CN106712079A - 一种区域电网的新能源消纳能力计算方法 - Google Patents

一种区域电网的新能源消纳能力计算方法 Download PDF

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Abstract

一种区域电网的新能源消纳能力计算方法，采用分区/分线路/分台区相结合的方式，对区域电网的新能源消纳能力进行分析计算；针对配电台区，建立台区新能源消纳能力分析计算的数学模型，计算每一个台区对分布式电源的消纳能力；针对每一条中压线路，构建中压线路新能源消纳能力分析计算的数学模型，计算出每一条线路对新能源的消纳能力；针对每一个变电站，构建变电站供电范围内新能源消纳能力分析计算模型，得出每个变电站对新能源的消纳能力；通过对配变台区、中压线路和变电站消纳能力的分析计算，构建清晰的新能源分层消纳体系。本发明适用于区域电网的新能源消纳能力计算。

Description

一种区域电网的新能源消纳能力计算方法
技术领域
本发明涉及一种区域电网的新能源消纳能力计算方法，属电网技术领域。
背景技术
随着国家鼓励分布式电源建设政策颁布和实施，越来越多的新电源以各种形式接入到电网中，新能源源的广泛接入不仅不改变了传统区域电网的自上而下的潮流流向，其不稳定性和间歇性，也对区域电网的安全稳定运行带来了全新的挑战。对于电网侧而言，其目的是在保证电网安全稳定运行的前提下，尽可能的消纳更多的新能源；而对于新能源来说，其目的是实现新能源全部消纳，因此尽管双方的目的相同，但是由于在电力系统中角色定位的差别，两者之间存在一定的矛盾，如何在保证电网安全稳定和精准投资的情况下，采用科学合理的计算方法，尽量提高新能源的消纳能力，对于提高电网和新能源的运行效率具有重要意义。
关于新能源的消纳，国内外已有大量的研究成果，但是大都集中在某一个电压等级的层面。对于以新能源出力情况、电网的稳定边界、负荷的响应能力为约束条件，构建基于分层分区的新能源整体消纳计算方法，国内外的相关研究成果鲜有报道。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，为了提高区域新能源消纳能力，保障电网安全运行和电压质量，本发明提出一种基于分层分区的区域电网新能源整体消纳能力计算方法。
实现本发明的技术方案如下，一种区域电网的新能源消纳能力计算方法，采用分区/分线路/分台区相结合，对区域电网的新能源消纳能力进行分析计算；针对配电台区，建立台区新能源消纳能力分析计算的数学模型，计算每一个台区对分布式电源的消纳能力；针对每一条中压线路，构建中压线路新能源消纳能力分析计算的数学模型，计算出每一条线路对新能源的消纳能力；针对每一个变电站，构建变电站供电范围内新能源消纳能力分析计算模型，得出每个变电站对新能源的消纳能力；通过对配变台区、中压线路和变电站消纳能力的分析计算，构建清晰新能源分层消纳体系。
台区新能源消纳能力分析计算的数学模型构建方法，是首先分析配电台区内负荷发展能力，然后预测台区内分布式电源的规模情况，再基于台区电网的结构和配变的容量约束，计算每一个台区对分布式电源的消纳能力。
构建中压线路新能源消纳能力分析计算的数学模型的方法，包括中压线路供电区域内负荷的发展潜力分析、中压线路内差异化接入(集中式和分散式)的分布式电源的规模预测以及互动互补能力、中压线路运行/管理水平的分析(保护整定、接线方式、设备水平等)，从而计算出每一条线路对新能源的消纳能力。
构建变电站供电范围内新能源消纳能力分析计算模型的方法，是对变电站供电范围内的负荷和清洁能源发电能力进行预测，分析供电范围内不同新能源发电之间的互补能力以及新能源发电和负荷的在多时间尺度和多维场景下的互动能力，然后对变电站一次设备和二次系统以及上级电网的网架结构进行分析，从而得出每个变电站对新能源的消纳能力。
所述台区新能源消纳能力分析计算的数学模型，采用分类负荷叠加法和空间负荷预测法，计算新能源接入点负荷的现状和未来发展情况；基于光照条件/温度条件/地理条件，分析分布式光伏的发电能力和发电规模；基于气象条件和风力资源条件，分析小型风机的发电能力和发电规模；基于当前配变的一次和二次水平以及低压线路的设备水平，得出分布式清洁能源的消纳能力，其目标函数和约束条件为：
st.(1)F≤αTp(配变的容量约束)
