CN108418249B - 基于耐受渗透比的10kV配电线路分布式电源定容方法 - Google Patents

基于耐受渗透比的10kV配电线路分布式电源定容方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供基于耐受渗透比的10 kV配线路分布式电源定容方法。该方法采集待定容的对象线路所在区域的配电线路特征参数数据；将各类配电线路的特征参数变化范围划分为H个大小相同的特征参数小区域；在每个特征参数小区域内取极端情况，在基态线路模型上进行非基态折算，并通过耐受渗透比计算模型计算耐受渗透比值；分别汇总电缆和架空线路在各个特征参数小区域内的耐受渗透比值，形成耐受渗透比推荐表；根据待定容的对象线路的特征参数，参照耐受渗透比推荐表，进行分布式电源容量配置。本发明避免常规分布式电源规划优化复杂的建模计算过程，可以指导同类型配电线路的分布式电源容量配置，具有直观性和通用性。

Description

基于耐受渗透比的10kV配电线路分布式电源定容方法
技术领域
本发明涉及配电线路的分布式电源定容问题，特别涉及基于耐受渗透比的10kV分布式电源定容方法。
背景技术
分布式电源的应用以接入配电网运行为主，其接入使单电源放射型的传统网络变成多电源分散分布的有源网络。当分布式电源接入不合理，会带来电压越限和波动等问题，影响配电网的安全性、经济性和可靠性。因此有必要对配电网分布式电源进行定容。
分布式电源定容是大规模的多约束条件的非线性优化问题，定容任务是在已确定的网架信息和给定负荷预测的基础上，以系统的运行成本最小、安全稳定和环境效益最大等为目标，选择合适的分布式电源类型，合理地确定分布式电源安装容量和安装位置。目前配电网分布式电源定容的建模方法面临着以下问题：(1)在实际工程中建模困难，求解复杂甚至无法求解；(2)对于大量同类配电线路，需要依次计算，不具有普适性。随着分布式电源在配电网的广泛应用，对在工程应用中，如何根据有限的数据，以合理、简洁的方法确定满足要求的分布式电源定容方案具有至关重要的意义。
针对以上问题，本发明提供基于耐受渗透比的10kV配电线路分布式电源定容方法，以指导大量实际配电线路的分布式电源容量配置。
发明内容
本发明的目的在于解决配电网分布式电源定容问题，使得分布式电源容量配置过程更加简单直观。为实现上述目的，本发明提出基于耐受渗透比的10kV配电线路分布式电源定容方法，包括以下步骤：
(1)采集待定容的对象线路所在区域的配电线路特征参数数据；
(2)将配电线路分类为电缆和架空线路，分别构建基态线路模型；
(3)将各类配电线路的特征参数变化范围划分为H个大小相同的特征参数小区域，H为设定值；
(4)在每个特征参数小区域内取极端情况，在基态线路模型上进行非基态折算，并通过耐受渗透比计算模型计算耐受渗透比值；
(5)分别汇总电缆和架空线路在各个特征参数小区域内的耐受渗透比值，形成耐受渗透比推荐表；
(6)根据待定容的对象线路的特征参数，参照耐受渗透比推荐表，进行分布式电源容量配置。
所述的特征参数包括：主干线长度L、配变平均负载率α、母线平均电压U0和平均功率因数
Figure GDA00029774747800000211
所述的基态线路模型的构建步骤包括：
(2-1)从待定容的对象线路所在区域选取一条同类型的配电线路，将所选取的配电线路的拓扑结构作为基态线路模型的拓扑结构；
(2-2)将待定容的对象线路所在区域的配电线路的特征参数平均值作为基态线路模型的特征参数的基态值。
所述的极端情况为：分布式电源在配电线路末端接入，主干线长度最大，配变平均负载率最小，母线平均电压最大和平均功率因数最大。
所述的非基态折算的步骤包括：
(4-1)将所述基态线路模型的各个配变的有功负荷按配变平均负载率的最小值
Figure GDA0002977474780000021
与配变平均负载率的基态值
Figure GDA0002977474780000022
的比例进行折算：
Figure GDA0002977474780000023
其中，K为所述基态线路模型的配变总数，
Figure GDA0002977474780000024
和
Figure GDA0002977474780000025
分别为所述基态线路模型的第k台配变在基态线路模型下和极端情况下的有功负荷值，k的取值范围为1～K；
(4-2)将所述基态线路模型的各个配变的无功负荷通过平均功率因数的最大值
