CN106549412A - 针对风电场并网的供电效益评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种针对风电场并网的供电效益评估方法。该方法包括：步骤1，负荷数据蒙特卡洛采样；步骤2，根据负荷数据蒙特卡洛采样，计算第一配电网最优潮流，包括功率损耗电压偏离量 线路负荷率Loading⁰；步骤3，风电场出力数据蒙特卡洛采样；步骤4，根据风电场出力数据蒙特卡洛采样，计算第二配电网最优潮流，包括功率损耗P_Loss、Q_Loss，电压偏离量U_max、U_min，线路负荷率Loading；步骤5，根据第一配电网最优潮流和第二配电网最优潮流，计算风电场并网的供电指标LossP、LossQ、DV、LL；步骤6，根据所述供电指标，评估风电场供电效益。通过本发明，解决了相关技术中无法针对风电场并网后对供电效益的影响进行评估的问题。

Description

针对风电场并网的供电效益评估方法

技术领域

本发明涉及分布式电源综合评估领域，具体而言，涉及一种针对风电场并网的供电效益评估方法。

背景技术

随着电网规模的不断扩大，电网对远方电力的依赖程度也不断提高，也增加了电网发生故障的概率。随着全球经济的发展，能源消耗的加剧，人类发展面临着巨大的挑战，也带来了新能源发展的巨大机遇；随着环保、低碳与节能意识的提高，新能源特别是可再生能源获得了越来越多的关注，节能减排，绿色能源，可持续发展成为当前各国关注的焦点。

分布式电源具有能源利用效率高，环境负面影响小，能提高能源供应可靠性和经济效益的特点。分布式电源一般是指一种分散、非集中式的发电方式，通常指功率为几千瓦至数百千瓦的小型、与环境兼容的发电装置，用以满足电力系统和用户特定的要求，如调峰、为边远用户或居民区供电，能够节省供配电投资、提高供电可靠性等。

传统的分布式电源主要有微型燃气轮机、太阳能发电、风力发电、生物质能发电等。但随着电动汽车、智能家电、能效服务等新兴用电领域的迅猛发展，用电方式不断增多和电力消费方式日益多样化，许多新型用电设施在电网中作为分布式电源使用。分布式发电具有投资低、环保好、灵活性高等优点，但以风能、太阳能为代表的分布式电源存在不连续、不稳定，随时间、季节变化而变化等特点，且随着这些分布式电源的发电容量在电网中比重的增加，会对电力系统的电能质量和可靠性产生许多不利影响。

目前还没有针对分布式电源的供电效益评估方法，尤其是无法评估某一个分布式电源并网后对供电效益的影响。

发明内容

本发明提供了一种针对风电场并网的供电效益评估方法，以至少解决相关技术中无法针对风电场并网后对供电效益的影响进行评估的问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种针对风电场并网的供电效益评估方法包括：

步骤1，负荷数据蒙特卡洛采样；

步骤2，根据负荷数据蒙特卡洛采样，计算第一配电网最优潮流，包括功率损耗电压偏离量线路负荷率Loading⁰；

步骤3，风电场出力数据蒙特卡洛采样；

步骤4，根据风电场出力数据蒙特卡洛采样，计算第二配电网最优潮流，包括功率损耗P_Loss、Q_Loss，电压偏离量U_max、U_min，线路负荷率Loading；

步骤5，根据第一配电网最优潮流和第二配电网最优潮流，计算风电场并网的供电指标LossP、LossQ、DV、LL；

步骤6，根据所述供电指标，评估风电场供电效益。

可选地，所述步骤2的第二配电网最优潮流的计算，包括目标函数运行成本最小化，其数学模型如下：

其中，P_Gi为第i台发电机的有功功率；a_0i、a_1i、a_2i为其耗量特性曲线参数；

潮流约束条件：

电压水平约束条件：

发电机功率限制约束条件：

其中，n为系统节点数；G_ii、B_ii、G_ij、B_ij分别为节点i的自电导、自电纳、互电导、互电纳；P_i、Q_i为节点i的注入有功、无功之和；e_i、f_i为节点电压的实部与虚部；U_mini、U_maxi为节点i的电压上下限约束；P_maxGi、Q_maxGi、S_maxGi为发电机有功出力，无功出力与最大容量限制。

