CN109245154A - 一种基于改进分析法的配网多分布式电源降损配置方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种基于改进分析法的配网多分布式电源降损配置方法，该方法包括：获得待安装的分布式电源的类型、数量及配电网网架参数；计算未接入分布式电源前配网的基本潮流与总线损；根据待安装的分布式电源的类型与配网负荷数据确定分布式电源的最优功率因数；根据改进分析法的最优容量解析表达式与试探法确定分布式电源的最优位置；将分布式电源固定在最优位置，根据线损最小原则确定其最优容量；判断是否满足配置程序终止条件；如果是，则输出多分布式电源配置结果；如果否，则更新系统负荷数据，根据更新后的系统负荷数据计算下一分布式电源。本申请提供的配置方法利用改进分析法与试探法实现了多个不同类型分布式电源的最优配置。

Description

一种基于改进分析法的配网多分布式电源降损配置方法

技术领域

本申请涉及电力系统技术领域，尤其涉及一种基于改进分析法的配网多分布式电源降损配置方法。

背景技术

近年来，分布式电源(Distributed Generation，DG)在配电网内的渗透率越来越高，其原因主要包括电力市场的开放、输配电设备的大力建设以及对环境问题的考虑。技术层面上，小型发电机、电力电子设备以及储能设备的制造水平的进步也促进了分布式电源渗透率的提高。

业界人士广泛关注分布式电源优化配置方法，希望可以据此实现提升可靠性，降低系统线损，提高电压质量的目的。分布式电源机组需要安置在合适的位置，且其容量和类型也需要好好选择，才能获得惠及整个系统的有益效果。如果分布式电源没有合理地选址定容，大容量分布式电源所带来的反向潮流甚至会增加系统损耗。因此，为了最小化线损，需要在考虑资源可用程度的前提下，找到分布式电源最优的安装位置和容量。

发明内容

本申请提供了一种基于改进分析法的配网多分布式电源降损配置方法，为以节能降损、电能质量改善为目的的分布式电源配置问题提供解决手段。

为了解决上述技术问题，本申请实施例公开了如下技术方案：

本申请实施例公开了一种基于改进分析法的配网多分布式电源降损配置方法，所述方法包括：

获得待安装分布式电源的类型、数量及配电网网架参数；

计算未接入分布式电源前配网的基本潮流与总线损；

根据待安装的分布式电源的类型与配网负荷数据确定所述分布式电源的最优功率因数；

根据改进分析法的最优容量解析表达式与试探法确定所述分布式电源的最优位置；

将所述分布式电源固定在所述最优位置，根据线损最小原则确定其最优容量；

判断是否满足配置程序终止条件；

如果是，则输出多分布式电源配置结果；

如果否，则更新系统负荷数据，根据更新后的系统负荷数据计算下一分布式电源。

可选的，获得待安装分布式电源的类型、数量及配电网网架参数，包括：

根据有功无功注入功率及其功率因数PF_DG将所述分布式电源划分为四种类型，其中，

如果0﹤PF_DG﹤1，且所述分布式电源同时注入有功和无功功率，则所述分布式电源的类型为第一类型；

如果0﹤PF_DG﹤1，且所述分布式电源注入有功功率但吸收无功功率，则所述分布式电源的类型为第二类型；

如果PF_DG＝1，且所述分布式电源只注入有功功率，则所述分布式电源的类型为第三类型；

如果PF_DG＝0，且所述分布式电源只注入无功功率，则所述分布式电源的类型为第四类型。

可选的，计算未接入分布式电源前配网的基本潮流与总线损，包括：

根据公式计算网络总的有功损耗P_L：

上式中，

其中，V_i、∠δ_i是节点i的电压向量，r_ij+jx_ij＝Z_ij是节点阻抗矩阵[Z_bus]的第i行第j列元素，P_i和P_j是节点i和节点j的有功注入功率，Q_i和Q_j是节点i和节点j的无功注入功率，N是节点总数。

可选的，根据待安装的分布式电源的类型与配网负荷数据确定所述分布式电源的最优功率因数，包括：

所述第三类型分布式电源的功率因数恒定为1，所述第四类型分布式电源的功率因数恒定为0；

所述第一类型分布式电源与所述第二类型分布式电源的最优功率因数等于配网净负荷的功率因数，为：

PF_DG＝PF_D

其中，

上式中，PF_D为负荷功率因数，P_Di和Q_Di为i节点的有功和无功负荷，P_D和Q_D为系统总有功和无功负荷。

可选的，根据改进分析法的最优容量解析表达式与试探法确定所述分布式电源的最优位置，包括：

利用改进分析法获得每类分布式电源单个接入配电网时的最优容量解析表达式，四种类型分布式电源的最优容量表达式如下：

第一类型分布式电源接入节点i时的最优容量表达式如下式所示：

Q_DGi＝aP_DGi

其中，

a＝(sign)tan(cos^-1(PF_DG))

