CN107103433B - 一种基于分层分区思想的分布式电源消纳能力计算方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于分层分区思想的分布式电源消纳能力计算方法，包括以下步骤：1)确定待评价区域电网及电压等级；2)拟定分布式电源接入的规划方案；3)获取该分布式电源接入规划方案中分布式电源的接入容量、模型及参数；4)对区域电网进行范围划分，得到分层分区的区域电网范围；5)对各分区电网进行适应性评价，得到各项评价指标数值以及指标得分；6)对区域电网进行分布式电源适应性评价，得到区域电网适应性评分值；7)判断区域电网是否具备分布式电源接纳能力，并通过循环迭代获得区域电网对分布式电源的最大接纳能力。本发明可以为分布式电源并网方案评价与优选工作，及区域分布式电源和电网协调规划提供理论和技术支撑。

Description

一种基于分层分区思想的分布式电源消纳能力计算方法
技术领域
本发明涉及配电网分布式电源规划技术领域，具体涉及一种基于分层分区思想的分布式电源消纳能力计算方法。
背景技术
近年来，随着分布式电源的高渗透率、大规模并网，对配电网供电的安全性、可靠性以及电能质量等诸多领域产生了广泛而深远的影响。分布式电源的接入可以增加配电网的可靠性，降低线路损耗，支撑电压和改进负荷功率因数等，但分布式电源无限度地接入也会影响配电网的安全运行。因此，科学地评估配电网消纳分布式电源的能力，已成为配电网规划和运行过程中的关键问题。
目前，配电网规划无法掌握地区分布式电源的总体情况，缺少评估配电网消纳新能源的成熟方法与工具，造成分布式电源并网凌乱无序，给电网安全稳定运行造成了冲击。同时，缺乏分布式电源接入方案的适应性评价方法，难以追踪反馈其应用情况。此外，当前对分布式电源消纳能力计算方面的研究以单一对象为主，容易造成“维度灾”导致求解困难。为促进分布式电源与配电网的协调发展，指导配电网和分布式电源规划，提高配电网对分布式电源的接纳能力，亟需在分布式电源消纳能力计算方面进行探究，为分布式电源科学、有序接入提供支撑。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种基于分层分区思想的分布式电源消纳能力计算方法，结合分布式电源的适应性评价，计算区域电网及其内部各分层分区电网对分布式电源的接纳能力，为分布式电源并网方案评价与优选工作，及区域电网规划提供理论和技术支撑。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种基于分层分区思想的分布式电源消纳能力计算方法，其特征在于包括以下步骤：1)确定待评价区域电网及电压等级，并获取区域电网电力模块的基础数据；2)基于所述基础数据拟定分布式电源接入的规划方案；3)获取该分布式电源接入规划方案中分布式电源的接入容量、模型及参数；4)根据该分布式电源规划方案中分布式电源的接入容量和接入电压等级，对区域电网进行范围划分，得到分层分区的区域电网范围；5)根据分布式电源接入前后电网运行状态的变化情况建立适应性评价指标、指标权重及评分公式，对各分区电网进行适应性评价，得到各项评价指标数值，进而获得各分区电网的各项评价指标得分；其中，电网运行状态指电网运行时的可靠性、负载率、短路电流以及电能质量；6)基于分层分区的结果，并根据步骤5)中得到的各分区电网的各项评价指标得分和指标权重，对区域电网进行分布式电源适应性评价，得到区域电网适应性评分值；7)根据得到的区域电网的适应性评价分值，判断区域电网是否具备分布式电源接纳能力，并通过循环迭代获得区域电网对分布式电源的最大接纳能力。
所述步骤4)中，根据分布式电源规划方案中分布式电源的接入容量和接入电压等级，对区域电网进行范围划分的方法为：基于分层分区思想，将待评价电网范围划分为区域电网、各电压等级电网和各分区电网三层；若同一个电压等级中存在相对独立的分区电网，且每个分区均有分布式电源接入时，则进一步划分出分区电网；当待评价的分布式电源规划方案针对行政区域时，则按照对应的乡镇、县域或地市来划分区域电网范围。
所述步骤5)中，根据分布式电源接入前后电网运行状态的变化情况建立的适应性评价指标包括可靠性指标、负载率指标、短路电流指标以及电能质量指标；所述可靠性指标包括变压器可靠性指标和线路可靠性指标；所述负载率指标包括变压器满载或过载率指标、线路满载或过载率指标；所述电能质量指标包括电压偏差超标率指标、谐波畸变超标率指标、谐波电流超标率指标、电压波动超标率和电压不平衡度超标率指标。
所述各项评价指标的计算公式如下：
①可靠性指标
a、变压器可靠性，即分布式电源接入后公网不满足N-1的变压器的增加比例，计算公式为：
Figure BDA0001295509350000021
式中：
Figure BDA0001295509350000022
为分布式电源接入后公网不满足N-1的变压器增加比例，用％表示；nT为区域任一电压等级电网公用变压器台数，单位为台；
Figure BDA0001295509350000023
为分布式电源接入后第i台变压器N-1安全性的变化情况；
b、线路可靠性，即分布式电源接入后公网不满足N-1的线路增加比例，计算公式为：
Figure BDA0001295509350000024
式中：
Figure BDA0001295509350000025
为分布式电源接入后公网线路不满足N-1的线路增加比例，单位为％；mLC为区域任一电压等级电网公用线路条数，单位为条；mLCi为分布式电源接入后第i条公网线路N-1安全性的变化情况；
②负载率指标
a、变压器满载或过载率，即分布式电源接入后公网满载和过载变电站的增加比例，计算公式为：
