CN107482676B - 考虑波动性的分布式电源最大渗透率的确定方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种考虑波动性的分布式电源最大渗透率的确定方法和装置,先根据电力系统的功频特性系数确定电力系统允许的负荷增量,然后根据电力系统允许的负荷增量计算分布式电源的容量占比,最后根据分布式电源的容量占比确定分布式电源最大渗透率,该分布式电源最大渗透率代表了分布式电源的接入能力,分布式电源最大渗透率越大,允许接入的分布式电源容量越高,分布式电源最大渗透率的确定方法为含分布式电源配电网在规划和运行层面提供决策支持。本发明解决了最不利于分布式电源接入的情况下分布式电源渗透率的求解问题,具有普适性,且为分布式电源在配电网的接入和应用提供理论依据。
Description
技术领域
本发明涉及配电网技术领域,具体涉及一种考虑波动性的分布式电源最大渗透率的确定方法和装置。
背景技术
随着智能电网建设的不断推进和分布式电源技术的发展,分布式电源在电网中的规模化接入和应用成为未来电网的发展趋势。由于分布式电源具有间歇性、波动性、不确定等特征,其规模化接入给配电网潮流、电压分布、短路电流、继电保护、频率稳定等带来广泛影响。因此,如何确定合理的分布式电源接入容量成为分布式电源并网的重要研究课题之一。
分布式电源接入容量受到节点电压水平、电能质量、供电可靠性、频率偏差等诸多因素的限制,目前关于分布式电源接入容量的研究大多侧重考虑节点电压约束和支路容量约束,对于频率稳定的问题鲜有涉及。分布式电源出力具有波动性的特点,高渗透率分布式电源接入,分布式电源出力波动增强,很容易引起电力系统有功功率失衡,负荷的波动,加剧了电力系统的有功失衡,若电力系统无法在短时内恢复有功功率平衡,很容易导致电力系统频率偏移直至频率越限。
发明内容
为了解决现有技术中分布式电源接入后引发电力系统频率越限的问题,本发明提供一种考虑波动性的分布式电源最大渗透率的确定方法和装置,先确定电力系统的功频特性系数,并根据电力系统的功频特性系数确定电力系统允许的负荷增量;然后根据电力系统允许的负荷增量确定分布式电源的容量占比;最后根据分布式电源的容量占比得到了分布式电源最大渗透率。
为了实现上述发明目的,本发明采取如下技术方案:
本发明提供一种考虑波动性的分布式电源最大渗透率的确定方法,包括:
根据电力系统的功频特性系数确定电力系统允许的负荷增量;
根据电力系统允许的负荷增量计算分布式电源的容量占比;
根据分布式电源的容量占比确定分布式电源最大渗透率。
根据电力系统的功频特性系数按下式确定电力系统允许的负荷增量:
ΔP*=K*Δf* (1)
K*按下式计算:
其中,PGN表示发电机组的额定容量;PLN表示额定频率下的负荷功率,且PLN=PGN×[λ1×(1-k1)+λ2×(1-k2)+λ3×1];λ1表示火电机组的容量占比,λ2表示水电机组的容量占比,λ3表示分布式电源的容量占比,且λ1+λ2+λ3=1;k1表示火电机组的备用容量比例,k2表示水电机组的备用容量比例;表示火电机组的功频特性系数,表示水电机组的功频特性系数。
所述根据电力系统允许的负荷增量计算分布式电源的容量占比包括:
根据负荷的波动量和分布式电源的波动量将ΔP*表示为:
其中,ΔPL表示负荷的波动量,ΔPL=PLN×α,α表示负荷的波动率;ΔPDG表示分布式电源的波动量,h表示分布式电源波动率,且ΔPDG=PGN×λ3×h;
所述根据分布式电源的容量占比确定分布式电源最大渗透率包括:
根据下式确定分布式电源最大渗透率:
其中,λmax表示分布式电源最大渗透率。
本发明还提供一种考虑波动性的分布式电源最大渗透率的确定装置,包括:
第一确定模块,用于根据电力系统的功频特性系数确定电力系统允许的负荷增量;
计算模块,用于根据电力系统允许的负荷增量计算分布式电源的容量占比;
第二确定模块,用于根据分布式电源的容量占比确定分布式电源最大渗透率。
所述第一确定模块根据电力系统的功频特性系数按下式确定电力系统允许的负荷增量:
ΔP*=K*Δf* (1)
K*按下式计算:
其中,PGN表示发电机组的额定容量,其标幺值取1;PLN表示额定频率下的负荷功率,且PLN=PGN×[λ1×(1-k1)+λ2×(1-k2)+λ3×1];λ1表示火电机组的容量占比,λ2表示水电机组的容量占比,λ3表示分布式电源的容量占比,且λ1+λ2+λ3=1;k1表示火电机组的备用容量比例,k2表示水电机组的备用容量比例;表示火电机组的功频特性系数,表示水电机组的功频特性系数。
所述计算模块具体用于:
根据负荷的波动量和分布式电源的波动量将ΔP*表示为:
