CN106981030A - 一种对含dg的配电网的dg并网特性、接纳能力进行量化评估的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及分布式电源大规模接入配电网的研究领域，提供一种对含DG的配电网的DG并网特性、接纳能力进行量化评估的方法，该方法通过对DG自身特有的出力波动性和间歇性、DG能源分布的特点和接入配电网的适应性情况对配电网的影响进行分析，提出了DG并网特性和配电网接纳能力两大类评估指标和对应的隶属度函数模型，结合配电网评估指标，即可以建立一套完整的含DG的配电网综合评估指标体系，旨在对含DG的配电网进行全面的评估，为DG接入方案、规划和配电网规划提供理论依据。

Description

一种对含DG的配电网的DG并网特性、接纳能力进行量化评估 的方法

技术领域

本发明涉及分布式电源(Distributed Generation，DG)大规模接入配电网的研究领域，具体涉及一种对含DG的配电网的DG并网特性、接纳能力进行量化评估的方法，适用于对含DG的配电网进行评估。

背景技术

大规模DG接入会从多方面对配电网产生影响，已开展的研究关注点多数是在经济性、技术性、可靠性、电网规划、环境影响等方面进行评估；针对DG特性，包括DG自身特有的出力波动性和间歇性、DG能源分布的特点和接入配电网的适应性情况对配电网影响的评估却很少。

在开展综合评估时，由于评估指标通常具有不同的量纲和数量级，为了保证结果的一致性，需要对指标值进行归一化处理。目前常用的归一化的方法主要是模糊综合评价法，模糊综合评价法是一种基于模糊数学的综合评价方法，模糊综合评价法是根据模糊数学的隶属度理论把定性评价转化为定量评价，即用模糊数学对受到多种因素制约的事物或对象做出一个总体的评价，它具有结果清晰，系统性强的特点，能较好地解决模糊的、难以量化的问题，适合各种非确定性问题的解决。专家打分法和隶属度函数法都是属于模糊综合评价法里的概念，专家打分法可以很好的解决没有定量评价标准的指标的评价，但是归一化值却不可避免的存在主观性和离散性。隶属度函数实质上反映的是事物的渐变性，隶属度函数的确定过程本质上说应该是客观的，在解决实际问题当中，通过隶属度函数的渐变性模型确定其准确的函数并不容易。要想进一步的对DG指标进行评估，也为了服务于对含DG的配电网进行综合评估，必须要确定合适的方法对这些指标值进行归一化。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术中的不足之处，提供一种对含DG的配电网的DG并网特性、接纳能力进行量化评估的方法，该方法提出DG并网特性和配电网接纳能力两大类评估指标，结合配电网评估指标，即可以建立一套完整的含DG的配电网综合评估指标体系，旨在对含DG的配电网进行全面的评估，为DG接入方案、规划和配电网规划提供理论依据。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

一种对含DG的配电网的DG并网特性、接纳能力进行量化评估的方法，包括以下步骤：

(1)将计及分布式电源特性的评估指标归纳为DG并网特性和配电网接纳能力两大类指标；如表1

表1计及DG特性的评估指标

DG并网特性指标主要反映DG的能源特点对配电网的影响程度，其具体内容包括出力波动性C_F、分散度C_D、线路(主变)N-1校验贡献率C_N-1，其中，出力波动性C_F反映了DG的并网品质，分散度C_D反映了DG的并网布局，线路(主变)N-1校验贡献率C_N-1反映了DG的并网形式；配电网接纳能力指标主要反映DG的接入对配电网接纳能力的影响程度，其具体内容包括有效渗透率C_P、电力平衡贡献度C_B，其中，有效渗透率C_P反映了DG的并网规模，电力平衡贡献度C_B反映了DG的调峰作用。

(2)结合步骤(1)中各评估指标的特点对其进行定性定量的分析，提出各评估指标的隶属度函数模型。

(2-1)出力波动性C_F的计算公式及其隶属度函数

DG出力波动性C_F在单步变化量ΔP＝P[(i+1)·ΔT]-P(i·ΔT)和单步变化率基础上的定义，其值越大说明输出功率的波动性越大，并网引起的不确定性越大。选取该地区正在运行的DG某一个典型日，将一个典型日分为n个时间间隔统计其出力特性，绘制典型日出力特性曲线。出力波动性C_F计算如下：

