CN102419855B - 一种电网中清洁能源电力分布的计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电网中清洁能源电力分布的计算方法，包括如下步骤：步骤1：在清洁能源接入发电系统后，对电网进行基态潮流计算，获得整个电网的电力流动分布；步骤2：以一个清洁能源为出发点，结合电网有功潮流的流动方向，通过拓扑分析进行单一清洁能源的供电范围分析；步骤3：基于电网有功潮流的大小，进行电网支路中清洁能源注入功率的分布比例的计算。本发明可以实现更为细致的清洁能源消费分析，提高清洁能源电力规划和电力系统监控精度。

Description

一种电网中清洁能源电力分布的计算方法

技术领域

本发明涉及一种电网中清洁能源电力分布的计算方法，属于配电自动化技术领域。

背景技术

自2005年2月16日《联合国气候变化公约京都议定书》正式生效实施后，二氧化碳减排额将成为一种商品在世界流通。目前我国二氧化碳排放量已位居世界第二，其他温室气体排放量也居世界前列。我国在开发和利用能源方面还存在着许多问题，主要是：

(一)能源的生产量不能满足能源消费需求的增长；

(二)能源消费结构不合理；

(三)能源利用效率不高；

(四)对开发和利用新能源和可再生能源战略意义认识不足。

因此，我国当前的能源政策是通过节能降耗，以提高能源利用率，加速能源结构调整，大力发展清洁能源。随着清洁能源的建设，清洁能源覆盖了越来越多的电力用户。因为清洁能源的广泛应用和接入，其电力不但能供给自身负荷区域，也反馈到电网中为越来越多的电力用户所应用分享，所以电网中流动的清洁能源比例在逐步提高。

传统的清洁能源分布统计方法，通常以某一区域做宏观统计，通过该区域的清洁能源总体比例来表征电网的清洁能源利用水平。但是，如果能够准确地把握清洁能源在电网中的分布，计算出各个用户利用的清洁能源比例，则一方面可以为能源策略的制定者提供更为细致的电力规划决策依据，更重要的是可以根据用户用电的清洁能源比例设置细分电价，并通过价格杠杆或补贴机制进一步促进清洁能源的发展，发挥社会整体力量共同构建生态环保、可持续发展的现代社会。

在分布式电力系统中，潮流计算是电力系统非常重要的分析计算方法，用以研究系统规划和运行中提出的各种问题。对规划中的电力系统，通过潮流计算可以检验所提出的电力系统规划方案能否满足各种运行方式的要求；对运行中的电力系统，通过潮流计算可以预知各种负荷变化和网络结构的改变会不会危及系统的安全，系统中所有母线的电压是否在允许的范围以内，系统中各种元件(线路、变压器等)是否会出现过负荷，以及可能出现过负荷时应事先采取哪些预防措施等。

但是，现有技术中没有将潮流计算应用于清洁能源的电力分布计算中，而是采用的前述宏观统计这种粗放式的计算方法。在电力规划过程中，传统方法得到的数据不够精确，往往无法采用或者无法用于实现电力分布的精确的预测。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种电网中清洁能源电力分布的计算方法。

为实现上述的发明目的，本发明采用下述的技术方案：

一种电网中清洁能源电力分布的计算方法，其特征在于包括下述步骤：

步骤1：在清洁能源接入发电系统后，对电网进行基态潮流计算，获得整个电网的电力流动分布；

步骤2：以一个清洁能源为出发点，结合所述电网有功潮流的流动方向，通过拓扑分析进行单一清洁能源的供电范围分析；

步骤3：基于所述电网有功潮流的大小，进行电网支路中清洁能源注入功率的分布比例的计算。

优先地，还包括步骤4：重复步骤2和步骤3，对所述多个清洁能源的供电范围分别进行清洁功率的分布比例的计算；

步骤5：将步骤4中获得的所述多个清洁能源的电力进行叠加，得到电网中各处的清洁能源电力分布。

本发明所提供的清洁能源电力分布计算方法，可以实现更为细致的清洁能源消费分析，得到清洁能源电力规划和电力系统监控所需的多项重要数据，从而提高清洁能源电力规划和电力系统监控精度。同时，由于本计算方法只需进行一次基态潮流计算，计算简单快速，可以实时计算，方便对电网的监控。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。

图1为本发明所提供的清洁能源电力分布计算方法的流程图；

图2为电网基态潮流的示意图；

图3为电网中清洁能源分布的估算结果图。

具体实施方式

本发明所提供的清洁能源电力分布计算方法可以应用在分布式发电系统中。该分布式发电系统中包括多个清洁能源，例如水力发电、风力发电等。该方法用于计算出清洁能源在整个电网中的分布状况，甚至可以用于计算出各个支路或者各个用户利用的清洁能源比例。