可选地，所述步骤2的功率损耗电压偏离量线路负荷率Loading⁰，表示为：

其中，R_ij、X_ij为线路电阻与电抗；IR_j表示线路j额定电流；m表示有m条线路。

可选地，所述步骤4的功率损耗P_Loss、Q_Loss，电压偏离量U_max、U_min，线路负荷率Loading，表示为：

其中，R_ij、X_ij为线路电阻与电抗；IR_j表示线路j额定电流；m表示有m条线路。

可选地，所述步骤5的计算风电场并网的供电指标LossP、LossQ、DV、LL，表示为：

可选地，所述步骤5的计算风电场并网的供电指标LossP、LossQ、DV、LL中，正值表示风电场接入提升系统供电效益，负值表示风电场接入降低系统供电效益。

通过本发明，采用步骤1，负荷数据蒙特卡洛采样；步骤2，根据负荷数据蒙特卡洛采样，计算第一配电网最优潮流，包括功率损耗电压偏离量线路负荷率Loading⁰；步骤3，风电场出力数据蒙特卡洛采样；步骤4，根据风电场出力数据蒙特卡洛采样，计算第二配电网最优潮流，包括功率损耗P_Loss、Q_Loss，电压偏离量U_max、U_min，线路负荷率Loading；步骤5，根据第一配电网最优潮流和第二配电网最优潮流，计算风电场并网的供电指标LossP、LossQ、DV、LL；步骤6，根据所述供电指标，评估风电场供电效益的方式，提出了一种风电场供电效益的评估方法，解决了相关技术中无法针对风电场并网后对供电效益的影响进行评估的问题。通过本发明，可以分析风电场并网供电对配电网损耗、电压质量、线路负载的影响，计算方法简单，为评估风电场效益提供了量化指标与依据，为电能质量提供了参考，保证了风电场并网发电的经济性与安全性的要求。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例的三机九节点测试系统的结构示意图；

图2是根据本发明实施例的一种针对风电场并网的供电效率评估方法的流程图；

图3a～图3d是根据本发明实施例的风电场并网的供电指标分布示意图。

具体实施方式

下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。

本实施例提供了一种针对风电场并网的供电效益评估方法，用于评估风电场并网运行对供电线路网损、电压质量、线路负载的影响。本发明实施例优选采用DIgSILENTPowerFactory软件，以图1所示的三机九节点系统为例进行说明。在图1中，G1、G2和G3分别表示3个风电场发电机；BUS1～BUS9分别表示9个母线；LoadA、Load B和Load C表示3个负载。

参考图2，本实施例提供的针对风电场并网的供电效益评估方法包括如下步骤：

步骤1，负荷数据蒙特卡洛采样。

对于本例，负荷A、B、C(图1中的Load A、Load B和Load C)的有功基准值为125MW、90MW、100MW，无功基准值为50Mvar、30Mvar、35Mvar。负荷数据按X～N(μ,σ²)正态分布，μ＝1，σ＝0.07，采用蒙特卡洛方法进行负荷采样，采样次数为1000。

步骤2，计算第一配电网最优潮流，包括功率损耗电压偏离量线路负荷率Loading⁰。

对于本例，第一配电网最优潮流计算方法，包括目标函数运行成本最小化，其数学模型如下：

其中，P_Gi为第i台发电机的有功功率；a_0i、a_1i、a_2i为其耗量特性曲线参数。

潮流约束条件：

电压水平约束条件：

发电机功率限制约束条件：

其中，n为系统节点数；G_ii、B_ii、G_ij、B_ij分别为节点i的自电导、自电纳、互电导、互电纳；P_i、Q_i为节点i的注入有功、无功之和；e_i、f_i为节点电压的实部与虚部；U_mini、U_maxi为节点i的电压上下限约束；P_maxGi、Q_maxGi、S_maxGi为发电机有功出力，无功出力与最大容量限制。

