CN105846433B - 一种基于间歇性分布式电源波动的配电网暂态分析方法 - Google Patents

一种基于间歇性分布式电源波动的配电网暂态分析方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种基于间歇性分布式电源波动的配电网暂态分析方法，包括采集引起间歇性分布式电源波动的变量信息；计算引起间歇性分布式电源波动的各变量变化率，定义变量变化类型；测量获取不同变化类型下的配电网母线电压幅值、配电网系统频率，以及间歇性分布式电源输出的有功/无功功率，定义稳定指标，获取影响配电网暂态稳定性的占比；并依据高渗透率对配电网暂态稳定性的影响，判断配电网渗透率；该方法操作简便，为配电网暂态的稳定性控制提供依据，有效提高了间歇性分布式电源波动对配电网暂态的影响的准确性。

Description

一种基于间歇性分布式电源波动的配电网暂态分析方法
技术领域
本发明属于微电网与智能配电网应用研究领域，具体涉及一种基于间歇性分布式电源波动的配电网暂态分析方法。
背景技术
随着各种形式分布式电源、储能装置、微网，及电动汽车充放电设施等的接入，配电网由传统的无源网络变成有源网络，在推动能源发展转型升级，降低化石燃料的使用，减少碳排放，促进节能减排的同时对配电网规划设计、运行调度、控制保护、仿真分析等方面带来诸多挑战。与传统配电网相比，有源配电网采用了大量的电力电子装置、控制与保护设备等，其系统结构更加复杂；另一方面，随着大量分布式电源的接入，有源配电网的运行状态会随着外部条件、拓扑结构、负荷需求的变化以及故障或扰动的发生而不断变化，其暂态特性更加复杂。因此，通过仿真手段研究有源配电网的各种暂态行为，进而为配电网规划设计、优化调度、故障自动定位和排除、谐波分析、短路电流计算、保护装置整定、物理系统的试验与验证等提供支持，具有十分重要的意义和工程价值。
间歇性分布式电源接入配电网在缓解环境污染和能源短缺压力的同时，也会给配电网的安全运行分析带来新的挑战。未来的配电系统必须能接纳不同类型的分布式发电并能进行合理的调度与控制。分布式发电是指直接安装在配电网或分布的负荷附近的发电设施，能够经济、高效、可靠、稳定地发电。目前在光伏风机中所占比例越来越大，间歇性分布式电源孤岛运行时，需要与储能装置互相配合供电，联网运行时，可独立接入配电网。由于间歇性分布式电源具有随机性和波动性等不同，因此随着分布式电源大量接入，导致配电网的潮流、电压、继电保护与传统的单一电源的配电网系统有了很多的区别。分散的光伏电站和风电站一般采用110kV出线接入配电网，当这些电源相对于配电网的容量足够大时，将视配电网为有源网络，使配电网的稳定性变得更加复杂。因此，有必要对间歇性分布式电源接入配电网进行暂态分析。
发明内容
为了满足上述需求，本发明提出一种基于间歇性分布式电源波动的配电网暂态分析方法，分析光伏光照强度、温度和风机风速等变化情况时电压稳定指标、频率稳定指标和有功功率和无功功率的暂态稳定指标，从而提升了配电网暂态影响分析结果的准确性，实现了简化分析过程的目的。
本发明的目标是采用下述技术方案实现的：
一种基于间歇性分布式电源波动的配电网暂态分析方法，所述方法包括：
(1)采集引起间歇性分布式电源波动的变量信息，包括风速、温度和日照强度；
(2)计算引起间歇性分布式电源波动的各变量变化率；
(3)定义变量变化类型；
(4)测量获取不同变化类型下的配电网母线电压幅值，定义电压稳定指标，根据电压稳定指标判断配电网各节点电压稳定性，获取影响电压稳定性的占比；
(5)测量获取不同变化类型下的配电网系统频率，定义频率稳定指标，根据频率稳定指标判断配电网各节点频率稳定性，获取影响频率稳定性的占比；
(6)测量获取不同变化类型下的间歇性分布式电源输出的有功功率和无功功率，定义暂态响应指标，获取影响配电网暂态稳定性的占比；
(7)依据高渗透率对配电网暂态稳定性的影响，判断配电网渗透率。
优选的，所述步骤(2)中，各变量变化率的计算方法包括：
设额定风速为vref，测量当前风速v，通过公式
Figure BDA0000976904830000021
确定风速的变化率；
设额定温度Tref，测量当前温度T，通过公式
Figure BDA0000976904830000022
确定温度的变化率；
设额定光照强度Sref，测量当前光照强度S，通过公式
Figure BDA0000976904830000023
确定日照强度的变化率。
优选的，所述步骤(3)包括：定义风速、温度和日照强度变化类型为i，i∈[1,7]；其中，i＝1表示风速变化，i＝2表示温度变化，i＝3表示光照强度变化，i＝4表示风速和温度同时变化，i＝5表示风速和光照强度同时变化，i＝6表示温度和光照强度同时变化，i＝7表示风速、温度和光照强度同时变化。
优选的，所述步骤(4)定义电压稳定指标包括：根据发生第i种变化前配电网节点j的母线电压幅值
Figure BDA0000976904830000024
