CN109193640A - 一种改善配电网电压质量的分布式电源规划方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种改善配电网电压质量的分布式电源规划方法，包括：采集规划区域内用户的用电数据，根据当前用电数据设置长期规划年限内用电数据所达到的峰值水平；采集规划区域内电网的参数；设置规划区域内分布式电源的最大可投资容量和规划区域内电压补偿的上下限；构建考虑电压补偿能力情况下的分布式电源最优规划方案计算模型；设置遗传算法参数：代沟、变异概率、交叉概率、最大进化代数、种群数量，将采集的数据输入到计算程序中，得到分布式电源规划方案和电压补偿效果。该方法充分发挥了分布式电源在改善电压方面的调节潜力，避免了因为线路末端低电压问题造成的电网二次规划、二次补偿、二次投资问题，减少了规划工作量和设备投资费用。

Description

一种改善配电网电压质量的分布式电源规划方法
技术领域
本发明涉及电压治理与电源规划领域，具体是一种改善配电网电压质量的分布式电源规划方法。
背景技术
随着经济发展和社会进步，人们由基本生活需求逐步向质量生活需求转变，其中用电质量与每个人的生活息息相关。由于我国地域广阔，电力基础投资规模巨大，导致电网基础设施投资地区分布不均匀，很多地区，尤其是农网区域仍存在有大量的低电压问题，导致居民在负荷高峰，用电电压不足，基本的家庭负荷也难以启动，严重影响居民生活质量与满意度。随着政府及供电企业对这一问题的重视，农网改造项目积极展开。但由于农网区域巨大，通过增加农网地区主变台数，降低入户线路距离来改善线路末端低电压问题投资巨大，且新增主变改善了电压分布但由于农网负荷较小，设备利用率不足，造成投资的浪费。
而农网地区具有良好的土地和自然资源条件，伴随着光伏扶贫等项目的开展，越来越多的农网用户选择安装分布式电源设备，通过向电网卖出电能来增加自身收益。但当前分布式电源安装过程缺乏统筹，“安装即忘记”的方式仅限于用户使用其进行发电和卖电，分布式电源改善电压分布的调节潜力未能得到发挥，造成农网改造过程中，对低电压问题需要二次规划和二次投资，严重浪费了投资费用和设备资产。
发明内容
本发明提供了一种改善配电网电压质量的分布式电源规划方法，用以解决配电网地区，尤其是农网地区，离台区变压器较远的线路末端用户电压过低的问题，该方法在考虑分布式电源规划方案投资额度的同时，充分发挥分布式电源在配置过程中的电压补偿能力，减少了其他电压补偿设备的投资，降低了电网建设与农网改造成本。
本发明采用如下技术方案实现：
一种改善配电网电压质量的分布式电源规划方法，包括以下步骤：
步骤1.采集规划区域内用户的用电数据，根据当前用电数据设置长期规划年限内用电数据所达到的峰值水平；
步骤2.采集规划区域内电网的参数，包括电网连接拓扑结构、线路阻抗参数、传输的极限功率、电压等级；
步骤3.设置规划区域内分布式电源的最大可投资容量，容量单位为kW，设置规划区域内电压补偿的上下限，电压单位为标幺值P.U.；
步骤4.利用目标函数和约束条件构建考虑电压补偿能力情况下的分布式电源最优规划方案计算模型；
步骤5.设置遗传算法参数：代沟、变异概率、交叉概率、最大进化代数、种群数量。依据步骤4中计算公式编写遗传算法计算程序，将步骤1至步骤3中采集的数据输入到计算程序中，得到分布式电源规划方案和电压补偿效果。
进一步的，所述步骤4中该模型的计算公式包括：
(1)分布式电源设备的等年值投资费用
式中，C1是等年值的分布式电源设备投资费用，n是配网中配置分布式电源的数量，PDGi是第i台分布电源的容量，cDGi是单位分布式电源容量的投资费用，r为投资贷款的利率，m为分布式电源的投资使用年限；
(2)分布式电源设备对电压的补偿能力
式中，C2为电压补偿能力指标的数值大小，Node为规划区域内需要电压补偿的节点数，V2i为接入分布式电源后的节点电压值，V1i为接入分布式电源前的节点电压值；
以上为优化规划计算中的目标函数，下面列写的为优化规划计算中的约束条件：
(1)配电网潮流等式约束
式中，Pi、Qi为分别为配电网第i个节点的节点功率；Vi为配电网节点i的节点电压；θij为配电网节点i与节点j的相位差；Gij、Bij节点导纳矩阵中的第ij个元素；
(2)电压补偿限度约束
Vimin≤Vi≤Vimax (10)
式中，Vi为节点i的节点电压；Vimax、Vimin为补偿的最低和最高界限；
(3)线路极限功率约束
0≤PL≤PLmax (11)
式中，PL为线路上流过的功率，PLmax为线路极限传输容量；
(4)分布式电源最大投资容量约束
0≤PDGi≤PDGmax (12)
式中，PDGi为节点i处接入的分布式电源容量，PDGmax为节点i分布式电源规划的最大投资容量。
本发明可以通过上述分布式电源规划方法来改善现有配电网电压质量，可以得到适应于电压补偿的分布式电源规划方案，本发明数据需求明确，规划方案易于操作，有明确的计算依据，能合理利用分布式电源改善线路末端用户的低电压问题，节省其他电压补偿设备的二次投资。