(3)Ui≥Udi'(反向电压提升的约束)
其中，Pvi表示台区内分布式光伏的装机，Wi表示台区内分布式小型风机的数量，αTp表示配变的容量系数约束；Li表示低压线路的反向最大电流的约束；Ui表示反向潮流引起的电压提升的约束；Udi‘表示新能源接入台区引起的电压抬升量。
所述构建中压线路新能源消纳能力分析计算的数学模型，根据各个台区负荷预测的结果，采用负荷叠加法对10kV线路的所有供电台区的负荷进行求和，并引入同时系数对总负荷进行求解；分析小规模集中式光伏和风电的发电潜力以及与负荷之间的时空耦合特征；研究中压线路的设备水平(导线截面和保护配置)、运行水平(网架结构)和管理水平对清洁能源接入的约束，10kV中压供电线路的清洁能源消纳能力分析计算数学模型为：
(3)Ui≥UZHi'(反向潮流引起的电压越界约束)
其中，Fk表示各个台区的新能源消纳的最大容量；，Je表示中压线路上集中式接入的清洁能源的容量，Bi线路反向潮流的继电保护整定值；Li表示中压线路的反向最大电流的约束；Ui表示反向潮流引起的电压提升的约束；UZHi‘表示新能源接入中压线路引起的电压抬升量。
所述构建变电站供电范围内新能源消纳能力分析计算模型，根据主变供电范围内各个中压线路的新能源消纳能力，采用叠加法对所有中压线路的新能源消纳能力进行求和计算；首先分析变电站供电范围内负荷的发展情况，然后结合中压线路的网架结构，研究供电区域内负荷和新能源之间的时空耦合能力，通过对变电站一次、二次系统以及上一级电网的结构和运行水平的分析，确定变电站供电范围内新能源的消纳能力，具体的数学模型如下：
st.(1)T≤βTz(主变容量的约束)
(3)Ui≥UGi'
其中，T表示变电站对新能源的消纳能力，Tz表示变电站的主变容量；β表示主变容量约束系数；Li表示上一级电压线路的反向最大电流的约束；Ui表示反向潮流引起的电压提升的约束；UGi‘表示新能源接入变电站引起的电压抬升量。
对于配电台区，新能源的消纳取决于新能源和负荷在24小时上的耦合程度以及配变容量的约束；对于中压线路，新能源的消纳能力取决于线路负荷的大小以及中压线路的载流量分析和运行方式的约束；对于变电站，新能源的消纳主要取决于主变的容量约束和上级电网的线路传输容量约束。
本发明的有益效果是，本发明提供了一种适用于区域电网的新能源消纳能力分析方法，该方法采用分区/分线路/分台区相结合的方法，对区域电网的新能源消纳能力进行分析计算，从计算方法中可以得出，区域电网的新能源区域消纳能力与地区的负荷特性紧密相关，台区的就近消纳、中压线路的就近消纳和变电站的分区消纳形成了分电压的消纳方案。而配变的容量、线路的选型和网架结构、主变的容量以及上级电网的反向输送能力决定了新能源的外送消纳能力，这些因素都对区域电网对新能源的消纳能力产生直接的影响。
本发明适用于区域电网的新能源消纳能力计算。
附图说明
图1是本发明区域电网新能源消纳能力分析计算方法的流程示意图。
具体实施方式
图1是本实施例提供的区域电网新能源消纳能力分析计算方法的流程示意图，参见图1，S1表示台区新能源消纳能力；S2表示每条中压线路的新能源消纳能力；S3表示变电站供电范围内新能源有消纳能力。
本实施例区域电网新能源消纳能力分析计算方法包括：
S1:台区新能源消纳能力实施方案:
(1)确定台区内低压线路的回数，计算每回低压线路的负荷分布情况，分析每回线路上负荷和新能源之间的多时间尺度耦合情况，确定每条低压线路的新能源本地消纳能力；
(2)计算计及线路热稳定和电压抬升约束的新能源反向传输能力以及配变容量的约束，得出每个配电台区新能源消纳能力。
S2：每条中压线路的新能源消纳能力实施方案：
(1)计算中压线路上配电台区的数量，计算中压线路上直接接入负荷和集中接入的新能源之间的功率匹配情况，得出中压线路的就近消纳能力；
(2)计算计及线路保护整定、线路热稳定约束和电压抬升约束的中压线路的新能源反向传输能力的约束，得出每条中压线路的新能源外送消纳能力。
S3：变电站供电范围内新能源有消纳能力实施方案：
(1)分析变电站供电范围内直供负荷和专线接入新能源电站在多时空尺度下的耦合情况，确定变电站供电范围内的自消纳情况；
(2)计算中压线路的条数，进一步计算计及主变容量和上级线路热稳定约束和电压抬升约束外送消纳能力，从而得出变电站供电范围内新能源的外送消纳能力。