变量发生第i种变化后配电网节点j的母线电压幅值
Figure BDA0000976904830000025
以及母线电压幅值的额定值Uref，定义电压稳定指标
Figure BDA0000976904830000031
并根据电压稳定指标判断配电网各节点电压稳定性，若所述电压稳定指标
Figure BDA0000976904830000032
则表示电压稳定；其中，ε为预设阈值。
进一步地，所述(4)获取影响电压稳定性的占比包括：将引起间歇性分布式电源波动的各变量变化率和配电网母线电压幅值输入比例计算控制模块，利用比例计算控制器输出各变量引起配电网母线压幅值变化的比例关系ki，
Figure BDA0000976904830000033
ηi为第i种变化变量，i∈[1,7]。
优选的，所述(5)定义频率稳定指标包括：根据第i种变化前配电网系统频率Fia，第i种变化后配电网系统频率Fib，以及配电网系统频率的额定值Fref，定义频率稳定指标
Figure BDA0000976904830000034
并根据频率稳定指标判断配电网各节点频率稳定性，若所述
Figure BDA0000976904830000035
则频率稳定。
进一步地，所述步骤(5)获取影响频率稳定性的占比包括：将引起间歇性分布式电源波动的变量变化率和配电网系统频率变化率输入比例计算控制模块，利用比例计算控制器输出各变量对于配电网系统频率变化的比例关系。
优选的，所述步骤(6)定义暂态响应指标包括：设
Figure BDA0000976904830000036
和
Figure BDA0000976904830000037
分别为发生第i种变化时，间歇性分布式电源j输出的有功功率和无功功率；当间歇性分布式电源接入配电网影响暂态因素发生变化时，输出的有功功率和无功功率的暂态变化或者稳态变化，并记录所述有功功率和无功功率的暂态响应时间，将其作为暂态响应指标。
进一步地，所述步骤(6)获取影响配电网暂态稳定性的占比包括：将引起间歇性分布式电源波动的各变量变化率和间歇性分布式电源输出的有功功率和无功功率输入比例计算控制模块，利用比例计算控制器输出各变量对于间歇性分布式电源输出有功功率和无功功率变化的比例关系。
优选的，所述步骤(7)判断配电网渗透率包括：根据各变量的变化率和电压稳定指标，自定义增加配电网渗透率，分析增加配电网渗透率后配电网母线电压和频率变化，确定电网母线电压和频率变化的稳定范围；
将处于稳定范围内的各变量变化率和渗透率输入比例计算控制模块，利用比例计算控制器输出各变量对于配电网系统渗透率变化的比例关系。
与最接近的现有技术相比，本发明达到的有益效果是：
(1)该方法能提高间歇性分布式电源对配电网暂态影响分析结果准确性；
(2)根据间歇性分布式电源渗透率的增加对配电网暂态稳定的影响判断对配电网合适的渗透率；
(3)能分析光伏光照强度、温度和风机风速等变化情况，并且分析得到电压稳定指标、频率稳定指标和有功功率和无功功率的暂态稳定指标；
(4)为配电网暂态的稳定性控制提供依据。
附图说明
图1为基于间歇性分布式电源波动的配电网暂态分析方法流程图；
图2为间歇性分布式电源接入配电网的结构示意图；
图3为间歇性分布式电源并网系统结构示意图；其中，(a)为光伏发电系统并网系统结构示意图；(b)为风力发电系统并网系统结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的详细说明。
本发明图2所示，将间歇性分布式电源接入配电网搭建并仿真结构，进而分析间歇性分布式电源波动对配电网的暂态影响。
如图3所示，间歇性分布式电源的并网结构图包括(a)光伏发电系统并网结构图和(b)风力发电系统并网结构；用于分析光伏光照强度、温度和风机风速等变化情况。
如图1所示，一种基于间歇性分布式电源波动的配电网暂态分析方法，包括：
(1)采集引起间歇性分布式电源波动的变量信息，包括风速、温度和日照强度；
(2)计算引起间歇性分布式电源波动的各变量变化率；
各变量变化率的计算方法包括：
设额定风速为vref，测量当前风速v，通过公式
Figure BDA0000976904830000041
确定风速的变化率；
设额定温度Tref，测量当前温度T，通过公式
Figure BDA0000976904830000051
确定温度的变化率；
设额定光照强度Sref，测量当前光照强度S，通过公式
Figure BDA0000976904830000052
确定日照强度的变化率。
(3)定义变量变化类型；包括：定义风速、温度和日照强度变化类型为i，i∈[1,7]；其中，i＝1表示风速变化，i＝2表示温度变化，i＝3表示光照强度变化，i＝4表示风速和温度同时变化，i＝5表示风速和光照强度同时变化，i＝6表示温度和光照强度同时变化，i＝7表示风速、温度和光照强度同时变化。
(4)测量获取不同变化类型下的配电网母线电压幅值，定义电压稳定指标，根据电压稳定指标判断配电网各节点电压稳定性，获取影响电压稳定性的占比；步骤(4)中，定义电压稳定指标包括：根据发生第i种变化前配电网节点j的母线电压幅值
