CN109871981B - 一种计及分布式电源和电动汽车影响的负荷特性预测方法 - Google Patents
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Abstract
一种计及分布式电源和电动汽车影响的负荷特性预测方法,该方法先收集负荷预测基础数据,再分别预测分布式电源的期望出力曲线、电动汽车充电负荷期望曲线、典型日净负荷曲线,然后预测计及分布式电源和电动汽车影响的典型日负荷曲线,并分析负荷特性。本设计综合考虑了分布式电源与电动汽车对主网负荷特性的影响,能够较为准确的在分布式电源和电动汽车大规模发展的情况下解决负荷特性预测问题。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统及自动化领域,尤其涉及一种计及分布式电源和电动汽车影响的负荷特性预测方法,主要适用于提高负荷特性预测的准确度。
背景技术
现代配电网中以分布式光伏为代表的分布式电源的装机容量不断增长,同时,作为一种新型负荷,电动汽车的保有量也得到了快速的增长,两者对主网负荷的影响日益显著。采用常规方法进行负荷特性预测和分析时,不能很好的考虑分布式电源对统调负荷的削减作用,以及电动充电负荷对统调负荷的增加作用。因此,有必要在统调负荷特性预测时将分布式电源和电动汽车充电负荷的影响纳入分析范畴。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的负荷特性预测准确度低的缺陷与问题,提供一种负荷特性预测准确度高的计及分布式电源和电动汽车影响的负荷特性预测方法。
为实现以上目的,本发明的技术解决方案是:一种计及分布式电源和电动汽车影响的负荷特性预测方法,该方法包括以下步骤:
A、收集负荷预测基础数据;
B、分别预测分布式电源的期望出力曲线、电动汽车充电负荷期望曲线、典型日净负荷曲线;
C、预测计及分布式电源和电动汽车影响的典型日负荷曲线,并分析负荷特性。
步骤A中,所述负荷预测基础数据包括分布式电源出力预测所需数据、电动汽车充电负荷预测所需数据和典型日净负荷预测所需数据;
所述分布式电源出力预测所需数据包括地区分布式电源历史出力数据、分布式电源装机容量现况和分布式电源发展规划信息;
所述电动汽车充电负荷预测所需数据包括电动汽车的充电行为信息,电动汽车的充电行为信息包括各类型电动汽车的充电功率、起始SOC分布、充电时间分布和电动汽车的发展规划信息;
所述典型日净负荷预测所需数据包括历史统调整点负荷曲线。
步骤B中,所述分布式电源的期望出力曲线的预测包括以下步骤:
a、对不同类别的分布式电源,按月将历史出力数据分为12个子集,分别对每个子集的出力曲线按日求取平均值,使得每个类别的分布式电源得到12条平均出力曲线;
b、根据规划地区的分布式电源发展规划信息,预测规划年各类别分布式电源的装机容量;
c、根据预测的分布式电源的装机容量,利用各类别分布式电源的平均出力曲线,得到规划年各月分布式电源的期望出力曲线;
所述分布式电源的期望出力曲线为:
式(1)、式(2)中,是规划年的第m月分布式电源在t时刻的期望出力值,是规划年的第m月第k种分布式电源在t时刻的期望出力值,c0和cf分别是第k种分布式电源统计和预测的装机容量,是统计的第m月第k种分布式电源在t时刻的出力值。
步骤B中,所述电动汽车充电负荷期望曲线的预测包括以下步骤:
d、利用不同类别电动汽车的充电行为信息建立电动汽车的统计负荷模型;
e、根据规划地区的电动汽车发展规划信息,预测规划地区的分类电动汽车保有量;
f、根据建立的电动汽车统计负荷模型和预测的电动汽车保有量数据,计算规划年的电动汽车充电负荷期望曲线Pev(t)。
步骤B中,所述典型日净负荷曲线的预测包括以下步骤:
