CN108233416A - 一种考虑电压越限风险的配电网单光伏消纳能力评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种考虑电压越限风险的配电网单光伏消纳能力评估方法，1采集目标配电网参数信息；2收集目标配电网各配变N _d天的负荷历史数据样本，以配变为单位建立基于多参数正态分布的负荷时序模型；3收集目标地区光伏电站N _p天的历史出力数据样本，建立基于多参数beta分布的光伏相对出力时序模型；4根据多参数正态分布的负荷时序模型和多参数beta分布的光伏相对出力时序模型，采用基于半不变量的概率潮流法计算电压越限风险评估指标；5设定电压越限风险限值R _{vs_limit}，采用混合逼近法评估配电网光伏消纳能力。本发明充分考虑了分布式负荷和光伏出力的时序性和不确定性，通过定量评估配电网的电压越限风险，为光伏接入配电网的容量评估提供参考。

Description

一种考虑电压越限风险的配电网单光伏消纳能力评估方法

技术领域

本发明涉及配电网对分布式电源消纳能力的评估方法，更具体地，涉及一种考虑电压越限风险的配电网单光伏消纳能力评估方法。

背景技术

大量分布式光伏的接入，使得原来的单一电源辐射配电网变成有源配电网络，改变了配电网的潮流和电压分布的同时也提高了电压越限的风险。由于光伏出力的不确定性以及和负荷之间的时序相关性导致了基于确定潮流的评估方法难以准确衡量其对配电网电压的影响程度，而该影响程度主要与光伏接入位置以及接入容量相关，因此如何评估光伏接入导致的配电网电压越限风险，并确定光伏的极限接入容量将是一个亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种考虑电压越限风险的配电网单光伏消纳能力评估方法，充分考虑了分布式负荷和光伏出力的时序性和不确定性，通过定量评估配电网的电压越限风险，为光伏接入配电网的容量评估提供参考。

为解决上述问题，本发明提供的技术方案为：一种考虑电压越限风险的配电网单光伏消纳能力评估方法，包括以下步骤：

S1.采集目标配电网参数信息，建立目标配电网计算模型；

S2.收集目标配电网各配变预设时间N_d天的负荷历史数据样本，以配变为单位建立基于多参数正态分布的负荷时序模型；

S3.收集目标地区光伏电站预设时间N_p天的历史出力数据样本，建立基于多参数beta分布的光伏相对出力时序模型；

S4.根据多参数正态分布的负荷时序模型和多参数beta分布的光伏相对出力时序模型，采用基于半不变量的概率潮流法计算电压越限风险评估指标；

S5.设定电压越限风险限值R_{vs_limit}，采用混合逼近法评估配电网光伏消纳能力。

进一步地，所述的目标配电网参数信息包括配电网网架结构、线路长度、线路型号、配变型号、光伏并网点。

进一步地，所述的S2步骤中以配变为单位建立基于多参数正态分布的负荷时序模型包括以下步骤：

S201.收集目标配电网各配变N_d天的负荷历史数据样本，其中采样间隔为1h，若其中一台配变的负荷样本矩阵S_d＝[S_d1,S_d2,…,S_dt,…,S_d24]，其中S_dt＝[S_d1t,S_d2t,...,S_djt,…,S_dNt]^T，S_djt表示第j天第t时段负荷样本数据；

S202.计算t时段的负荷样本数列S_dt的期望值μ_d(t)和标准差σ_d(t)，

S203.得到t时段基于多参数正态分布的负荷概率密度函数如下：

进一步地，所述的S3步骤中建立基于多参数beta分布的光伏出力时序模型的方法包括以下步骤：

S301.收集的目标地区光伏电站N_p天的历史出力数据样本，确定光伏有功出力样本矩阵P_p＝[P_p1,P_p2,…,P_pt,…,P_p24]，其中P_pt＝[P_p1t,P_p2t,...,P_pjt,…,P_pNt]^T，其中P_pjt＝表示第j天第t时段光伏出力样本数据值；

