CN104716641B - 一种含分布式电源的配电网供电能力评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种含分布式电源的配电网供电能力评估方法，包括以下步骤：1)建立供电能力评估指标体系及各指标的评价特征函数；2)采用改进重复潮流法，求取含分布式电源的配电网最大供电功率；3)采用基于德尔菲法的层次分析法获取各指标的评估权重；4)根据所述评价指标函数及评估权重获得最终供电能力综合评估结果。与现有技术相比，本发明建立了含DG的配电网供电能力分析模型，改进了重复潮流法、考虑了分布式电源建立了供电能力评估体系并采用基于德尔菲法的层次分析法对供电能力进行综合评估，具有有效性和准确性较高、有效的减少人为的影响、适用范围广等优点。

Description

一种含分布式电源的配电网供电能力评估方法

技术领域

本发明涉及配电网领域，尤其是涉及一种含分布式电源的配电网供电能力评估方法。

背景技术

分布式电源(DG)评估技术是目前国内外研究的热点。对含DG的配电网供电能力进行综合评估有助于在满足可靠性的情况下充分挖掘配电网的供电能力，对配电网的规划、优化和建设等有着很强的参考价值。

与不含分布式电源的配电网相比，由于含有分布式电源的配电网受天气、光照等不确定因素的影响，所以其最大输出功率具有波动性、间断性等特点。因此如何有效的建立配电网的分析模型，采用合理的最大供电功率分析方法，建立供电能力的评估体系是供电能力评估的核心和技术关键。

目前，现有对传统配电网供电能力的研究较多，主要的方法有容载比法，基于主变互联的供电能力分析方法，基于中压配电网的接线模式最大倍数法、尝试法和内点法等方法。这些方法将配电网的可靠性、线路容量和运行状态等约束考虑在内能够简单清晰地反映配电网的供电能力。

现有技术对含DG的配电网供电能力的研究较少，是由于主要存在以下难点：1)综合考虑网络结构和DG接入，建立合理的供电能力分析模型；2)妥善的处理DG功率输出的波动性和间歇性等特征，求取配电网最大供电功率；3)综合考虑DG对供电能力的影响，建立有效和客观的供电能力的评价体系。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种具有较高有效性和准确性、适用范围广的含分布式电源的配电网供电能力评估方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种含分布式电源的配电网供电能力评估方法，包括以下步骤：

1)建立供电能力评估指标体系及各指标的评价特征函数；

2)采用改进重复潮流法，求取含分布式电源的配电网最大供电功率；

3)采用基于德尔菲法的层次分析法获取各指标的评估权重；

4)根据所述评价指标函数及评估权重获得最终供电能力综合评估结果。

所述供电能力评估指标体系包括效益型指标和成本型指标，所述效益型指标包括网络峰值功率、网络低谷功率和平均供电功率，所述成本型指标包括DG波动性影响和大电网供电功率影响。

所述各指标的评价特征函数具体为：

网络峰值功P_max指在评估时段内配电网可输送的最大供电功率：

P_max＝max{P(1) … P(i) … P(N)}

式中，P(i)为第i个采样点的最大供电功率，N为采样点总数；

网络低谷功率P_min指在评估时段内配电网可输送的最小供电功率：

P_min＝min{P(1) … P(i) … P(N)}

平均供电功率指评估时段内各采样点的最大供电功率平均值：

DG波动性影响P_b反映了含分布式电源对配电网最大供电功率的稳定性：

大电网供电功率影响PI反映含分布式电源对大电网供电功率影响的程度：

式中：PI(i)为第i个采样点的大电网供电量。

所述最大供电功率通过以下步骤获取：

a1)建立含分布式电源的配电网供电模型；

a2)基于所述配电网供电模型，采用改进重复源流法求取典型负荷日各运行时刻的配电网最大供电功率，形成各采样点最大供电功率曲线。

所述配电网供电模型包括正常运行模型和考虑“n-1”原则的故障模型，所述 正常运行模型包括导纳模型Y₁、对地导纳模型Y₁₀、负荷节点模型S_P和DG节点模型SG，所述考虑“n-1”原则的故障模型包括模拟故障后的导纳模型Y₁’、对地导纳模型Y₁₀’、负荷节点模型S_P’和DG节点模型SG’。