(公式1)中：ΔT为基准时间间隔；i表示该时刻对应的基准时间间隔数；P(i·ΔT)表示DG前一时刻的实际出力；P[(i+1)·ΔT]表示分布式发电后一时刻的实际出力；P^*表示DG的额定功率。

通过分析，DG出力波动性C_F的隶属度函数适合选择偏小型中的降半正态型，如图1中，在(0，a)段上DG的出力波动性对电力系统的影响不大，可以认为此时隶属度函数取值为1，参考GB/T-200《风电场接入电力系统技术规定》(征求意见稿)的规定，风电场有功功率变化最大限值参照表2，a点适宜选在小于10％的值；超过该点后，随着出力波动性的值逐渐增大，隶属度函数缓慢单调递减，但认为该值最大不能超过30％。

表2风电场有功功率变化最大值

对应的隶属度函数为：

(2-2)分散度C_D的计算公式及其隶属度函数

实际上DG接入配电网的模式有低压分散接入模式、中压分散接入模式、专线接入模式，DG也可以接入不同电压等级的配电网，DG分散度C_D用以反映DG装机总容量在各个间歇式能源的分配情况，计算公式为：

(公式3)中：P_avg表示接入配电网的所有DG的平均额定功率；P_res表示接入配电网的各个DG的额定功率。

分散度C_D主要是通过研究功率分布情况来定量的衡量各个DG在配电网中的重要程度，其值越小表示各DG的装机容量分布越均匀，各个DG的额定功率越相近，各DG的相对重要程度就越接近。分散接入台区的各DG的相对重要程度越接近，这就越有利于配电网的安全稳定运行，在建立其隶属度函数时，此时函数值就越大，因此在分散度指标的计算公式的基础上，令该指标值为x，确定其隶属度函数为：

u(x)＝1-x (公式4)

(2-3)线路(主变)N-1校验贡献率C_N-1的计算公式及其隶属度函数

线路(主变)N-1校验贡献率C_N-1适宜用来考察以低、中压分散接入形式接入到配电网的DG对线路N-1校验通过率的影响程度，分散接入的DG越多，对线路N-1校验贡献率就越大。通常，根据风电、生物质能、光伏的装机容量可以确定其接入方式，参考标准如下：8千瓦及以下可接入220伏；8千瓦～400千瓦可接入380伏；400千瓦～6000千瓦可接入10千伏；以上几种接入方式基本上都是采用分散接入形式。

(公式5)中：N_DG表示提高了线路联络率的线路数量；N表示配电网中已经通过N-1校验的线路；N_all表示配电网中所有运行的线路。

指标计算公式为线性百分比形式，且符合电网公司对线路N-1的管理方式，无需再进行指标值的归一化。

在DG集中接入情景下，DG是直接接入变电站内汇流母线，可以用主变N-1校验贡献率来考察DG集中接入对主变N-1校验通过率的影响程度。

(2-4)有效渗透率C_P的计算公式及其隶属度函数

DG的有效渗透率越高表明DG的实际出力比重越大，当有效渗透率大于1时则说明DG的出力已经不能被当地配电网的负荷所消纳。DG的有效渗透率不仅和额定安装容量有关，还和环境因素以及实际负荷有关。因此，为了综合考虑DG的接入容量及能源分布和波动性的特点，本方法中有效渗透率的计算适宜选取地区配电网某一个典型日的日均负荷和分布式能源发电日均出力，通过有效渗透率的指标可以看出DG占配电网的供电比重。

(公式6)中：P_DG表示接入配电网的DG的实际出力；P_load表示配电网的实际负荷值。

(a)35kV及以上集中接入形式时，允许外送，当有效渗透率值能满足当地电网最佳的消纳状态时，此时隶属度函数值对应的为1，即该取值点为(最佳有效渗透率x，1)，将超过该点的DG出力部分外送，所以选取偏大型中的升半柯西型，如图2，目前普遍认为分布式电源接入量超过60％就可以认为是高比例接入，即可确定隶属度函数的最大值点为(60％，1)。