Figure GDA0002977474780000026
以及极端情况下的有功负荷
Figure GDA0002977474780000027
进行计算：
Figure GDA0002977474780000028
其中，
Figure GDA0002977474780000029
为所述基态线路模型的第k台配变在极端情况下的无功负荷值；
(4-3)将所述基态线路模型的主干线的各段线路的长度按主干线长度的最大值Lm与主干线长度的基态值LB的比例进行折算：
Figure GDA00029774747800000210
其中，G为所述基态线路模型的主干线的线路总段数，
Figure GDA0002977474780000031
和
Figure GDA0002977474780000032
分别为第g段线路在基态线路模型下和极端情况下的长度，g的取值范围为1～G；
(4-4)将所述基态线路模型的母线平均电压从基态值
Figure GDA0002977474780000033
更改为母线平均电压的最大值
Figure GDA0002977474780000034
所述的耐受渗透比是指满足电压和电流的安全性约束以及网损的经济性约束时，配电线路能够承受的最大的分布式电源渗透比；
所述的分布式电源渗透比为配电线路全线范围内分布式电源总装机容量与配电线路额定传输容量之比：
Figure GDA0002977474780000035
其中，δ为分布式电源渗透比；∑PDG为分布式电源的总装机容量；Srated为配电线路的额定传输容量；Urated、Irated分别为配电线路额定电压和额定电流。
所述的耐受渗透比计算模型包括目标函数和约束条件；
所述的目标函数为：
maxδ
所述的约束条件为：
Figure GDA0002977474780000036
其中，J为所述基态线路模型的节点总数，
Figure GDA0002977474780000037
和
Figure GDA0002977474780000038
分别表示节点i给定的有功功率注入量和无功功率注入量，i的取值范围为1～J；Vi和Vj分别表示节点i和节点j的电压幅值，j的取值范围为1～J；Gij和Bij分别表示节点i和节点j之间的线路的电导和电纳；δij为节点i和节点j的电压相角差；
Figure GDA0002977474780000039
和
Figure GDA00029774747800000310
分别为节点i的电压上下限；Iij为节点i 和节点j之间的线路的电流，
Figure GDA00029774747800000311
为节点i和节点j之间的线路所允许承载的最大电流； w为配电线路的网损率，wmax为配电线路所允许的最大网损率。
所述的步骤(6)包括：
(6-1)根据待定容的对象线路的特征参数，参照耐受渗透比推荐表，获取待定容的对象线路的耐受渗透比值T；
(6-2)根据配电线路的耐受渗透比值，获取分布式电源配置容量：
Figure GDA0002977474780000041
其中，
Figure GDA0002977474780000042
为待定容的对象线路的分布式电源配置容量。
与现有技术相比，本发明提供的基于耐受渗透比的10kV配电线路分布式电源定容方法具有如下显著的效果：
(1)分布式电源定容既考虑安全性又兼顾经济性，得到分布式电源配置方案更加具有实际工程意义；
(2)形成的耐受渗透比推荐表，可以指导相同类别线路的分布式电源定容；
(3)既避免了对每条特定配电线路复杂繁琐的建模过程，又计及了同类线路间的差异，更加简明直观、通用有效。
附图说明
图1为基于耐受渗透比的10kV配电线路分布式电源定容方法的步骤示意图；
图2为东莞银丰线的网架结构图；
图3为10kV配电线路的等效模型。
具体实施方式
以下结合附图和实例对本发明的具体实施做进一步说明，但本发明的实施和保护不限于此。
如图1所示，本发明实施例提供基于耐受渗透比的10kV配电线路分布式电源定容方法，包括：
(1)采集待定容的对象线路所在区域的配电线路特征参数数据；
(2)将配电线路分类为电缆和架空线路，分别构建基态线路模型；
(3)将各类配电线路的特征参数变化范围划分为H个大小相同的特征参数小区域，H为设定值；
(4)在每个特征参数小区域内取极端情况，在基态线路模型上进行非基态折算，并通过耐受渗透比计算模型计算耐受渗透比值；
(5)分别汇总电缆和架空线路在各个特征参数小区域内的耐受渗透比值，形成耐受渗透比推荐表；
