研究背景

光伏發(fā)電具有清潔環(huán)保、技術(shù)可靠和收益穩(wěn)定等特點(diǎn)，因此在貧困地區(qū)推進(jìn)光伏扶貧項(xiàng)目，既符合精準(zhǔn)扶貧方略，又符合國(guó)家新能源發(fā)展戰(zhàn)略要求。到2020 年，國(guó)家將推動(dòng)280萬(wàn)無(wú)勞動(dòng)能力貧困戶參與光伏扶貧工程，扶貧光伏裝機(jī)容量約占光伏總裝機(jī)容量的20%。

光伏扶貧實(shí)施以來(lái)，已然成為精準(zhǔn)扶貧的有效手段和產(chǎn)業(yè)扶貧的重要方式；分布式發(fā)電市場(chǎng)化政策的出臺(tái)，將會(huì)更進(jìn)一步增強(qiáng)貧困地區(qū)內(nèi)生產(chǎn)發(fā)展活力和動(dòng)力。與此同時(shí)，扶貧光伏的井噴式發(fā)展也給貧困地區(qū)的電網(wǎng)造成了巨大負(fù)擔(dān)。

考慮到扶貧地區(qū)配電網(wǎng)相對(duì)薄弱，負(fù)荷容量不足且未形成與光伏出力的動(dòng)態(tài)匹配等因素，大量扶貧光伏的無(wú)序接入導(dǎo)致了電壓越限、網(wǎng)損攀升和消納難度大等多方面問(wèn)題，影響了扶貧地區(qū)電網(wǎng)的運(yùn)行效率和整體收益，部分地區(qū)甚至出現(xiàn)無(wú)法保證貧困戶最低收益情況。因此，如何保證扶貧光伏的友好接入成為貧困地區(qū)配電網(wǎng)亟需解決的問(wèn)題。

研究扶貧光伏的接入首先需要理清兩個(gè)問(wèn)題：

①扶貧光伏接入涉及的兩類利益主體——扶貧地區(qū)村集體和電網(wǎng)公司。根據(jù)國(guó)家發(fā)改委及能源局公布的相關(guān)政策，扶貧光伏電站是由政府提供貼息貸款，依據(jù)扶貧對(duì)象數(shù)量確定建設(shè)規(guī)模，最終確權(quán)給村集體的公共財(cái)產(chǎn)。另一方面，國(guó)家鼓勵(lì)企業(yè)積極履行社會(huì)責(zé)任，在普通光伏電站開(kāi)發(fā)建設(shè)中以市場(chǎng)化收益支持扶貧事業(yè)。

因此，在扶貧光伏的接入中，村集體作為獨(dú)立利益主體，既可以在國(guó)家政策允許范圍內(nèi)建設(shè)扶貧光伏，也可以募集資金建設(shè)普通光伏。電網(wǎng)公司在扶貧光伏的接入中則需承擔(dān)光伏電站接網(wǎng)及配套電網(wǎng)的投資和建設(shè)工作，在確保電網(wǎng)安全運(yùn)行的前提下保證扶貧光伏的優(yōu)先調(diào)度與全額消納。

②扶貧光伏接入涉及的收益模式。以不同典型交易模式為特征的分布式發(fā)電市場(chǎng)化是國(guó)家推出的進(jìn)一步深化電力體制改革的重要舉措，光伏電站針對(duì)交易模式的選擇不僅會(huì)影響自身收益，也會(huì)對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行效率及收益產(chǎn)生影響。

目前，在現(xiàn)場(chǎng)施行方面，扶貧光伏電站接入一般是由電網(wǎng)公司根據(jù)光伏投建規(guī)模以及鄰近變壓器容量確定接入單個(gè)變壓器，接入方案并不涉及供電線路的整體優(yōu)化和村集體收益最優(yōu)分析。當(dāng)光伏安裝容量達(dá)到一定規(guī)模時(shí)，該種無(wú)序接入的方案進(jìn)一步加劇了電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，降低了項(xiàng)目整體收益。

在學(xué)術(shù)研究方面，光伏的接入規(guī)劃已有較多研究，但在光伏扶貧的適用性上存在著以下較大問(wèn)題：

• ①扶貧光伏基本建設(shè)在貧困地區(qū)，電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)較為薄弱，部分地區(qū)甚至存在“一鄉(xiāng)一變，一村一線”的現(xiàn)象。文獻(xiàn)研究中提出的對(duì)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的擴(kuò)展規(guī)劃、動(dòng)態(tài)重構(gòu)和光儲(chǔ)一體化配置等改造目標(biāo)，扶貧地區(qū)電網(wǎng)短時(shí)間內(nèi)難以達(dá)到，且存在著巨額改造成本；
• ②扶貧光伏接入配電網(wǎng)在實(shí)際工程中需要遵守一系列政策規(guī)范，但文獻(xiàn)研究中大多只考慮電網(wǎng)接入的物理約束，對(duì)實(shí)際工程操作的可借鑒意義不大；
• ③扶貧光伏的接入中除電網(wǎng)公司外，還涉及扶貧地區(qū)村集體等多利益主體，分布式發(fā)電市場(chǎng)化的不同典型交易模式更是會(huì)對(duì)各主體間的利益關(guān)系產(chǎn)生不同影響，文獻(xiàn)研究中對(duì)此也甚少涉足。

