CN104135035A - 计及调压策略的小水电接入容量的优化方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了分布式电源并网技术领域中的一种计及调压策略的小水电接入容量的优化方法。包括：为小水电站预设多个不同的容量；在每种容量下，对小水电站进行调压处理；在每种容量下，计算小水电站容量的平均综合指标值；通过比较每种容量下的平均综合指标值，选出最合适的小水电接入容量。本发明考虑了负荷和小水电来水的波动性，在小水电的动态调压下，为小水电的接入并网提供了可靠依据。

Description

计及调压策略的小水电接入容量的优化方法

技术领域

本发明属于分布式电源并网技术领域，尤其涉及一种计及调压策略的小水电接入容量的优化方法。

背景技术

在我国，小水电是指由地方、集体或个人集资兴办与经营管理的，装机容量2.5万千瓦及以下的水电站及其配套的供电电网。正常情况下，辐射状的配电网中电压沿着线路的潮流方向逐步降低，当小水电接入配电网时，其就地供电可以减少功率在线路上的传输，进而使得节点电压升高，对配电网的电压有一定的支撑作用，能在一定程度上改善电压分布情况。但当小水电接入地址和接入容量不合理时，则可能出现电压越界和电压波动较大的问题。当小水电处于丰水期，其发电容量远大于网络的总负荷时，可能造成功率倒送，使得小水电接入节点电压升高甚至出现电压越界现象，严重的时候可能烧毁用电设备，这对电网的安全运行是不利的。

由于大部分小水电为径流式小水电，具有出力间歇性，容易造成电压波动，所以小水电并网最明显的影响就是易造成电网电压越限问题。另一方面，因为配电网的电压等级低，潮流流经线路时将会造成比较大的网损，因此分布式电源并网后对网络损耗也有影响。

从电能质量和经济两个方面综合考虑，以电压合格率和配电网电能损耗一起作为接入容量的评价指标，通过比较多种接入容量对应的综合指标数值的大小，来判断此容量的优劣，综合评价指标数值越大证明此接入容量越合适。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种计及调压策略的小水电接入容量的优化方法，用于实现电能质量和经济两个方面的小水电接入容量的优化。