S302.令P_ptmax＝max{P_p1t,P_p2t,...,P_pjt,…,P_pNt}，则光伏相对出力样本数列

S303.计算数列P'_pt的期望值μ_p(t)和标准差σ_p(t)：

S304.计算t时段光伏出力beta分布的形状参数α(t)和β(t)，计算公式如下：

S305.得到t时段基于多参数beta分布的光伏相对出力概率密度函数如下：

进一步地，所述的S4步骤中采用基于半不变量的概率潮流法计算电压越限风险评估指标的计算步骤包括：

S401.计算t时段节点i电压的概率密度函数

S402.计算时段t内所有节点的电压越限风险之和：

其中U(x)为时段t内节点i的电压越限严重度函数，具体为：

S403.计算电压越限风险评估指标R_{vs_max}，即：

R_{vs_max}＝max{R_vs(1),R_vs(2),...,R_vs(t),...,R_vs(24)}。

进一步地，所述的S401步骤中计算t时段节点i电压的概率密度函数的具体步骤包括：

S411.采用线性化交流潮流模型，以各节点注入功率期望值进行潮流计算，其中第i个负荷节点注入功率期望值为μ_di(t)，光伏节点注入有功功率期望值为(μ_p(t)×P_ptmax)，记录最后一次迭代所用的雅可比矩阵J₀；

S412.计算各节点注入功率随机变量的八阶半不变量，其各阶数值等于该节点负荷功率相应阶半不变量与光伏有功相应阶半不变量之和，其中，负荷节点注入功率随机变量服从正态分布，第i个负荷节点注入功率八阶半不变量(k＝1,2,…,8)表示如下：

光伏节点注入有功服从beta分布，其注入有功八阶半不变量(k＝1,2,…,8)可根据其八阶原点矩(k＝1,2,…,8)计算得到，具体计算如下：

式中，为从m个元素中取l个元素的组合数；

S413.根据下式计算节点电压的八阶半不变量：

式中，为t时段节点电压相角，为幅值随机变量的k阶半不变量集合；为t时段节点等效注入有功、为无功随机变量的k阶半不变量集合；

S414.采用Gram-Charlier级数展开式计算t时段节点i电压的概率密度函数具体表达式如下：

式中，φ^(k)(·)为标准正态分布概率密度函数的k阶导数。

进一步地，所述的S5步骤具体包括：

S501.设定电压越限风险限值R_{vs_limit}，给定初始光伏接入容量H＝H₀、初始调整系数k＝k₀和收敛精度e；

S502.计算配电网电压越限风险评估指标R_{vs_max}；

S503.判断R_{vs_max}是否大于R_{vs_limit}，若不满足，则令H＝H*(k+1)且k＝k/2，并返回步骤S2；若满足，则转至步骤S4；

S504.减小光伏接入容量H和调整系数k：令H＝H*(1-k)且k＝k/2；

S505.判断k是否小于收敛精度e，若不满足则返回步骤S2；若满足，则输出光伏接入极限容量H_limt。

与现有技术相比，有益效果是：本发明提供的一种考虑电压越限风险的配电网单光伏消纳能力评估方法，通过收集目标台区负荷的历史数据样本和光伏出力历史数据样本，建立基于多参数正态分布的负荷时序模型和基于多参数beta分布的光伏相对出力时序模型，通过给定电压越限风险限值，并采用混合逼近法评估配电网光伏消纳能力。该方法充分考虑了分布式负荷和光伏出力的时序性和不确定性，通过定量评估配电网的电压越限风险，为光伏接入配电网的容量评估提供参考。

附图说明

图1为本发明方法流程图。

图2为本发明改进的IEEE33节点配电系统。

图3为本发明不同负荷类型日负荷曲线。

图4为本发明电压越限风险曲线。

图5为本发明不同负荷特性时配电网光伏接入极限容量H_limt与主干线长度L的关系。

具体实施方式

如图1所示，一种考虑电压越限风险的配电网单光伏消纳能力评估方法，包括以下步骤：

步骤1：采集目标配电网参数信息，包括配电网网架结构、线路长度、线路型号、配变型号、光伏并网点，建立目标配电网计算模型；

步骤2：收集目标配电网各配变预设时间N_d天的负荷历史数据样本，以配变为单位建立基于多参数正态分布的负荷时序模型；具体步骤为：

S201.收集目标配电网各配变N_d天的负荷历史数据样本，其中采样间隔为1h，若其中一台配变的负荷样本矩阵S_d＝[S_d1,S_d2,…,S_dt,…,S_d24]，其中S_dt＝[S_d1t,S_d2t,...,S_djt,…,S_dNt]^T，S_djt表示第j天第t时段负荷样本数据；