論文方法及創(chuàng)新點(diǎn)

根據(jù)國(guó)家相關(guān)政策，扶貧地區(qū)村集體既可以在政策允許范圍內(nèi)建設(shè)扶貧光伏，也可以募集資金建設(shè)普通光伏?？紤]到光伏出力特性受到天氣特性和時(shí)空特性的影響以及農(nóng)村負(fù)荷所具有的飯峰負(fù)荷、農(nóng)忙負(fù)荷、過(guò)年負(fù)荷等特征，本文采取多類型典型日的方法，建立扶貧光伏布點(diǎn)定容雙層優(yōu)化模型。模型結(jié)構(gòu)如圖1 所示。本文模型中涉及的功率單位均為MW，電量單位均為MW.h。

圖1 模型結(jié)構(gòu)

本文使用凸松弛技術(shù)和KKT條件轉(zhuǎn)換進(jìn)行求解。求解結(jié)果表明，采用布點(diǎn)定容優(yōu)化模型的接入方案在提高扶貧村落經(jīng)濟(jì)收益、減少電網(wǎng)公司經(jīng)濟(jì)損失的同時(shí)還有效提升了電網(wǎng)運(yùn)行水平，更大程度地接納了光伏投建量，達(dá)到了“一舉多贏”的效果。

結(jié)論

本文針對(duì)大量扶貧光伏無(wú)序接入貧困地區(qū)薄弱配電網(wǎng)的問(wèn)題，建立了扶貧光伏布點(diǎn)定容雙層優(yōu)化模型；采用KKT條件轉(zhuǎn)換方法將雙層規(guī)劃模型轉(zhuǎn)換為單層模型，利用凸松弛技術(shù)實(shí)現(xiàn)非凸模型的近似求解，得到了如下結(jié)論：

• 1）在電網(wǎng)公司不同決策目標(biāo)下，電網(wǎng)運(yùn)行水平和扶貧光伏整體收益存在較大差異性。相較于經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和光伏發(fā)電削減量目標(biāo)，以電網(wǎng)損耗最小為目標(biāo)決策扶貧光伏的接入模式具有更大的優(yōu)勢(shì)，其不僅可以提高電網(wǎng)運(yùn)行水平，更可以使扶貧村落取得更大收益。
• 2）本文所提出的扶貧光伏布點(diǎn)定容雙層優(yōu)化接入方案相較于傳統(tǒng)接入方案，不僅可以提高扶貧村落經(jīng)濟(jì)收益、減少電網(wǎng)公司經(jīng)濟(jì)損失，還能夠有效降低電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)、提高光伏接納規(guī)模，實(shí)現(xiàn)“一舉多贏”的目標(biāo)。

引用本文

張迪, 苗世洪, 趙健, 涂青宇, 劉昊. 分布式發(fā)電市場(chǎng)化環(huán)境下扶貧光伏布點(diǎn)定容雙層優(yōu)化模型研究[J]. 電工技術(shù)學(xué)報(bào), 2019, 34(10): 1999-2010. Zhang Di, Miao Shihong, Zhao Jian, Tu Qingyu, Liu Hao. A Bi-Level Locating and Sizing Optimal Model for Poverty Alleviation PVs Considering the Marketization Environment of Distributed Generation. Transactions of China Electrotechnical Society, 2019, 34(10): 1999-2010.

團(tuán)隊(duì)介紹

張迪

1992年生，博士研究生，研究方向?yàn)榉植际诫娫床⒕W(wǎng)規(guī)劃。

苗世洪

博士，教授，博士生導(dǎo)師。湖北省電機(jī)工程學(xué)會(huì)理事、自動(dòng)化與計(jì)算機(jī)應(yīng)用專業(yè)委員會(huì)主任委員，中國(guó)能源研究會(huì)儲(chǔ)能標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)壓縮空氣儲(chǔ)能分委會(huì)委員，《IEEE Transactions on Power Delivery》、《IET Generation， Transformation & Distribution》、《中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)》、《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》、《電力系統(tǒng)自動(dòng)化》等雜志審稿專家，長(zhǎng)期從事電力系統(tǒng)繼電保護(hù)及自動(dòng)化、配電網(wǎng)與微網(wǎng)新技術(shù)、壓縮空氣儲(chǔ)能建模及應(yīng)用，電力系統(tǒng)智能調(diào)度與自動(dòng)化等方面的教學(xué)、研究與裝備研發(fā)工作，已發(fā)表學(xué)術(shù)論文130余篇(其中EI論文84篇，SCI論文23篇)。近年來(lái)主持國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃課題1項(xiàng)，主持國(guó)家自然科學(xué)研究基金3項(xiàng)，還主持或參與了多項(xiàng)國(guó)家973計(jì)劃項(xiàng)目、863計(jì)劃項(xiàng)目和國(guó)家電網(wǎng)公司總部科技項(xiàng)目等。