Figure BDA0001295509350000031
式中：
Figure BDA0001295509350000032
为分布式电源接入后公网满载和过载变电站增加比例，单位为％；nTS为区域任一电压等级电网变电站座数，单位为座；nTSi为分布式电源接入后第i座变电站满载或过载的变化情况；
b、线路满载或过载率，即分布式电源接入后满载和过载线路的增加比例，计算公式为：
Figure BDA0001295509350000033
式中：
Figure BDA0001295509350000034
为分布式电源接入后满载和过载线路增加比例，用％表示；mL为区域任一电压等级电网线路条数，单位为条；mLi为分布式电源接入后第i条线路满载或过载的变化情况；
③短路电流指标
短路电流，即分布式电源接入后短路电流超标节点的增加比例，计算公式为：
Figure BDA0001295509350000035
式中：KSC为分布式电源接入后短路电流超标节点增加比例，用％表示；NSCDG为分布式电源接入后短路电流超过开关遮断容量95％节点个数，单位为个；NSC为分布式电源接入前短路电流超过开关遮断容量95％节点个数，单位为个；nNOD,I为区域任一电压等级电网短路电流计算节点数，单位为个；
④电能质量指标
a、电压偏差超标率，即分布式电源接入后电压偏差超标节点的增加比例，计算公式为：
Figure BDA0001295509350000036
式中：KU为分布式电源接入后电压偏差超标节点增加比例，用％表示；nNOD为区域任一电压等级电网节点数，单位为个；nVdi为分布式电源接入后第i个节点电压偏差超标变化情况；
b、谐波畸变超标率，即分布式电源接入后电压总谐波畸变率超标节点的增加比例，计算公式为：
Figure BDA0001295509350000041
式中：KTHD为分布式电源接入后电压总谐波畸变率超标节点增加比例，用％表示；nDGTHD为分布式电源接入后电压总谐波畸变率超标节点数，单位为个；nTHD为分布式电源接入前电压总谐波畸变率超标节点数，单位为个；nNOD为区域任一电压等级电网节点数，单位为个；
c、谐波电流超标率，即分布式电源接入后谐波电流超标节点增加比例，计算公式为：
Figure BDA0001295509350000042
式中：KIh为分布式电源接入后谐波电流超标节点增加比例，用％表示；nDGIh为分布式电源接入后谐波电流超标节点数，单位为个；nIh为分布式电源接入前谐波电流超标节点数，单位为个；nNOD为区域任一电压等级电网节点数，单位为个；
d、电压波动超标率，即分布式电源接入后电压波动超标节点的增加比例，计算公式为：
Figure BDA0001295509350000043
式中：Kd为分布式电源接入后电压波动超标节点增加比例，用％表示；nDGd为分布式电源接入后电压波动超标节点数，单位为个；nd为分布式电源接入前电压波动超标节点数，单位为个；nNOD为区域任一电压等级电网节点数，单位为个；
e、电压不平衡度超标率，即分布式电源接入后负序电压不平衡度超标节点增加比例，计算公式为：
Figure BDA0001295509350000044
式中：Kε为分布式电源接入后负序电压不平衡度超标节点增加比例，用％表示；nDGε为分布式电源接入后负序电压不平衡度超标节点数，单位为个；nε为分布式电源接入前负序电压不平衡度超标节点数，单位为个；nNOD为区域任一电压等级电网节点数，单位为个。
所述步骤5)中，各项评价指标的指标权重根据各分区电网及评价指标的重要度情况确定，且所有评价指标权重之和为1。
所述步骤5)中，各项评价指标的评分公式的建立原则是：分布式电源接入后，若评价指标对应的超标情况增加，则评分为负；若评价指标对应的超标情况减少，则评分为正。
所述步骤6)中，区域电网的适应性评分值的计算方法包括以下步骤：①根据各分区电网的各项评价指标得分和指标权重，计算得到各分区电网的适应性评分值；各分区电网适应性评分值的计算公式为：
Figure BDA0001295509350000051
式中：
Figure BDA0001295509350000052
为电压等级序号为i，分区序号为Aj的分区电网的适应性评分；yk为分区电网的第k项评价指标数值；m为分区电网评价的指标项数，m≤10；wk为分区电网的第k项评价指标的指标权重；
②将各分区电网适应性评分值加权累积，得到各电压等级电网的适应性评分值，计算公式为：
Figure BDA0001295509350000053
式中：Mi为序号为i的电压等级电网适应性评分；
Figure BDA0001295509350000055
为电压等级序号为i，分区序号为Aj的分区电网的适应性评分权重；
③将各电压等级电网的适应性评分值加权累积，得到区域电网的适应性评分值；计算公式为：
Figure BDA0001295509350000054
式中：MAREA为分布式电源接入后区域电网的适应性评分；n为区域电网评价的不同电压等级数量，n≤5；Wi为电压等级序号为i的电压等级电网的适应性指标权重。
所述步骤7)中，根据得到的区域电网的适应性评分值，判断区域电网是否具备分布式电源接纳能力的方法为：若适应性评分值大于0，则评价结果为“具备较强接纳能力”；若适应性评分值等于0分，则评价结果为“具备接纳能力”；若适应性评分值为0分以下，则评价结果为“不具备接纳能力”。
所述步骤7)中，所述最大接纳能力是指区域电网在满足安全可靠运行条件下接纳的分布式电源最大容量，即当区域电网适应性评分值为0时，对应的分布式电源接入容量。
