CN109921419A - 含高渗透率分布式电源的发配一体化系统运营分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种含高渗透率分布式电源的发配一体化系统运营分析方法包括：确定含分布式电源的配电网参数，构建稳态潮流计算模型；逐个时间点进行稳态潮流计算，确定配在各个时间点上的节点电压和线路电流，根据给定限定策略，确定限电电量；对整个时间段内限电量累计，若超过给定指标，确定电网改造策略，转上述步骤，若未超标，则确定年度限电量、发电量、用户用电量及向上一级电网购电量、电网改造方案；确定发配一体化系统的综合成本效益。本发明提出了一种含高渗透率分布式电源的发配一体化系统运营分析方法，考虑渗透率分布式电源接入引起的电网改造和限电控制协同策略，全面分析发配一体化系统的各项成本和效益，确定最优的综合成本效益。

Description

含高渗透率分布式电源的发配一体化系统运营分析方法

技术领域

本发明涉及电力系统分析的技术领域，具体涉及含高渗透率分布式电源的发配一体化系统运营分析方法。

背景技术

分布式电源作为一种清洁高效的能源利用方式，是推动能源供给革命，推动非化石能源跨越式发展的一种重要手段，得到国家相关政策大力支持，已总体进入规模化发展阶段。与此同时，中发9号文将加快分布式电源发展作为七项重大任务之一，在近期改革推进中把分布式电源发展与增量配电放开紧密结合，允许增量配电投资运营分布式电源，形成发配一体化系统，将成为未来增量配电的一种重要运营模式，深刻影响分布式电源发展和电力体制改革推进。

我国分布式电源已总体进入规模化发展阶段，尤其是分布式光伏，2018年底已超过5000万千瓦。分布式电源接入配电网有利于降低输配电损耗、延缓电网投资、减少向上一级电网购电成本，但是，相对小规模接入方式下，高渗透率分布式电源接入电网也可能带来额外的电网改造成本和限电损失等。国内外针对分布式电源、基于分布式电源组成的综合能源系统/微电网的运营经济性开展了大量研究，取得了诸多成果。但是相关研究多数没有考虑系统内部有多个细分的投资主体，对各个主体的所有成本效益考虑不够全面，对高渗透率分布式电源接入引起的电网改造成本和电损失缺乏统筹考虑。因此，对发配一体化系统经济性分析需要对此进行综合考虑，可以为含高渗透率分布式电源的发配一体化系统规划运营优化提供依据。

有鉴于此，亟需提供一种适合高渗透率分布式电源接入条件的发配一体化系统运营经济性分析方法。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是提供了一种含高渗透率分布式电源的发配一体化系统运营分析方法，包括以下步骤：

S1、确定含分布式电源的配电网参数，构建分布式电源接入配电网的稳态潮流计算模型；

S2、逐个时间点进行稳态潮流计算，确定配电网在各个时间点上的节点电压和线路电流，根据给定的限电策略，确定限电电量；

S3、对整个时间段内的限电量进行累计，若电量累计超过给定指标，，确定电网改造方案，则转步骤S2，若电量累计未超标，则确定年度限电量、发电量、用户用电量及向上一级电网购电量；

S4、确定初投资成本、运行维护成本、向上一级电网购电成本、电网改造成本、发电补贴和售电收入收益；确定发配一体化系统的综合成本效益。

在上述方法中，所述配电网参数包括：选取典型配电网，确定网络接线方式，变压器额定容量、短路阻抗、空载损耗，线路型号、长度、阻抗，分布式电源接入点、容量和出力特性曲线，负荷大小、接入点和特性曲线。

在上述方法中，所述时间点t为24的整数倍。

在上述方法中，所述步骤S2包括以下步骤：

S21、计算当前时间点的稳态潮流；

S22、判断当前时间点上的节点电压和线路电流是否越限，若越限，则对当前时间点分布式电源进行限电；若未越限，则转步骤S23；

S23、判断t是否为预设值，若不等于，则令t＝t+1，并转S21；若等于，则转步骤S3。

在上述方法中，所述发配一体化系统的综合成本效益为：

C_CF＝B_t+B_s-C_g-C_om-C_buy-C_r (1)