其中,ΔPL表示负荷的波动量,ΔPL=PLN×α,α表示负荷的波动率;ΔPDG表示分布式电源的波动量,h表示分布式电源波动率,且ΔPDG=PGN×λ3×h;
所述第二确定模块具体用于:
根据下式确定分布式电源最大渗透率:
其中,λmax表示分布式电源最大渗透率。
与最接近的现有技术相比,本发明提供的技术方案具有以下有益效果:
本发明提供的考虑波动性的分布式电源最大渗透率的确定方法,先根据电力系统的功频特性系数确定电力系统允许的负荷增量;然后根据电力系统允许的负荷增量计算分布式电源的容量占比;最后通过分布式电源的容量占比确定分布式电源最大渗透率,该分布式电源最大渗透率代表了分布式电源的接入能力,分布式电源最大渗透率越大,允许接入的分布式电源容量越高,分布式电源最大渗透率的确定方法为含分布式电源配电网在规划和运行层面提供决策支持;
本发明提供的技术方案考虑了发电机组的功频特性系数和负荷的频率调节效应,从电力系统整体角度给出分布式电源最大渗透率的参考值;
本发明提供的技术方案同时考虑了分布式电源出力波动和负荷波动对分布式电源接入的影响,解决了最不利于分布式电源接入的情况下分布式电源渗透率的求解问题,具有普适性;
根据本发明提供的考虑波动性的分布式电源最大渗透率的确定方法可进一步确定电力系统允许的负荷最大波动率;
本发明提供的技术方案可对电力系统备用容量、发电机组功频特性系数、负荷频率调节效应、分布式电源波动率以及负荷波动率对分布式电源渗透率的影响进行定量分析,可为分布式电源在配电网的接入和应用提供理论依据。
附图说明
图1是本发明实施例中考虑波动性的分布式电源最大渗透率的确定方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
若分布式电源出力波动方向和负荷波动方向一致,即同时向下波动,则负荷波动对分布式电源波动起到平抑的作用,负荷波动有利于分布式电源的接入,分布式电源渗透率较不考虑负荷波动时有所升高,但此种情况是较理想的情形,不具备典型性,不能代表电力系统不利于分布式电源接入的情况,不在本发明讨论的范畴。
本发明实施例讨论的是分布式电源出力波动方向和负荷波动方向相反的情形,即分布式电源出力减少,负荷需求增加,负荷波动加剧了分布式电源出力波动带来的电力系统有功失衡,不利于分布式电源的接入,该情形下计算出的分布式电源渗透率具有普适性。
本发明实施例提供一种考虑波动性的分布式电源最大渗透率的确定方法,其中的波动性包括分布式电源的波动和负荷的波动;该方法通过确定分布式电源的容量占比进而确定了分布式电源最大渗透率,该分布式电源最大渗透率代表了分布式电源的接入能力,分布式电源最大渗透率越大,允许接入的分布式电源容量越高,分布式电源最大渗透率的确定方法为含分布式电源配电网在规划和运行层面提供决策支持。该分布式电源最大渗透率的确定方法流程图如图1所示,具体过程如下:
S101:根据负荷的频率调节效应系数、电力系统的备用系数以及发电机组的功频特性系数确定电力系统的功频特性系数,即确定负荷的频率调节效应系数、电力系统的备用系数以及发电机组的功频特性系数与电力系统的功频特性系数之间的关系式,然后根据电力系统的功频特性系数确定电力系统允许的负荷增量,即确定电力系统的功频特性系数与电力系统允许的负荷增量之间的关系式;
S102:根据电力系统允许的负荷增量确定分布式电源的容量占比,即根据S101得到的电力系统的功频特性系数与电力系统允许的负荷增量之间的关系式和分布式电源的波动率、负荷的波动率与电力系统允许的负荷增量之间的关系式计算分布式电源的容量占比;
S103:根据S102计算出的分布式电源的容量占比确定分布式电源最大渗透率。
上述S101中,确定电力系统的功频特性系数,即确定负荷的频率调节效应系数、电力系统的备用系数以及发电机组的功频特性系数与电力系统的功频特性系数之间的关系式具体过程如下:
1)先设PGN表示发电机组的额定容量,其标幺值取1;设λ1表示火电机组的容量占比,λ2表示水电机组的容量占比,λ3表示分布式电源的容量占比,且满足λ1+λ2+λ3=1;k1表示火电机组的备用容量比例,k2表示水电机组的备用容量比例,k3表示分布式电源的备用容量比例;表示火电机组的功频特性系数,表示水电机组的功频特性系数,KDG*表示分布式电源的功频特性系数,其为0;于是负荷的频率调节效应系数、电力系统的备用系数以及发电机组的功频特性系数与电力系统的功频特性系数之间的关系式如下式所示:
其中,K*表示电力系统的功频特性系数;表示负荷的频率调节效应系数,它表示频率发生单位变化时,负荷有功功率的变化量,其数值取决于全电力系统各类负荷的比重,一般通过试验获得;kr表示电力系统的备用系数,其定义为发电机组的额定容量与额定频率下的负荷功率的比值;表示发电机组的功频特性系数,kr分别表示为:
其中,PLN表示额定频率下的负荷功率,且PLN=PGN×[λ1×(1-k1)+λ2×(1-k2)+λ3×1];
2)根据电力系统的功频特性系数确定电力系统允许的负荷增量,即确定电力系统的功频特性系数与电力系统允许的负荷增量之间的关系式具体过程如下:
GB/T 15945-2008《电能质量电力系统频率偏差》规定,我国电力系统正常运行条件下频率偏差限值为±0.2HZ,即电力系统的频率偏差Δf取0.2Hz;一般电力系统频率异常,多为低频运行,很少发生高频运行。假设电力系统频率允许偏移0.2Hz,根据电力系统功频特性系数可计算电力系统能够承担的负荷功率增量,这个功率增量是发电机组增加的有功输出与负荷的频率调节效应的综合效应。
电力系统的功频特性系数与电力系统允许的负荷增量之间的关系式如下式所示:
ΔP*=K*Δf* (4)
上述S102中,根据电力系统允许的负荷增量计算分布式电源的容量占比具体过程如下:
1)设ΔPL表示负荷的波动量,且满足ΔPL=PLN×α,α表示负荷的波动率;设ΔPDG表示分布式电源的波动量,h表示分布式电源波动率,且满足ΔPDG=PGN×λ3×h;于是根据负荷的波动量ΔPL和分布式电源的波动量将ΔP*表示为:
2)联立式(4)和式(5)可得
PLN=(1-λ3)×(1-k1)+λ3 (8)
于是式(6)可改写为:
根据式(10)可得如下分布式电源的容量占比的表达式:
给定分布式电源的波动率h和负荷的波动率α,即可求出分布式电源的渗透率,该分布式电源的渗透率为给定的分布式电源波动和负荷波动水平下的分布式电源渗透率的最大值,分布式电源渗透率一旦超过该值,电力系统将发生频率越限。
上述S103中,根据S102计算得到的分布式电源的容量占比确定分布式电源最大渗透率具体可以包括以下过程:
根据式(12)可以确定分布式电源最大渗透率λmax:
不同的分布式电源和负荷波动水平下,对应的分布式电源最大渗透率不尽相同。考虑负荷波动的分布式电源渗透率即不同分布式电源波动率和负荷波动率对应的分布式电源最大渗透率具体值如表1:
表1
由表1可知,负荷波动对分布式电源渗透率有很大影响,随着负荷波动的增强,分布式电源渗透率明显降低,尤其是分布式电源自身波动率较小的情况下,这种不利作用越明显。表1中出现负值的原因如下:
由于分布式电源的容量占比λ3应大于等于0,即:
式(13)可改写为:
基于同一发明构思,本发明实施例还提供了考虑波动性的分布式电源最大渗透率的确定装置,这些设备解决问题的原理与考虑波动性的分布式电源最大渗透率的确定方法相似,该考虑波动性的分布式电源最大渗透率的确定装置主要包括:第一确定模块、计算模块和第二确定模块,下面对上述3个模块的功能做简单介绍:
其中的第一确定模块,主要用于确定电力系统的功频特性系数,并根据电力系统的功频特性系数确定电力系统允许的负荷增量;
其中的计算模块,主要用于根据电力系统允许的负荷增量计算分布式电源的容量占比;
其中的第二确定模块,主要用于根据分布式电源的容量占比确定分布式电源最大渗透率。
上述的第一确定模块确定电力系统的功频特性系数,即建立负荷的频率调节效应系数、电力系统的备用系数以及发电机组的功频特性系数与电力系统的功频特性系数之间的关系式具体过程如下:
1)先设PGN表示发电机组的额定容量,其标幺值取1;设λ1表示火电机组的容量占比,λ2表示水电机组的容量占比,λ3表示分布式电源的容量占比,且满足λ1+λ2+λ3=1;k1表示火电机组的备用容量比例,k2表示水电机组的备用容量比例,k3表示分布式电源的备用容量比例;表示火电机组的功频特性系数,表示水电机组的功频特性系数,KDG*表示分布式电源的功频特性系数,其为0;于是负荷的频率调节效应系数、电力系统的备用系数以及发电机组的功频特性系数与电力系统的功频特性系数之间的关系式如下式所示:
其中,K*表示电力系统的功频特性系数;表示负荷的频率调节效应系数,它表示频率发生单位变化时,负荷有功功率的变化量,其数值取决于全电力系统各类负荷的比重,一般通过试验获得;kr表示电力系统的备用系数,其定义为发电机组的额定容量与额定频率下的负荷功率的比值;表示发电机组的功频特性系数,kr分别表示为:
其中,PLN表示额定频率下的负荷功率,且PLN=PGN×[λ1×(1-k1)+λ2×(1-k2)+λ3×1]。
上述的第一确定模块根据电力系统的功频特性系数确定电力系统允许的负荷增量,即确定电力系统的功频特性系数与电力系统允许的负荷增量之间的关系式具体过程如下:
GB/T 15945-2008《电能质量电力系统频率偏差》规定,我国电力系统正常运行条件下频率偏差限值为±0.2HZ,即电力系统的频率偏差Δf取0.2Hz;一般电力系统频率异常,多为低频运行,很少发生高频运行。假设电力系统频率允许偏移0.2Hz,根据电力系统功频特性系数可计算电力系统能够承担的负荷功率增量,这个功率增量是发电机组增加的有功输出与负荷的频率调节效应的综合效应。
电力系统的功频特性系数与电力系统允许的负荷增量之间的关系式如下式所示:
ΔP*=K*Δf* (4)
上述的计算模块根据电力系统允许的负荷增量确定分布式电源的容量占比,即根据第一确定模块得到的电力系统的功频特性系数与电力系统允许的负荷增量之间的关系式和分布式电源的波动率、负荷的波动率与电力系统允许的负荷增量之间的关系式计算分布式电源的容量占比具体过程如下:
1)设ΔPL表示负荷的波动量,且满足ΔPL=PLN×α,α表示负荷的波动率;设ΔPDG表示分布式电源的波动量,h表示分布式电源波动率,且满足ΔPDG=PGN×λ3×h;于是根据负荷的波动量ΔPL和分布式电源的波动量将ΔP*表示为:
2)联立式(4)和式(5)可得
PLN=(1-λ3)×(1-k1)+λ3 (8)
于是式(6)可改写为:
根据式(10)可得如下分布式电源的容量占比的表达式:
给定分布式电源的波动率h和负荷的波动率α,即可求出分布式电源的渗透率,该分布式电源的渗透率为给定的分布式电源波动和负荷波动水平下的分布式电源渗透率的最大值,分布式电源渗透率一旦超过该值,电力系统将发生频率越限。
上述第二确定模块根据计算模块得到的分布式电源的容量占比确定分布式电源最大渗透率具体过程如下:
根据式(12)可以确定分布式电源最大渗透率λmax:
为了描述的方便,以上所述装置的各部分以功能分为各种模块或单元分别描述。当然,在实施本申请时可以把各模块或单元的功能在同一个或多个软件或硬件中实现。
本领域内的技术人员应明白,本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此,本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且,本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器,使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中,使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品,该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上,使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理,从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制,所属领域的普通技术人员参照上述实施例依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换,这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换,均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (6)
1.一种考虑波动性的分布式电源最大渗透率的确定方法,其特征在于,包括:
根据电力系统的功频特性系数确定电力系统允许的负荷增量;
根据电力系统允许的负荷增量计算分布式电源的容量占比;
根据分布式电源的容量占比确定分布式电源最大渗透率;
根据电力系统的功频特性系数按下式确定电力系统允许的负荷增量:
ΔP*=K*Δf* (1)
K*按下式计算:
4.一种考虑波动性的分布式电源最大渗透率的确定装置,其特征在于,包括:
第一确定模块,用于根据电力系统的功频特性系数确定电力系统允许的负荷增量;
计算模块,用于根据电力系统允许的负荷增量计算分布式电源的容量占比;
第二确定模块,用于根据分布式电源的容量占比确定分布式电源最大渗透率;
所述第一确定模块根据电力系统的功频特性系数按下式确定电力系统允许的负荷增量:
ΔP*=K*Δf* (1)
K*按下式计算:
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CN107482676A (zh) | 2017-12-15 |
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