(6)根据待定容的对象线路的特征参数，参照耐受渗透比推荐表，进行分布式电源容量配置。
所述的特征参数包括：主干线长度L、配变平均负载率α、母线平均电压U0和平均功率因数
Figure GDA0002977474780000051
所述的基态线路模型的构建步骤包括：
(2-1)从待定容的对象线路所在区域选取一条同类型的配电线路，将所选取的配电线路的拓扑结构作为基态线路模型的拓扑结构；
(2-2)将待定容的对象线路所在区域的配电线路的特征参数平均值作为基态线路模型的特征参数的基态值。
示例性地，本发明实施例中，待定容的对象线路为东莞银丰线，网架结构如图2所示，其所在区域为广东电网。
示例性地，本发明实施例中，电缆线路的基态线路模型的特征参数的基态值为：配变平均负载率为40％，母线平均电压为10.3kV，主干线长度为4km，平均功率因数为0.90。
示例性地，本发明实施例中，架空线路的基态线路模型的特征参数的基态值为：配变平均负载率为30％，母线平均电压为10.3kV，主干线长度为9km，平均功率因数为0.85。
示例性地，本发明实施例中，广东电网的电缆线路特征参数变化范围和特征参数小区域的划分为：
(1)配变平均负载率变化范围为30～50％，划分为等距的两段；
(2)主干线长度变化范围为3～5km，划分为等距的三段；
(3)母线平均电压变化范围为10.2～10.4kV，划分为等距的两段；
(4)平均功率因数变化范围为0.85～0.95，划分为等距的两段；
由此，电缆线路的特征参数小区域总数为24。
示例性地，本发明实施例中，广东电网的架空线路特征参数变化范围和特征参数小区域的划分为：
(1)配变平均负载率变化范围为20～40％，划分为等距的两段；
(2)主干线长度变化范围为6～12km，划分为等距的三段；
(3)母线平均电压变化范围为10.2～10.4kV，划分为等距的两段；
(4)平均功率因数变化范围为0.80～0.90，划分为等距的两段；
由此，架空线路的特征参数小区域总数为24。
需要说明的是，对于上述的特征参数小区域总数，本发明实施例不进行限定，本领域技术人员可根据实际要求合理选择特征参数小区域总数。
所述的极端情况为：分布式电源在配电线路末端接入，主干线长度最大，配变平均负载率最小，母线平均电压最大和平均功率因数最大。下面将进行分析说明。
图3所示是分布式电源接入配线线路的等效模型，包含M个节点和一个分布式电源，分布式电源从节点p接入。
(1)电压约束分析
节点m的电压Um为：
Figure GDA0002977474780000061
其中，U0和Un分别为母线电压和节点n的电压；PDG和QDG分别为分布式电源输出的有功功率和无功功率；Pl和Ql分别为节点l的有功负荷和无功负荷；Rn和Xn分别为节点n-1和节点n之间线路的电阻和电抗，特别地，R1和X1分别为母线与节点1之间线路的电阻和电抗；
由式(1)可知，当分布式电源接入容量足够大时，沿线电压将呈现先上升后下降的分布规律，电压最高点为分布式电源接入节点p，最先出现电压越上限的情况。分布式电源接入节点p的电压Up为：
Figure GDA0002977474780000062
由式(2)可知，当接入相同容量分布式电源时，接入节点p位置越靠近线路末端，主干线长度越大，配变平均负载率越小，母线平均电压越大，平均功率因数越大，分布式电源接入节点p的电压Up越大。因此，电压约束下，极端情况为：分布式电源在线路末端接入，主干线长度最大，配变平均负载率最小，母线平均电压最大和平均功率因数最大。
(2)电流约束分析
节点n-1和节点n之间的线路的电流in为：
Figure GDA0002977474780000071
由式(3)可知，当分布式电源接入容量足够大时，最先出现电流越限的线路为节点p-1和节点p间的线路，该段线路电流ip为：
Figure GDA0002977474780000072
其中，UM-1为节点M-1的电压；
由式(4)可见，当接入相同容量分布式电源时，接入节点p位置越靠近线路末端，ip越大。当分布式电源在线路末端接入，节点p-1和节点p间的线路电流ip为：
Figure GDA0002977474780000073
由式(5)可知，不同的特征参数，通过节点M-1的电压UM-1对的节点p-1和节点 p间的线路电流ip产生影响，由于电压变化很小，因此电流约束下，可以忽略特征参数的影响。
(3)网损约束分析
配电线路总有功损耗PLOSS为：