g、剔除负荷历史数据中的分布式电源和电动汽车分量,得到净负荷历史整点负荷曲线;
h、利用统调年最大净负荷的历史数据构建灰色Verhulst预测模型,所述灰色Verhulst预测模型为:
i、利用归一化的历史年负荷曲线和统调年最大净负荷的预测值,计算统调月最大净负荷的预测值;
对各年选取年统调最大净负荷为基准值,得到归一化的年负荷曲线,然后求取平均值,并计算得规划年的各统调月最大净负荷为:
j、利用归一化的月典型日净负荷曲线以及统调月最大净负荷的预测值,预测出典型日净负荷曲线;
从历史数据对各年选取12个月的典型日负荷曲线,以当日最大负荷为基准值进行归一化,然后求取平均值,并计算各月规划年的典型日的净负荷曲线为:
步骤C中,所述预测计及分布式电源和电动汽车影响的典型日负荷曲线为:
与现有技术相比,本发明的有益效果为:
本发明一种计及分布式电源和电动汽车影响的负荷特性预测方法中先收集负荷预测基础数据,再分别预测分布式电源的期望出力曲线、电动汽车充电负荷期望曲线、典型日净负荷曲线,然后预测计及分布式电源和电动汽车影响的典型日负荷曲线,并分析负荷特性;上述方法同时考虑了分布式电源和电动汽车的影响,能够准确的在分布式电源和电动汽车大规模发展的情况下解决负荷特性预测问题。因此,本发明提高了负荷特性预测的准确度。
附图说明
图1是一种计及分布式电源和电动汽车影响的负荷特性预测方法流程图。
图2是各类型电动汽车的充电方式。
图3是分布式电源期望出力曲线图。
图4是电动汽车充电负荷期望曲线图。
图5是净负荷的统调年最大负荷的Verhulst模型预测结果。
图6是典型日净负荷曲线及计及分布式电源和电动汽车影响的典型日负荷曲线。
具体实施方式
以下结合附图说明和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
参见图1,一种计及分布式电源和电动汽车影响的负荷特性预测方法,该方法包括以下步骤:
A、收集负荷预测基础数据;
B、分别预测分布式电源的期望出力曲线、电动汽车充电负荷期望曲线、典型日净负荷曲线;
C、预测计及分布式电源和电动汽车影响的典型日负荷曲线,并分析负荷特性。
步骤A中,所述负荷预测基础数据包括分布式电源出力预测所需数据、电动汽车充电负荷预测所需数据和典型日净负荷预测所需数据;
所述分布式电源出力预测所需数据包括地区分布式电源历史出力数据、分布式电源装机容量现况和分布式电源发展规划信息;
所述电动汽车充电负荷预测所需数据包括电动汽车的充电行为信息,电动汽车的充电行为信息包括各类型电动汽车的充电功率、起始SOC分布、充电时间分布和电动汽车的发展规划信息;
所述典型日净负荷预测所需数据包括历史统调整点负荷曲线。
步骤B中,所述分布式电源的期望出力曲线的预测包括以下步骤:
a、对不同类别的分布式电源,按月将历史出力数据分为12个子集,分别对每个子集的出力曲线按日求取平均值,使得每个类别的分布式电源得到12条平均出力曲线;
b、根据规划地区的分布式电源发展规划信息,预测规划年各类别分布式电源的装机容量;
c、根据预测的分布式电源的装机容量,利用各类别分布式电源的平均出力曲线,得到规划年各月分布式电源的期望出力曲线;
所述分布式电源的期望出力曲线为:
式(1)、式(2)中,是规划年的第m月分布式电源在t时刻的期望出力值,是规划年的第m月第k种分布式电源在t时刻的期望出力值,c0和cf分别是第k种分布式电源统计和预测的装机容量,是统计的第m月第k种分布式电源在t时刻的出力值。
步骤B中,所述电动汽车充电负荷期望曲线的预测包括以下步骤:
d、利用不同类别电动汽车的充电行为信息建立电动汽车的统计负荷模型;
e、根据规划地区的电动汽车发展规划信息,预测规划地区的分类电动汽车保有量;
f、根据建立的电动汽车统计负荷模型和预测的电动汽车保有量数据,计算规划年的电动汽车充电负荷期望曲线Pev(t)。