当分布式电源向电网注入无功时，sign＝+1；

第二类型分布式电源接入节点i时的最优容量表达式与所述第一类型分布式电源接入节点i时的最优容量相同，sign＝-1；

第三类型分布式电源接入节点i时的最优容量表达式如下式所示：

第四类型分布式电源接入节点i时的最优容量表达式如下式所示：

计算出所述分布式电源的最优容量数据后，逐个尝试在每个节点安装所述分布式电源；

根据所述网络总的有功损耗P_L计算公式计算总线损；

将所述分布式电源安装在所述总线损最小的位置。

可选的，将所述分布式电源固定在所述最优位置，根据线损最小原则确定其最优容量，包括：

将所述分布式电源安装在最优位置后，以很小的步长改变所述分布式电源的容量，更新α和β值；

根据更新后的α和β为每个分布式电源计算潮流和总线损；

选择线损最小的分布式电源的容量以及对应的总线损值。

可选的，配置程序终止条件包括：

某个节点的电压超过上限；

分布式电源机组的总容量超过总负荷与总线损之和；

所有待安装的分布式电源均已处理完毕；

最新一个分布式电源接入后，线损比未接入所述分布式电源时还大。

可选的，更新系统负荷数据，根据更新后的系统负荷数据计算下一分布式电源，包括：

将节点当前已安装的所有分布式电源出力数据与负荷数据叠加，形成净负荷数据；

将所述净负荷数据作为下一分布式电源配置时该节点的负荷数据。

与现有技术相比，本申请的有益效果为：

以节能降损和电能质量改善为目的的多个不同类型分布式电源的最优配置问题是当前的热点，而为了快速准确地确定不同类型的分布式电源在配网中的最优安装位置和容量，本发明利用了改进分析法推导出四种类型分布式电源单个接入时的最优容量表达式，在此基础上结合试探法按顺序对每个分布式电源的位置进行安排，从而实现多个不同类型分布式电源的最优配置。该方法可为配电网中分布式电源的规划问题提供数学理论支持。

本申请实施例提供的一种应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种基于改进分析法的配网多分布式电源降损配置方法的流程图；

图2为IEEE 33节点测试系统的网络拓扑图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

参见图1，为本申请实施例提供的一种基于改进分析法的配网多分布式电源降损配置方法的流程图。

如图1所示，本申请实施例提供的基于改进分析法的配网多分布式电源降损配置方法包括：

S100：获得待安装分布式电源的类型、数量及配电网网架参数。

根据有功无功注入功率及其功率因数PF_DG将分布式电源划分为四种类型，其中，①如果0﹤PF_DG﹤1，且分布式电源同时注入有功和无功功率，则分布式电源的类型为第一类型，如同步发电机；②如果0﹤PF_DG﹤1，且分布式电源注入有功功率但吸收无功功率，则分布式电源的类型为第二类型，如感应电机；③如果PF_DG＝1，且分布式电源只注入有功功率，则分布式电源的类型为第三类型，如PV(光伏发电机)、微型燃气汽轮机、燃料电池等通过变换器接入电网的设备；④如果PF_DG＝0，且分布式电源只注入无功功率，则分布式电源的类型为第四类型，如同步调相机。

输入配电网网架参数，配电网网架参数包括负荷有功、负荷无功、线路的支路号、首端节点和末端节点标号等参数。

S200：计算未接入分布式电源前配网的基本潮流与总线损。

根据分布式电源接入前配电网基本潮流计算结果，可精确给出总线损的计算公式，该公式将在后续步骤中的试探法中被反复使用。

网络总的有功损耗可以用精确表达式表示为：

上式中，

其中，V_i、∠δ_i是节点i的电压向量，r_ij+jx_ij＝Z_ij是节点阻抗矩阵[Z_bus]的第i行第j列元素，P_i和P_j是节点i和节点j的有功注入功率，Q_i和Q_j是节点i和节点j的无功注入功率，N是节点总数。