Figure GDA0002977474780000074
其中，Sl和SDG分别为节点l的负荷容量和分布式电源输出的复功率大小；
由式(6)可见，当SDG大于所有节点的负荷容量之和时，接入分布式电源才可能导致PLOSS增加。当接入相同容量分布式电源时，随着分布式电源接入节点位置p向线路末端移动，PLOSS先减小后增大。当分布式电源在末端节点接入时，配电线路总有功损耗PLOSS为：
Figure GDA0002977474780000075
由式(7)可见，当接入相同容量分布式电源时，配变平均负载率越小，母线平均电压越大，主干线长度越大，负荷平均功率因数越大，PLOSS越大。因此，网损约束下，极端情况为：分布式电源在线路末端接入，主干线长度最大，配变平均负载率最小，母线平均电压最大和平均功率因数最大。
综合以上分析，在特征参数小区域内，极端情况为：分布式电源在配电线路末端接入，主干线长度最大，配变平均负载率最小，母线平均电压最大和平均功率因数最大。
所述的非基态折算的步骤包括：
(4-1)将所述基态线路模型的各个配变的有功负荷按配变平均负载率的最小值
Figure GDA0002977474780000081
与配变平均负载率的基态值
Figure GDA0002977474780000082
的比例进行折算：
Figure GDA0002977474780000083
其中，K为所述基态线路模型的配变总数，
Figure GDA0002977474780000084
和分别为所述基态线路模型的第k 台配变在基态线路模型下和极端情况下的有功负荷值，k的取值范围为1～K；
(4-2)将所述基态线路模型的各个配变的无功负荷通过平均功率因数的最大值
Figure GDA0002977474780000085
以及极端情况下的有功负荷
Figure GDA0002977474780000086
进行计算：
Figure GDA0002977474780000087
其中，
Figure GDA0002977474780000088
为所述基态线路模型的第k台配变在极端情况下的无功负荷值；
(4-3)将所述基态线路模型的主干线的各段线路的长度按主干线长度的最大值Lm与主干线长度的基态值LB的比例进行折算：
Figure GDA0002977474780000089
其中，G为所述基态线路模型的主干线的线路总段数，
Figure GDA00029774747800000810
和
Figure GDA00029774747800000811
分别为第g段线路在基态线路模型下和极端情况下的长度，g的取值范围为1～G；
所述的耐受渗透比是指满足电压和电流的安全性约束以及网损的经济性约束时，配电线路能够承受的最大的分布式电源渗透比；
所述的分布式电源渗透比为配电线路全线范围内分布式电源总装机容量与配电线路额定传输容量之比：
Figure GDA0002977474780000091
其中，δ为分布式电源渗透比；∑PDG为分布式电源的总装机容量；Srated为配电线路的额定传输容量；Urated、Irated分别为配电线路额定电压和额定电流。
所述的耐受渗透比计算模型包括目标函数和约束条件；
所述的目标函数为：
maxδ(12)
所述的约束条件为：
Figure GDA0002977474780000092
其中，J为所述基态线路模型的节点总数，
Figure GDA0002977474780000093
和
Figure GDA0002977474780000094
分别表示节点i给定的有功功率注入量和无功功率注入量，i的取值范围为1～J；Vi和Vj分别表示节点i和节点j的电压幅值，j的取值范围为1～J；Gij和Bij分别表示节点i和节点j之间的线路的电导和电纳；δij为节点i和节点j的电压相角差；
Figure GDA0002977474780000095
和
Figure GDA0002977474780000096
分别为节点i的电压上下限；Iij为节点i 和节点j之间的线路的电流，
Figure GDA0002977474780000097
为节点i和节点j之间的线路所允许承载的最大电流； w为配电线路的网损率，wmax为配电线路所允许的最大网损率。
示例性，在本实施例中，电缆和架空线路节点电压上限为10.7kV，下限为9.3kV；电缆线路所允许承载的最大电流为474A，架空线路所允许承载的最大电流为584A；电缆和架空线路所允许的最大网损率均为3％。
