CN109462254A - 一种基于电压灵敏度提升光伏消纳能力的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及光伏发电领域，具体涉及一种基于电压灵敏度提升光伏消纳能力的方法。该方法包括：获取负荷、光伏、支路参数及运行方式；确定光伏接入点以及接入点个数；确定所述光伏接入点的灵敏度系数，在潮流计算中引入灵敏度系数，进行灵敏度计算；构建数学模型，判断是否满足各约束条件；若满足约束条件，则输出光伏功率，若不满足条件，则返回重新进行灵敏度计算。利用配电网的现有情况提升光伏的消纳能力，同时尽可能减小光伏并网对配电网的影响。根据接入分布式光伏后配电网母线电压灵敏度，调整光伏接入容量，以达到该区域配电网中最大光伏承载容量，提升光伏消纳率。
Description
技术领域
本发明涉及光伏发电领域，具体涉及一种基于电压灵敏度提升光伏消纳能力的方法。
背景技术
当大规模光伏接入配电网后，对配电网电压及控制措施、继电保护、电能质量及可靠性等均产生不同程度的影响，光伏消纳能力也会受到影响。
目前主要通过以下两类方法提升光伏消纳能力：第一，通过改变电网结构、增加储能装置容量等，这些方法需要投入大量的成本对电网进行改造，实施难度较大；第二，优化光伏逆变器控制策略，但是该方法难以处理大规模光伏接入配电系统的情况，同时伴随大量的潮流计算，在数据信息的采集和计算方面有一定的难度，并且各种逆变器型号不一，难以统一进行管理。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种基于电压灵敏度提升光伏消纳能力的方法，
本发明是这样实现的，
一种基于电压灵敏度提升光伏消纳能力的方法，该方法包括：
获取负荷、光伏、支路参数及运行方式；
确定光伏接入点以及接入点个数；
确定所述光伏接入点的灵敏度系数，在潮流计算中引入灵敏度系数，进行灵敏度计算；
构建数学模型，判断是否满足各约束条件；
若满足约束条件，则输出光伏功率，若不满足条件，则返回重新进行灵敏度计算。
进一步地，所述约束条件包括：电网潮流约束，系统节点电压约束，变压器母线电压约束以及线路传输功率约束。
进一步地，配电网对分布式光伏发电的消纳能力问题构建数学模型如下：
s.t.Pgi-Pli-∑j∈ΩiPij＝0 (2)
Qgi-Qli-∑j∈ΩiQij＝0 (3)
上述公式中：NDC代表的是分布式光伏电源的个数；PDG,i代表的是分布式光伏发电系统发出的有功功率；Pgi，Qgi分别代表的是注入节点的有功功率和无功功率；Pli，Qli分别代表的是节点i所带负荷的有功功率与无功功率；Pij，Qij分别代表的是连接节点i与节点j的线路中的有功功率和无功功率；Ωi代表的是所有与节点i相连的节点总和；Vi，分别表示的是节点i的电压值，最小允许值以及最大允许值。和分别代表的是变电站母线i的电压最小和最大允许值；Vbus.i为变电站母线i的电压值；表示的是连接节点i与j的线路中允许传输的有功功率最大值。
进一步地，在潮流计算中引入灵敏度系数包括：配电网中潮流计算满足方程：
式中：Δδ，ΔU表示电压相角及幅值变化量；ΔP＝|ΔPPV-ΔPL|，ΔQ＝|ΔQPV-ΔQL|分别表示节点注入有功、无功功率变化量；ΔPPV，ΔQPV，ΔPL，ΔQL分别表示光伏有功、无功出力和节点负荷的有功、无功增量；由YPδ、YPU、YQδ及YQU构成的雅克比矩阵表示注入功率波动ΔP,ΔQ与电压变化Δδ,ΔU之间的关系；进行矩阵变换得到灵敏度矩阵：
其中SPδ，SPU为表示有功改变对电压相角和幅值影响的灵敏度因子；SQδ，SQU分别表示无功出力改变对节点电压相角和幅值影响的灵敏度因子；Δδ，ΔU表示电压相角及幅值变化量；ΔP，ΔQ分别表示节点注入有功、无功功率增量；
将潮流和灵敏度矩阵相结合，通过灵敏度矩阵和功率变化量的乘积推导出各节点电压情况。
进一步地，所述功率变化量在含有光伏电源的配电网中，光伏不发出无功功率ΔQ＝0，光伏接入容量不同时，有功功率变化量ΔP的表达式为：
当U0为i点初始电压时，第i个节点电压为
本发明与现有技术相比，有益效果在于：