对应的隶属度函数为：

(b)35kV以下接入形式时，不考虑外送，通常DG为分散接入且接入容量可以在负荷点、馈线，至多通过汇流母线在整个台区消纳，但因为有效渗透率是由负荷和DG出力这两个动态的变量决定，其中最佳点(a，1)为适应该台区的最佳有效渗透率点；需要限制有效渗透率的值在x∈(0,a)以内变化，如果DG出力不能实现在台区内消纳，只有两种选择，第一种是弃风弃光，这就相当于提高了单位容量成本，另一种则是需要进行设备改造，也需要调度层面的配合。因此为了尽可能全面的涵盖负荷和DG出力的各种状态，因此隶属度函数选取正态型，如图3所示，即鼓励DG尽可能多的接入容量也注重接入效率。

对应的隶属度函数为：

(2-5)电力平衡贡献度C_B的定义计算公式及其隶属度函数

根据配电网历年来负荷特性情况，选取全年最大负荷时刻进行电力平衡贡献度的研究，负荷高峰电力平衡时刻选择午高峰和晚高峰两种情景，取两者的最小值，通过该指标可以看出DG在负荷高峰时期参与调峰的作用，贡献度值越高说明DG在电力平衡中发挥的作用越重要、DG并网的质量越高，该指标可以用以指导电源规划以及DG的后续配置。在具体的引导机制上，通过采用明确的量化标准，建立灵活、自动的DG与电网布局优化机制，提高可操作性、科学性和适用性。

公式(9)中：P_DG表示接入配电网的DG的实际出力；P_午高峰、P_晚高峰表示选取的配电网两个负荷高峰时刻的负荷。

将35kV以下接入的DG按照负的负荷进行就地平衡，电力平衡贡献度C_B用来考察在35kV及以上的接入情景。和常规电源不同的是，DG主要在变电站内实现功率平衡，DG规划一般基于已有配电网，以现有配电网不进行较大改造且DG出力不受限为原则，确定DG的优化布局，因此隶属度函数选取正态型，如图3所示，其对应的隶属度函数为(公式8)。在图3中，x∈(0,a)时，在负荷高峰电力平衡中，DG的出力越大，其对电力平衡的贡献度就越大，其对应的隶属度函数值就越大；在x>a时，DG出力已经不能被当地电网最大负荷所消纳，这就意味着配电网必须进行较大改造或限制出力。由于风电的出力特性与电网的负荷特性几乎相反，光伏出力与电网用电负荷特性更匹配，该隶属度函数中a的取值要依据DG能源的具体类型以及接入容量比例，还要依据配电网的负荷特性才能最终确定。

(3)使用基于专家打分法思想改进的隶属度函数归一化方法对隶属度函数模型进行求解，确定适用的隶属度函数，并对评估指标进行归一化。

借鉴专家打分法中根据专家的实际经验给出模糊信息的思想，通过专家评判给分的方法来确定一个评分表，

评分表

其中“指标值(x_i)”为评估指标的具体值，“评分(y_i)”即为隶属度函数模型的函数值，将得到的评分表结合隶属度函数模型，进行线性拟合，对函数模型中的未知数进行求解，至少保证提供足够多组(x_i,y_i)对未知数进行求解，从而可以确定适用的隶属度函数；然后将评估指标值带入函数即可以得到归一化值，即y＝μ(x)。

尽可能多的提供当地配电网的资料，方便专家结合自己的经验给出评分表，甚至可以借助大数据的数据挖掘技术找出使得配电网高效、清洁、经济运行的最优的(x_i,y_i)，可以代替专家经验，使得评价结论更加客观。然后结合多组(x_i,y_i)值进行线性拟合求解各评估指标的隶属度函数中的未知数。

本发明提出的计及分布式电源特性的评估指标及其隶属度函数，可以对含DG的配电网的DG并网特性、接纳能力进行量化评估，利用改进的隶属度函数归一化方法，进而确定了适用于该市配电网的隶属度函数；利用确定的隶属度函数对评估指标值进行了归一化，归一化的值有利于更直观的从量级上评估指标的优劣程度，同时，也能定性的反映出了该指标所处的水平。通过对计及DG特性的评估指标的评估，进而可以建立含DG的配电网综合评估体系，科学的对DG接入配电网带来的影响进行全面的评估，为DG接入方案、DG规划和配电网规划提供了理论依据。