示例性地，本发明实施例中，对于电缆线路，电压约束下，耐受渗透比推荐表表1所示；电流约束下，耐受渗透比为定值，该值为1.07；网损约束下，以配变平均负载率和主干线长度两种主要因素，形成耐受渗透比推荐表如表2所示。
表1电缆线路电压约束下的耐受渗透比推荐表
Figure GDA0002977474780000101
表2电缆线路网损约束下的耐受渗透比推荐表
Figure GDA0002977474780000102
示例性地，本发明实施例中，对于架空线路，电压约束下，耐受渗透比推荐表表3所示；电流约束下，耐受渗透比为定值，该值为1.08；网损约束下，以配变平均负载率和主干线长度两种主要因素，形成耐受渗透比推荐表如表4所示。
表3架空线路网损约束下的耐受渗透比推荐表
Figure GDA0002977474780000103
表4架空线路网损约束下的耐受渗透比推荐表
Figure GDA0002977474780000111
所述的步骤(6)包括：
(6-1)根据待定容的对象线路的特征参数，参照耐受渗透比推荐表，获取待定容的对象线路的耐受渗透比值T；
(6-2)根据配电线路的耐受渗透比值，获取分布式电源配置容量：
Figure GDA0002977474780000112
其中，
Figure GDA0002977474780000113
为待定容的对象线路的分布式电源配置容量。
示例性地，本发明实施例中待定容的对象线路为东莞银丰线，其为电缆线路，其具体参数如表5所示：
表5东莞银丰线参数数据
Figure GDA0002977474780000114
根据东莞银丰线的特征参数数据，参照表1和表2，电网约束下耐受渗透比的取值为1.46，电流约束下耐受渗透比取值为1.07，网损约束下耐受渗透比取值为0.79。因此耐受渗透比值为0.79。
因此，东莞银丰线的分布式电源配置容量
Figure GDA0002977474780000115
为：
Figure GDA0002977474780000116
在上述分布式电源配置容量下，无论分布式电源接入的位置如何，均能保证东莞银丰线运行的安全性和经济性。
由上述分析可见，通过本发明提供的方法，可以对广东电网任意线路进行分布式电源定容，参照各类线路的耐受渗透比推荐表(表1～表4)，能简单直观的对配电线路进行分布式电源配置，既避免了常规优化定容方法建模困难、求解复杂的问题，又能提供兼顾安全性和经济性的配置方案，可满足电网公司不同的配置要求。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本发明的精神实质和原理下所作的修改、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.基于耐受渗透比的10kV配电线路分布式电源定容方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)采集待定容的对象线路所在区域的配电线路特征参数数据；
(2)将配电线路分类为电缆和架空线路，分别构建基态线路模型；
(3)将各类配电线路的特征参数变化范围划分为H个大小相同的特征参数小区域，H为设定值；
(4)在每个特征参数小区域内取极端情况，在基态线路模型上进行非基态折算，并通过耐受渗透比计算模型计算耐受渗透比值；所述的非基态折算的步骤包括：
(4-1)将所述基态线路模型的各个配变的有功负荷按配变平均负载率的最小值
Figure FDA0002977474770000011
与配变平均负载率的基态值
Figure FDA0002977474770000012
的比例进行折算：
Figure FDA0002977474770000013
其中，K为所述基态线路模型的配变总数，
Figure FDA0002977474770000014
和
Figure FDA0002977474770000015
分别为所述基态线路模型的第k台配变在基态线路模型下和极端情况下的有功负荷值，k的取值范围为1～K；
(4-2)将所述基态线路模型的各个配变的无功负荷通过平均功率因数的最大值
Figure FDA0002977474770000016
以及极端情况下的有功负荷
Figure FDA0002977474770000017
进行计算：
Figure FDA0002977474770000018
其中，