S202.计算t时段的负荷样本数列S_dt的期望值μ_d(t)和标准差σ_d(t)，

S203.得到t时段基于多参数正态分布的负荷概率密度函数如下：

步骤3：收集目标地区光伏电站预设时间N_p天的历史出力数据样本，建立基于多参数beta分布的光伏相对出力时序模型；具体步骤为：

S301.收集的目标地区光伏电站N_p天的历史出力数据样本，确定光伏有功出力样本矩阵P_p＝[P_p1,P_p2,…,P_pt,…,P_p24]，其中P_pt＝[P_p1t,P_p2t,...,P_pjt,…,P_pNt]^T，其中P_pjt＝表示第j天第t时段光伏出力样本数据值；

S302.令P_ptmax＝max{P_p1t,P_p2t,...,P_pjt,…,P_pNt}，则光伏相对出力样本数列

S303.计算数列P'_pt的期望值μ_p(t)和标准差σ_p(t)：

S304.计算t时段光伏出力beta分布的形状参数α(t)和β(t)，计算公式如下：

S305.得到t时段基于多参数beta分布的光伏相对出力概率密度函数如下：

步骤4：根据多参数正态分布的负荷时序模型和多参数beta分布的光伏相对出力时序模型，采用基于半不变量的概率潮流法计算电压越限风险评估指标；具体步骤为：

S401.计算t时段节点i电压的概率密度函数其他时段其他节点电压的概率密度函数计算方法亦同；

首先，采用线性化交流潮流模型，以各节点注入功率期望值进行潮流计算，其中第i个负荷节点注入功率期望值为μ_di(t)，光伏节点注入有功功率期望值为(μ_p(t)×P_ptmax)，记录最后一次迭代所用的雅可比矩阵J₀；

然后，计算各节点注入功率随机变量的八阶半不变量，其各阶数值等于该节点负荷功率相应阶半不变量与光伏有功相应阶半不变量之和，其中，负荷节点注入功率随机变量服从正态分布，第i个负荷节点注入功率八阶半不变量(k＝1,2,…,8)表示如下：

