CN109599896A - 一种10kV电网分布式光伏最大可开放容量的计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种10kV电网分布式光伏最大可开放容量的计算方法，属于配电网管理领域，包括以下步骤：S100、根据安全标准建立最大可开放容量的评估模型；S200、收集指定区域内现有10kV线路的实际走径、所挂接配变的容量和位置、各线路上的年最小负荷数据及配变所接入的光伏容量数据；S300、确定电网运行方式，将步骤S200中收集的数据输入电网潮流仿真软件中进行潮流计算；S400、根据步骤S100的评估模型和步骤S300中的计算结果结合具体情景分析最大可开放容量。通过该计算方法能够实现光伏接入的有序管理，同时分布式光伏的最大可开放容量为客户选择投资分布式光伏发电项目地点提供了有效依据，促进了分布式光伏和电网的良好发展。

Description

一种10kV电网分布式光伏最大可开放容量的计算方法

技术领域

本发明涉及配电网管理技术领域，尤其涉及一种10kV电网分布式光伏最大可开放容量的计算方法。

背景技术

为了降低对化石能源的依赖、实现节能减排，近年来国家出台了一系列政策大力发展光伏产业，光伏发电项目得到了飞速的发展。大规模分布式光伏发电对接入电网规划、建设和安全稳定运行等方面产生了深远的影响，并对电网的规划、检修和运行提出了新的要求。

分布式光伏项目在接入10kV电网时，由于其发电的间歇性和波动性，给电网带来了很大的挑战，分布式光伏产生的电压冲击、潮流反送等问题对区域内电网安全、稳定的运行构成了巨大的冲击，近期很多地市都先后出现了分布式光伏接入电网后导致接入点附近电压大幅升高、影响电网供电质量等问题。然而，目前国内在如何确保低压光伏与电网的协调发展方面依然缺乏可供推广实施的指导性意见，如何确保新形势下光伏发电与电网的协调发展是电力管理部门亟需解决的重要问题之一。

发明内容

为了解决上述现有技术中存在的缺点和不足，本发明提供了一种能合理提高计算准确性的10kV电网分布式光伏最大可开放容量的计算方法。

为了实现上述技术目的，本发明提供的10k V电网分布式光伏最大可开放容量的计算方法，包括以下步骤，

S100、根据分布式光伏接入后10kV电网的安全标准建立10kV电网分布式光伏最大可开放容量的评估模型；

S200、收集指定区域内现有10kV线路的实际走径、10kV线路上所挂接配变的容量和位置、各条10kV线路上的年最小负荷数据及配变所接入的光伏容量数据；

S300、确定电网运行方式，将步骤S200中收集的数据输入电网潮流仿真软件中进行潮流计算；

S400、根据步骤S100中建立的评估模型和步骤S300中的计算结果结合具体情景分析接入分布式光伏后10kV电网的最大可开放容量。

优选的，所述步骤S100中建立的评估模型的目标函数为最大可开放容量；在步骤S400中，将步骤S300的计算结果代入步骤S100的目标函数中并计算目标函数的结果在相关约束条件下是否满足要求，若是，则目标函数的结果即为接入分布式光伏后10kV电网的最大可开放容量。

优选的，所述相关约束条件包括10kV电网三相供电电压的电压偏差在标称电压的±7％以内，电压偏差的计算公式为公式1，

电压偏差(％)＝(实际电压-额定电压)/额定电压×100％，公式1。

优选的，所述相关约束条件包括分布式光伏接入10kV电网的接入点处的电压不平衡度在2％以内且短时间内的电压不平衡度在4％以内，电压不平衡度的计算公式为公式2，

其中，U₁为三相电压的正序分量方均方根，单位为伏特；U₂为三相电压的负序分量方均方根，单位为伏特；U₀为三相电压的零序分量方均方根，单位为伏特；表示三相电压的正序电压不平衡度，单位为百分比；表示三相电压的负序电压不平衡度，单位为百分比。

优选的，所述相关约束条件包括10kV电网的电压总谐波畸变率不超过4％、奇次谐波电压含有率不超过3.2％及偶次谐波电压含有率不超过1.6％，其中，第i个用户接入10kV电网公共接入点的第h次谐波电流允许值的计算公式为公式3，