为了解决现有发明的不足，本发明提出了一种基于电压灵敏度增加光伏消纳能力的方法。利用配电网的现有情况提升光伏的消纳能力，同时尽可能减小光伏并网对配电网的影响。根据接入分布式光伏后配电网母线电压灵敏度，调整光伏接入容量，以达到该区域配电网中最大光伏承载容量，提升光伏消纳率。
附图说明
图1为本发明方法流程图；
图2为10kV电气主接线图；
图3为农村地区过载图；
图4为农村地区光伏最大接入容量的临界情况。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参见图1所示，一种基于电压灵敏度提升光伏消纳能力的方法，该方法包括：
获取负荷、光伏、支路参数及运行方式；
确定光伏接入点以及接入点个数；
确定所述光伏接入点的灵敏度系数，在潮流计算中引入灵敏度系数，进行灵敏度计算；
构建数学模型，判断是否满足各约束条件；
若满足约束条件，则输出光伏功率，若不满足条件，则返回重新进行灵敏度计算。
在配电网中的潮流计算中引入灵敏度系数，包括：配电网中潮流计算满足方程：
式中：Δδ，ΔU表示电压相角及幅值变化量；ΔP＝|ΔPPV-ΔPL|，ΔQ＝|ΔQPV-ΔQL|分别表示节点注入有功、无功功率变化量；ΔPPV，ΔQPV，ΔPL，ΔQL分别表示光伏有功、无功出力和节点负荷的有功、无功增量；由YPδ、YPU、YQδ及YQU构成的雅克比矩阵表示注入功率波动ΔP,ΔQ与电压变化Δδ,ΔU之间的关系；进行矩阵变换得到灵敏度矩阵：
其中SPδ，SPU为表示有功改变对电压相角和幅值影响的灵敏度因子；SQδ，SQU分别表示无功出力改变对节点电压相角和幅值影响的灵敏度因子；Δδ，ΔU表示电压相角及幅值变化量；ΔP，ΔQ分别表示节点注入有功、无功功率增量；
将潮流和灵敏度矩阵相结合，通过灵敏度矩阵和功率变化量的乘积推导出各节点电压情况。
功率变化量在含有光伏电源的配电网中，光伏不发出无功功率ΔQ＝0，光伏接入容量不同时，有功功率变化量ΔP的表达式为：
当U0为i点初始电压时，第i个节点电压为
构建数学模型，判断是否满足各约束条件；
若满足约束条件，则输出光伏功率，若不满足条件，则返回重新进行灵敏度计算。
约束条件包括：电网潮流约束，系统节点电压约束，变压器母线电压约束以及线路传输功率约束。
配电网对分布式光伏发电的消纳能力问题构建数学模型如下：
s.t.Pgi-Pli-∑j∈ΩiPij＝0 (2)
Qgi-Qli-∑j∈ΩiQij＝0 (3)
上述公式中：NDC代表的是分布式光伏电源的个数；PDG,i代表的是分布式光伏发电系统发出的有功功率；Pgi，Qgi分别代表的是注入节点的有功功率和无功功率；Pli，Qli分别代表的是节点i所带负荷的有功功率与无功功率；Pij，Qij分别代表的是连接节点i与节点j的线路中的有功功率和无功功率；Ωi代表的是所有与节点i相连的节点总和；Vi，分别表示的是节点i的电压值，最小允许值以及最大允许值。和分别代表的是变电站母线i的电压最小和最大允许值；Vbus.i为变电站母线i的电压值。表示的是连接节点i与j的线路中允许传输的有功功率最大值。
实施例
本申请中选取某地区10KV电气主接线作为仿真模型，对本发明进行效果的验证，该模型是由中心变电站引出的一组主变变压器给下属的8个独立380V地方区域供电，其中主变变压器的型号为S11-3150/66，变压器的高压参数为66KV，低压参数为10KV，分接范围为±5％，空载损耗为4.08KW，负载损耗为2.308KW，空载电流为1.05％，短路阻抗为8％。而下属的8个独立380V系统所用的变压器型号为S10-M-500/10变压器的高压参数为10KV，低压参数为0.4kV，分接范围为±5％，空载损耗为0.82KW，负载损耗为5.10KW，空载电流为0.90％，短路阻抗为4％。8个独立的380V用电区域分别代表配电网中一些典型用电负荷：包括农村地区，商业地区，工业(铝业)地区，政府地区，医院地区，酒店地区，写字楼地区以及学校地区。
根据GB/T12325—2008《电能质量供电电压偏差》中规定：35kV及以上供电电压正、负偏差的绝对值之和不超过标称电压的10％；20kV及以下三相供电电压偏差为标称电压的7％；220V单相供电电压偏差为标称电压的+7％，-10％。