Figure BDA0000976904830000053
变量发生第i种变化后配电网节点j的母线电压幅值
Figure BDA0000976904830000054
以及母线电压幅值的额定值Uref，定义电压稳定指标
Figure BDA0000976904830000055
并根据电压稳定指标判断配电网各节点电压稳定性，若所述电压稳定指标：
Figure BDA0000976904830000056
则表示电压稳定；其中，ε为预设阈值。
如表1所示，获取影响电压稳定性的占比包括：将引起间歇性分布式电源波动的各变量变化率和配电网母线电压幅值输入比例计算控制模块，利用比例计算控制器输出各变量引起配电网母线压幅值变化的比例关系ki，
Figure BDA0000976904830000057
ηi为第i种变化变量，i∈[1,7]。
表1：各变量影响配电网各母线电压变化所占比例结果
Figure BDA0000976904830000058
Figure BDA0000976904830000061
(5)测量获取不同变化类型下的配电网系统频率，定义频率稳定指标，根据频率稳定指标判断配电网各节点频率稳定性，获取影响频率稳定性的占比，如表2所示。
表2：各变量影响系统频率变化所占比例和频率稳定指标
变量变化情况i 系统频率所占比例 频率稳定指标
1 0.1236 ε∈[0,0.1]
2 0.1092 ε∈[0,0.06]
3 0.1342 ε∈[0,0.07]
4 0.1452 ε∈[0,0.07]
5 0.1768 ε∈[0,0.06]
6 0.1843 ε∈[0,0.08]
7 0.1267 ε∈[0,0.12]
步骤(5)定义频率稳定指标包括：根据第i种变化前配电网系统频率Fia，第i种变化后配电网系统频率Fib，以及配电网系统频率的额定值Fref，定义频率稳定指标
Figure BDA0000976904830000062
并根据频率稳定指标判断配电网各节点频率稳定性，若所述
Figure BDA0000976904830000063
则频率稳定。
获取影响频率稳定性的占比包括：将引起间歇性分布式电源波动的变量变化率和配电网系统频率变化率输入比例计算控制模块，利用比例计算控制器输出各变量对于配电网系统频率变化的比例关系。
如表3所示，(6)测量获取不同变化类型下的间歇性分布式电源输出的有功功率和无功功率，定义暂态响应指标，获取影响配电网暂态稳定性的占比；
表3电压稳定指标和功率暂态响应时间判断间歇性分布式电源波动对配电网暂态影响
Figure BDA0000976904830000064
Figure BDA0000976904830000071
步骤(6)定义暂态响应指标包括：设
Figure BDA0000976904830000072
和
Figure BDA0000976904830000073
分别为发生第i种变化时，间歇性分布式电源j输出的有功功率和无功功率；当间歇性分布式电源接入配电网影响暂态因素发生变化时，输出的有功功率和无功功率的暂态变化或者稳态变化，如表4所示，并记录所述有功功率和无功功率的暂态响应时间，将其作为暂态响应指标。
表4：各变量影响间歇性分布式电源输出有功功率和无功功率变化所占比例结果
Figure BDA0000976904830000074
获取影响配电网暂态稳定性的占比包括：将引起间歇性分布式电源波动的各变量变化率和间歇性分布式电源输出的有功功率和无功功率输入比例计算控制模块，利用比例计算控制器输出各变量对于间歇性分布式电源输出有功功率和无功功率变化的比例关系。
(7)依据高渗透率对配电网暂态稳定性的影响：根据各变量的变化率和电压稳定指标，自定义增加配电网渗透率，分析增加配电网渗透率后配电网母线电压和频率变化，确定电网母线电压和频率变化的稳定范围；例如：第一次将配电网渗透率提升到24％～59％，检测增加配电网渗透率后配电网母线电压和频率变化，判断是否处于稳定范围内；若是，则第二次将配电网渗透率提升到59％～79％，再次检测配电网母线电压和频率变化，再次判断是否处于稳定范围内。
将处于稳定范围内的各变量变化率和渗透率输入比例计算控制模块，利用比例计算控制器输出各变量对于配电网系统渗透率变化的比例关系，其比例结果如表5所示。
表5：各变量影响渗透率增加所占比例结果
Figure BDA0000976904830000081
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本申请的技术方案而非对其保护范围的限制，尽管参照上述实施例对本申请进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：本领域技术人员阅读本申请后依然可对申请的具体实施方式进行种种变更、修改或者等同替换，这些变更、修改或者等同替换，其均在其申请待批的权利要求范围之内。