功率损耗电压偏离量线路负荷率Loading⁰，表示为：

其中，R_ij、X_ij为线路电阻与电抗；IR_j表示线路j额定电流；m表示有m条线路。

步骤3，风电场出力数据蒙特卡洛采样。

对于本例，风电场有功出力额定值为35MW、30MW、35MW，不考虑风电场无功出力。按威布尔分布，尺度参数λ＝0.3、形状参数k＝2，采用蒙特卡洛方法进行抽样，采样次数为1000。

步骤4，计算第二配电网最优潮流，包括功率损耗P_Loss、Q_Loss，电压偏离量U_max、U_min，线路负荷率Loading。

对于本例，计算第二配电网最优潮流的方法与步骤2相同，功率损耗P_Loss、Q_Loss，电压偏离量U_max、U_min，线路负荷率Loading表示为：

其中，R_ij、X_ij为线路电阻与电抗；IR_j表示线路j额定电流；m表示有m条线路。

步骤5，计算风电场并网的供电指标LossP、LossQ、DV、LL。

对于本例，风电场并网的供电指标LossP、LossQ、DV、LL，各个指标正值表示风电场接入提升系统供电效益，负值表示风电场接入降低系统供电效益，可以表示为：

步骤6，分析计算指标，评估风电场供电效益。

对于本例，各个指标正值表示风电场接入提升系统供电效益，负值表示风电场接入降低系统供电效益。通过对1000采样结果分析，风电场并网的供电指标分布如图3a～图3d所示，其中横轴Iterations表示迭代次数，数据统计结果如表1所示。

表1风电场并网指标统计分析结果。

指标	最小值	最大值	平均值
				LossP	-0.26664	0.20797	-0.0114
LossQ	-0.24547	0.20411	0.00206
				VD	-0.0159	0.00647	-0.0011
LL	-0.14719	0.1759	0.01683

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种针对风电场并网的供电效益评估方法，其特征在于包括：

步骤1，负荷数据蒙特卡洛采样；

步骤2，根据负荷数据蒙特卡洛采样，计算第一配电网最优潮流，包括功率损耗电压偏离量线路负荷率Loading⁰；

步骤3，风电场出力数据蒙特卡洛采样；

步骤4，根据风电场出力数据蒙特卡洛采样，计算第二配电网最优潮流，包括功率损耗P_Loss、Q_Loss，电压偏离量U_max、U_min，线路负荷率Loading；

步骤5，根据第一配电网最优潮流和第二配电网最优潮流，计算风电场并网的供电指标LossP、LossQ、DV、LL；

步骤6，根据所述供电指标，评估风电场供电效益。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2的第二配电网最优潮流的计算，包括目标函数运行成本最小化，其数学模型如下：

$\begin{array}{cc}\min .& \underset{i\∈S_G}{\Σ}(a_{2i}{P}_{Gi}^2+a_{1i}{P}_{Gi}+a_{0i})\end{array}---\left(1\right)$

其中，P_Gi为第i台发电机的有功功率；a_0i、a_1i、a_2i为其耗量特性曲线参数；

潮流约束条件：

$\left\{\begin{array}{c}{P}_i=e_i(G_{ii}{e}_i-B_{ii}{f}_i)+f_i(G_{ii}{f}_i+B_{ii}{e}_i)+\underset{j\≠i}{\overset{j=n}{\underset{j=1}{\Σ}}}\[e_i(G_{ij}{e}_j-B_{ij}{f}_j)+f_i(G_{ij}{f}_i+B_{ij}{e}_j)\]\\ Q_i=f_i(G_{ii}{e}_i-B_{ii}{f}_i)-e_i(G_{ii}{f}_i+B_{ii}{e}_i)+\underset{j\≠i}{\overset{j=n}{\underset{j=1}{\Σ}}}\[f_i(G_{ij}{e}_j-B_{ij}{f}_j)-e_i(G_{ij}{f}_i+B_{ij}{e}_j)\]\\ U_i^2=(e_i^2+f_i^2)\end{array}\right.---\left(2\right)$