所述步骤7)中，通过循环迭代获得区域电网对分布式电源的最大接纳能力的方法包括以下步骤：①判断当前的适应性评分计算是否为初次迭代：若是初次迭代，则判断得到的当前区域电网的适应性评分值是否为0，若为0，则该分布式电源规划方案中对应的分布式电源接入容量即为该区域电网的最大接纳能力；若不为0，则进入步骤③；②若不是初次迭代，则判断上一次区域电网的适应性评分值与当前区域电网的适应性评分值是否分别为一正一负；若判断结果为是，即上一次区域电网的适应性评分值与当前区域电网的适应性评分值分别为一正一负，则采用线性插值方法求取区域电网适应性评分值为0时，对应的分布式电源接入容量，该分布式电源接入容量即为区域电网的最大接纳能力；若判断结果为否，则进入步骤③；③判断当前区域电网的适应性评分值是否大于0：若判断结果为是，即当前区域电网的适应性评分值大于0，表明区域电网具备足够接纳能力，设置调整比例Sk为正值，按照调整比例Sk来增大分布式电源接入容量CAPk＝CAPk×(1+Sk)后，返回步骤3)再次进行迭代；若判断结果为否，即当前区域电网的适应性评分值小于0，则进入步骤④；④在分布式电源的接入容量不变的情况下，判断分布式电源接入的规划方案是否能够再进行调整；具体的判断方法为：在分布式电源的接入容量不变的情况下，根据适应性评价结果，针对适应性不足的薄弱环节调整完善分布式电源规划接入方案和电源侧方案，之后返回步骤5)再次进行适应性评价；如果调整后区域电网对分布式电源接入的规划方案仍然不具备接纳条件，即适应性评分值仍小于0，则说明该分布式电源规划方案不能再进行调整；若该分布式电源规划方案不能再进行调整，则设置调整比例Sk为负值，按照调整比例Sk来减少分布式电源接入容量CAPk＝CAPk×(1+Sk)，返回步骤3)再次进行迭代，最终得到区域电网的最大接纳能力。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明采用分层分区的思想对待评价电网对象进行区域划分，根据分布式电源的接入容量和接入电压等级确定电网的评价范围，将电网进一步划分成若干个小分区，可以大幅削减计算工作量，并且准确掌握配电网各个分区电网对分布式电源的消纳能力，明确消纳能力提升瓶颈，指导实际建设改造工作。2、本发明根据分布式电源接入前后电网各个运行状态变化量作为适应性分析评价指标，反映分布式电源接入对配电网的影响，采用量化的指标体系评价电网对分布式电源的适应性，能够准确反映分布式电源与配电网的协调性。3、本发明在求解分布式电源最大接纳能力时采用试探+插值法的方法，对具备接纳能力的方案进行循环迭代，对不具备接纳能力的方案进行再调整，求解过程更加简单易算，具有更强的可操作性及工程实用性。因而本发明可以广泛应用于配电网对分布式电源消纳能力的计算中，为分布式电源科学、有序接入提供支撑。
附图说明
图1是本发明的方法流程图；
图2是本发明的区域电网适应性评价指标体系；
图3是本发明的线性插值法示意图；
图4是本发明实施例中10kV I电网接线图；
图5是本发明实施例中10kV II电网接线图；
图6是本发明实施例中0.4kV电网接线图；
图7是本发明实施例中10kV I节点示意图；
图8是本发明实施例中10kV II节点示意图；
图9是本发明实施例中0.4kV节点示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
如图1所示，本发明提供一种基于分层分区思想的分布式电源消纳能力计算方法，其包括以下步骤：
1)确定待评价电网对象，即待评价区域电网及电压等级，并获取区域电网电力系统的基础数据。
2)根据区域电网电力系统的基础数据，拟定分布式电源接入的规划方案，通常某一电压等级下分布式电源的初始设定值一般不超过该电压等级供电负荷的25％。
3)获取该分布式电源接入规划方案中分布式电源的接入容量CAPk、模型及参数。
4)根据该分布式电源规划方案中分布式电源的接入容量和接入电压等级，对区域电网进行范围划分，得到分层分区的区域电网范围。
基于分层分区思想，将待评价电网对象划分为区域电网、各电压等级电网和各分区电网三层。若同一个电压等级中存在电气联系较弱或相对独立的分区电网，且每个分区电网均有分布式电源接入，应进一步划分出分区电网。当待评价的分布式电源规划方案针对行政区域时，按照对应的乡镇、县域或地市来划定。区域电网范围确定规则如下表1所示。
当分布式电源的接入范围为35kV及以下时，各级电网对同一分布式电源(群)接入的适应性可能有所差异，电网接纳能力受限于各级电网中接入适应性最差的某一级电网。
表1待评价的区域电网范围
Figure BDA0001295509350000071
Figure BDA0001295509350000081
5)根据分布式电源接入前后电网运行状态的变化情况建立适应性评价指标、指标权重及评分公式，对各分区电网进行适应性评价，得到各项评价指标数值，进而获得各分区电网的各项评价指标得分。
适应性评价是指评价某一区域电网对给定分布式电源规划方案的适应能力，本发明根据电网运行时的可靠性、负载率、短路电流以及电能质量建立相应的评价指标体系，建立的评价指标包括四类：可靠性指标、负载率指标、短路电流指标以及电能质量指标，四类评价指标共包括10项具体的评价指标。各项评价指标的指标权重根据各分区电网及评价指标的重要度情况确定，且所有评价指标权重之和为1。适应性评价指标评分公式设定原则是：分布式电源接入后，若评价指标对应的超标情况有所增加，则评分为负；若评价指标对应的超标情况有所减少，则评分为正。适应性评价采用分段计算的形式，当输入的任意一个评价指标值均为正值时，评价的输出值为所有评价指标值的加权平均值；当输入的所有评价指标值中至少存在一个为负值时，评价的输出值为所有负的输入评价指标值中的最小值。
