CN106485395A - 一种考虑配电网网损和扩容成本的分布式电源配置方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种考虑配电网网损和扩容成本的分布式电源配置方法。其基于配电网潮流分析，在各节点负荷功率增长时，计及了有功潮流和无功潮流增长对各支路网损和扩容成本的影响。再按电流比例将网损和扩容成本分摊给各负荷节点，从而得到各节点新增负荷的成本。以此为量化指标来配置分布式电源，分别在不同负荷节点接入不同功率分布式电源后，搜索各负荷节点网损和扩容成本下降值与接入分布式电源成本之比的最大值，则在最大值所对应的负荷节点配置相应功率的分布式电源。通过上述方法来配置电源，来实现配置的经济合理化。
Description
技术领域
本发明涉及分布式电源规划领域，尤其涉及一种考虑配电网网损和扩容成本的分布式电源配置方法。
背景技术
分布式电源作为清洁能源，凭借其高效的能源转换率和灵活方便的分散配置，这些传统集中式大型机组发电所不具备的优点，正受到越来越多的关注。分布式电源的广泛接入必将给配电网规划带来深远的影响。
目前，关于计算网损成本，有边际网损系数法、潮流跟踪法。边际网损系数法是一种基于微观经济学原理和已知潮流解的网损分摊方法，其根据节点注入单位功率后引起全网网损变化量，来对各节点上的负荷进行网损分摊。潮流跟踪法，其假设输电节点是理想的潮流混合器，潮流在各个节点上是按照比例分布的，即可以算出输电线路的功率组成，以此作为网损分摊的依据。
目前，关于计算扩容成本，有支路长期增量成本法、边际容量成本法。支路长期增量成本法，基于现有线路的利用程度，反映由于支路末端节点功率增加(减少)，导致支路投资提前(延迟)而产生的成本(收益)。边际容量成本法，基于增加单位负荷而引起的供电设备的投资，大小取决于上级支路的增量成本，通过各负荷节点的负荷大小来对支路投资进行分摊。
目前，对于含有分布式电源的配电网规划，有基于配电扩容规划的，其引入节点边际容量成本，反映节点容量的充裕程度，以分布式电源扩容成本小于接入点的边际容量成本作为分布式电源接入的条件。
发明内容
本发明提出一种考虑配电网网损和扩容成本的分布式电源配置方法。其基于配电网潮流分析，在各节点负荷功率增长时，计及了有功潮流和无功潮流增长对各支路网损和扩容成本的影响。再按电流比例将网损和扩容成本分摊给各负荷节点，从而得到各节点新增负荷的成本。以此为量化指标来配置分布式电源，分别在不同负荷节点接入不同功率分布式电源后，搜索各负荷节点网损和扩容成本下降值与接入分布式电源成本之比的最大值，则在最大值对应的负荷节点配置相应功率的分布式电源。
一种考虑配电网网损和扩容成本的分布式电源配置方法，包括以下步骤：
S1：配电网系统包括有x个节点，各节点分别表示为N1、N2、..Nb..、Nx，还包括有(x-1)条支路，各支路分别表示为L1、L2、..La..、Lx-1。已知各负荷节点的有功功率和无功功率各支路的线路阻抗RLa、YLa，各支路允许通过的最大电流ImaxLa，各支路的造价priceLa。
S2：以一年为时间单位，各负荷节点的有功功率和无功功率每年以相同的速率r增长。通过潮流分析，计算第一年末各支路的有功网损增量配电网的单位购电成本为buy，可得到各支路新增的网损成本netLa。
S3：通过潮流分析，还可以计算每一年末各支路通过的电流，将其与对应的各支路允许通过最大电流作比较，当第a条支路在第k年末通过的电流IkLa超过其最大允许电流IkmaxLa时，即该支路需要在第k年进行扩容，扩容的规模为增设一条相同型号和容量的线路，与现有支路并列运行，即扩容后，该支路允许通过的最大电流增加，线路阻抗下降。考虑到现有线路的物理寿命，设定扩容时间不超过40年，即支路电流一直没有超过最大允许电流的支路，在第40年重建一条相同型号和容量的线路，等效为扩容。在折现率dis一定的情况下，根据扩容时间和支路的造价priceLa，即可得到年金现值，再除以年金现值系数即可以得到该支路的年度扩容成本bigL。该支路扩容后，更新潮流计算的线路参数，在该支路扩容的基础上继续搜索其它支路的扩容时间，每扩容一次就同步更新潮流计算的线路参数，直到计算得到各支路的年度扩容成本bigLa。