其中，I_hj表示第i个用户接入10kV电网公共接入点的第h次谐波电流允许值，S_k1表示公共连接点的实际最小短路容量，单位为兆伏安；S_k2表示基准短路容量，单位为兆伏安；I_hp表示第h次谐波电流允许值，单位为安培；S_i表示第i个用户的用电协议容量，单位为兆伏安；S_t表示10kV电网公共连接点的供电设备容量，单位为兆伏安；α表示相位叠加系数。

优选的，所述相关约束条件包括分布式光伏接入10kV电网引起变电站内母线的短路电流水平不超过16kA～25kA，短路电流在仅考虑分布式光伏对10kV电网母线三相造成短路的计算公式为公式4，

其中，K_sc表示分布式光伏接入后短路电流超标节点增加比例，单位为％；N_SCDG表示分布式光伏接入后短路电流超过开关遮断容量95％的节点个数，单位为个；N_SC表示分布式光伏接入前短路电流超过开关遮断容量95％的节点个数，单位为个；n_NOD，I表示指定区域内10kV电压等级电网的短路电流计算节点数，单位为个。

优选的，所述相关约束条件包括分布式光伏接入10kV电网后线路负载率和主变负载率不超过安全容量，线路负载率的计算公式为公式5，主变负载率的计算公式为公式6，

其中，T_L表示线路负载率，单位为百分比；K_L表示分布式光伏接入后线路的最大功率，单位为千伏安；S_L表示线路自身的最小计算负荷，单位为千伏安；P_L表示线路安全电流限值的线路容量，单位为千伏安；T_s表示主变负载率，单位为百分比；K_S表示分布式光伏接入后引起的主变最大功率，单位为千伏安；S_S表示主变自身的最小计算负荷，单位为千伏安；P_S表示主变额定容量，单位为千伏安。

优选的，所述步骤S400中，通过试探法考察分布式光伏接入后容量增加时步骤S100中目标函数的结果在相关约束条件下是否满足要求，选取容量值等于100千瓦的步长L，针对步骤S200中潮流计算过程对分布式光伏接入容量逐步增加设定的步长L，直到存在目标函数出现不满足相关约束条件的越线值时为止，记此时的试探容量为P，然后利用二分法取中间节点P(i)输入评价模型，其中其实节点的计算公式为公式7，

此时，若目标函数没有出现越线值且至少一项满足相关约束条件的安全标准临界值，则最大可开放容量即为P(1)。

优选的，若目标函数没有出现越线值且无满足相关约束条件的安全标准临界值，则按照公式8取P(i+1)，

其中，i＝(1，2，…，n)，此时，若目标函数出现相关约束条件下的任一越线值，则按照公式9取P(i+1)，

其中，i＝(1，2，…，n)；

重复此上述步骤直到目标函数满足所有相关约束条件且存在至少一项满足相关约束条件的标准临界值，则该试探容量即为最大可开放容量。

采用上述技术方案后，本发明具有如下优点：

1、本发明提供的10kV电网分布式光伏最大可开放容量的计算方法，通过以10kV电网线路为单位对分布式光伏接入容量进行情景模拟，计算10kV电网线路的分布式光伏最大可开放容量，能够实现光伏接入的有序管理，同时分布式光伏的最大可开放容量为客户选择投资分布式光伏发电项目地点提供了有效依据，促进了分布式光伏和电网的良好发展。

2、由于本发明计算方法分析的数据都为线路的年数据，便于后期定期根据电网建设情况滚动计算最大可开放容量，方便后期对分布式光伏的接入进行持续、有效的管理。

3、通过考虑最小计算负荷时刻、新增分布式光伏接入线路后半段平均分布情景和最小计算负荷时刻、新增分布式光伏接入线路平均分布情景，合理分析10kV电网分布式光伏的最大可开放容量，提高计算的准确性。

附图说明

图1为本发明实施例一计算方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。需要理解的是，下述的“上”、“下”、“左”、“右”、“纵向”、“横向”、“内”、“外”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”等指示方位或位置关系的词语仅基于附图所示的方位或位置关系，仅为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置/元件必须具有特定的方位或以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