所述采用改进重复源流法求取典型负荷日各运行时刻的配电网最大供电功率具体为：

a201)基于典型负荷日运行时刻的DG出力和负荷量进行均匀抽样，获取该时刻的DG出力情况；

a202)以负荷增长歩长h为各节点负荷的增长量，递增各节点负荷量；

a203)基于牛顿拉夫逊法则，以考虑“n-1”原则的故障模型为基础，计算各节点的潮流数据；

a204)根据所述潮流数据判断是否满足潮流约束，若是，则返回步骤a202)，若否，则判断是否满足精度要求，若是，则获得该时刻的最大供电功率，若否，则以减半的负荷递增步长递增上一次负荷量，并返回步骤a203)；

a205)重复步骤a201)-a204)，获得所有运行时刻的最大供电功率。

所述步骤3)具体为：

301)获取专家权重矩阵：

Q_k为第k位专家的权重矩阵，n为指标数，其中，

302)获取专家综合评价矩阵E：

其中，m为专家数；

303)判断专家意见分歧度δ_ij是否小于设定阈值δ₀，若是，则执行步骤304)，若否，则返回步骤301)，所述专家意见分歧度δ_ij的计算公式为：

其中，E_ij为矩阵E中第i行第j列的元素值；

304)判断权重一致性C.I.大于0，若是，则返回步骤301)，若否，则执行步骤305)，所述权重一致性C.I.的计算公式为：

其中，λ_max为矩阵E的最大特征值；

305)获取λ_max对应的特征向量y，对其进行标准化，得到各指标的评估权重Y：

Y＝[Y₁ … Y_i … Y_n]^T

其中：y_i为特征向量y中第i个值。

所述步骤4)具体为：

401)根据各指标的评价指标函数计算评估时段内各采样点的评估结果a：

a＝[a₁ … a_i … a_k]

其中，a_i＝[a_i1 … a_ij … a_in]^T为第i个采样点各指标的评估结果，a_ij为第i个采样点第j个指标的评估结果，k为采样点个数，n为指标数；

402)对a中的各a_i进行标准化处理，得到A，标准化处理为：

A_i＝[A_i1 … A_ij … A_in]^T

其中，

403)获得供电能力综合评估结果B：

B＝A×Y。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)本发明采用改进重复潮流法进行配电网最大供电功率的求取，综合考虑了供电可靠性，潮流和电压等约束条件，兼顾了网架结构、现状电网负荷和DG功率输出等多种因素，求取流程简单清晰且具有较高的有效性和准确性。

(2)本发明提出的含DG的配电网供电能力指标体系，着重反映了DG的波动性和间歇性对配电网供电能力的影响，能够定量的反映供电能力。

(3)本发明采用基于DM法的层次分析法综合评估供电能力，相对于传统的 层次分析法可以有效的减少人为的影响，给出的综合评估结果更为客观。

(4)本发明供电能力评估方法具有一般性的意义，适用范围广，为含分布式电源的配电网供电能力评估提供了新的思路。

附图说明

图1为本发明采用重复潮流法的配电网最大供电功率的求取流程图；

图2为本发明含DG的配电网供电能力评价指标体系示意图；

图3为实施例中案例配电网络结构简化图；

图4为实施例中典型负荷日DG功率曲线图；

图5为实施例中四套方案的最大供电功率曲图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

本发明实施例提供一种含分布式电源的配电网供电能力评估方法，该方法建立了供电能力模型及其评估指标体系，采用改进的重复潮流法对配电网最大供电功率进行分析，并利用基于德尔菲法的层次分析法对典型负荷日分时段(日间、夜间和全天)配电网进行供电能力的综合评估。

1、基于改进RPF的最大供电功率求取

1)计及供电可靠性的含DG配电网模型建立

考虑了供电可靠性，建立供电能力分析模型，为便于分析将其拆分为网络模型和节点模型。网络模型分为线路支路导纳模型Y₁和对地导纳模型Y₁₀，如式(1)所示。

式中，y_ij代表i节点与j节点间的线路支路导纳，y_ij0代表i节点与j节点间的线路对地导纳。

节点模型分为负荷节点模型S_P和DG节点模型SG如式(2)所示。

S_P/SG＝(Sp₁/SG₁ … Sp_i/SG_i … Sp_n/SG_n) (2)