附图说明
图1是本发明改善配电网电压质量的分布式电源规划方法的流程示意图；
图2是本发明实施例中线路的拓扑结构；
图3是本发明实施例中节点1采集的典型负荷特性曲线；
图4是本发明实施例中所用遗传算法求解的程序架构；
图5是本发明实施例实施前后线路电压补偿效果的对比图。
具体实施方式
下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。
本实施例提供了一种改善配电网电压质量的分布式电源规划方法，能合理利用分布式电源改善线路末端用户的低电压问题，节省其他电压补偿设备的二次投资。该方法采集规划区域内用户的用电数据，根据当前用电数据设置长期规划年限内用电数据所达到的峰值水平；采集规划区域内电网的参数，包括电网连接拓扑结构、线路阻抗参数、传输的极限功率、电压等级；设置规划区域内分布式电源的最大可投资容量和规划区域内电压补偿的上下限；利用目标函数和约束条件构建考虑电压补偿能力情况下的分布式电源最优规划方案计算模型；最后利用遗传算法完成模型计算并输出最优的规划方案和低电压问题补偿效果。
本发明提供一种改善配电网电压质量的分布式电源规划方法包括以下步骤：
1.采集规划区域内用户的用电数据，根据当前用电数据设置长期规划年限内用电数据所达到的峰值水平；
2.采集规划区域内电网的参数，包括电网连接拓扑结构、线路阻抗参数、传输的极限功率、电压等级；
3.设置规划区域内分布式电源的最大可投资容量，容量单位为kW，设置规划区域内电压补偿的上下限，电压单位为标幺值P.U.；
4.利用目标函数和约束条件构建考虑电压补偿能力情况下的分布式电源最优规划方案计算模型，该模型的计算公式包括：
(1)分布式电源设备的等年值投资费用
式中，C1是等年值的分布式电源设备投资费用，n是配网中配置分布式电源的数量，PDGi是第i台分布电源的容量，cDGi是单位分布式电源容量的投资费用，r为投资贷款的利率，m为分布式电源的投资使用年限；
(2)分布式电源设备对电压的补偿能力
式中，C2为电压补偿能力指标的数值大小，Node为规划区域内需要电压补偿的节点数，V2i为接入分布式电源后的节点电压值，V1i为接入分布式电源前的节点电压值。
以上为优化规划计算中的目标函数，下面列写的为优化规划计算中的约束条件：
(1)配电网潮流等式约束
式中，Pi、Qi为分别为配电网第i个节点的节点功率；Vi为配电网节点i的节点电压；θij为配电网节点i与节点j的相位差；Gij、Bij节点导纳矩阵中的第ij个元素。
(2)电压补偿限度约束
Vimin≤Vi≤Vimax (4’)
式中，Vi为节点i的节点电压；Vimax、Vimin为补偿的最低和最高界限。
(3)线路极限功率约束
0≤PL≤PLmax (5’)
式中，PL为线路上流过的功率，PLmax为线路极限传输容量。
(4)分布式电源最大投资容量约束
0≤PDGi≤PDGmax (6’)
式中，PDGi为节点i处接入的分布式电源容量，PDGmax为节点i分布式电源规划的最大投资容量。
5.设置遗传算法参数：代沟、变异概率、交叉概率、最大进化代数、种群数量，依据步骤4中计算公式编写遗传算法计算程序，将步骤1至步骤3中采集和设置的数据输入到遗传算法计算程序中，得到分布式电源规划方案和电压补偿效果。
实施例1
如附图1所示，一种改善配电网电压质量的分布式电源规划方法，包括以下步骤：
A.采集规划区域内用户的用电数据，根据当前用电数据设置长期规划年限内用电数据所达到的峰值水平；
B.采集规划区域内电网的参数，包括电网连接拓扑结构、线路阻抗参数、传输的极限功率、电压等级；
C.设置规划区域内分布式电源的最大可投资容量，容量单位为kW，设置规划区域内电压补偿的上下限，电压单位为标幺值P.U.；
D.利用式(1’-6’)的目标函数和约束条件构建考虑电压补偿能力情况下的分布式电源最优规划方案计算模型；
E.设置遗传算法参数：代沟、变异概率、交叉概率、最大进化代数、种群数量。依据步骤D中计算公式编写遗传算法计算程序，将步骤A至步骤C中采集的数据输入到计算程序中，得到分布式电源规划方案和电压补偿效果。
实施例2
以图2所示配电网区域做具体实施说明，为区域内0-32节点配置分布式电源以改善整个网络内的电压水平。一种改善配电网电压质量的分布式电源规划方法，包括以下步骤：
I.采集规划区域内用户的用电数据，根据当前用电数据设置长期规划年限内用电数据所达到的峰值水平，节点1采集的典型负荷特性曲线如图3所示；
II.采集规划区域内电网的参数，包括电网连接拓扑结构、线路阻抗参数、传输的极限功率、电压等级，线路拓扑如图2所示，阻抗参数如表1所示，该区域线路期限传输功率为550kW，电压等级为10kV；
表1规划区域内线路阻抗参数
节点i 节点j 支路阻抗 节点i 节点j 支路阻抗