光伏节点注入有功服从beta分布，其注入有功八阶半不变量(k＝1,2,…,8)可根据其八阶原点矩(k＝1,2,…,8)计算得到，具体计算如下：

式中，为从m个元素中取l个元素的组合数；

接着，根据下式计算节点电压的八阶半不变量：

式中，为t时段节点电压相角，为幅值随机变量的k阶半不变量集合；为t时段节点等效注入有功、为无功随机变量的k阶半不变量集合；

最后，采用Gram-Charlier级数展开式计算t时段节点i电压的概率密度函数具体表达式如下：

式中，φ^(k)(·)为标准正态分布概率密度函数的k阶导数；

S402.计算时段t内所有节点的电压越限风险之和：

其中U(x)为时段t内节点i的电压越限严重度函数，具体为：

S403.计算电压越限风险评估指标R_{vs_max}，即：

R_{vs_max}＝max{R_vs(1),R_vs(2),...,R_vs(t),...,R_vs(24)}。

步骤5：设定电压越限风险限值R_{vs_limit}，采用混合逼近法评估配电网光伏消纳能力，具体步骤为：

S501.设定电压越限风险限值R_{vs_limit}，给定初始光伏接入容量H＝H₀、初始调整系数k＝k₀和收敛精度e；

S502.计算配电网电压越限风险评估指标R_{vs_max}；

S503.判断R_{vs_max}是否大于R_{vs_limit}，若不满足，则令H＝H*(k+1)且k＝k/2，并返回步骤S2；若满足，则转至步骤S4；

S504.减小光伏接入容量H和调整系数k：令H＝H*(1-k)且k＝k/2；

S505.判断k是否小于收敛精度e，若不满足则返回步骤S2；若满足，则输出光伏接入极限容量H_limt。

实施例

本发明实施例采用改进的IEEE33节点配电系统作为仿真案例，如附图2示，其中2-19节点作为主干线路选取目前国内常用的10kV线型LGJ-240，节点1为平衡节点，电压设为1.05p.u.，系统等值电抗Xs为0.32Ω，假设分布式光伏等效集中接入系统末端19节点处，仿真所用的主干和枝干线路参数具体参见表1所示。本实施例中不同负荷类型的负荷特性不同，各负荷类型的日负荷曲线如附图3示。

表1 线路参数

为研究不同负荷特性和线路长度下，配电网的光伏极限接入容量，现基于附图2配网结构，假设所有节点负荷类型均为工业负荷时，若设定总负荷峰值为3.715MW，即最大线路负载率为39.07％，计算在不同线路长度和不同光伏渗透下配电网电压越限风险评估指标R_{vs_max}，再分别设置节点负荷类型为农业负荷、商业负荷、居民负荷，研究不同负荷类型下在不同线路长度和不同光伏渗透下系统节点电压水平的最大越限风险，如附图4示。根据系统节点电压水平的最大越限风险，得到电压越限风险限值R_{vs_limit}＝0.005时不同主干线长度下可接入的光伏极限渗透率，如附图5示。

仿真结果显示：

(1)当渗透率小于80％时，配电网电压越限风险会随着光伏渗透率和主干线路长度的增大而增大，而当渗透率大于80％时，如果架空线路长度过长，其线路无功损耗的增加，在线路中有功无功潮流方向相反的前提下，会导致线路前段部分节点电压较短线路而言会显著降低，极端情况下末端节点即并网点电压也会随之降低，因此在光伏渗透率较大的情况下，电压越上限风险会随着主干线路长度的增大而稍有减小；

(2)当线路长度不超过6km时，光伏接入极限渗透率主要受线路载流量限制，其极限渗透率均为100％；

(3)当线路长度大于6km时，不同负荷类型下，当R_{vs_limit}＝0.005时，居民负荷特性为主的配电网中可接入的光伏容量最小，这主要是居民负荷曲线与光伏出力曲线不匹配程度最大，导致同渗透率下电压越限风险最大，当R_{vs_limit}＝0.01时，最大越限概率约束放宽，一定长度下可接入的光伏极限渗透率有所提高，但总体趋势不变。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种考虑电压越限风险的配电网单光伏消纳能力评估方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.采集目标配电网参数信息，建立目标配电网计算模型；

S2.收集目标配电网各配变预定时间N_d天的负荷历史数据样本，以配变为单位建立基于多参数正态分布的负荷时序模型；

S3.收集目标地区光伏电站预定时间N_p天的历史出力数据样本，建立基于多参数beta分布的光伏相对出力时序模型；

S4.根据多参数正态分布的负荷时序模型和多参数beta分布的光伏相对出力时序模型，采用基于半不变量的概率潮流法计算电压越限风险评估指标；

S5.设定电压越限风险限值R_{vs_limit}，采用混合逼近法评估配电网光伏消纳能力。

2.根据权利要求1所述的一种考虑电压越限风险的配电网单光伏消纳能力评估方法，其特征在于，所述的目标配电网参数信息包括配电网网架结构、线路长度、线路型号、配变型号、光伏并网点。

3.根据权利要求1所述的一种考虑电压越限风险的配电网单光伏消纳能力评估方法，其特征在于，所述的S2步骤中以配变为单位建立基于多参数正态分布的负荷时序模型包括以下步骤：

S201.收集目标配电网各配变N_d天的负荷历史数据样本，其中采样间隔为1h，若其中一台配变的负荷样本矩阵S_d＝[S_d1,S_d2,…,S_dt,…,S_d24]，其中S_dt＝[S_d1t,S_d2t,...,S_djt,…,S_dNt]^T，S_djt表示第j天第t时段负荷样本数据；