式中：Sp_i和SG_i分别为节点i的负荷功率和DG输出功率。

考虑“n-1”原则，故障后的导纳模型Y₁’、对地导纳模型Y₁₀’、负荷节点模型S_P’和DG节点模型SG’如式(3)-(6)所示。

Y₁'/Y_1j0'＝Y₁/Y_1j0×β (3)

S_P'/SG'＝S_P/SG·η (4)

η＝diag(η₁ … η_i … η_n) (6)

其中：

基于式(1)-(6)的计算，可以得出故障后网络模型Y_ij如式(7)所示。

Y_ij＝E×(Y₁'·k+y₀')-(y₁'-E×y₁') (7)

其中，×代表矩阵对应元素相乘，·代表矩阵相乘；k＝[1 … 1]；

节点电压、导线支路热极限和变压器额定功率等潮流约束，如式(9)所示。

其中：V、V_L和V_H分别为支路电压及其下限和上限；i_L和i_max为各支路流过的电路和允许的最大载流量；S_t和S_tmax分别为各变压器的支路功率值和最大允许功率。

2)采用改进的重复潮流法的最大功率曲线

利用改进的重复潮流法，求取采样时刻的最大供电功率，目标函数S如式(8)。

式中：k为负荷增长倍数，h为负荷增长步长。

如图1所示，最大供电功率的求取过程包括以下步骤：

步骤s101，输入原始数据。建立故障配电网网架模型Y₁、负荷节点模型S_P、DG节点模型SG、负荷增长歩长h和计算精度e。

步骤s102，典型负荷日网架运行时刻抽样。基于典型负荷日运行时刻的DG出力和负荷量均匀抽样，获取该时刻点的DG出力情况。

步骤s103，考虑负荷增长。以歩长h为各节点负荷的增长量，递增各节点现状负荷量，即S′＝S+h，S为现状负荷量。

步骤s104，潮流分析计算。基于牛顿拉夫逊法则，以故障后网架参数为基础，对网架的各节点的潮流、电压等分析计算。

步骤s105，判断是否符合潮流/电压约束。若满足，则S＝S′，返回步骤s103。若不满足，判断是否满足精度要求，不满足则减半递增步长，递增上一次负荷，即令S＝S′-h且h＝h/2，返回步骤s103；若满足精度要求，则得出该时刻的最大供电功率。

步骤s106，判断是否完成抽样，若是，则绘制最大供电功率曲线，若否，则返回步骤s102。

2供电能力评估指标体系

考虑到DG的波动性和间歇性对配电网的影响，建立的供电能力评估指标体系如图2所示。指标分为成本型(越小越好)和效益型(越大越好)指标，其中，成本型指标包括“DG波动性影响”和“大电网供电功率影响”，效益型指标包括“网络峰值功率”、“网络低谷功率”和“平均供电功率”。

在各指标计算以典型负荷日的配电网运行数据为样本，以抽样数N对样本运行时刻均匀抽样。各指标的评价特征函数具体如下：

1)网络峰值功率

网络峰值功P_max指在评估时段内配电网可输送的最大供电功率，如公式(10)所示。

P_max＝max{P(1) … P(i) … P(N)} (10)

式中，P(i)为第i个采样点的最大供电功率，N为采样点总数；

2)网络低谷功率

网络低谷功率P_min指在评估时段内配电网可输送的最小供电功率，如公式(11)所示。

P_min＝min{P(1) … P(i) … P(N)} (11)

3)平均供电功率

平均供电功率指评估时段内各采样点的最大供电功率平均值，如公式(12)所示。

4)DG波动性影响

DG波动性影响P_b反映了含分布式电源对配电网最大供电功率的稳定性，如公式(13)所示。

5)大电网供电功率影响

由于网络潮流约束，DG的接入将会减小大电网供电功率，该指标反映了DG对大电网供电功率影响的程度，如式(14)所示。

式中：PI(i)为第i个采样点的大电网供电量。

3基于DM的层次分析法

为了减小专家主观性的影响，本文基于德尔菲法(Delphi Method，DM)，改进了层次分析法的权重选取过程，对配电网的供电能力进行综合评估。

1)基于DM法的权重确定

获取专家权重矩阵：

Q_k为第k位专家的权重矩阵，n为指标数，其中，

获取专家综合评价矩阵E，按照式(16)对m个专家给出的评分进行加权平均计算：

用专家意见分歧度δ_ij判断指标重要性的离散度是否满足要求。若某指标分歧度大于设定阈值δ₀，需再次讨论该指标重要程度，重新获取专家权重矩阵。δ_ij计算如式(17)。