具体的适应性评价指标及评分公式如下表2所示。
表2适应性评价指标及评分标准
Figure BDA0001295509350000082
Figure BDA0001295509350000091
下面对各项评价指标及评分标准进行介绍：
①可靠性指标
a、变压器可靠性，即分布式电源接入后公网不满足N-1的变压器的增加比例，计算公式为：
Figure BDA0001295509350000092
式中：
Figure BDA0001295509350000093
为分布式电源接入后公网不满足N-1的变压器增加比例，用％表示；nT为区域某一电压等级电网公用变压器台数，单位为台；
Figure BDA0001295509350000094
为分布式电源接入后第i台变压器N-1安全性的变化情况。
其中，
Figure BDA0001295509350000095
的具体取值为：考虑m(m≥1)种典型电网运行方式，变压器i在分布式电源接入前有mPi(m≥mPi≥0)种方式下不满足N-1，分布式电源接入后有mDGi(m≥mDGi≥0)种方式下不满足N-1，若(mDGi-mPi)>0，则
Figure BDA0001295509350000096
若(mDGi-mPi)＝0，则
Figure BDA0001295509350000097
若(mDGi-mPi)<0，则
Figure BDA0001295509350000098
b、线路可靠性，即分布式电源接入后公网不满足N-1的线路增加比例，计算公式为：
Figure BDA0001295509350000101
式中：
Figure BDA0001295509350000102
为分布式电源接入后公网线路不满足N-1的线路增加比例，单位为％；mLC为区域某一电压等级电网公用线路条数，单位为条；mLCi为分布式电源接入后第i条公网线路N-1安全性的变化情况。
其中，mLCi的具体取值为：考虑m(m≥1)种典型电网运行方式，公网线路i在分布式电源接入前有mPi(m≥mPi≥0)种方式下不满足N-1，分布式电源接入后有mDGi(m≥mDGi≥0)种方式下不满足N-1，若(mDGi-mPi)>0，则mLCi＝1，若(mDGi-mPi)＝0，则mLCi＝0，若(mDGi-mPi)<0，则mLCi＝-1。
②负载率指标
a、变压器满(过)载率，即分布式电源接入后公网满载和过载变电站的增加比例，计算公式为：
Figure BDA0001295509350000103
式中：
Figure BDA0001295509350000104
为分布式电源接入后公网满载和过载变电站增加比例，单位为％；nTS为区域某一电压等级电网变电站座数，单位为座；nTSi为分布式电源接入后第i座变电站满载或过载的变化情况。
其中，nTSi的具体取值为：考虑m(m≥1)种典型电网运行方式，变电站i在分布式电源接入前有mPi(m≥mPi≥0)种方式下满载或过载，分布式电源接入后有mDGi(m≥mDGi≥0)种方式下满载或过载，若(mDGi-mPi)>0，则nTSi＝1，若(mDGi-mPi)＝0，则nTSi＝0，若(mDGi-mPi)<0，则nTSi＝-1。
b、线路满(过)载率，即分布式电源接入后满载和过载线路的增加比例，计算公式为：
Figure BDA0001295509350000105
式中：
Figure BDA0001295509350000106
为分布式电源接入后满载和过载线路增加比例，用％表示；mL为区域某一电压等级电网线路条数，单位为条；mLi为分布式电源接入后第i条线路满载或过载的变化情况。
其中，mLi的具体取值为：考虑m(m≥1)种典型电网运行方式，线路i在分布式电源接入前有mPi(m≥mPi≥0)种方式下满载或过载，分布式电源接入后有mDGi(m≥mDGi≥0)种方式下满载或过载，若(mDGi-mPi)>0，则mLi＝1，若(mDGi-mPi)＝0，则mLi＝0，若(mDGi-mPi)<0，则mLi＝-1。
③短路电流指标
短路电流，即分布式电源接入后短路电流超标节点的增加比例，该指标的计算仅考虑分布式电源对电网短路电流影响最严重的(一种)运行方式，计算公式为：
Figure BDA0001295509350000111
式中：KSC为分布式电源接入后短路电流超标节点增加比例，用％表示；NSCDG为分布式电源接入后短路电流超过开关遮断容量95％节点个数，单位为个；NSC为分布式电源接入前短路电流超过开关遮断容量95％节点个数，单位为个；nNOD,I为区域某一电压等级电网短路电流计算节点数，单位为个。
④电能质量指标
a、电压偏差超标率，即分布式电源接入后电压偏差超标节点的增加比例，其应满足GB/T 12325的规定，计算公式为：
Figure BDA0001295509350000112
式中：KU为分布式电源接入后电压偏差超标节点增加比例，用％表示；nNOD为区域某一电压等级电网节点数，单位为个；nVdi为分布式电源接入后第i个节点电压偏差超标变化情况。
其中，nVdi的具体取值为：考虑m(m≥1)种典型电网运行方式，节点i在分布式电源接入前有mPi(m≥mPi≥0)种方式下电压偏差超标，分布式电源接入后有mDGi(m≥mDGi≥0)种方式下电压偏差超标，若(mDGi-mPi)>0，则nVdi＝1，若(mDGi-mPi)＝0，则nVdi＝0，若(mDGi-mPi)<0，则nVdi＝-1。
b、谐波畸变超标率，即分布式电源接入后电压总谐波畸变率超标节点的增加比例，该指标的计算仅考虑分布式电源对公网电能质量影响最严重的一种运行方式，应满足GB/T 14549的规定。谐波畸变超标率的计算公式为：