本发明所提供的清洁能源电力分布计算方法，整体上包括以下步骤：

步骤1：对包含一个或多个清洁能源的电网进行基态潮流计算，获得整个电网的电力流动分布；

步骤2：以单个清洁电源为出发点，结合电网有功潮流的流动方向，通过拓扑分析进行单一电源的供电范围分析；

步骤3：基于电网有功潮流的大小，进行电网支路中清洁能源注入功率的分布比例的计算；

步骤4：重复步骤2和步骤3，对全部清洁电源的供电范围分别进行清洁功率的分布比例的计算；

步骤5：将步骤4中获得的各个清洁能源的电力，进行叠加，得到电网中各处的清洁能源整体分布。

可以理解，在电网内仅含有一个清洁能源的时候，可以省略步骤4和步骤5。

具体而言，本发明所提供的清洁能源电力分布计算方法的实现步骤如下：

步骤(1)：对电网进行基态潮流计算，获得电网中电源、负荷和设备支路中潮流流动分布情况。

步骤(2)：以一个清洁发电电源为起始点，根据潮流流动方向，进行广度拓扑搜索，以得出其供电范围及电力分布。

在以清洁发电电源为起始点进行拓扑广度搜索的时候，若与搜索起始节点连通的电网设备支路中的基态潮流，与此次搜索方向一致，则使该设备支路及对侧节点，进入该电源的供电范围。此时将该设备支路称为该搜索起始点的“供电支路”，将对侧节点称为该搜索起始点的“下级供电节点”。

步骤(3)：将本次搜索起始点的所有“供电支路”上的功率进行加总，得到支路总功率Pnd_0_sum，并得到各条“供电支路”i中的功率占支路总功率Pnd_0_sum的功率比例Ki，其中Ki＝Pi/Pnd_0_sum，Pi是一条“供电支路”的功率。

步骤(4)：用作为本次搜索起始点的清洁能源的注入功率P和功率比例Ki，计算各条“供电支路”i中的清洁能源电力Pci，其中Pci＝P*Ki。

通过步骤(3)和步骤(4)，将作为搜索起始点的清洁能源的注入功率，根据该清洁能源的所有“供电支路”的功率之比，分配到各个“供电支路”上。

步骤(5)：将“下级供电节点”递归带入步骤(2)至步骤(4)的计算过程，直至没有新的“下级供电节点”。这样就算出了对于某一清洁能源而言的供电范围内的电力分布。

步骤(6)：对所有的清洁能源均进行上述步骤2至步骤5的分析，将电力系统的所有支路中的清洁电力相加，即得到整个电网中清洁能源的电力分布。

步骤(7)：将支路中的清洁能源的注入母线的电力分布相加，即得到各负荷节点消耗的清洁能源电力。

可以理解，如果只需要计算某一清洁能源而言的供电范围内的电力分布，则只需进行步骤1至步骤5；如果还需要计算整个电网中所有清洁能源的电力分布，则需要进行步骤1至步骤6；如果需要计算负荷节点消耗的清洁能源电力，则需要进行步骤1至步骤5以及步骤7。由于可以精确计算各个负荷节点消耗的清洁能源电力，就能够得到细致的清洁能源消费分析。利用步骤1至步骤6计算得到的整个电网的所有清洁能源的电力分布，可以得到清洁能源电力规划和电力系统监控所需的重要数据，从而提高清洁能源电力规划和电力系统监控精度。

本发明具有如下的优点：计算中利用了电网中有功流动的线性化的特点，充分地考虑了各电源对网络的复合影响，同时计算只需进行一次基态潮流计算，计算简单快速，可以实时计算，方便对电网的监控。

下面结合图1至图3，对电网中清洁能源电力分布的计算方法展开详细的说明。

为简化说明，示例中近似认为电网设备中有功功率损耗为零。本发明是网络进行潮流计算，获得整个电网的功率流动分布。

步骤A：对有一个或多个清洁能源发电接入后的电网，进行基态潮流计算，获得各电源点的出力情况、负荷功率情况、线路上潮流流动分布情况。如图2中数值如“P0＝…”所示，方向为箭头方向。示例中假设外网电源为非清洁能源，清洁能源为清洁发电电源1和清洁发电电源2。其初始有功潮流均为2。

步骤B：以一个清洁发电电源为起始点，根据潮流流动方向，进行广度拓扑搜索，得出其供电范围及电力分布。从清洁发电电源1开始，其流入节点1的清洁电力的大小Pnd_c_inj1为2。而节点1中与搜索方向相同的只有支路2，而支路3的有功潮流方向与搜索方向不一致，因此不进入清洁发电电源1的供电范围。因为仅仅是支路2承担了全部节点1注入的清洁电力，故K2＝1，所以支路2中的清洁电力Pc2_1＝Pnd_c_inj2*K2＝2。