实施例一

如图1所示，本发明实施例一提供的一种10kV电网分布式光伏最大可开放容量的计算方法，包括以下步骤，

S100、根据分布式光伏接入后10kV电网的安全标准建立10kV电网分布式光伏最大可开放容量的评估模型；

S200、收集指定区域内现有10kV线路的实际走径、10kV线路上所挂接配变的容量和位置、各条10kV线路上的年最小负荷数据及配变所接入的光伏容量数据；

S300、确定电网运行方式，将步骤S200中收集的数据输入电网潮流仿真软件中进行潮流计算；

S400、根据步骤S100中建立的评估模型和步骤S300中的计算结果结合具体情景分析接入分布式光伏后10kV电网的最大可开放容量。

步骤S100中建立的评估模型的目标函数为最大可开放容量，主要从电网的安全稳定运行角度触发，考虑各主变负载和线路负载能够达到均衡分配。在步骤S400中，将步骤S300的计算结果代入步骤S100的目标函数中并计算目标函数的结果在相关约束条件下是否满足要求，若是，则目标函数的结果即为接入分布式光伏后10kV电网的最大可开放容量。

本实施例中，相关约束条件包括10kV电网三相供电电压的电压偏差在标称电压的±7％以内，电压偏差的计算公式为公式1，

电压偏差(％)＝(实际电压-额定电压)/额定电压×100％，公式1。

相关约束条件还包括分布式光伏接入10kV电网的接入点处的电压不平衡度在2％以内且短时间内的电压不平衡度在4％以内，电压不平衡度的计算公式为公式2，

其中，U₁为三相电压的正序分量方均方根，单位为伏特；U₂为三相电压的负序分量方均方根，单位为伏特；U₀为三相电压的零序分量方均方根，单位为伏特；表示三相电压的正序电压不平衡度，单位为百分比；表示三相电压的负序电压不平衡度，单位为百分比。

相关约束条件还包括10kV电网的电压总谐波畸变率不超过4％、奇次谐波电压含有率不超过3.2％及偶次谐波电压含有率不超过1.6％，其中，第i个用户接入10kV电网公共接入点的第h次谐波电流允许值的计算公式为公式3，

其中，I_hj表示第i个用户接入10kV电网公共接入点的第h次谐波电流允许值，S_k1表示公共连接点的实际最小短路容量，单位为兆伏安；S_k2表示基准短路容量，单位为兆伏安；I_hp表示第h次谐波电流允许值，单位为安培；S_i表示第i个用户的用电协议容量，单位为兆伏安；S_t表示10kV电网公共连接点的供电设备容量，单位为兆伏安；α表示相位叠加系数。

相关约束条件还包括分布式光伏接入10kV电网引起变电站内母线的短路电流水平不超过16kA～25kA，短路电流在仅考虑分布式光伏对10kV电网母线三相造成短路的计算公式为公式4，

其中，K_sC表示分布式光伏接入后短路电流超标节点增加比例，单位为％；N_SCDG表示分布式光伏接入后短路电流超过开关遮断容量95％的节点个数，单位为个；N_SC表示分布式光伏接入前短路电流超过开关遮断容量95％的节点个数，单位为个；n_N0D，I表示指定区域内10kV电压等级电网的短路电流计算节点数，单位为个。

相关约束条件还包括分布式光伏接入10kV电网后线路负载率和主变负载率不超过安全容量，线路负载率的计算公式为公式5，主变负载率的计算公式为公式6，

其中，T_L表示线路负载率，单位为百分比；K_L表示分布式光伏接入后线路的最大功率，单位为千伏安；S_L表示线路自身的最小计算负荷，单位为千伏安；P_L表示线路安全电流限值的线路容量，单位为千伏安；

T_s表示主变负载率，单位为百分比；K_S表示分布式光伏接入后引起的主变最大功率，单位为千伏安；S_S表示主变自身的最小计算负荷，单位为千伏安；P_S表示主变额定容量，单位为千伏安。

步骤S200中，可以从电网GIS系统中导出指定区域内相关10kV电网的线路数据信息，主要包括10kV线路的单线图、10kV线路上所挂接配变的容量和位置、分析年中线路的年最小负荷值及现有配变所接入的光伏容量数据。