Figure BDA0001295509350000113
式中：KTHD为分布式电源接入后电压总谐波畸变率超标节点增加比例，用％表示；nDGTHD为分布式电源接入后电压总谐波畸变率超标节点数，单位为个；nTHD为分布式电源接入前电压总谐波畸变率超标节点数，单位为个；nNOD为区域某一电压等级电网节点数，单位为个。
c、谐波电流超标率，即分布式电源接入后谐波电流超标节点增加比例，该指标的计算仅考虑分布式电源对公网电能质量影响最严重的一种运行方式，应满足GB/T14549的规定。谐波电流超标率的计算公式为：
Figure BDA0001295509350000121
式中：KIh为分布式电源接入后谐波电流超标节点增加比例，用％表示；nDGIh为分布式电源接入后谐波电流超标节点数，单位为个；nIh为分布式电源接入前谐波电流超标节点数，单位为个；nNOD为区域某一电压等级电网节点数，单位为个。
d、电压波动超标率，即分布式电源接入后电压波动超标节点的增加比例，该指标的计算仅考虑分布式电源对电网电压波动影响最严重的(一种)运行方式，应满足GB/T12326的规定。电压波动超标率的计算公式为：
Figure BDA0001295509350000122
式中：Kd为分布式电源接入后电压波动超标节点增加比例，用％表示；nDGd为分布式电源接入后电压波动超标节点数，单位为个；nd为分布式电源接入前电压波动超标节点数，单位为个；nNOD为区域某一电压等级电网节点数，单位为个。
e、电压不平衡度超标率，即分布式电源接入后负序电压不平衡度超标节点增加比例，该指标的计算仅考虑分布式电源对电网三相不平衡影响最严重的运行方式，应满足GB/T 15543的规定。电压不平衡度超标率的计算公式为：
Figure BDA0001295509350000123
式中：Kε为分布式电源接入后负序电压不平衡度超标节点增加比例，用％表示；nDGε为分布式电源接入后负序电压不平衡度超标节点数，单位为个；nε为分布式电源接入前负序电压不平衡度超标节点数，单位为个；nNOD为区域某一电压等级电网节点数，单位为个。
计算得到各分区电网的各评价指标数值后，根据表2中各项评价指标的评分公式，计算得到各项评价指标得分。
6)基于分层分区的结果，并根据步骤5)中得到的各分区电网的评价指标得分和指标权重，对区域电网进行分布式电源适应性评价，得到区域电网的适应性评分值。
如图2所示，本发明对含分布式电源的电网进行的适应性评价分为各分区电网适应性评价、各电压等级适应性评价和整体电网适应性评价3个层级。根据步骤5)中建立的评价指标权重，分别计算各层级的适应性评分值。具体包括以下步骤：
①根据各分区电网的各项评价指标得分和指标权重，计算得到各分区电网的适应性评分值。
各分区电网适应性评分值的计算公式为：
Figure BDA0001295509350000131
式中：
Figure BDA0001295509350000132
为电压等级序号为i，分区序号为Aj的分区电网的适应性评分；yk为分区电网的第k项评价指标数值；m为分区电网评价的指标项数，m≤10；wk为分区电网的第k项评价指标的指标权重；m项指标权重之和应等于1。
②将各分区电网适应性评分值加权累积，得到各电压等级电网的适应性评分值，计算公式为：
Figure BDA0001295509350000133
式中：Mi为序号为i的电压等级电网适应性评分；
Figure BDA0001295509350000135
为电压等级序号为i，分区序号为Aj的分区电网的适应性评分权重，Aj项权重之和应等于1。
③将各电压等级电网的适应性评分值加权累积，得到区域电网的适应性评分值。
区域电网适应性评分值的计算公式为：
Figure BDA0001295509350000134
式中：MAREA为分布式电源接入后区域电网的适应性评分；n为区域电网评价的不同电压等级数量，n≤5；Wi为电压等级序号为i的电压等级电网的适应性指标权重，n项权重之和应等于1。
7)根据得到的区域电网的适应性评分值，判断区域电网是否具备分布式电源接纳能力，并通过循环迭代获得区域电网对分布式电源的最大接纳能力CAPmax。
根据得到的区域电网的适应性评分值对区域电网是否具备分布式电源接纳能力进行判断：若适应性评分值大于0，则评价结果为“具备较强接纳能力”；若适应性评分值等于0分，则评价结果为“具备接纳能力”；若适应性评分值为0分以下，则评价结果为“不具备接纳能力”。
区域电网对分布式电源的最大接纳能力是指某一区域电网在满足安全可靠运行条件下接纳的分布式电源最大容量，即当区域电网适应性评分值为0时，对应的分布式电源接入容量CAPmax。采用循环迭代法计算区域电网最大接纳能力的方法包括以下步骤：
①判断当前的适应性评分计算是否为初次迭代：若是初次迭代，则判断得到的当前区域电网的适应性评分值是否为0，若为0，则该分布式电源规划方案中对应的分布式电源接入容量即为该区域电网的最大接纳能力CAPmax；若不为0，则进入步骤③。
②若不是初次迭代，则判断上一次区域电网的适应性评分值与当前区域电网的适应性评分值是否分别为一正一负。
若判断结果为是，即上一次区域电网的适应性评分值与当前区域电网的适应性评分值分别为一正一负，则采用线性插值方法求取区域电网适应性评分值为0时，对应的分布式电源接入容量即为区域电网的最大接纳能力CAPmax，并输出CAPmax及其对应的分布式电源规划接入方案；若判断结果为否，则进入步骤③。