本申请中根据某地区配电网全年任意一天的实际负荷变化情况，以某用电区域的日最大负荷最为参考从而求取此时配电网中分布式光伏电源的最大承载容量以及所对应的最大分布式光伏渗透率。
图2为仿真算例10kV电气主接线图，以典型用电区域中的农村地区为例，图3为现有技术中农村地区过载图。图4为农村地区光伏最大接入容量的临界情况表。表1农村地区分布式光伏电源出力P-V曲线表，表2农村地区光伏最大接入容量
可以看出在现有情况下，光伏的接入会造成变压器或者母线的过载。
应该本发明方法后，会分析出不同的光伏接入量对电压的影响，基于灵敏度输出光伏的最大承载容量(以农村分布式光伏为例得出的P-V曲线图表1和光伏最大接入容量变2)。参见图3基于电压灵敏度，使得光伏接入容量在线路结构不变的情况下达到最大。
表1农村地区分布式光伏电源出力P-V曲线表
表2农村地区光伏最大接入容量
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种基于电压灵敏度提升光伏消纳能力的方法，其特征在于，该方法包括：
获取负荷、光伏、支路参数及运行方式；
确定光伏接入点以及接入点个数；
确定所述光伏接入点的灵敏度系数，在潮流计算中引入灵敏度系数，进行灵敏度计算；
构建数学模型，判断是否满足各约束条件；
若满足约束条件，则输出光伏功率，若不满足条件，则返回重新进行灵敏度计算。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述约束条件包括：电网潮流约束，系统节点电压约束，变压器母线电压约束以及线路传输功率约束。
3.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于，配电网对分布式光伏发电的消纳能力问题构建数学模型如下：
s.t.Pgi-Pli-∑j∈ΩiPij＝0 (2)
Qgi-Qli-∑j∈ΩiQij＝0 (3)
上述公式中：NDC代表的是分布式光伏电源的个数；PDG,i代表的是分布式光伏发电系统发出的有功功率；Pgi，Qgi分别代表的是注入节点的有功功率和无功功率；Pli，Qli分别代表的是节点i所带负荷的有功功率与无功功率；Pij，Qij分别代表的是连接节点i与节点j的线路中的有功功率和无功功率；Ωi代表的是所有与节点i相连的节点总和；Vi，分别表示的是节点i的电压值，最小允许值以及最大允许值。和分别代表的是变电站母线i的电压最小和最大允许值；Vbus.i为变电站母线i的电压值；表示的是连接节点i与j的线路中允许传输的有功功率最大值。
4.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，在潮流计算中引入灵敏度系数包括：配电网中潮流计算满足方程：
式中：Δδ，ΔU表示电压相角及幅值变化量；ΔP＝|ΔPPV-ΔPL|，ΔQ＝|ΔQPV-ΔQL|分别表示节点注入有功、无功功率变化量；ΔPPV，ΔQPV，ΔPL，ΔQL分别表示光伏有功、无功出力和节点负荷的有功、无功增量；由YPδ、YPU、YQδ及YQU构成的雅克比矩阵表示注入功率波动ΔP,ΔQ与电压变化Δδ,ΔU之间的关系；进行矩阵变换得到灵敏度矩阵：
其中SPδ，SPU为表示有功改变对电压相角和幅值影响的灵敏度因子；SQδ，SQU分别表示无功出力改变对节点电压相角和幅值影响的灵敏度因子；Δδ，ΔU表示电压相角及幅值变化量；ΔP，ΔQ分别表示节点注入有功、无功功率增量；
将潮流和灵敏度矩阵相结合，通过灵敏度矩阵和功率变化量的乘积推导出各节点电压情况。
5.按照权利要求4所述的方法，其特征在于，所述功率变化量在含有光伏电源的配电网中，光伏不发出无功功率ΔQ＝0，光伏接入容量不同时，有功功率变化量ΔP的表达式为：
当U0为i点初始电压时，第i个节点电压为
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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