保、高效便捷等优点的分布式电源。同时，需求侧管理机制可以引入用户的主动性，有效减缓电网容量短期不足的情况以及实现“移峰填谷”的作用。因此，在传统能源日益急缺、环保呼声日益高涨的今天，大力发展分布式能源和需求侧管理技术已经刻不容缓。但是分布式电源出力和分布随机等固有特点极大地增加了规划的难度，所以，含分布式电源以及需求侧管理的配网规划具有重要的研究价值。

本文首先研究了分布式电源和需求侧管理对规划的影响，建立了分布式电源的数学模型;接着，在可靠性方面，本文介绍了运用蒙特卡洛模拟法计算供电不足期望指标的流程，并以一个简单的算例分析了分布式电源的位置等因素对该指标的影响；然后，在考虑了电压大小、DG渗透率以及配网辐射状拓扑结构等约束条件的前提下，将可中断负荷引入配网规划之中，构建了配网规划的数学模型。目标函数包含DG建设运维费用、网损费用、线路费用、可中断损失、节省的向上级输电网的购电成本、可免容量成本、供电不足期望成本以及环境效益等方面，实现了经济性与可靠性，供电侧与需求侧的综合考虑。最后，在Matlab编程环境下运用遗传算法将所提出的规划模型运用于IEEE14节点系统和某地区6kV配电网，结果证明了DG的接入和DSM的实施可以有效地提高系统的经济性和可靠性。

关键词：分布式电源；需求侧管理；经济性；可靠性；配电网规划与建模

Distribution Network Planning and Modeling Based on Economy and Reliability

Abstract

Nowadays, the rapidly growing load demand has put great pressure on the traditional distribution network, and the severe environmental issues have been a social focus. Distributed generations, known as DGs, which are efficient, flexible and environmental-friendly, have drawn people’s attention globally. At the same time, demand-side-management, known as DSM, can make it possible for power consumers to take an active part in electricity conservation, which can effectively reduce the situation of short-term insufficient power capacity and achieve the goal of “peak load shifting”. Thus, it is urgent to develop the technologies of DG and DSM under the circumstance that the conventional energy supply is reducing and the voice for environment protection is raising. However, the randomness of location and generation of DG adds great difficulty to distribution network planning. Thus, it has a great value to study the distribution network planning considering DG and DSM.

Firstly, this paper analyses the impact of DG and DSM to distribution network planning and develop a mathematical model for distributed generation. Secondly, considering the reliability, this paper introduces the procedure of calculating the index of expected energy not supply using Monte Carlo simulation. Based on a simple case, The influence of DG location and other factors on the system’s reliability is discussed. Thirdly, on the premise that some constraints such as the voltage of the nodes, the penetration rate of DG and the radial topology of distribution network have been considered, a mathematical model based on economy and reliability for distribution network planning is established, which has also introduced interrupted load. The objective function, which has achieved a comprehensive consideration for economy and reliability, and for the supply side and demand side, includes the investment and operation cost of DGs, transmission losses, interrupted load cost, line cost, the saving cost of electricity from transmission network, capacity-avoiding cost, expected energy not supplied cost and environmental benefits. Finally, the proposed method is applied to the IEEE 14-bus system and a real 6kV distribution network using the genetic algorithm, which is conducted in the Matlab programming environment. The results verify the effectiveness of DG and DSM for improving the economy and reliability of the distribution system.

Key Words : Distributed Generation（DG）；Demand Side Management（DSM）；economy；reliability；distribution network planning and modeling

目录

第一章 绪论 1

1.1 论文研究背景及意义 1

1.2 国内外研究现状 2

1.2.1 分布式电源模型研究现状 2

1.2.2 配电网规划模型及算法研究现状 2

1.3 论文的主要工作 3

第二章 DG与DSM技术及其对配电网规划的影响 5

2.1 分布式电源技术 5

2.1.1 分布式电源概述 5

2.1.2 几种常用的分布式电源 5

2.1.3 风机的数学模型 6

2.2 需求侧管理技术 7

2.2.1 需求侧管理概述 7

2.2.2 可中断负荷研究 8

2.3 DG和DSM对配电网规划的影响 9

2.3.1 DG对配电网规划的影响 9

2.3.2 DSM对配电网规划的影响 10

2.4 本章小结 10

第三章 配电网可靠性研究 11

3.1 可靠性与配电网规划 11

3.2 配电网系统可靠性指标 11

3.3 可靠性评估的方法 12

3.3.1 解析法 12

3.3.2 蒙特卡洛模拟法 12

3.4 含DG的配电网EENS计算流程 13

3.4.1 元件模型 13

3.4.2 蒙特卡洛算法计算EENS的流程 14

3.5 算例分析 15

3.6 本章小结 16

第四章 含DG和DSM的配电网规划 17

4.1 配电网规划数学模型的建立 17

4.1.1 目标函数 17

4.1.2 约束条件 19

4.2 遗传算法 20

4.2.1 遗传算法简介 20

4.2.2 遗传算法的计算流程 20

4.2.3 遗传算法在规划过程中的运用 22

4.3 算例分析 23

4.3.1 算例一：分布式电源的选址定容 23

4.3.2 算例二：含DG和DSM的配电网规划 27

4.4 本章小结 31

第五章 结论与展望 32

5.1 结论 32

5.2 展望 32

致谢 34

参考文献 35

附录A 37

附录B 38

第一章 绪论

1.1 论文研究背景及意义

电力为社会经济发展注入强大活力的同时，经济的发展也极大地拉动了电网事业的进步，社会对“大机组、大电厂和大电网”的憧憬与需要使得电力行业在百年之间发生了翻天覆地的变化，如今的电力系统已经具有相当大的规模与相当先进的技术手段，最近几年，超高压远程输电以及大电网互联等重点项目的相继开展使得电网的发展步入一个崭新的阶段。然而，在越来越强的电网为社会经济注入强大的原动力的同时，电力系统存在的问题也日益突出。

我国当前的发电主要还是依靠化石燃料的燃烧，火力发电为主的供电结构导致了大量污染物的出现，近几年来日益严重的雾霾天气便是环境污染问题的一个强有力的证明。环境污染对人们的身体健康造成了极大的伤害，人们迫切希望政府能够出台相关的政策以解决环境问题，因此近年来民间的环保呼声也日益高涨。同时，以牺牲不可再生能源和自然环境的发展方式严重影响了社会经济的健康发展，可持续发展、清洁发展成为当今备受关注的主题。集中发电的发电方式同样不能很好地满足当今的需求情况，逐年下降的负荷率导致线路等电力设备的使用率不断降低，而夏季调峰机组的建设和使用无疑带来了巨大的开支，严重影响着电网的经济效益，不符合可持续发展的发展理念。

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