如图3所示，为线性插值法示意图。假设给定两种分布式电源的接入容量分别为C1、C2(C2<C1)，分别对其进行电网适应性评价得到其对应的适应性评分为M1、M2，当适应性评分具有M2>0、M1<0的特点，且C2与C1的容量数值差额很小，例如1>(C2/C1)>0.95时，则电网适应性评分值为0时对应的分布式电源装机容量值C0即为该区域电网的最大接纳能力，其计算公式为：
Figure BDA0001295509350000141
③判断当前区域电网的适应性评分值是否大于0：
若当前区域电网的适应性评分值大于0，表明电网具备足够接纳能力，设置调整比例Sk为正值，按照调整比例Sk来增大分布式电源接入容量CAPk＝CAPk×(1+Sk)，返回步骤3)再次进行迭代；
若当前区域电网的适应性评分值小于0，则进入步骤④。
④在分布式电源的接入容量不变的情况下，判断分布式电源接入的规划方案是否能够再进行调整。
具体的判断方法为：在分布式电源的接入容量不变的情况下，根据适应性评价结果，针对适应性不足的薄弱环节调整完善分布式电源规划接入方案和电源侧方案，如下表3所示，之后返回步骤5)再次进行适应性评价；如果调整后区域电网对分布式电源接入的规划方案仍然不具备接纳条件，即适应性评分值仍小于0，则说明该分布式电源规划方案不能再进行调整。
若该分布式电源规划方案不能再进行调整，则设置调整比例Sk为负值，按照调整比例Sk来减少分布式电源接入容量CAPk＝CAPk×(1+Sk)，返回步骤3)再次进行迭代，最终得到区域电网的最大接纳能力。
表3规划接入方案和电源侧方案调整建议表
Figure BDA0001295509350000142
Figure BDA0001295509350000151
实施例：
1)确定评价电网对象，获取其基础数据。
本实施例根据某乡村的电网进行评价，该乡村由2条10千伏线路供电，其中1条线路现有小水电1.675MW。
2)拟定分布式电源的规划方案。
3)获取该分布式电源规划方案中分布式电源的接入容量、模型及参数。
如图4、5、6所示，为制定的分布式电源规划方案的电网接线路。本实施例中制定的分布式电源初始规划方案为：2条10千伏线路分别接入分布式光伏3.034MW、1.044MW，以及1条0.4kV线路接入分布式光伏30kW。
4)根据分布式电源的规划方案中分布式电源的接入容量和接入电压等级，对区域电网进行范围划分，得到分层分区的区域电网范围。
根据该初始规划方案，对该区域电网进行分层分区。结合接入分布式光伏容量，区域电网为该乡村，待评价电网等级为0.4kV～10kV,其中10kV分为I、II两个分区(分别有两回10千伏供电区域)，规划挂接分布式光伏的1回0.4kV线路单独成为一个分区。
5)对各分区电网对给定分布式电源初始规划方案的适应能力进行评价，得到其各项评价指标数值，进而获得各项评价指标得分。
如图7、8、9所示，基于分层分区思想，对含分布式电源的电网进行建模，搭建各分区电网仿真模型并对各节点进行编码。边界假定：负载三相平衡，功率因数为0.98，光伏出力取额定出力的0.5倍，功率因数为1，水电站取额定出力，功率因数为0.98。
根据公式(1)～(10)仿真计算各分区电网的各项评价指标值(xk)，进而获得各指标得分(yk)，结果如下表4所示。
表4各分区电网指标评分情况
Figure BDA0001295509350000161
6)计算得到区域电网的适应性评价分值。
由公式(11)及表2权重取值，各分区评分如下：
10kV I分区：
Figure BDA0001295509350000162
10kV II分区：
Figure BDA0001295509350000163
0.4kV分区：
Figure BDA0001295509350000164
由公式(12)，分电压等级评分如下：
10kV：M1＝-0.95
0.4kV：M2＝1.0025
由公式(13)，区域电网评分如下：
MAREA＝-0.95
7)根据得到的区域电网的适应性评分值，判断该区域电网是否具备分布式电源接纳能力，并通过循环迭代获得区域电网对分布式电源的最大接纳能力。
综上所述，该区域电网对给定初始规划方案“不具备接纳能力”，从电压等级看，10kV“不具备接纳能力”、0.4kV“具备较强接纳能力”；分区分析，0.4kV分区和10kV II分区对规划接入分布式光伏具有较强适应性；而10kV I分区受限于谐波畸变超标率、电压波动超标率两项指标，对规划接入分布式电源容量不具备适应性。
结合适应性评价结果，对受限指标进行分析，主要10kV I分区的节点17和节点18谐波畸变超标以及节点18电压波动超标,需要降低该分区接入容量。而10kVII分区及0.4kV分区具有较强适应性，可适当增加接入容量。
对区域电网规划方案进行调整，采用试探法+插值法循环迭代调整分布式电源规划方案，获得配电网对分布式电源最大接纳能力。对于10kV I分区，修改接入节点18的分布式光伏容量，采用试探法，由225kW降为35kW时，节点18谐波畸变超标；当降为30kW时节点17、18指标恰好达标。对于其它分区采用相同的处理方法，在10kVII分区中将接入节点4的分布式光伏容量由51kW增加至251kW，在0.4kV分区中将接入节点4的分布式光伏容量由3kW增加至13kW，此时区域电网的各项指标均达标。可以得出10kV I分区最大接纳能力为2839kW，10kVII分区最大接纳能力为1244kW，0.4kV分区最大接纳能力为40kW，区域电网最大接纳能力为4123kW。
上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (9)

1.一种基于分层分区思想的分布式电源消纳能力计算方法，其特征在于包括以下步骤：