步骤B中,所述典型日净负荷曲线的预测包括以下步骤:
g、剔除负荷历史数据中的分布式电源和电动汽车分量,得到净负荷历史整点负荷曲线;
h、利用统调年最大净负荷的历史数据构建灰色Verhulst预测模型,所述灰色Verhulst预测模型为:
i、利用归一化的历史年负荷曲线和统调年最大净负荷的预测值,计算统调月最大净负荷的预测值;
对各年选取年统调最大净负荷为基准值,得到归一化的年负荷曲线,然后求取平均值,并计算得规划年的各统调月最大净负荷为:
j、利用归一化的月典型日净负荷曲线以及统调月最大净负荷的预测值,预测出典型日净负荷曲线;
从历史数据对各年选取12个月的典型日负荷曲线,以当日最大负荷为基准值进行归一化,然后求取平均值,并计算各月规划年的典型日的净负荷曲线为:
步骤C中,所述预测计及分布式电源和电动汽车影响的典型日负荷曲线为:
本发明的原理说明如下:
本设计提出了一种计及分布式电源和电动汽车影响的负荷特性预测方法,同时考虑了分布式电源和电动汽车的影响,先通过历史负荷数据与灰色Verhulst预测模型得到典型日的净负荷曲线,然后根据分布式电源出力和电动汽车充电负荷的时间特性,叠加分布式电源出力和电动汽车充电负荷的期望曲线,得到最终的典型日负荷曲线,能够较为准确的在分布式电源和电动汽车大规模发展的情况下解决负荷特性预测问题。
尽管本设计较多地使用了包括负荷特性、分布式电源、充电负荷、灰色Verhulst预测模型等术语,但并不排除使用其他术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便的描述本设计的本质,把它们解释成任何一种附加的限制都是与本设计精神相违背的。
实施例:
本实施例以华中某地区电网8月的负荷特性为具体实施对象,详细阐述本设计中所涉及的负荷特性预测方法。
参见图1,一种计及分布式电源和电动汽车影响的负荷特性预测方法,该方法包括以下步骤:
A、收集负荷预测基础数据;
所述负荷预测基础数据包括分布式电源出力预测所需数据、电动汽车充电负荷预测所需数据和典型日净负荷预测所需数据;
所述分布式电源出力预测所需数据包括地区分布式电源历史出力数据、分布式电源装机容量现况和分布式电源发展规划信息;
所述电动汽车充电负荷预测所需数据包括电动汽车的充电行为信息,电动汽车的充电行为信息包括各类型电动汽车的充电功率、起始SOC分布、充电时间分布和电动汽车的发展规划信息;
所述典型日净负荷预测所需数据包括历史统调整点负荷曲线;
根据收集的分布式电源装机容量现况,该地区主要的分布式电源类型为分布式光伏和分布式燃气轮机,因此选取它们作为分析对象;在2017年,该地区的分布式光伏装机容量为1178MW,分布式燃气轮机装机容量为8.6MW;
收集的电动汽车充电行为信息中,各类型电动车的起始SOC分布和充电时间分布如表1所示;各类型电动车的充电方式如图2所示,充电功率和电池容量如表2所示;
表1起始SOC分布和充电时间分布
表2充电功率和充电容量
车辆类型 | 慢充功率 | 快充功率 | 电池容量(320V) |
公交车 | 21kW | 135kW | 300Ah |
出租车 | 14kW | 90kW | 200Ah |
私家车 | 7kW | - | 100Ah |
公务车 | 7kW | - | 100Ah |
环卫车 | 7kW | - | 100Ah |
物流车 | 7kW | - | 100Ah |
B、分别预测分布式电源的期望出力曲线、电动汽车充电负荷期望曲线、典型日净负荷曲线;
所述分布式电源的期望出力曲线的预测包括以下步骤:
a、对不同类别的分布式电源,按月将历史出力数据分为12个子集,分别对每个子集的出力曲线按日求取平均值,使得每个类别的分布式电源得到12条平均出力曲线;