S300：根据待安装的分布式电源的类型与配网负荷数据确定所述分布式电源的最优功率因数。

对于分布式电源的四种类型，第三种类型与第四种类型分布式电源的功率因数恒定为1和0，无需寻找其最优功率因数。

而第一类型分布式电源与第二类型分布式电源的最优功率因数需要令其等于配网净负荷的功率因数，即：

PF_DG＝PF_D

其中，

上式中，PF_D为负荷功率因数，P_Di和Q_Di为i节点的有功和无功负荷，P_D和Q_D为系统总有功和无功负荷。

S400：根据改进分析法的最优容量解析表达式与试探法确定分布式电源的最优位置。

利用改进分析法获得每类分布式电源单个接入配电网时的最优容量解析表达式，该表达式以使某分布式电源接入后线损最小化为目的，从而获得当前分布式电源接在任意节点时的最优容量。四种类型分布式电源的最优容量表达式如下：

Q_DGi＝aP_DGi

其中，

a＝(sign)tan(cos^-1(PF_DG))

当分布式电源向电网注入无功时，sign＝+1，线损时损耗系数α和β的函数。当分布式电源接入系统后，损耗系数是会发生变化的，因为这些数值是和电压还有相角相关的。再次更新α和β的数值需要再算一次潮流，有关数值结果显示，通过更新α和β获得的分布式电源容量精确度的提升非常小，可以将其忽略。在这个假设下，每个节点的分布式电源容量可以用无分布式电源接入时的基本潮流结果来计算。

第二类型分布式电源接入节点i时的最优容量表达式与第一类型分布式电源接入节点i时的最优容量相同，只需要令sign＝-1即可。

第三类型分布式电源接入节点i时的最优容量表达式如下式所示：

第四类型分布式电源接入节点i时的最优容量表达式如下式所示：

根据上述计算出分布式电源的最优容量数据，逐个尝试在每个节点安装一次该分布式电源，每次尝试安装，都要用利用基本潮流得到的α和β数据结果和步骤S200中给出的精确线损计算公式，重新估算总线损，最后将该分布式电源安装在总线损最小的位置。

S500：将所述分布式电源固定在所述最优位置，根据线损最小原则确定其最优容量。

将某个分布式电源安装在步骤S400确定的最优位置，以很小的步长改变分布式电源的容量，更新α和β的值，并根据更新后的α和β值为每一个分布式电源容量值计算一次潮流和总线损；选择并存储能够使总线损最小的分布式电源容量以及对应的总线损值。

S600：判断是否满足配置程序终止条件。

确定分布式电源的最优位置与最优容量后，需要判断是否满足配置程序终止条件，配置程序终止条件包括：①某个节点的电压超过上限；②分布式电源机组的总容量超过总负荷与总线损之和；③所有待安装的分布式电源均已处理完毕；④最新一个分布式电源接入后，线损比未接入所述分布式电源时还大。

S700：如果是，则输出多分布式电源配置结果。

S800：如果否，则更新系统负荷数据，根据更新后的系统负荷数据计算下一分布式电源。

如果满足配置程序终止条件，则输出多分布式电源配置结果；如果不满足配置程序终止条件，则更新系统负荷数据，更新系统负荷数据的方式是将该节点当前已安装的所有分布式电源出力数据与负荷数据叠加，形成净负荷数据，并以该净负荷数据作为下一个分布式电源配置该节点的负荷数据，计算下一个分布式电源的最优配置位置与最优配置容量。

下面举例说明基于改进分析法的配网多分布式电源降损配置方法。

以图2所示的IEEE33节点网络为例，应用本发明提出的方法对第一类型和第三类型的多个分布式电源进行配置。

测试系统中总负荷为3.7MW和2.3Mvar，测试算例中待安装的分布式电源为第一类型和第三类型，潮流计算在峰荷时进行，节点电压的上下限分别为1.05pu和0.90pu，待安排的分布式电源数量上限为3个，其总容量可在250kW到总负荷与总线损之和范围内变化。分布式电源的最大渗透率为100％。

该测试系统的节点及支路信息如表1所示。

表1 IEEE 33节点支路阻抗信息

首先配置第三类型的分布式电源，数量上限为3个。

设计4种场景：无分布式电源接入和分布式电源接入数量为1、2、3个。算例结果包括分布式电源机组的最优容量和位置以及该场景下的线损值。配置结果如表2所示：

表2 IEEE 33节点配网中第三类型的分布式电源的配置结果

然后配置第一类型的分布式电源，数量上限也为3个。

利用IA法(改进分析法)计算得到最优容量、位置和分布式电源的功率因数。系统总负荷的功率因数为0.85(滞后)，因此最优的分布式电源功率因数就定为0.85(滞后)。配置结果如表3所示：

表3 IEEE 33节点配网中第一类型的分布式电源的配置结果

本申请实施例提供的基于改进分析法的配网多分布式电源降损配置方法，通过将改进分析法与试探法相结合，可以确定多个不同类型分布式电源接入配电网时的最优容量和最优位置，其计算结果可以为配电网分布式电源的规划工作提供依据。