1)确定待评价区域电网及电压等级，并获取区域电网电力模块的基础数据；
2)基于所述基础数据拟定分布式电源接入的规划方案；
3)获取该分布式电源接入规划方案中分布式电源的接入容量、模型及参数；
4)根据该分布式电源规划方案中分布式电源的接入容量和接入电压等级，对区域电网进行范围划分，得到分层分区的区域电网范围；
所述步骤4)中，根据分布式电源规划方案中分布式电源的接入容量和接入电压等级，对区域电网进行范围划分的方法为：
基于分层分区思想，将待评价电网范围划分为区域电网、各电压等级电网和各分区电网三层；若同一个电压等级中存在相对独立的分区电网，且每个分区均有分布式电源接入时，则进一步划分出分区电网；当待评价的分布式电源规划方案针对行政区域时，则按照对应的乡镇、县域或地市来划分区域电网范围；
5)根据分布式电源接入前后电网运行状态的变化情况建立适应性评价指标、指标权重及评分公式，对各分区电网进行适应性评价，得到各项评价指标数值，进而获得各分区电网的各项评价指标得分；其中，电网运行状态指电网运行时的可靠性、负载率、短路电流以及电能质量；
6)基于分层分区的结果，并根据步骤5)中得到的各分区电网的各项评价指标得分和指标权重，对区域电网进行分布式电源适应性评价，得到区域电网适应性评分值；
7)根据得到的区域电网的适应性评价分值，判断区域电网是否具备分布式电源接纳能力，并通过循环迭代获得区域电网对分布式电源的最大接纳能力。
2.如权利要求1所述的一种基于分层分区思想的分布式电源消纳能力计算方法，其特征在于：所述步骤5)中，根据分布式电源接入前后电网运行状态的变化情况建立的适应性评价指标包括可靠性指标、负载率指标、短路电流指标以及电能质量指标；所述可靠性指标包括变压器可靠性指标和线路可靠性指标；所述负载率指标包括变压器满载或过载率指标、线路满载或过载率指标；所述电能质量指标包括电压偏差超标率指标、谐波畸变超标率指标、谐波电流超标率指标、电压波动超标率和电压不平衡度超标率指标。
3.如权利要求2所述的一种基于分层分区思想的分布式电源消纳能力计算方法，其特征在于：所述各项评价指标的计算公式如下：
①可靠性指标
a、变压器可靠性，即分布式电源接入后公网不满足N-1的变压器的增加比例，计算公式为：
Figure FDA0002621015210000021
式中：
Figure FDA0002621015210000022
为分布式电源接入后公网不满足N-1的变压器增加比例，用％表示；nT为区域任一电压等级电网公用变压器台数，单位为台；
Figure FDA0002621015210000029
为分布式电源接入后第i台变压器N-1安全性的变化情况；
b、线路可靠性，即分布式电源接入后公网不满足N-1的线路增加比例，计算公式为：
Figure FDA0002621015210000023
式中：
Figure FDA0002621015210000024
为分布式电源接入后公网线路不满足N-1的线路增加比例，单位为％；mLC为区域任一电压等级电网公用线路条数，单位为条；mLCi为分布式电源接入后第i条公网线路N-1安全性的变化情况；
②负载率指标
a、变压器满载或过载率，即分布式电源接入后公网满载和过载变电站的增加比例，计算公式为：
Figure FDA0002621015210000025
式中：
Figure FDA0002621015210000026
为分布式电源接入后公网满载和过载变电站增加比例，单位为％；nTS为区域任一电压等级电网变电站座数，单位为座；nTSi为分布式电源接入后第i座变电站满载或过载的变化情况；
b、线路满载或过载率，即分布式电源接入后满载和过载线路的增加比例，计算公式为：
Figure FDA0002621015210000027
式中：
Figure FDA0002621015210000028
为分布式电源接入后满载和过载线路增加比例，用％表示；mL为区域任一电压等级电网线路条数，单位为条；mLi为分布式电源接入后第i条线路满载或过载的变化情况；
③短路电流指标
短路电流，即分布式电源接入后短路电流超标节点的增加比例，计算公式为：
Figure FDA0002621015210000031
式中：KSC为分布式电源接入后短路电流超标节点增加比例，用％表示；NSCDG为分布式电源接入后短路电流超过开关遮断容量95％节点个数，单位为个；NSC为分布式电源接入前短路电流超过开关遮断容量95％节点个数，单位为个；nNOD,I为区域任一电压等级电网短路电流计算节点数，单位为个；
④电能质量指标
a、电压偏差超标率，即分布式电源接入后电压偏差超标节点的增加比例，计算公式为：
Figure FDA0002621015210000032
式中：KU为分布式电源接入后电压偏差超标节点增加比例，用％表示；nNOD为区域任一电压等级电网节点数，单位为个；nVdi为分布式电源接入后第i个节点电压偏差超标变化情况；
b、谐波畸变超标率，即分布式电源接入后电压总谐波畸变率超标节点的增加比例，计算公式为：
Figure FDA0002621015210000033
式中：KTHD为分布式电源接入后电压总谐波畸变率超标节点增加比例，用％表示；nDGTHD为分布式电源接入后电压总谐波畸变率超标节点数，单位为个；nTHD为分布式电源接入前电压总谐波畸变率超标节点数，单位为个；nNOD为区域任一电压等级电网节点数，单位为个；
c、谐波电流超标率，即分布式电源接入后谐波电流超标节点增加比例，计算公式为：
Figure FDA0002621015210000034