Figure FDA0002977474770000019
为所述基态线路模型的第k台配变在极端情况下的无功负荷值；
(4-3)将所述基态线路模型的主干线的各段线路的长度按主干线长度的最大值Lm与主干线长度的基态值LB的比例进行折算：
Figure FDA00029774747700000110
其中，G为所述基态线路模型的主干线的线路总段数，
Figure FDA00029774747700000111
和
Figure FDA00029774747700000112
分别为第g段线路在基态线路模型下和极端情况下的长度，g的取值范围为1～G；
(4-4)将所述基态线路模型的母线平均电压从基态值
Figure FDA00029774747700000113
更改为母线平均电压的最大值
Figure FDA00029774747700000114
(5)分别汇总电缆和架空线路在各个特征参数小区域内的耐受渗透比值，形成耐受渗透比推荐表；
(6)根据待定容的对象线路的特征参数，参照耐受渗透比推荐表，进行分布式电源容量配置。
2.根据权利要求1所述的基于耐受渗透比的10kV配电线路分布式电源定容方法，其特征在于，所述的特征参数包括：主干线长度L、配变平均负载率α、母线平均电压U0和平均功率因数
Figure FDA0002977474770000021
3.根据权利要求1所述的基于耐受渗透比的10kV配电线路分布式电源定容方法，其特征在于，所述的基态线路模型的构建步骤包括：
(2-1)从待定容的对象线路所在区域选取一条同类型的配电线路，将所选取的配电线路的拓扑结构作为基态线路模型的拓扑结构；
(2-2)将待定容的对象线路所在区域的配电线路的特征参数平均值作为基态线路模型的特征参数的基态值。
4.根据权利要求1所述的基于耐受渗透比的10kV配电线路分布式电源定容方法，其特征在于，所述的极端情况为：分布式电源在配电线路末端接入，主干线长度最大，配变平均负载率最小，母线平均电压最大和平均功率因数最大。
5.根据权利要求1所述的基于耐受渗透比的10kV配电线路分布式电源定容方法，其特征在于，所述的耐受渗透比是指满足电压和电流的安全性约束以及网损的经济性约束时，配电线路能够承受的最大的分布式电源渗透比；
所述的分布式电源渗透比为配电线路全线范围内分布式电源总装机容量与配电线路额定传输容量之比：
Figure FDA0002977474770000022
其中，δ为分布式电源渗透比；∑PDG为分布式电源的总装机容量；Srated为配电线路的额定传输容量；Urated、Irated分别为配电线路额定电压和额定电流。
6.根据权利要求1所述的基于耐受渗透比的10kV配电线路分布式电源定容方法，其特征在于，所述的耐受渗透比计算模型包括目标函数和约束条件；
所述的目标函数为：
maxδ
所述的约束条件为：
Figure FDA0002977474770000031
其中，J为所述基态线路模型的节点总数，
Figure FDA0002977474770000032
和
Figure FDA0002977474770000033
分别表示节点i给定的有功功率注入量和无功功率注入量，i的取值范围为1～J；Vi和Vj分别表示节点i和节点j的电压幅值，j的取值范围为1～J；Gij和Bij分别表示节点i和节点j之间的线路的电导和电纳；δij为节点i和节点j的电压相角差；
Figure FDA0002977474770000034
和
Figure FDA0002977474770000035
分别为节点i的电压上下限；Iij为节点i和节点j之间的线路的电流，
Figure FDA0002977474770000036
为节点i和节点j之间的线路所允许承载的最大电流；w为配电线路的网损率，wmax为配电线路所允许的最大网损率。
7.根据权利要求1所述的基于耐受渗透比的10kV配电线路分布式电源定容方法，其特征在于，所述的步骤(6)包括：
(6-1)根据待定容的对象线路的特征参数，参照耐受渗透比推荐表，获取待定容的对象线路的耐受渗透比值T；
(6-2)根据配电线路的耐受渗透比值，获取分布式电源配置容量：
Figure FDA0002977474770000037
其中，
Figure FDA0002977474770000038
为待定容的对象线路的分布式电源配置容量。
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