其中，E_ij为矩阵E中第i行第j列的元素值。

用权重一致性C.I.判断得出权重是否具有代表性。若C.I.大于0.1，则需要修正权重矩阵Q。C.I.的计算如式(18)。

其中，λ_max为矩阵E的最大特征值。

获取λ_max对应的特征向量y，对其进行标准化，得到各指标的评估权重Y：

Y＝[Y₁ … Y_i … Y_n]^T

其中：y_i为特征向量y中第i个值。

2)供电能力综合评估

根据各指标的评价指标函数计算评估时段内各采样点的评估结果a：

a＝[a₁ … a_i … a_k]

其中，a_i＝[a_i1 … a_ij … a_in]^T为第i个采样点各指标的评估结果，a_ij为第i个采样点第j个指标的评估结果，k为采样点个数，n为指标数。

对a中的各a_i进行标准化处理，得到A，标准化处理为：

A_i＝[A_i1 … A_ij … A_in]^T

其中，

获得供电能力综合评估结果B：

B＝A×Y。

4案例实施

本实施例以某地区10kV配电网为案例，线路阻抗为(0.125+0.32j)Ω/km，线路载流量为539A。模型假设相邻节点间的线路长度均为0.2km。电压质量约束为额定电压的±5％，潮流约束为线路额定载流量。本案例的结构简化如图3。典型负荷日系统的平均总负荷量(16.3+2.3j)MVA，波动范围为±25％。典型负荷日的DG功率曲线如图4所示。

本案例分别讨论了一种不含DG的配电网和三种含DG接入配电网的方案，如表1所示。

表1DG接入方案

注：表中数字为节点编号。

通过对四种接入方案分析，对比DG出力相同的情况下，由于接入配电网方式不同导致的供电能力差异。并验证本发明针对含DG的配电网供电能力评估方法的有效性。

1)指标分析

利用matlab软件计算，得出案例中四套方案的最大供电功率曲线如图5。

由图5可见，由于方案一不含有分布式电源，因此最大供电功率曲线最平缓，但是相对于其他各方案各时间点的最大供电功率最小。其余各方案中，由于DG的接入位置不同，因此其最大供电功率曲线在最大(小)值、分布区间和波动程度等方面有着明显的差异。

建立评估配电网供电能力的指标体系，分析最大供电功率图5，得到相应指标评估结果如表2。

表2各方案供电能力指标分析结果

由图5和表2可见，DG接入配电网后，在“网络峰值功率”、“网络低谷功率”和“平均供电功率”三项指标均有大幅提升。但是在“大电网供电功率影响”和“DG波动性影响”两项指标方面均有一定的减小。详细比较各含DG的配电网供电方案，可以发现各含DG接入方案的各项指标优劣差异明显，在“平均供电功率”方面甚至可达7.2MVA，在“大电网供电功率影响”方面差异可达44.9％。可见接入方案显著影响配电网供电能力的各指标。

2)综合分析

利用基于DM的层次分析法，综合评估各方案的供电能力，结果如表3所示。

表3各方案供电能力综合分析结果

由表3可见，含DG的供电方案(二、三、四)供电能力评分优于不含DG的方案一，可见DG接入对供电能力有着显著的提升。

分析含DG的供电方案(二、三、四)可以发现，各方案中方案二(DG接入于线路首段)较优。综合全天、夜间、日间的供电能力评分，可以发现含DG的配电网供电能力不仅受到接入方案的影响，而且受到DG的运行时刻，即DG的出力 的影响。

案例分析表明，DG的接入方案对配电网的供电能力有着显著的影响。提出的针对含DG的配电网供电能力评估方法的客观性和有效性。

Claims (5)

1.一种含分布式电源的配电网供电能力评估方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)建立供电能力评估指标体系及各指标的评价特征函数；