附图说明

图1为本发明中出力波动性C_F隶属度函数模型。

图2为本发明中35kV及以上集中接入形式下有效渗透率C_P隶属度函数模型。

图3为本发明中35kV以下接入形式下有效渗透率C_P隶属度函数模型。

具体实施方式

选取某市配电网全网为例进行分析，进行指标评估之前，需要确定DG接入数量和接入容量以及接入形式。

(1)出力波动性C_F

选取该市正在运行的DG某一个典型日内出力进行出力波动性计算，在小时级的时间尺度上进行统计出力，绘制出力波动性曲线，然后即可计算小时级出力波动性C_F指标值。

依据前文确定的DG出力波动性指标的要求值，结合选定的降半正态型隶属度函数，利用改进的隶属度函数归一化方法，建立DG小时级出力波动性的评分表为：

表3小时级出力波动性的评分表

出力波动性	隶属度函数值
		≤10％	1
10％～30％	1～0.6
		30％	0.6

解得a＝0.1，k＝12.77

得到出力波动性C_F的隶属度函数为：

所以求得归一化值为μ(C_F)。

(2)分散度C_D

确定DG在该市配电网全网的接入形式，分散度指标只适宜用来考察以低、中压分散接入方式接入配电网的DG，求得符合条件的DG分散度C_D指标值。令该指标值为x，确定其隶属度函数为(公式11)，并可以求得归一化值。

u(x)＝1-x (公式11)

(3)线路(主变)N-1校验贡献率C_N-1

通过该市配电网全网地理接线图可以看出DG接入形式，对于以专线接入的方式接入到变电站中的DG，考察主变N-1校验贡献率指标；对于以低、中压分散接入形式接入到配电网的DG，考察线路N-1校验贡献率指标。

查看该市《配电网的规划报告》，可知现状电网中线路和变电站的“N-1”校验情况，故可计算C_N-1值。指标计算公式为线性百分比形式，且符合电网公司对线路和主变“N-1”的管理方式，无需再进行指标值的归一化。

(4)有效渗透率C_P

选取该市配电网的典型日进行分析，确定配电网典型日均负荷和DG日均出力，即可求得该市DG的有效渗透率C_P指标值。

通过分析该市配电网全网地理接线图可以确定DG接人情景，进而选择适用何种接入形式对应的隶属度函数模型。假设该市配电网DG接入电压等级为35kV以上，允许电力外送，则适合选取偏大型中的升半柯西型隶属度函数。

2015年4月，发改委能源研究所发布的“中国2050高比例可再生能源发展情景暨路径研究”，到2050年全国发电装机规模将达到56.2亿kW到65.4亿kW，其中可再生能源发电装机规模达到36.2亿kW到46.4亿kW，占全国总装机的64％～71％。2050年全国可再生能源发电量将达到8.5×104亿kWh到10.5×104亿kWh，占全国用电量的57％～70％，因此利用改进的隶属度函数归一化方法，建立有效渗透率的评分表为：

表4有效渗透率的评分表

有效渗透率	隶属度函数值
		20％	0.6
40％	0.8
		50％	0.9
≥60％	1

对评价表进行线性拟合，解得a＝0，α＝0.026，β＝-2.035

得到隶属度函数为：

所以求得归一化值为μ(C_P)。

(5)电力平衡贡献度C_B

针对该市DG的波动特性确定午高峰和晚高峰出力比例，按照一定比例确定DG出力，所以DG的电力平衡贡献度C_B指标值计算结果为：

结合上文电力平衡贡献度C_B隶属度函数选取为正态型，利用改进的隶属度函数归一化方法，建立电力平衡贡献度的评分表为：

表5电力平衡贡献度的评分表

电力平衡贡献度	隶属度函数值
		5％	0.60
≥40％	1

求解得a＝0.4，b＝0.49

得到电力平衡贡献度C_B的隶属度函数为：

所以求得归一化值为μ(C_B)。

Claims (3)

1.一种对含DG的配电网的DG并网特性、接纳能力进行量化评估的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