b、根据规划地区的分布式电源发展规划信息,预测规划年各类别分布式电源的装机容量;
c、根据预测的分布式电源的装机容量,利用各类别分布式电源的平均出力曲线,得到规划年各月分布式电源的期望出力曲线;
所述分布式电源的期望出力曲线为:
式(1)、式(2)中,是规划年的第m月分布式电源在t时刻的期望出力值,是规划年的第m月第k种分布式电源在t时刻的期望出力值,c0和cf分别是第k种分布式电源统计和预测的装机容量,是统计的第m月第k种分布式电源在t时刻的出力值;
考虑该地区的分布式电源的发展规划和资源分布,预测2020年的分布式光伏装机容量为2000MW,分布式燃气轮机装机容量为50MW,由式(1)、式(2)得到该地区在2020年8月的分布式电源期望出力曲线如图3所示;
所述电动汽车充电负荷期望曲线的预测包括以下步骤:
d、利用不同类别电动汽车的充电行为信息建立电动汽车的统计负荷模型;
e、根据规划地区的电动汽车发展规划信息,预测规划地区的分类电动汽车保有量;
f、根据建立的电动汽车统计负荷模型和预测的电动汽车保有量数据,采用蒙特卡洛方法计算规划年的电动汽车充电负荷期望曲线Pev(t);
考虑该地区的电动汽车发展规划和电动汽车市场发展的影响因素,预测2020年各类电动汽车的保有量如表3所示(假设出租车中大班与小班的比例为5:1),根据调研的电动汽车充电行为信息建立统计负荷模型,经蒙特卡洛模拟得到电动汽车在2020年的充电负荷期望曲线如图4所示;
表3电动汽车保有量预测结果
类型 | 公交车 | 出租车 | 私家车 | 公务车 | 环卫车 | 物流车 |
数量(辆) | 16964 | 17500 | 122547 | 12255 | 358 | 5376 |
所述典型日净负荷曲线的预测包括以下步骤:
g、剔除负荷历史数据中的分布式电源和电动汽车分量,得到净负荷历史整点负荷曲线;
h、利用统调年最大净负荷的历史数据构建灰色Verhulst预测模型,所述灰色Verhulst预测模型为:
i、利用归一化的历史年负荷曲线和统调年最大净负荷的预测值,计算统调月最大净负荷的预测值;
对各年选取年统调最大净负荷为基准值,得到归一化的年负荷曲线,然后求取平均值,并计算得规划年的各统调月最大净负荷为:
j、利用归一化的月典型日净负荷曲线以及统调月最大净负荷的预测值,预测出典型日净负荷曲线;
从历史数据对各年选取12个月的典型日负荷曲线,以当日最大负荷为基准值进行归一化,然后求取平均值,并计算各月规划年的典型日的净负荷曲线为:
①对原始的负荷曲线减去当年的分布式电源分量和充电负荷分量得到净负荷曲线;②利用该地区2000-2017年统调年最大净负荷建立灰色Verhulst模型,模型的拟合情况如图5所示,2020年统调年最大净负荷的预测值为40450MW;③由于该地区一般在8月出现年最大负荷,净负荷的归一化年负荷曲线在8月的值为1,由式(5)得统调月最大净负荷在8月的值为40450MW;④8月归一化的典型日净负荷曲线如表4所示,由式(6)得到2020年8月的典型日的净负荷曲线如图6所示;
表4净负荷在8月的归一化的典型日负荷曲线
时刻 | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 |
值 | 0.86 | 0.84 | 0.81 | 0.79 | 0.78 | 0.77 | 0.78 | 0.82 | 0.88 | 0.94 | 0.95 | 0.97 |
时刻 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 | 21 | 22 | 23 |
值 | 0.95 | 0.98 | 0.99 | 1 | 0.99 | 0.98 | 0.92 | 0.90 | 0.97 | 0.97 | 0.95 | 0.92 |