S4：通过潮流分析，可以得到每条支路的电流ILi，再根据基尔霍夫电流定理，可以计算得到流入各负荷节点的电流INi。当计算第a条支路对于各负荷节点的分摊系数时，由于配电网一般为辐射状结构，只有一个平衡节点作为电源供电，系统的潮流方向是固定的，故该支路的电流只流向下游的负荷节点，该支路的网损成本和扩容成本只向下游进行分摊，即上游负荷点的分摊系数为0，下游负荷节点的分摊系数为下游负荷节点b的流入电流INb与通过该支路电流ILa的比值，每条支路对每个负荷节点的分摊系数共同构成了分摊系数矩阵ratea,b。
S5：根据S4得到的各支路分摊系数矩阵ratea,b，将S2得到的各支路的网损成本和S3得到的扩容成本分摊给各负荷节点，再将各负荷节点累计的网损成本和扩容成本相加，再除以各负荷节点新增负荷大小即为该配电网的节点新增负荷的成本priceNb。
S6：以各节点新增负荷的成本为量化指标来配置分布式电源，分别在不同负荷节点接入不同功率PDG分布式电源前后，计算各节点新增负荷的成本，接入前为priceNb，接入后为priceNbDG，分布式电源单位功率成本为COSTDG。搜索各负荷节点网损和扩容成本下降值与接入分布式电源成本之比F的最大值，则在最大值所对应的负荷节点配置相应功率的分布式电源。
通过本发明的上述方法，达到了很好的资源配置的功效。
附图说明
图1是配电网各节点新增负荷的成本计算方法的流程图；
图2是18节点配电系统算例示意图；
图3是支路L5电流流向示意图；
图4是支路L3电流流向示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施方式作进一步的详细说明。
本发明提出来一种考虑配电网网损和扩容成本的分布式电源配置方法。
S1：配电网系统包括有x个节点，各节点分别表示为N1、N2、..Nb..、Nx，还包括有(x-1)条支路，各支路分别表示为L1、L2、..La..、Lx-1。已知各负荷节点的有功功率和无功功率各支路的线路阻抗RLa、YLa，各支路允许通过的最大电流ImaxLa，各支路的造价priceLa。
S2：以一年为时间单位，各负荷节点的有功功率和无功功率每年以相同的速率r增长。通过潮流分析，计算第一年末各支路的有功网损增量配电网的单位购电成本为buy，可得到各支路新增的网损成本netLa。
S3：通过潮流分析，还可以计算每一年末各支路通过的电流，将其与对应的各支路允许通过最大电流作比较，当第a条支路在第k年末通过的电流IkLa超过其最大允许电流IkmaxLa时，即该支路需要在第k年进行扩容，扩容的规模为增设一条相同型号和容量的线路，与现有支路并列运行，即扩容后，该支路允许通过的最大电流增加，线路阻抗下降。考虑到现有线路的物理寿命，设定扩容时间不超过40年，即支路电流一直没有超过最大允许电流的支路，在第40年重建一条相同型号和容量的线路，等效为扩容。在折现率dis一定的情况下，根据扩容时间和支路的造价priceLa，即可得到年金现值，再除以年金现值系数即可以得到该支路的年度扩容成本bigL。该支路扩容后，更新潮流计算的线路参数，在该支路扩容的基础上继续搜索其它支路的扩容时间，每扩容一次就同步更新潮流计算的线路参数，直到计算得到各支路的年度扩容成本bigLa。
S4：通过潮流分析，可以得到每条支路的电流ILi，再根据基尔霍夫电流定理，可以计算得到流入各负荷节点的电流INi。当计算第a条支路对于各负荷节点的分摊系数时，由于配电网一般为辐射状结构，只有一个平衡节点作为电源供电，系统的潮流方向是固定的，故该支路的电流只流向下游的负荷节点，该支路的网损成本和扩容成本只向下游进行分摊，即上游负荷点的分摊系数为0，下游负荷节点的分摊系数为下游负荷节点b的流入电流INb与通过该支路电流ILa的比值，每条支路对每个负荷节点的分摊系数共同构成了分摊系数矩阵ratea,b。
S5：根据S4得到的各支路分摊系数矩阵ratea,b，将S2得到的各支路的网损成本和S3得到的扩容成本分摊给各负荷节点，再将各负荷节点累计的网损成本和扩容成本相加，再除以各负荷节点新增负荷大小即为该配电网的节点新增负荷的成本priceNb。
S6：以各节点新增负荷的成本为量化指标来配置分布式电源，分别在不同负荷节点接入不同功率PDG分布式电源前后，计算各节点新增负荷的成本，接入前为priceNb，接入后为priceNbDG，分布式电源单位功率成本为COSTDG。搜索各负荷节点网损和扩容成本下降值与接入分布式电源成本之比F的最大值，则在最大值所对应的负荷节点配置相应功率的分布式电源。