为了实现上述目的，本发明提出的技术方案是，一种计及调压策略的小水电接入容量的优化方法，其特征是所述方法包括：

步骤1：为小水电站预设多个不同的容量；

步骤2：在每种容量下，对小水电站进行调压处理；

步骤3：在每种容量下，计算小水电站容量的平均综合指标值；

步骤4：通过比较每种容量下的平均综合指标值，选出最合适的小水电接入容量。

所述对小水电站进行调压处理具体为：

子步骤A1：设定每个小水电站的功率因数均为1并令i＝1；

子步骤A2：测量小水电站的输出电压；

子步骤A3：判断小水电站配电网中的电压标幺值是否大于1.07，如果小水电站配电网中的电压标幺值大于1.07，则执行子步骤A4；否则，执行子步骤A8；

子步骤A4：判断第i个小水电站的功率因数是否为0.95，如果第i个小水电站的功率因数为0.95，则执行子步骤A6；否则，执行子步骤A5；

子步骤A5：令第i个小水电站的功率因数返回子步骤A2；其中，为第i个小水电站的功率因数，为调节步长；

子步骤A6：令i＝i+1，判断i>M是否成立，如果i>M，则执行子步骤A7；否则，返回子步骤A4；其中，M为小水电站数量；

子步骤A7：调压失败；

子步骤A8：调压结束。

所述计算小水电站容量的平均综合指标值采用公式

为容量的平均综合指标值；

N为采集的时刻数；

K_j为时刻j容量的综合指标且K_j＝α·HGL_j-β·W_LOSS,j；

HGL_j为时刻j的电压合格率且

m_j为时刻j的电压合格的节点数；

M为节点总数；

W_LOSS,j为时刻j的电能损耗且W_LOSS,j＝Δ_j·t；

Δ_j为时刻j的电网网损；

t为数据采集时间间隔；

α和β分别为设定权重。

所述步骤4具体为：将每种容量下的平均综合指标值中，平均综合指标值的最大值所对应的容量作为小水电接入容量。

本发明考虑了负荷和小水电来水的波动性，在小水电的动态调压下，为小水电的接入并网提供了可靠依据。

附图说明

图1是计及调压策略的小水电接入容量的优化方法流程图；

图2是小水电站进行调压处理流程图；

图3是计及调压策略确定小水电容量的过程示意图；

图4是33节点配电网系统结构图；

图5是33节点配电网典型日各个时间取样点各个节点的负荷表；

图6是33节点配电网典型日的小水电来水百分比数据表；

图7是各个时刻的小水电出力数据表；

图8是调压后电压合格率数据表；

图9是实施例调压前后电压合格率对比图；

图10是计及调压后配电网总网损数据表；

图11是计及调压后各个时间点综合指标值数据表。

具体实施方式

下面结合附图，对优选实施例作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。

配电网在一天的运行中，负荷是时刻变化的，小水电来水也是时刻变化的，考虑到电压与负荷、小水电出力均有关系，本发明以一天为单位，隔一个小时进行一次计算，求得该情况下的综合指标值，一天24个小时共得到24个综合指标值，最后求得综合指标值的平均值，便是此容量的平均综合指标值。

为确定小水电的最佳装机容量，需要对各种方案进行对比取舍。假定小水电装机容量为某设定值，在此方案的情况下，启动调压处理过程，然后求得各个时刻的评价指标，最后得出该装机容量的平均综合指标值。通过设定多个不同的容量，对每个方案(容量)下的平均综合指标值大小进行评估，选出最合适的小水电接入容量。

图1是计及调压策略的小水电接入容量的优化方法流程图。如图1所示，本发明提供的计及调压策略的小水电接入容量的优化方法包括：

步骤1：为小水电站预设多个不同的容量。

设定小水电站的容量后，先要采集相关数据，包括配电网每个小时的负荷大小和相同时间点小水电来水百分比。通过预设的装机容量和各个时刻小水电来水百分比，可以求出各个时刻小水电的出力情况。根据各个时刻小水电出力和负荷情况，可以求出各个时刻潮流分布及电压分布，进而得出各个时刻的综合指标。

步骤2：在每种容量下，对小水电站进行调压处理。

图2是小水电站进行调压处理流程图。如图2所示，以4个小水电站(即M＝4)为例，对小水电站进行调压处理的具体过程包括：

子步骤A1：设每个小水电站的功率因数均为1并令i＝1。

子步骤A2：测量小水电站的输出电压。也根据步骤1采集的数据，可以求出各个时刻潮流分布及电压分布。

子步骤A3：判断小水电站配电网中的电压标幺值是否大于1.07，如果小水电站配电网中的电压标幺值大于1.07，则执行子步骤A4；否则，执行子步骤A8。

子步骤A4：判断第i个小水电站的功率因数是否为0.95，如果第i个小水电站的功率因数为0.95，则执行子步骤A6；否则，执行子步骤A5。

子步骤A5：令第i个小水电站的功率因数返回子步骤A2；其中，为第i个小水电站的功率因数，为调节步长。

子步骤A6：令i＝i+1，判断i>M是否成立，如果i>M，则执行子步骤A7；否则，返回子步骤A4；其中，M为小水电站数量。

子步骤A7：调压失败。

子步骤A8：调压结束。

步骤3：在每种容量下，计算小水电站容量的平均综合指标值。

计算小水电站容量的平均综合指标值采用公式：

$\stackrel{\‾}{K}=\frac{1}{N}\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{K}_j---\left(1\right)$

公式(1)中，为容量的平均综合指标值，N为采集的时刻数，如果以一天24小时为采集时刻，则N＝24。K_j为时刻j容量的综合指标且

K_j＝α·HGL_j-β·W_LOSS,j   (2)

公式(2)中，α和β分别为设定权重，HGLj为时刻j的电压合格率，W_LOSS,j为时刻j的电能损耗，且

${\mathrm{HGL}}_j=\frac{m_j}{M}---\left(3\right)$

W_LOSS,j＝Δ_j·t   (4)

公式(3)中，m_j为时刻j的电压合格的节点数，M为节点总数。公式(4)中，Δ_j为时刻j的电网网损，t为数据采集时间间隔。

步骤4：通过比较每种容量下的平均综合指标值，选出最合适的小水电接入容量。

图3是计及调压策略确定小水电容量的过程示意图。如图3所示，在计算出每种容量下的平均综合指标值后，可以将每种容量下的平均综合指标值中，平均综合指标值的最大值所对应的容量作为小水电接入容量。即将使得公式(5)成立的容量作为小水电接入的容量。