C、预测计及分布式电源和电动汽车影响的典型日负荷曲线,并分析负荷特性;
所述预测计及分布式电源和电动汽车影响的典型日负荷曲线为:
根据以上的预测结果,由式(7)得到该地区2020年8月的计及分布式电源和电动汽车影响的典型日负荷曲线如图6所示,包含工作日和非工作日两种情况,曲线的具体数据如表5所示,计算得负荷特性指标包括最大负荷、最小负荷、峰谷差和日负荷率等如表6所示;
表5考虑分布式电源和多元负荷的2020年各月份典型工作日负荷曲线(单位:万千瓦)
表5(续)
表6负荷特性指标
结论:本设计针对大规模发展的分布式电源和电动汽车充电负荷,建立一种综合的负荷特性预测方法,采用本方法对电网的负荷特性进行预测,能够较好的考虑到分布式电源和电动汽车的迅速增长的影响,可为规划和调度提供可靠的参考。
Claims (4)
1.一种计及分布式电源和电动汽车影响的负荷特性预测方法,其特征在于,该方法包括以下步骤:
A、收集负荷预测基础数据;
所述负荷预测基础数据包括分布式电源出力预测所需数据、电动汽车充电负荷预测所需数据和典型日净负荷预测所需数据;
所述分布式电源出力预测所需数据包括地区分布式电源历史出力数据、分布式电源装机容量现况和分布式电源发展规划信息;
所述电动汽车充电负荷预测所需数据包括电动汽车的充电行为信息,电动汽车的充电行为信息包括各类型电动汽车的充电功率、起始SOC分布、充电时间分布和电动汽车的发展规划信息;
所述典型日净负荷预测所需数据包括历史统调整点负荷曲线;
B、分别预测分布式电源的期望出力曲线、电动汽车充电负荷期望曲线、典型日净负荷曲线;
所述分布式电源的期望出力曲线的预测包括以下步骤:
a、对不同类别的分布式电源,按月将历史出力数据分为12个子集,分别对每个子集的出力曲线按日求取平均值,使得每个类别的分布式电源得到12条平均出力曲线;
b、根据规划地区的分布式电源发展规划信息,预测规划年各类别分布式电源的装机容量;
c、根据预测的分布式电源的装机容量,利用各类别分布式电源的平均出力曲线,得到规划年各月分布式电源的期望出力曲线;
所述分布式电源的期望出力曲线为:
式(1)、式(2)中,是规划年的第m月分布式电源在t时刻的期望出力值,是规划年的第m月第k种分布式电源在t时刻的期望出力值,c0和cf分别是第k种分布式电源统计和预测的装机容量,是统计的第m月第k种分布式电源在t时刻的出力值;
C、预测计及分布式电源和电动汽车影响的典型日负荷曲线,并分析负荷特性。
2.根据权利要求1所述的一种计及分布式电源和电动汽车影响的负荷特性预测方法,其特征在于:步骤B中,所述电动汽车充电负荷期望曲线的预测包括以下步骤:
d、利用不同类别电动汽车的充电行为信息建立电动汽车的统计负荷模型;
e、根据规划地区的电动汽车发展规划信息,预测规划地区的分类电动汽车保有量;
f、根据建立的电动汽车统计负荷模型和预测的电动汽车保有量数据,计算规划年的电动汽车充电负荷期望曲线Pev(t)。
3.根据权利要求1所述的一种计及分布式电源和电动汽车影响的负荷特性预测方法,其特征在于:步骤B中,所述典型日净负荷曲线的预测包括以下步骤:
g、剔除负荷历史数据中的分布式电源和电动汽车分量,得到净负荷历史整点负荷曲线;
h、利用统调年最大净负荷的历史数据构建灰色Verhulst预测模型,所述灰色Verhulst预测模型为:
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从历史数据对各年选取12个月的典型日负荷曲线,以当日最大负荷为基准值进行归一化,然后求取平均值,并计算各月规划年的典型日的净负荷曲线为:
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