式中：KIh为分布式电源接入后谐波电流超标节点增加比例，用％表示；nDGIh为分布式电源接入后谐波电流超标节点数，单位为个；nIh为分布式电源接入前谐波电流超标节点数，单位为个；nNOD为区域任一电压等级电网节点数，单位为个；
d、电压波动超标率，即分布式电源接入后电压波动超标节点的增加比例，计算公式为：
Figure FDA0002621015210000035
式中：Kd为分布式电源接入后电压波动超标节点增加比例，用％表示；nDGd为分布式电源接入后电压波动超标节点数，单位为个；nd为分布式电源接入前电压波动超标节点数，单位为个；nNOD为区域任一电压等级电网节点数，单位为个；
e、电压不平衡度超标率，即分布式电源接入后负序电压不平衡度超标节点增加比例，计算公式为：
Figure FDA0002621015210000041
式中：Kε为分布式电源接入后负序电压不平衡度超标节点增加比例，用％表示；nDGε为分布式电源接入后负序电压不平衡度超标节点数，单位为个；nε为分布式电源接入前负序电压不平衡度超标节点数，单位为个；nNOD为区域任一电压等级电网节点数，单位为个。
4.如权利要求1所述的一种基于分层分区思想的分布式电源消纳能力计算方法，其特征在于：所述步骤5)中，各项评价指标的指标权重根据各分区电网及评价指标的重要度情况确定，且所有评价指标权重之和为1。
5.如权利要求1所述的一种基于分层分区思想的分布式电源消纳能力计算方法，其特征在于：所述步骤5)中，各项评价指标的评分公式的建立原则是：分布式电源接入后，若评价指标对应的超标情况增加，则评分为负；若评价指标对应的超标情况减少，则评分为正。
6.如权利要求1所述的一种基于分层分区思想的分布式电源消纳能力计算方法，其特征在于：所述步骤6)中，区域电网的适应性评分值的计算方法包括以下步骤：
①根据各分区电网的各项评价指标得分和指标权重，计算得到各分区电网的适应性评分值；各分区电网适应性评分值的计算公式为：
Figure FDA0002621015210000042
式中：
Figure FDA0002621015210000043
为电压等级序号为i，分区序号为Aj的分区电网的适应性评分；yk为分区电网的第k项评价指标数值；m为分区电网评价的指标项数，m≤10；wk为分区电网的第k项评价指标的指标权重；
②将各分区电网适应性评分值加权累积，得到各电压等级电网的适应性评分值，计算公式为：
Figure FDA0002621015210000044
式中：Mi为序号为i的电压等级电网适应性评分；Wi j为电压等级序号为i，分区序号为Aj的分区电网的适应性评分权重；
③将各电压等级电网的适应性评分值加权累积，得到区域电网的适应性评分值；计算公式为：
Figure FDA0002621015210000051
式中：MAREA为分布式电源接入后区域电网的适应性评分；n为区域电网评价的不同电压等级数量，n≤5；Wi为电压等级序号为i的电压等级电网的适应性指标权重。
7.如权利要求1所述的一种基于分层分区思想的分布式电源消纳能力计算方法，其特征在于：所述步骤7)中，根据得到的区域电网的适应性评分值，判断区域电网是否具备分布式电源接纳能力的方法为：
若适应性评分值大于0，则评价结果为“具备较强接纳能力”；
若适应性评分值等于0分，则评价结果为“具备接纳能力”；
若适应性评分值为0分以下，则评价结果为“不具备接纳能力”。
8.如权利要求1所述的一种基于分层分区思想的分布式电源消纳能力计算方法，其特征在于：所述步骤7)中，所述最大接纳能力是指区域电网在满足安全可靠运行条件下接纳的分布式电源最大容量，即当区域电网适应性评分值为0时，对应的分布式电源接入容量。
9.如权利要求1所述的一种基于分层分区思想的分布式电源消纳能力计算方法，其特征在于：所述步骤7)中，通过循环迭代获得区域电网对分布式电源的最大接纳能力的方法包括以下步骤：
①判断当前的适应性评分计算是否为初次迭代：若是初次迭代，则判断得到的当前区域电网的适应性评分值是否为0，若为0，则该分布式电源规划方案中对应的分布式电源接入容量即为该区域电网的最大接纳能力；若不为0，则进入步骤③；
②若不是初次迭代，则判断上一次区域电网的适应性评分值与当前区域电网的适应性评分值是否分别为一正一负；
若判断结果为是，即上一次区域电网的适应性评分值与当前区域电网的适应性评分值分别为一正一负，则采用线性插值方法求取区域电网适应性评分值为0时，对应的分布式电源接入容量，该分布式电源接入容量即为区域电网的最大接纳能力；
若判断结果为否，则进入步骤③；
③判断当前区域电网的适应性评分值是否大于0：
若判断结果为是，即当前区域电网的适应性评分值大于0，表明区域电网具备足够接纳能力，设置调整比例Sk为正值，按照调整比例Sk来增大分布式电源接入容量CAPk＝CAPk×(1+Sk)后，返回步骤3)再次进行迭代；
若判断结果为否，即当前区域电网的适应性评分值小于0，则进入步骤④；
④在分布式电源的接入容量不变的情况下，判断分布式电源接入的规划方案是否能够再进行调整；
具体的判断方法为：在分布式电源的接入容量不变的情况下，根据适应性评价结果，针对适应性不足的薄弱环节调整完善分布式电源规划接入方案和电源侧方案，之后返回步骤5)再次进行适应性评价；如果调整后区域电网对分布式电源接入的规划方案仍然不具备接纳条件，即适应性评分值仍小于0，则说明该分布式电源规划方案不能再进行调整；
若该分布式电源规划方案不能再进行调整，则设置调整比例Sk为负值，按照调整比例Sk来减少分布式电源接入容量CAPk＝CAPk×(1+Sk)，返回步骤3)再次进行迭代，最终得到区域电网的最大接纳能力。
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