步骤C：检查清洁发电电源1是否有其他“次级供电节点”。如果没有，则对于清洁发电电源1的供电范围分析结束，转入对清洁发电电源2的分析。

步骤D：对清洁发电电源2而言，其对节点2的清洁电力注入Pnd_c_inj2＝2，而节点2的清洁电力的“供电支路”包括支路3和支路5，因此Pnd_0_out＝P03+P05＝2+8＝10。支路3中的清洁电力比例K3＝2/(2+8)＝0.2，支路5中的清洁电力比例K5＝8/(2+8)＝0.8，继而得到支路3中的清洁电力Pc3_2＝Pnd_c_inj2*K3＝2*0.2＝0.4，支路5中的清洁电力Pc5_2＝Pnd_c_inj2*K5＝2*0.8＝1.6。

步骤E：检查清洁发电电源2是否有其他“次级供电节点”。对节点2而言，清洁发电电源2的“次级供电节点”为节点1。对节点1而言，其全部的清洁电力流向支路2，因此Pc2_2＝0.4。

步骤F：检查清洁发电电源2是否有其他“次级供电节点”，如果没有，则对于清洁发电电源2的供电范围分析结束，

步骤G：检查是否有新的未分析的清洁发电电源，如果没有则扫描分析结束；如果有则对未分析的清洁发电能源进行前述步骤A至步骤F的类似分析，得到该清洁发电能源的供电范围分析结果。

步骤G：将所有电力设备支路中的清洁电力相加，即得到整个电网中清洁能源的电力分布。对支路5而言Pc5＝Pc5_2＝1.6，对支路2而言Pc2＝Pc2_1+Pc2_2＝2+0.4＝2.4。

步骤H：进行支路功率相节点功率的转换，可以得到电网中两个负荷点的清洁电力消费为：负荷1的为1.6，负荷2的为2.4，其和正好和清洁电源的电力总和相一致。最后的电网中清洁能源电力分布如图3所示。

以上对本发明所提供的电网中清洁能源电力分布的计算方法进行了详细的说明。对本领域的一般技术人员而言，在不背离本发明实质精神的前提下对它所做的任何显而易见的改动，都将构成对本发明专利权的侵犯，将承担相应的法律责任。

Claims (6)

1.一种电网中清洁能源电力分布的计算方法，其特征在于包括：

步骤1：在清洁能源接入发电系统后，对电网进行基态潮流计算，获得整个电网的电力流动分布；

步骤2：以一个清洁能源为出发点，结合电网有功潮流的流动方向，通过拓扑分析进行单一清洁能源的供电范围分析；

步骤3：基于所述电网有功潮流的大小，进行电网支路中清洁能源注入功率的分布比例的计算；

步骤4：重复步骤2和步骤3，对多个清洁能源的供电范围分别进行清洁功率的分布比例的计算；

步骤5：将步骤4中获得的所述多个清洁能源的电力进行叠加，得到电网中各处的清洁能源电力分布。

2.如权利要求1所述的电网中清洁能源电力分布的计算方法，其特征在于：

所述步骤1中获得整个电网的电力流动分布，是指获得电网中的清洁能源、负荷和设备支路中潮流流动分布情况。

3.如权利要求1所述的电网中清洁能源电力分布的计算方法，其特征在于：

在步骤2中进行拓扑广度搜索的时候，若与作为搜索起始点的清洁能源相连通的设备支路中的基态潮流，与搜索方向一致，则使该设备支路及对侧节点进入该清洁能源的供电范围。

4.如权利要求3所述的电网中清洁能源电力分布的计算方法，其特征在于：

在步骤3中，电网支路中清洁能源注入功率的分布比例的计算，是指将作为搜索起始点的所述清洁能源的注入功率，根据所述清洁能源的所有供电支路的功率之比，分配到各个供电支路上，所述供电支路是指与搜索方向一致的设备支路。

5.如权利要求3所述的电网中清洁能源电力分布的计算方法，其特征在于：

在步骤3中，电网支路中清洁能源注入功率的分布比例的计算包括以下步骤：

将作为本次搜索起始点的清洁能源的所有供电支路上的功率进行加总，得到支路总功率Pnd_0_sum，并得到各条供电支路i中的功率占支路总功率Pnd_0_sum的功率比例Ki，其中Ki＝Pi/Pnd_0_sum，Pi是一条供电支路的功率，所述供电支路是指与搜索方向一致的设备支路；

用作为本次搜索起始点的清洁能源的注入功率P和功率比例Ki，计算各条供电支路i中的清洁能源电力Pci，其中Pci＝P*Ki。

6.如权利要求1所述的电网中清洁能源电力分布的计算方法，其特征在于：

在步骤5中，将支路中的清洁能源注入母线的电力分布相加，得到负荷节点消耗的清洁能源电力。