2)采用改进重复潮流法，求取含分布式电源的配电网最大供电功率，具体为：

a1)建立含分布式电源的配电网供电模型；

a2)基于所述配电网供电模型，采用改进重复潮流法求取典型负荷日各运行时刻的配电网最大供电功率，形成各采样点最大供电功率曲线，具体为：

a201)基于典型负荷日运行时刻的DG出力和负荷量进行均匀抽样，获取该时刻的DG出力情况；

a202)以负荷增长步长h为各节点负荷的增长量，递增各节点负荷量；

a203)基于牛顿拉夫逊法则，以考虑“n-1”原则的故障模型为基础，计算各节点的潮流数据；

a204)根据所述潮流数据判断是否满足潮流约束，若是，则返回步骤a202)，若否，则判断是否满足精度要求，若是，则获得该时刻的最大供电功率，若否，则以减半的负荷递增步长递增上一次负荷量，并返回步骤a203)；

a205)重复步骤a201)-a204)，获得所有运行时刻的最大供电功率；

3)采用基于德尔菲法的层次分析法获取各指标的评估权重；

4)根据所述评价特征函数及评估权重获得最终供电能力综合评估结果。

2.根据权利要求1所述的含分布式电源的配电网供电能力评估方法，其特征在于，所述供电能力评估指标体系包括效益型指标和成本型指标，所述效益型指标包括网络峰值功率、网络低谷功率和平均供电功率，所述成本型指标包括DG波动性影响和大电网供电功率影响；

所述各指标的评价特征函数具体为：

网络峰值功率P_max指在评估时段内配电网可输送的最大供电功率：

P_max＝max{P(1) … P(i) … P(N)}

式中，P(i)为第i个采样点的最大供电功率，N为采样点总数；

网络低谷功率P_min指在评估时段内配电网可输送的最小供电功率：

P_min＝min{P(1) … P(i) … P(N)}

平均供电功率指评估时段内各采样点的最大供电功率平均值：

DG波动性影响P_b反映了含分布式电源对配电网最大供电功率的稳定性：

大电网供电功率影响PI反映含分布式电源对大电网供电功率影响的程度：

式中：PI(i)为第i个采样点的大电网供电量。

3.根据权利要求1所述的含分布式电源的配电网供电能力评估方法，其特征在于，所述配电网供电模型包括正常运行模型和考虑“n-1”原则的故障模型，所述正常运行模型包括导纳模型Y₁、对地导纳模型Y₁₀、负荷节点模型S_P和DG节点模型SG，所述考虑“n-1”原则的故障模型包括模拟故障后的导纳模型Y₁’、对地导纳模型Y₁₀’、负荷节点模型S_P’和DG节点模型SG’。

4.根据权利要求1所述的含分布式电源的配电网供电能力评估方法，其特征在于，所述步骤3)具体为：

301)获取专家权重矩阵：

Q_k为第k位专家的权重矩阵，n为指标数，其中，

302)获取专家综合评价矩阵E：

其中，m为专家数；

303)判断专家意见分歧度δ_ij是否小于设定阈值δ₀，若是，则执行步骤304)，若否，则返回步骤301)，所述专家意见分歧度δ_ij的计算公式为：

其中，E_ij为矩阵E中第i行第j列的元素值；

304)判断权重一致性C.I.是否大于0，若是，则返回步骤301)，若否，则执行步骤305)，所述权重一致性C.I.的计算公式为：

其中，λ_max为矩阵E的最大特征值；

305)获取λ_max对应的特征向量y，对其进行标准化，得到各指标的评估权重Y：

Y＝[Y₁ … Y_i … Y_n]^T

其中：y_i为特征向量y中第i个值。

5.根据权利要求4所述的含分布式电源的配电网供电能力评估方法，其特征在于，所述步骤4)具体为：

401)根据各指标的评价特征函数计算评估时段内各采样点的评估结果a：

a＝[a₁ … a_i … a_k]

其中，a_i＝[a_i1 … a_ij … a_in]^T为第i个采样点各指标的评估结果，a_ij为第i个采样点第j个指标的评估结果，k为采样点个数，n为指标数；

402)对a中的各a_i进行标准化处理，得到A，标准化处理为：

A_i＝[A_i1 … A_ij … A_in]^T

其中，

403)获得供电能力综合评估结果B：

B＝A×Y。