$\mathrm{Max}\stackrel{\‾}{K}=\mathrm{Max}\frac{1}{N}\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{K}_j---\left(5\right)$

下面结合具体实例，说明本发明的具体计算过程。如图4所示，采用IEEE33节点配电系统作为测试对象，节点编号见图4。其中1为根节点，连着无限大系统，该系统电压等级为12.66kV，有功出力为3.9177MW，无功功率为2.4351Mvar。网络的额定电压为10.0kV，其线路采用架空线JKLYJ-240。

查得该配电网典型日各个时间取样点各个节点的负荷大小如图5给出的表所示。由于一天之内小水电的来水不同，查得某地区典型日的小水电出力百分比如图6所示。假设该配电网接入4个容量均为1.5MW小水电，分别接在节点18、节点22、节点25、节点33，接入的小水电总容量为6MW，且初始功率因数为1.0。由图6给出的表，根据典型日小水电的出力比可以得出小水电一天24个小时里的有功出力，如图7给出的表所示。在加入小水电后，并计及小水电进相运行改变功率因数来调压，通过仿真可以得出调压后合格率如图8给出的表。而加入小水电后，对比调压前后的电压合格率如图9所示。由图8和图9可以很明显看到，由于小水电容量的逐步增大，出现了部分节点电压升高越界的情况，因此启动调压策略来改善电压。而由调压后在典型日里24小时的电压合格率均为100％，可以看出，调压达到了提高电压合格率的效果。计及调压后一天内的配电网总网损如图10给出的表，进而求得一天24小时内的各个时间点的综合指标如图11给出的表所示。最后由图11中的数据可以求得此容量下的平均综合指标值为0.8415。

通过仿真可以发现，接入小水电后没有启动调压系统时，某些时刻的电压合格率低于100％，这是由于随着小水电容量的增大，出现了部分节点电压升高越界的情况，导致了电压不合格。但启动调压系统后，使得典型日全天的合格率均为100％，验证了本调压策略的可行性，改善了配电网电压分布。通过潮流计算可以求得一天各个时刻的电压合格率及配电网总网损，根据综合评价指标定义，最后求得无小水电并网的时候平均综合评价指标为0.8415。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种计及调压策略的小水电接入容量的优化方法，其特征是所述方法包括：

步骤1：为小水电站预设多个不同的容量；

步骤2：在每种容量下，对小水电站进行调压处理；

步骤3：在每种容量下，计算小水电站容量的平均综合指标值；

步骤4：通过比较每种容量下的平均综合指标值，选出最合适的小水电接入容量。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述对小水电站进行调压处理具体为：

子步骤A1：设定每个小水电站的功率因数均为1并令i＝1；

子步骤A2：测量小水电站的输出电压；

子步骤A3：判断小水电站配电网中的电压标幺值是否大于1.07，如果小水电站配电网中的电压标幺值大于1.07，则执行子步骤A4；否则，执行子步骤A8；

子步骤A4：判断第i个小水电站的功率因数是否为0.95，如果第i个小水电站的功率因数为0.95，则执行子步骤A6；否则，执行子步骤A5；

子步骤A5：令第i个小水电站的功率因数返回子步骤A2；其中，为第i个小水电站的功率因数，为调节步长；

子步骤A6：令i＝i+1，判断i>M是否成立，如果i>M，则执行子步骤A7；否则，返回子步骤A4；其中，M为小水电站数量；

子步骤A7：调压失败；

子步骤A8：调压结束。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征是所述计算小水电站容量的平均综合指标值采用公式

为容量的平均综合指标值；

N为采集的时刻数；

K_j为时刻j容量的综合指标且K_j＝α·HGL_j-β·W_LOSS,j；

HGL_j为时刻j的电压合格率且

m_j为时刻j的电压合格的节点数；

M为节点总数；

W_LOSS,j为时刻j的电能损耗且W_LOSS,j＝Δ_j·t；

Δ_j为时刻j的电网网损；

t为数据采集时间间隔；

α和β分别为设定权重。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征是所述步骤4具体为：将每种容量下的平均综合指标值中，平均综合指标值的最大值所对应的容量作为小水电接入容量。