S202.计算t时段的负荷样本数列S_dt的期望值μ_d(t)和标准差σ_d(t)，

S203.得到t时段基于多参数正态分布的负荷概率密度函数如下：

4.根据权利要求1所述的一种考虑电压越限风险的配电网单光伏消纳能力评估方法，其特征在于，所述的S3步骤中建立基于多参数beta分布的光伏出力时序模型的方法包括以下步骤：

S301.收集的目标地区光伏电站N_p天的历史出力数据样本，确定光伏有功出力样本矩阵P_p＝[P_p1,P_p2,…,P_pt,…,P_p24]，其中P_pt＝[P_p1t,P_p2t,...,P_pjt,…,P_pNt]^T，其中P_pjt＝表示第j天第t时段光伏出力样本数据值；

S302.令P_ptmax＝max{P_p1t,P_p2t,...,P_pjt,…,P_pNt}，则光伏相对出力样本数列

S303.计算数列P′_pt的期望值μ_p(t)和标准差σ_p(t)：

S304.计算t时段光伏出力beta分布的形状参数α(t)和β(t)，计算公式如下：

S305.得到t时段基于多参数beta分布的光伏相对出力概率密度函数如下：

5.根据权利要求1所述的一种考虑电压越限风险的配电网单光伏消纳能力评估方法，其特征在于，所述的S4步骤中采用基于半不变量的概率潮流法计算电压越限风险评估指标的计算步骤包括：

S401.计算t时段节点i电压的概率密度函数

S402.计算时段t内所有节点的电压越限风险之和：

其中U(x)为时段t内节点i的电压越限严重度函数，具体为：

S403.计算电压越限风险评估指标R_{vs_max}，即：

R_{vs_max}＝max{R_vs(1),R_vs(2),...,R_vs(t),...,R_vs(24)}。

6.根据权利要求5所述的一种考虑电压越限风险的配电网单光伏消纳能力评估方法，其特征在于，所述的S401步骤中计算t时段节点i电压的概率密度函数的具体步骤包括：

S411.采用线性化交流潮流模型，以各节点注入功率期望值进行潮流计算，其中第i个负荷节点注入功率期望值为μ_di(t)，光伏节点注入有功功率期望值为(μ_p(t)×P_ptmax)，记录最后一次迭代所用的雅可比矩阵J₀；

S412.计算各节点注入功率随机变量的八阶半不变量，其各阶数值等于该节点负荷功率相应阶半不变量与光伏有功相应阶半不变量之和，其中，负荷节点注入功率随机变量服从正态分布，第i个负荷节点注入功率八阶半不变量(k＝1,2,…,8)表示如下：

光伏节点注入有功服从beta分布，其注入有功八阶半不变量 可根据其八阶原点矩计算得到，具体计算如下：

式中，为从m个元素中取l个元素的组合数；

S413.根据下式计算节点电压的八阶半不变量：

式中，为t时段节点电压相角，为幅值随机变量的k阶半不变量集合；为t时段节点等效注入有功、为无功随机变量的k阶半不变量集合；

S414.采用Gram-Charlier级数展开式计算t时段节点i电压的概率密度函数具体表达式如下：

式中，φ^(k)(·)为标准正态分布概率密度函数的k阶导数。

7.根据权利要求1所述的一种考虑电压越限风险的配电网单光伏消纳能力评估方法，其特征在于，所述的S5步骤具体包括：

S501.设定电压越限风险限值R_{vs_limit}，给定初始光伏接入容量H＝H₀、初始调整系数k＝k₀和收敛精度e；

S502.计算配电网电压越限风险评估指标R_{vs_max}；

S503.判断R_{vs_max}是否大于R_{vs_limit}，若不满足，则令H＝H*(k+1)且k＝k/2，并返回步骤S2；若满足，则转至步骤S4；

S504.减小光伏接入容量H和调整系数k：令H＝H*(1-k)且k＝k/2；

S505.判断k是否小于收敛精度e，若不满足则返回步骤S2；若满足，则输出光伏接入极限容量H_limt。