0 1 0.0922+j0.047 16 17 0.3720+j0.5740
1 2 0.4930+j0.2511 1 18 0.1640+j0.1565
2 3 0.3660+j0.1864 18 19 1.5042+j1.3554
3 4 0.3811+j0.1941 19 20 0.4095+j0.4784
4 5 0.8190+j0.7070 20 21 0.7089+j0.9373
5 6 0.1872+j0.6188 2 22 0.4512+j0.3083
6 7 0.7114+j0.2351 22 23 0.8980+j0.7091
7 8 1.0300+j0.7400 23 24 0.8960+j0.7011
8 9 1.0440+j0.7400 5 25 0.2030+j0.1034
9 10 0.1966+j0.0650 25 26 0.2842+j0.1447
10 11 0.3744+j0.1238 26 27 1.0590+j0.9337
11 12 1.4680+j1.1550 27 28 0.8042+j0.7006
12 13 0.5416+j0.7129 28 29 0.5075+j0.2585
13 14 0.5910+j0.5260 29 30 0.9744+j0.9630
14 15 0.7463+j0.5450 30 31 0.3105+j0.3619
15 16 1.2890+j1.7210 31 32 0.3410+j0.5362
III.设置规划区域内分布式电源的最大可投资容量为100kW，设置规划区域内电压补偿的上下限为0.95-1.05P.U.；
IV.利用式(1’-6’)的目标函数和约束条件构建考虑电压补偿能力情况下的分布式电源最优规划方案计算模型；
V.设置遗传算法参数：代沟为0.9、变异概率为0.7、交叉概率为0.4、最大进化代数为90、种群数量50。依据步骤IV中计算公式编写遗传算法计算程序，程序架构如图4所示，将步骤I至步骤III中采集的数据输入到计算程序中，得到具有最佳电压补偿效果的分布式电源规划方案如表2所示，和电压补偿效果如图5所示，可以看到配置分布式电源后节点电压得到明显提升。
表2计算后各个节点中分布式电源规划的容量
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (2)

1.一种改善配电网电压质量的分布式电源规划方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤1.采集规划区域内用户的用电数据，根据当前用电数据设置长期规划年限内用电数据所达到的峰值水平；
步骤2.采集规划区域内电网的参数，包括电网连接拓扑结构、线路阻抗参数、传输的极限功率、电压等级；
步骤3.设置规划区域内分布式电源的最大可投资容量，容量单位为kW，设置规划区域内电压补偿的上下限，电压单位为标幺值P.U.；
步骤4.利用目标函数和约束条件构建考虑电压补偿能力情况下的分布式电源最优规划方案计算模型；
步骤5.设置遗传算法参数：代沟、变异概率、交叉概率、最大进化代数、种群数量，依据步骤4中计算模型的计算公式编写遗传算法计算程序，将步骤1至步骤3中采集的数据输入到计算程序中，得到分布式电源规划方案和电压补偿效果。
2.如权利要求1所述的改善配电网电压质量的分布式电源规划方法，其特征在于：所述步骤4中该计算模型的计算公式包括：
(1)分布式电源设备的等年值投资费用
式中，C1是等年值的分布式电源设备投资费用，n是配网中配置分布式电源的数量，PDGi是第i台分布电源的容量，cDGi是单位分布式电源容量的投资费用，r为投资贷款的利率，m为分布式电源的投资使用年限；
(2)分布式电源设备对电压的补偿能力
式中，C2为电压补偿能力指标的数值大小，Node为规划区域内需要电压补偿的节点数，V2i为接入分布式电源后的节点电压值，V1i为接入分布式电源前的节点电压值；
以上为优化规划计算中的目标函数，下面列写的为优化规划计算中的约束条件：
(1)配电网潮流等式约束
式中，Pi、Qi为分别为配电网第i个节点的节点功率；Vi为配电网节点i的节点电压；θij为配电网节点i与节点j的相位差；Gij、Bij节点导纳矩阵中的第ij个元素；
(2)电压补偿限度约束
Vimin≤Vi≤Vimax (4)
式中，Vi为节点i的节点电压；Vimax、Vimin为补偿的最低和最高界限；
(3)线路极限功率约束
0≤PL≤PLmax (5)
式中，PL为线路上流过的功率，PLmax为线路极限传输容量；
(4)分布式电源最大投资容量约束
0≤PDGi≤PDGmax (6)
式中，PDGi为节点i处接入的分布式电源容量，PDGmax为节点i分布式电源规划的最大投资容量。
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