需要说明的是，在本说明书中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或顺序。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里发明的公开后，将容易想到本申请的其他实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由权利要求的内容指出。

以上所述的本申请实施方式并不构成对本申请保护范围的限定。

Claims (8)

1.一种基于改进分析法的配网多分布式电源降损配置方法，其特征在于，所述方法包括：

获得待安装分布式电源的类型、数量及配电网网架参数；

计算未接入分布式电源前配网的基本潮流与总线损；

根据待安装的分布式电源的类型与配网负荷数据确定所述分布式电源的最优功率因数；

根据改进分析法的最优容量解析表达式与试探法确定所述分布式电源的最优位置；

将所述分布式电源固定在所述最优位置，根据线损最小原则确定其最优容量；

判断是否满足配置程序终止条件；

如果是，则输出多分布式电源配置结果；

如果否，则更新系统负荷数据，根据更新后的系统负荷数据计算下一分布式电源。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，获得待安装分布式电源的类型、数量及配电网网架参数，包括：

根据有功无功注入功率及其功率因数PF_DG将所述分布式电源划分为四种类型，其中，

如果0﹤PF_DG﹤1，且所述分布式电源同时注入有功和无功功率，则所述分布式电源的类型为第一类型；

如果0﹤PF_DG﹤1，且所述分布式电源注入有功功率但吸收无功功率，则所述分布式电源的类型为第二类型；

如果PF_DG＝1，且所述分布式电源只注入有功功率，则所述分布式电源的类型为第三类型；

如果PF_DG＝0，且所述分布式电源只注入无功功率，则所述分布式电源的类型为第四类型。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，计算未接入分布式电源前配网的基本潮流与总线损，包括：

根据公式计算网络总的有功损耗P_L：

上式中，

其中，V_i、∠δ_i是节点i的电压向量，r_ij+jx_ij＝Z_ij是节点阻抗矩阵[Z_bus]的第i行第j列元素，P_i和P_j是节点i和节点j的有功注入功率，Q_i和Q_j是节点i和节点j的无功注入功率，N是节点总数。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据待安装的分布式电源的类型与配网负荷数据确定所述分布式电源的最优功率因数，包括：

所述第三类型分布式电源的功率因数恒定为1，所述第四类型分布式电源的功率因数恒定为0；

所述第一类型分布式电源与所述第二类型分布式电源的最优功率因数等于配网净负荷的功率因数，为：

PF_DG＝PF_D

其中，

上式中，PF_D为负荷功率因数，P_Di和Q_Di为i节点的有功和无功负荷，P_D和Q_D为系统总有功和无功负荷。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，根据改进分析法的最优容量解析表达式与试探法确定所述分布式电源的最优位置，包括：

利用改进分析法获得每类分布式电源单个接入配电网时的最优容量解析表达式，四种类型分布式电源的最优容量表达式如下：

第一类型分布式电源接入节点i时的最优容量表达式如下式所示：

Q_DGi＝aP_DGi

其中，

a＝(sign)tan(cos^-1(PF_DG))

当分布式电源向电网注入无功时，sign＝+1；

第二类型分布式电源接入节点i时的最优容量表达式与所述第一类型分布式电源接入节点i时的最优容量相同，sign＝-1；

第三类型分布式电源接入节点i时的最优容量表达式如下式所示：

第四类型分布式电源接入节点i时的最优容量表达式如下式所示：

计算出所述分布式电源的最优容量数据后，逐个尝试在每个节点安装所述分布式电源；

根据所述网络总的有功损耗P_L计算公式计算总线损；

将所述分布式电源安装在所述总线损最小的位置。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，将所述分布式电源固定在所述最优位置，根据线损最小原则确定其最优容量，包括：

将所述分布式电源安装在最优位置后，以很小的步长改变所述分布式电源的容量，更新α和β值；

根据更新后的α和β为每个分布式电源计算潮流和总线损；

选择线损最小的分布式电源的容量以及对应的总线损值。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，配置程序终止条件包括：

某个节点的电压超过上限；

分布式电源机组的总容量超过总负荷与总线损之和；

所有待安装的分布式电源均已处理完毕；

最新一个分布式电源接入后，线损比未接入所述分布式电源时还大。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，更新系统负荷数据，根据更新后的系统负荷数据计算下一分布式电源，包括：

将节点当前已安装的所有分布式电源出力数据与负荷数据叠加，形成净负荷数据；

将所述净负荷数据作为下一分布式电源配置时该节点的负荷数据。