开源代码分享(12)—考虑负荷曲线的配电网扩展规划(附matlab代码)

1.背景介绍

电力系统（SEP）不断扩展，以满足电力消费者的需求。在这个背景下，配电系统扩展规划（PESD）确定了配电网络扩展的指导方针。除了SEP的扩展之外，现代化和新技术的出现，例如分布式发电（GD）装置，都会影响电力系统，进而影响配电网络的质量和可靠性[1]。

许多因素可能影响电力配电网络，例如新消费者的接入、能量消耗的增加、负荷曲线的变化以及分布式发电的增加（由于许多能源发电源的间歇性）。这些原因会改变组成配电网络的各种变量（例如母线电压、配电线路电流、损耗、功率流动、保护系统等）。随着这些变量的改变，就需要重新规划电路的设计，确定需要安装或升级（更换容量更大的元素），如配电线路、变压器、调节器、电容器组的分配等[2]。

在这种情况下，电力分销公司正在寻求优化PESD的开发技术，并制定其配电线路再潜力规划，其电流承载能力已超过施工计划中的最大负荷。在提出强化规划模型时需要考虑许多因素，如负荷的功率预测和分布式发电装置（GDs）的功率提供。通常，许多文献的研究重点是负荷/发电的预测和电力分配系统的再潜力机制。因此，本研究旨在提出一种技术规划方法的改进，以考虑使用电力消费和发电的随机模式，从而实现更精确的敏感性分析。

这项工作的目的是提出对电能分配系统技术规划方法的调整，以考虑使用电能发电和消耗的随机分布。在本研究中，可以计算公交车上的负载，找到所有涉及该问题的大小，从而可以估计和更换负载超过66%的导体。OPENDSS用于计算IEEE123和MATLAB网络功率流的资源，用于数据管理、网络、噪声过滤、网络操作等资源。此外，在模拟效率流以及发电点和消耗点的排列之后，可以计算整个网络的重新供电成本。

2.数学模型

2.1. 潮流计算方法

用于计算功率流的软件是OpenDSS。OpenDSS是一款于1997年由EPRI（Electric Power Research Institute）开发的开源软件，用于执行不平衡电力配电网络的功率流计算。为了操作网络（例如改变负载/发电单位，收集电压、电流、损耗等结果），使用了集成了OpenDSS的Matlab®软件。

2.2. 配电网的约束

在这项工作中，我们分析了母线的电压和线路的电流。母线的电压被认为是适当的，当其值在0.93 pu到1.05 pu的范围内，参考的是当前用于巴西中压电网的永久性规定[5]。重建的标准是66%，也就是说，当线路的电流负载超过了电缆容量的66%时，进行了重建。66%的值代表中压馈线的首要负载限制，并且与馈线之间在事故情况下的负载传输能力直接相关。它的值是根据在电力配网中应用的备用电路规则得出的，详见[6]。[6]中表示，考虑到相同容量的电路，中压配电线路在正常条件下的负载限制由以下公式给出 (1):

2.3.不确定性建模

负载建模为概率密度函数（PDF）对数正态，平均值等于原始IEEE网络负载123巴的1 pu，相对标准偏差（RSD）等于20%。分布式发电机组建模为对数正态PDF，平均值等于500kW，RSD等于20%。对数正态PDF通常用于对商品价格、温度等本质上非负的变量进行建模[10]。对数正态PDF方程如（2）所示。

将概率建模应用于随机选择的3个负荷节点和3个发电节点。负荷节点的概率密度函数（PDF）和发电节点的PDF都由5个数据点构建，总共有15,625个不同的模拟场景。对于每个模拟场景，确定了必要的输电线路成本。在结果展示中，采用了90%的置信区间。

3.仿真结果

3.1 测试系统

所采用的电路用于测试所提出的方法是改进版的IEEE 123母线供电系统，该系统是由美国电气和电子工程师协会（IEEE）提供的测试配电网。电路数据可以在[11]中找到。IEEE 123母线测试系统的额定电压为4.16 kV。尽管这个电压值并不常见，但它存在电压下降问题，需要通过应用电压调节器和并联电容器来解决。该电路的特点是包括空中和地下线路、不平衡负荷以及恒定电流、阻抗和功率，还有四个电压调节器、并联电容器组和多个开关。图2显示了电路的单线图。

3.2仿真结果

该电网在变电站电压调节器后的电流约为654 A，电压在0.979 pu到1.0375 pu之间变化。该供电系统的总功率为3.6 MW + j1.3 MVAR，线路损耗、电压调节器、变压器和其他元件的损耗为95.8 kW。

在分析原始电路之后，在电路的3个母线上插入了分布式发电单元（DGU），用其概率密度函数（PDF）表示，同时在3个母线上用其PDF表示了3个负载母线。连接到DGUs的母线是：#4，#13和#43。负载接收概率密度函数的母线为：#39，#49和#111。图3说明了当负荷功率值和发电单元发电量发生变化时，母线#1的状态（以ABC相的电压表示）如何改变。