电压水平约束条件：

$U_i^{\min }\≤U_i\≤U_i^{\max }---\left(3\right)$

发电机功率限制约束条件：

$\left\{\begin{array}{c}0\≤P_{Gi}\≤P_{Gi}^{\max }\\ 0\≤Q_{Gi}\≤Q_{Gi}^{\max }\\ 0\≤S_{Gi}\≤S_{Gi}^{\max }\end{array}\right.---\left(4\right)$

其中，n为系统节点数；G_ii、B_ii、G_ij、B_ij分别为节点i的自电导、自电纳、互电导、互电纳；P_i、Q_i为节点i的注入有功、无功之和；e_i、f_i为节点电压的实部与虚部；U_mini、U_maxi为节点i的电压上下限约束；P_maxGi、Q_maxGi、S_maxGi为发电机有功出力，无功出力与最大容量限制。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2的功率损耗电压偏离量线路负荷率表示为：

$\left\{\begin{array}{c}{P}_{Loss}^0=\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}\underset{j=i+1}{\overset{n}{\Σ}}{I}_{ij}^2{R}_{ij}\\ Q_{Loss}^0=\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}\underset{j=i+1}{\overset{n}{\Σ}}{I}_{ij}^2{X}_{ij}\end{array}\right.---\left(5\right)$

$\left\{\begin{array}{c}{U}_{\max }^0=\max {\left(U_i\right)}_{i=1}^n\\ U_{\min }^0=\min {\left(U_i\right)}_{i=1}^n\end{array}\right.---\left(6\right)$

${\mathrm{Loading}}^0=max{\left(\frac{I_j}{{\mathrm{IR}}_j}\right)}_{j=1}^m---\left(7\right)$

其中，R_ij、X_ij为线路电阻与电抗；IR_j表示线路j额定电流；m表示有m条线路。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤4的功率损耗P_Loss、Q_Loss，电压偏离量U_max、U_min，线路负荷率Loading，表示为：

$\left\{\begin{array}{c}{P}_{Loss}=\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}\underset{j=i+1}{\overset{n}{\Σ}}{I}_{ij}^2{R}_{ij}\\ Q_{Loss}=\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}\underset{j=i+1}{\overset{n}{\Σ}}{I}_{ij}^2{X}_{ij}\end{array}\right.---\left(8\right)$

$\left\{\begin{array}{c}{U}_{\max }=\max {\left(U_i\right)}_{i=1}^n\\ U_{\min }=\min {\left(U_i\right)}_{i=1}^n\end{array}\right.---\left(9\right)$

$Loading=max{\left(\frac{I_j}{{\mathrm{IR}}_j}\right)}_{j=1}^m---\left(10\right)$

其中，R_ij、X_ij为线路电阻与电抗；IR_j表示线路j额定电流；m表示有m条线路。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤5的计算风电场并网的供电指标LossP、LossQ、DV、LL，表示为：

$LossP=1-\frac{P_{Loss}}{P_{Loss}^0}---\left(11\right)$

$LossQ=1-\frac{Q_{L0ss}}{Q_{Loss}^0}---\left(12\right)$

$VD=(U_{max}^0-U_{\min }^0)-(U_{max}-U_{\min })---\left(13\right)$

$LL=1-\frac{{\mathrm{Loading}}^0}{Loading}---\left(14\right)$

6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，所述步骤5的计算风电场并网的供电指标LossP、LossQ、DV、LL中，正值表示风电场接入提升系统供电效益，负值表示风电场接入降低系统供电效益。