下面通过仿真案例对考虑配电网网损和扩容成本的分布式电源配置方法进行具体分析。仿真是通过软件矩阵实验室MATLAB实现的，步骤如下：
选取某一变电站的10kV出线，如图2，该配电网系统包括有18个节点，各节点分别表示为N1、N2、..Nb..、N18，还包括有17条支路，各支路分别表示为L1、L2、..La..、L17。已知各支路的线路阻抗RLa、YLa，各支路允许通过的最大电流ImaxLa，各支路的造价成本priceLa，如下表1。已知各负荷节点的有功功率和无功功率如下表2。
表1.各支路参数
表2.各负荷节点参数
以一年为时间单位，各负荷节点的有功功率和无功功率每年以相同的速率5％增长。通过潮流分析，计算第一年末各支路的有功网损增量配电网的单位购电成本为0.4kW·h/元，分布式电源选择微型燃气轮机，其年度单位成本为111.2元/kw-a。
根据公式(1-1)计算网损成本，可得到各支路新增的网损成本netLa，结果如下表3。
表3.各支路新增网损成本
通过潮流分析，还可以计算每一年末各支路通过的电流，将其与对应的各支路允许通过最大电流作比较，当第a条支路在第k年末通过的电流IkLa超过其最大允许电流IkmaxLa时，即该支路需要在第k年进行扩容，扩容的规模为增设一条相同型号和容量的线路，与现有支路并列运行，即扩容后，该支路允许通过的最大电流增加，线路阻抗下降。考虑到现有线路的物理寿命，设定扩容时间不超过40年，即支路电流一直没有超过最大允许电流的支路，在第40年重建一条相同型号和容量的线路，等效为扩容。在折现率为5％的情况下，根据扩容时间和支路的造价priceLa，即可得到年金现值，再除以年金现值系数即可以得到该支路的年度扩容成本bigL。该支路扩容后，更新潮流计算的线路参数，在该支路扩容的基础上继续搜索其它支路的扩容时间，每扩容一次就同步更新潮流计算的线路参数，得到各支路的扩容时间，结果如下表4。并根据公式(1-2)，计算得到各支路的年度扩容成本bigLa，结果如下表5。
表4.各支路扩容时间
表5.各支路年度扩容成本
通过潮流分析，可以得到每条支路的电流ILi，再根据基尔霍夫电流定理，可以计算得到流入各负荷节点的电流INi。当计算第a条支路对于各负荷节点的分摊系数时，由于配电网一般为辐射状结构，只有一个平衡节点作为电源供电，系统的潮流方向是固定的，故该支路的电流只流向下游的负荷节点，该支路的网损成本和扩容成本只向下游进行分摊，如说明书附图图3所示，绿色箭头代表第5条支路的电流IL5，由于系统潮流方向是固定的，故其只流向红色箭头标注的负荷节点N6、N7，即其它负荷节点的分摊系数为0，负荷节点N6的分摊系数为负荷节点N7的分摊系数为同理如说明书附图图4所示，绿色箭头代表第3条支路的电流IL3，其只流向红色箭头标注的负荷节点N4、N5、N6、N7、N13、N14、N15、N16、N17、N18。综上，只需在下游负荷节点计算分摊系数，为下游负荷节点的流入电流IN6与通过该支路电流ILa的比值，而其它负荷节点的分摊系数为0。根据式(1-3),可得每条支路对每个负荷节点的分摊系数共同构成了分摊系数矩阵ratea,b，结果如下表6。
表6.分摊系数矩阵
根据各支路的分摊系数矩阵ratea,b，将各支路的网损成本和扩容成本分摊给各负荷节点，再将各负荷节点累计的网损成本和扩容成本相加，再除以各负荷节点新增负荷大小。根据式(1-4)，即可得到该配电网的节点新增负荷的成本priceNb，结果如下表7。
表6.各负荷节点新增负荷的成本
S6：以各节点新增负荷的成本为量化指标来配置分布式电源，分别在不同负荷节点接入不同功率PDG分布式电源前后，计算各节点新增负荷的成本，接入前为priceNb，接入后为priceNbDG，分布式电源单位功率成本为COSTDG。搜索各负荷节点网损和扩容成本下降值与接入分布式电源成本之比F的最大值，则在最大值所对应的负荷节点配置相应功率的分布式电源。
在接入分布式电源后，通过在不同负荷节点加入不同功率的分布式电源来搜索目标函数。发现目标函数均小于1，即接入分布式电源后，各负荷节点新增负荷成本的下降值，均无法覆盖所接入分布式电源的成本，配电公司必须承担接入分布式电源的一部分成本。根据目标函数，最终选择在负荷节点18配置89kW的分布式电源，除去各负荷节点新增负荷成本下降值所抵消的接入分布式电源成本，配电公司通过该方案获知其补贴。