Claims (5)

1.一种基于间歇性分布式电源波动的配电网暂态分析方法，其特征在于，所述方法包括：
(1)采集引起间歇性分布式电源波动的变量信息，包括风速、温度和日照强度；
(2)计算引起间歇性分布式电源波动的各变量变化率；
(3)定义变量变化类型；
(4)测量获取不同变化类型下的配电网母线电压幅值，定义电压稳定指标，根据电压稳定指标判断配电网各节点电压稳定性，获取影响电压稳定性的占比；
(5)测量获取不同变化类型下的配电网系统频率，定义频率稳定指标，根据频率稳定指标判断配电网各节点频率稳定性，获取影响频率稳定性的占比；
(6)测量获取不同变化类型下的间歇性分布式电源输出的有功功率和无功功率，定义暂态响应指标，获取影响配电网暂态稳定性的占比；
(7)依据高渗透率对配电网暂态稳定性的影响，判断配电网渗透率；
所述步骤(3)包括：定义风速、温度和日照强度变化类型为i，i∈[1,7]；其中，i＝1表示风速变化，i＝2表示温度变化，i＝3表示光照强度变化，i＝4表示风速和温度同时变化，i＝5表示风速和光照强度同时变化，i＝6表示温度和光照强度同时变化，i＝7表示风速、温度和光照强度同时变化；
所述步骤(4)定义电压稳定指标包括：根据发生第i种变化前配电网节点j的母线电压幅值
Figure FDA0003377165080000021
变量发生第i种变化后配电网节点j的母线电压幅值
Figure FDA0003377165080000022
以及母线电压幅值的额定值Uref，定义电压稳定指标
Figure FDA0003377165080000023
并根据电压稳定指标判断配电网各节点电压稳定性，若所述电压稳定指标
Figure FDA0003377165080000024
则表示电压稳定；其中，ε1为电压预设阈值；
所述步骤(4)获取影响电压稳定性的占比包括：将引起间歇性分布式电源波动的各变量变化率和配电网母线电压幅值输入比例计算控制模块，利用比例计算控制器输出各变量引起配电网母线电压幅值变化的比例关系ki，
Figure FDA0003377165080000025
ηi为第i种变化变量，i∈[1,7]；
所述步骤(5)定义频率稳定指标包括：根据第i种变化前配电网系统频率Fia，第i种变化后配电网系统频率Fib，以及配电网系统频率的额定值Fref，定义频率稳定指标
Figure FDA0003377165080000026
并根据频率稳定指标判断配电网各节点频率稳定性，若所述
Figure FDA0003377165080000027
则频率稳定；
所述步骤(6)定义暂态响应指标包括：设
Figure FDA0003377165080000028
和
Figure FDA0003377165080000029
分别为发生第i种变化时，间歇性分布式电源j输出的有功功率和无功功率；当间歇性分布式电源接入配电网影响暂态因素发生变化时，输出的有功功率和无功功率的暂态变化或者稳态变化，并记录所述有功功率和无功功率的暂态响应时间，将其作为暂态响应指标。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)中，各变量变化率的计算方法包括：
设额定风速为vref，测量当前风速v，通过公式
Figure FDA0003377165080000031
确定风速的变化率；
设额定温度Tref，测量当前温度T，通过公式
Figure FDA0003377165080000032
确定温度的变化率；
设额定光照强度Sref，测量当前光照强度S，通过公式
Figure FDA0003377165080000033
确定日照强度的变化率。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(5)获取影响频率稳定性的占比包括：将引起间歇性分布式电源波动的变量变化率和配电网系统频率变化率输入比例计算控制模块，利用比例计算控制器输出各变量对于配电网系统频率变化的比例关系。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(6)获取影响配电网暂态稳定性的占比包括：将引起间歇性分布式电源波动的各变量变化率和间歇性分布式电源输出的有功功率和无功功率输入比例计算控制模块，利用比例计算控制器输出各变量对于间歇性分布式电源输出有功功率和无功功率变化的比例关系。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(7)判断配电网渗透率包括：根据各变量的变化率和电压稳定指标，自定义增加配电网渗透率，分析增加配电网渗透率后配电网母线电压和频率变化，确定电网母线电压和频率变化的稳定范围；
将处于稳定范围内的各变量变化率和渗透率输入比例计算控制模块，利用比例计算控制器输出各变量对于配电网系统渗透率变化的比例关系。
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