步骤S300中，基于灵敏度分析法分析分布式光伏接入对配电网各项运行指标的影响，考察分布式光伏接入容量增加时各项指标是否超过相关约束条件允许的范围。

步骤S400中，通过试探法考察分布式光伏接入后容量增加时步骤S100中目标函数的结果在相关约束条件下是否满足要求，选取容量值等于100千瓦的步长L，针对步骤S200中潮流计算过程对分布式光伏接入容量逐步增加设定的步长L，直到存在目标函数出现不满足相关约束条件的越线值时为止，记此时的试探容量为P，然后利用二分法取中间节点P(i)输入评价模型，其中其实节点的计算公式为公式7，

此时，若目标函数没有出现越线值且至少一项满足相关约束条件的安全标准临界值，则最大可开放容量即为P(1)。

若目标函数没有出现越线值且无满足相关约束条件的安全标准临界值，则按照公式8取P(i+1)，

其中，i＝(1，2，…，n)，此时，若目标函数出现相关约束条件下的任一越线值，则按照公式9取P(i+1)，

其中，i＝(1，2，…，n)，

重复此上述步骤直到目标函数满足所有相关约束条件且存在至少一项满足相关约束条件的标准临界值，则该试探容量即为最大可开放容量。

考虑到现有分布式光伏接入电网往往在线路的中后段，此种情况造成的电网各项指标不符合相关约束条件的可能性更大。当电网实现分布式光伏有序接入后，光伏平均分配到整条线路中会更加符合电网的发展，所以，本实施例还结合具体情景进行了分析。

情景一

选取最小计算负荷时刻、新增分布式光伏接入线路后半段平均分布的情形，用于分析电网接入分布式光伏下的运行情况。根据步骤S100建立的10kV电网分布式光伏最大可开放容量的评估模型，逐步增加该情景下的分布式光伏接入容量，并分析分布式光伏接入后的电网各节点电压偏差、三相电压不平衡度、谐波和短路电流水平，以及考虑N-1安全准则条件下的潮流转带后的线路和主变最大负载率，直到存在指标出现越线值时为止，记录该容量；然后利用二分法，求解达到给定精度的最大分布式光伏可开放容量。

情景二

选取最小计算负荷时刻、新增分布式光伏接入线路平均分布情形，用于分析电网接入分布式光伏接入下的运行情况。根据步骤S100建立10kV电网分布式光伏最大可开放容量的评估模型，逐步增加该情景下的分布式光伏接入容量，并分析分布式光伏接入后的电网各节点电压偏差、三相电压不平衡度、谐波和短路电流水平，以及考虑N-1安全准则条件下的潮流转带后的线路和主变最大负载率，直到存在指标出现越线值时为止，记录该容量；然后利用二分法，求解达到给定精度的最大分布式光伏可开放容量。

本实施例通过以10kV电网线路为单位对分布式光伏接入容量进行情景模拟，计算10kV电网线路的分布式光伏最大可开放容量，能够实现光伏接入的有序管理，同时分布式光伏的最大可开放容量为客户选择投资分布式光伏发电项目地点提供了有效依据，促进了分布式光伏和电网的良好发展。

除上述优选实施例外，本发明还有其他的实施方式，本领域技术人员可以根据本发明作出各种改变和变形，只要不脱离本发明的精神，均应属于本发明权利要求书中所定义的范围。

Claims (9)

1.一种10kV电网分布式光伏最大可开放容量的计算方法，其特征在于，包括以下步骤，

S100、根据分布式光伏接入后10kV电网的安全标准建立10kV电网分布式光伏最大可开放容量的评估模型；

S200、收集指定区域内现有10kV线路的实际走径、10kV线路上所挂接配变的容量和位置、各条10kV线路上的年最小负荷数据及配变所接入的光伏容量数据；

S300、确定电网运行方式，将步骤S200中收集的数据输入电网潮流仿真软件中进行潮流计算；

S400、根据步骤S100中建立的评估模型和步骤S300中的计算结果结合具体情景分析接入分布式光伏后10kV电网的最大可开放容量。

2.根据权利要求1所述的计算方法，其特征在于，所述步骤S100中建立的评估模型的目标函数为最大可开放容量；在步骤S400中，将步骤S300的计算结果代入步骤S100的目标函数中并计算目标函数的结果在相关约束条件下是否满足要求，若是，则目标函数的结果即为接入分布式光伏后10kV电网的最大可开放容量。