Claims (6)

1.一种区域电网的新能源消纳能力计算方法，其特征在于，所述方法采用分区/分线路/分台区相结合的方式，对区域电网的新能源消纳能力进行分析计算；针对配电台区，建立台区新能源消纳能力分析计算的数学模型，计算每一个台区对分布式电源的消纳能力；针对每一条中压线路，构建中压线路新能源消纳能力分析计算的数学模型，计算出每一条线路对新能源的消纳能力；针对每一个变电站，构建变电站供电范围内新能源消纳能力分析计算模型，得出每个变电站对新能源的消纳能力；通过对配变台区、中压线路和变电站消纳能力的分析计算，构建清晰的新能源分层消纳体系。
2.根据权利要求1所述的一种区域电网的新能源消纳能力计算方法，其特征在于，所述台区新能源消纳能力分析计算，采用分类负荷叠加法和空间负荷预测法，计算新能源接入点负荷的现状和未来发展情况；基于光照条件/温度条件/地理条件，分析分布式光伏的发电能力和发电规模；基于气象条件和风力资源条件，分析小型风机的发电能力和发电规模；基于当前配变的一次和二次水平以及低压线路的设备水平，得出分布式新能源的消纳能力。
3.根据权利要求1所述的一种区域电网的新能源消纳能力计算方法，其特征在于，所述台区新能源消纳能力分析计算的数学模型，其目标函数和约束条件为：
st.(1)F≤αTp(配变的容量约束)
(2)
(3)Ui≥Udi'(反向电压提升的约束)
其中，Pvi表示台区内分布式光伏的装机，Wi表示台区内分布式小型风机的数量，αTp表示配变的容量系数约束；Li表示低压线路的反向最大电流的约束；Ui表示反向潮流引起的电压提升的约束；Udi‘表示新能源接入台区引起的电压抬升量。
4.根据权利要求1所述的一种区域电网的新能源消纳能力计算方法，其特征在于，所述构建中压线路新能源消纳能力分析计算的数学模型，根据各个台区负荷预测的结果，采用负荷叠加法对10kV线路的所有供电台区的负荷进行求和，并引入同时系数对总负荷进行求解；分析小规模集中式光伏和风电的发电潜力以及与负荷之间的时空耦合特征；研究中压线路的导线截面和保护配置、网架结构和管理水平对新能源接入的约束，10kV中压供电线路的新能源消纳能力分析计算数学模型为：
st.(1)
(2)
(3)Ui≥UZHi'(反向潮流引起的电压越界约束)
其中，Fk表示各个台区的新能源消纳的最大容量；，Je表示中压线路上集中式接入的新能源的容量，Bi线路反向潮流的继电保护整定值；Li表示中压线路的反向最大电流的约束；Ui表示反向潮流引起的电压提升的约束；UZHi‘表示新能源接入中压线路引起的电压抬升量。
5.根据权利要求1所述的一种区域电网的新能源消纳能力计算方法，其特征在于，所述构建变电站供电范围内新能源消纳能力分析计算模型，根据主变供电范围内各个中压线路的新能源消纳能力，采用叠加法对所有中压线路的新能源消纳能力进行求和计算；首先分析变电站供电范围内负荷的发展情况，然后结合中压线路的网架结构，研究供电区域内负荷和新能源之间的时空耦合能力，通过对变电站一次、二次系统以及上一级电网的结构和运行水平的分析，确定变电站供电范围内新能源的消纳能力，具体的数学模型如下：
st.(1)T≤βTz(主变容量的约束)
(2)
(3)Ui≥UGi'
其中，T表示变电站对新能源的消纳能力，Tz表示变电站的主变容量；β表示主变容量约束系数；Li表示上一级电压线路的反向最大电流的约束；Ui表示反向潮流引起的电压提升的约束；UGi‘表示新能源接入变电站引起的电压抬升量。
6.根据权利要求1所述的一种区域电网的新能源消纳能力计算方法，其特征在于，对于所述配电台区，新能源的消纳取决于新能源和负荷在24小时上的耦合程度以及配变容量的约束；对于所述中压线路，新能源的消纳能力取决于线路负荷的大小以及中压线路的载流量分析和运行方式的约束；对于所述变电站，新能源的消纳取决于主变的容量约束和上级电网的线路传输容量约束。
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