Claims (6)
1.一种考虑配电网网损和扩容成本的分布式电源配置方法，其特征在于：
S100：基于配电网潮流分析，在各节点负荷功率增长时，计及了有功潮流和无功潮流增长对各支路网损和扩容成本的影响；
S200：再按电流比例将网损和扩容成本分摊给各负荷节点，从而得到各节点新增负荷的成本；
S300：以此为量化指标来配置分布式电源，分别在不同负荷节点接入不同功率分布式电源后，搜索各负荷节点网损和扩容成本下降值与接入分布式电源成本之比的最大值，则在最大值所对应的负荷节点配置相应功率的分布式电源。
2.根据权利要求1所述的一种考虑配电网网损和扩容成本的分布式电源配置方法，步骤S100进一步包括以下步骤：
S1：配电网系统包括有x个节点，各节点分别表示为N1、N2、..Nb..、Nx，还包括有(x-1)条支路，各支路分别表示为L1、L2、..La..、Lx-1。已知各负荷节点的有功功率和无功功率各支路的线路阻抗RLa、YLa，各支路允许通过的最大电流ImaxLa，各支路的造价priceLa；
S2：以一年为时间单位，各负荷节点的有功功率和无功功率每年以相同的速率r增长，通过潮流分析，计算第一年末各支路的有功网损增量配电网的单位购电成本为buy，可得到各支路新增的网损成本netLa；
S3：通过潮流分析，还可以计算每一年末各支路通过的电流，将其与对应的各支路允许通过最大电流作比较，当第a条支路在第k年末通过的电流IkLa超过其最大允许电流IkmaxLa时，即该支路需要在第k年进行扩容，扩容的规模为增设一条相同型号和容量的线路，与现有支路并列运行，即扩容后，该支路允许通过的最大电流增加，线路阻抗下降，在折现率dis一定的情况下，根据扩容时间和支路的造价priceLa，即可得到年金现值，再除以年金现值系数即可以得到该支路的年度扩容成本bigL，该支路扩容后，更新潮流计算的线路参数，在该支路扩容的基础上继续搜索其它支路的扩容时间，每扩容一次就同步更新潮流计算的线路参数，直到计算得到所有支路的年度扩容成本bigLa。
3.根据权利要求1或2所述的一种考虑配电网网损和扩容成本的分布式电源配置方法，步骤S300进一步包括以下步骤：
S4：通过潮流分析，可以得到每条支路的电流ILi，再根据基尔霍夫电流定理，可以计算得到流入各负荷节点的电流INi
S5：根据S4得到的各支路分摊系数矩阵ratea,b，将S2得到的各支路的网损成本和S3得到的扩容成本分摊给各负荷节点，再将各负荷节点累计的网损成本和扩容成本相加，再除以各负荷节点新增负荷大小即为该配电网的节点新增负荷的成本priceNb。
4.根据权利要求1或3所述的一种考虑配电网网损和扩容成本的分布式电源配置方法，步骤S300进一步包括以下步骤：
S6：以各节点新增负荷的成本为量化指标来配置分布式电源，分别在不同负荷节点接入不同功率PDG分布式电源前后，计算各节点新增负荷的成本，接入前为priceNb，接入后为priceNbDG，分布式电源单位功率成本为COSTDG，搜索各负荷节点网损和扩容成本下降值与接入分布式电源成本之比F的最大值，则在最大值所对应的负荷节点配置相应功率的分布式电源。
5.根据权利要求3所述的一种考虑配电网网损和扩容成本的分布式电源配置方法，其特征在于，当计算第a条支路对于各负荷节点的分摊系数时，配电网为辐射状结构，只有一个平衡节点作为电源供电，系统的潮流方向是固定的，该支路的电流只流向下游的负荷节点，该支路的网损成本和扩容成本只向下游进行分摊，上游负荷点的分摊系数为0，下游负荷节点的分摊系数为下游负荷节点b的流入电流INb与通过该支路电流ILa的比值，每条支路对每个负荷节点的分摊系数共同构成了分摊系数矩阵ratea,b。
6.根据权利要求5所述的一种考虑配电网网损和扩容成本的分布式电源配置方法，其特征在于，步骤S300中根据以下方式计算：
接入前为priceNb，接入后为priceNbDG，分布式电源单位功率成本为COSTDG，搜索各负荷节点网损和扩容成本下降值与接入分布式电源成本之比F的最大值，则在最大值所对应的负荷节点配置相应功率的分布式电源。
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