3.根据权利要求2所述的计算方法，其特征在于，所述相关约束条件包括10kV电网三相供电电压的电压偏差在标称电压的±7％以内，电压偏差的计算公式为公式1，

电压偏差(％)＝(实际电压-额定电压)/额定电压×100％，公式1。

4.根据权利要求2所述的计算方法，其特征在于，所述相关约束条件包括分布式光伏接入10kV电网的接入点处的电压不平衡度在2％以内且短时间内的电压不平衡度在4％以内，电压不平衡度的计算公式为公式2，

其中，U₁为三相电压的正序分量方均方根，单位为伏特；U₂为三相电压的负序分量方均方根，单位为伏特；U₀为三相电压的零序分量方均方根，单位为伏特；表示三相电压的正序电压不平衡度，单位为百分比；表示三相电压的负序电压不平衡度，单位为百分比。

5.根据权利要求2所述的计算方法，其特征在于，所述相关约束条件包括10kV电网的电压总谐波畸变率不超过4％、奇次谐波电压含有率不超过3.2％及偶次谐波电压含有率不超过1.6％，其中，第i个用户接入10kV电网公共接入点的第h次谐波电流允许值的计算公式为公式3，

其中，I_hi表示第i个用户接入10kV电网公共接入点的第h次谐波电流允许值，S_k1表示公共连接点的实际最小短路容量，单位为兆伏安；S_k2表示基准短路容量，单位为兆伏安；I_hp表示第h次谐波电流允许值，单位为安培；S_i表示第i个用户的用电协议容量，单位为兆伏安；S_t表示10kV电网公共连接点的供电设备容量，单位为兆伏安；α表示相位叠加系数。

6.根据权利要求2所述的计算方法，其特征在于，所述相关约束条件包括分布式光伏接入10kV电网引起变电站内母线的短路电流水平不超过16kA～25kA，短路电流在仅考虑分布式光伏对10kV电网母线三相造成短路的计算公式为公式4，

其中，K_sc表示分布式光伏接入后短路电流超标节点增加比例，单位为％；N_SCDG表示分布式光伏接入后短路电流超过开关遮断容量95％的节点个数，单位为个；N_SC表示分布式光伏接入前短路电流超过开关遮断容量95％的节点个数，单位为个；n_NOD,I表示指定区域内10kV电压等级电网的短路电流计算节点数，单位为个。

7.根据权利要求2所述的计算方法，其特征在于，所述相关约束条件包括分布式光伏接入10kV电网后线路负载率和主变负载率不超过安全容量，线路负载率的计算公式为公式5，主变负载率的计算公式为公式6，

其中，T_L表示线路负载率，单位为百分比；K_L表示分布式光伏接入后线路的最大功率，单位为千伏安；S_L表示线路自身的最小计算负荷，单位为千伏安；P_L表示线路安全电流限值的线路容量，单位为千伏安；T_s表示主变负载率，单位为百分比；K_S表示分布式光伏接入后引起的主变最大功率，单位为千伏安；S_S表示主变自身的最小计算负荷，单位为千伏安；P_S表示主变额定容量，单位为千伏安。

8.根据权利要求2-7任一项所述的计算方法，其特征在于，所述步骤S400中，通过试探法考察分布式光伏接入后容量增加时步骤S100中目标函数的结果在相关约束条件下是否满足要求，选取容量值等于100千瓦的步长L，针对步骤S200中潮流计算过程对分布式光伏接入容量逐步增加设定的步长L，直到存在目标函数出现不满足相关约束条件的越线值时为止，记此时的试探容量为P，然后利用二分法取中间节点P(i)输入评价模型，其中其实节点的计算公式为公式7，

此时，若目标函数没有出现越线值且至少一项满足相关约束条件的安全标准临界值，则最大可开放容量即为P(1)。

9.根据权利要求8所述的计算方法，其特征在于，若目标函数没有出现越线值且无满足相关约束条件的安全标准临界值，则按照公式8取P(i+1)，

其中，i＝(1,2，···，n)，此时，若目标函数出现相关约束条件下的任一越线值，则按照公式9取P(i+1)，

其中，i＝(1,2，···，n)；

重复此上述步骤直到目标函数满足所有相关约束条件且存在至少一项满足相关约束条件的标准临界值，则该试探容量即为最大可开放容量。