(1)将计及分布式电源特性的评估指标归纳为DG并网特性和配电网接纳能力两大类指标；DG并网特性指标主要反映DG的能源特点对配电网的影响程度，其具体内容包括出力波动性C_F、分散度C_D、线路(主变)N-1校验贡献率C_N-1，其中，出力波动性C_F反映了DG的并网品质，分散度C_D反映了DG的并网布局，线路(主变)N-1校验贡献率C_N-1反映了DG的并网形式；配电网接纳能力指标主要反映DG的接入对配电网接纳能力的影响程度，其具体内容包括有效渗透率C_P、电力平衡贡献度C_B，其中，有效渗透率C_P反映了DG的并网规模，电力平衡贡献度C_B反映了DG的调峰作用；

(2)结合步骤(1)中各评估指标的特点对其进行定性定量的分析，提出各评估指标的隶属度函数模型；

(3)使用基于专家打分法思想改进的隶属度函数归一化方法对隶属度函数模型进行求解，确定适用的隶属度函数，并对评估指标进行归一化。

2.根据权利要求1所述的对含DG的配电网的DG并网特性、接纳能力进行量化评估的方法，其特征在于各指标的计算公式和隶属度函数如下：

(2-1)出力波动性C_F的计算公式为

$C_F=\frac{\sqrt{\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{\{P\[(i+1)\·\mathrm{\Δ}T\]-P(i\·\mathrm{\Δ}T)\}}^2}{n}}}{P^{*}}$

式中：ΔT为基准时间间隔；i表示该时刻对应的基准时间间隔数；表示DG前一时刻的实际出力；P[(i+1)·ΔT]表示分布式发电后一时刻的实际出力；P^*表示DG的额定功率；

出力波动性C_F隶属度函数模型为降半正态型；

(2-2)分散度C_D的计算公式为

$C_D=max\left|\frac{P_{res}-P_{avg}}{P_{avg}}\right|\×100\%$

式中：P_avg表示接入配电网的所有DG的平均额定功率；P_res表示接入配电网的各个DG的额定功率；

令分散度C_D值为x，确定其隶属度函数为u(x)＝1-x；

(2-3)线路(主变)N-1校验贡献率C_N-1的计算公式为

$C_{N-1}=\frac{N_{DG}+N}{N_{all}}\×100\%$

式中：N_DG表示提高了线路联络率的线路数量；N表示配电网中已经通过N-1校验的线路；N_all表示配电网中所有运行的线路；

线路(主变)N-1校验贡献率C_N-1的计算公式为线性百分比形式，且符合电网公司对线路N-1的管理方式，无需再进行指标值的归一化；

(2-4)有效渗透率C_P的计算公式为

$C_p=\frac{{\mathrm{\ΣP}}_{DG}}{P_{load}}\×100\%$

式中：P_DG表示接入配电网的DG的实际出力；P_load表示配电网的实际负荷值；

有效渗透率C_P：(a)35kV及以上集中接入形式时，允许外送，隶属度函数模型为升半柯西型；(b)35kV以下接入形式时，不考虑外送，隶属度函数模型为正态型；

(2-5)电力平衡贡献度C_B的计算公式为

式中：P_DG表示接入配电网的DG的实际出力；P_午高峰、P_晚高峰表示选取的配电网两个负荷高峰时刻的负荷；

电力平衡贡献度C_B隶属度函数模型为正态型。

3.根据权利要求1所述的对含DG的配电网的DG并网特性、接纳能力进行量化评估的方法，其特征在于步骤(3)中所述的使用基于专家打分法思想改进的隶属度函数归一化方法对隶属度函数模型进行求解的具体方法如下：

借鉴专家打分法中根据专家的实际经验给出模糊信息的思想，通过专家评判给分的方法来确定一个评分表，其中“指标值(x_i)”为评估指标的具体值，“评分(y_i)”即为隶属度函数模型的函数值，将得到的评分表结合隶属度函数模型，进行线性拟合，对函数模型中的未知数进行求解，至少保证提供足够多组(x_i,y_i)对未知数进行求解，从而可以确定适用的隶属度函数；然后将评估指标值带入函数即可以得到归一化值，即y＝μ(x)。