式中：B_t为发电补贴收入；B_s为售电收入；C_g为系统初投资成本；C_om为维护成本；C_buy为购电成本；C_r为分布式电源接入引起的电网改造成本。

在上述方法中，所述初投资成本C_g为：

式中：C_netkw为配电网单位容量的平均建设成本；P_net为配电网的额定容量；为分布式电源i的单位装机容量成本；P_i为分布式电源i的装机容量；n为分布式电源的数量；

运行维护成本C_om为：

式中：为分布式电源i的单位容量维护成本；K_r为电网设备维护成本占改造成本的比例系数；

向上一级电网购电成本C_buy为：

发配一体化系统除了利用自身分布式电源所发电量，还需要向上一级电网购买电，以满足本地电力用户用电需求。按照目前增量配电管理办法来看，需要向上一级电网支付容量费用和电量费用。

C_buy＝C_netkwP_cap+E_buyP_buy (4)

式中：P_cap为配电网容量备用费价格；E_buy为向上一级电网购买的电量；P_buy为上一级电网购买电量的价格；

电网改造成本C_r为：

式中：为线路i的单位长度成本；L_i为线路i的长度；R_i表示线路i是否需要进行改造，如需改造则为1，不改造则为0；m为该网络中线路的数量；

发电补贴收入B_t为：

式中:EG_i,t为t时刻分布式电源i的实际发电量；PG_t为单位发电量补贴标准；

售电收入B_s为：

式中:E_i,t为t时刻电力用户i的用电量；PL_i,t为t时刻电力用户i的用电价格。

在上述方法中，所述限电策略包括：对越限线路上所有分布式电源按照给定的阶梯方式降出力运行，直至稳态潮流计算下的电压和电流满足国家标准规定要求；或

通过优化方法，在电压和电流满足国家标准规定要求下对所在线路的分布式电源进行出力优化。

在上述方法中，所述稳态潮流计算算法包括：

前推回代法、改进牛顿法、回路阻抗法或隐式Zbus高斯法。

本发明提出了一种含高渗透率分布式电源的发配一体化系统运营分析方法，考虑渗透率分布式电源接入引起的电网改造和限电控制协同策略，全面分析发配一体化系统的各项成本和效益，确定最优的综合成本效益，实现含高渗透率分布式电源的发配一体化系统优化运营。

附图说明

图1为本发明提供的流程图；

图2为本发明提供的具体流程图；

图3为本发明案例中村东变网络结构和适合安装光伏的位置示意图；

图4为本发明案例中村东北变网络结构和光伏接入位置示意图。

具体实施方式

本发明提出了一种适合高渗透率分布式电源接入条件的发配一体化系统运营经济性分析方法，全面考虑了发配一体化系统的各项成本和效益，并提出了高渗透率分布式电源接入引起的电网改造和限电损失的协同策略以及量化分析方法，确定最优的综合成本效益，实现发配一体化系统的优化运营。下面结合具体实施方式和说明书附图对本发明做出详细的说明。

本实施例中，发配一体化系统主要包括初投资成本、运行维护成本、向上一级电网购电成本、电网改造成本等成本，以及发电补贴、售电收入等收益。

如图1-2所示，本发明提供了一种含高渗透率分布式电源的发配一体化系统运营分析方法，包括以下步骤：

S1、确定含分布式电源的配电网参数；构建分布式电源接入配电网的稳态潮流计算模型；其中，

配电网参数包括：选取典型配电网，确定网络接线方式，变压器额定容量、短路阻抗、空载损耗，线路型号、长度、阻抗，分布式电源接入点、容量和出力特性曲线，负荷大小、接入点和特性曲线。

其中，分布式电源的出力特性曲线和负荷的特性曲线采用典型时间范围，包括但不限于典型日和典型年度,即时间点t＝1……24小时或者t＝1……96小时或者t＝1……8760小时等24的整数倍，本实施例基于年度8760小时分析发配一体化系统运行状态的经济性，即t＝1……8760小时。

本实施例，通过常用的配电网潮流分析软件构建分析模型，包括但不限于Digsilent、中稳、gridlab等配电网潮流分析软件。

S2、逐个时间点进行稳态潮流计算，根据配电网在各个时间点上的节点电压和线路电流，确定限电策略；具体包括以下步骤：

从第一个时间点开始进行稳态潮流计算，得到该时间点下配电网的稳态运行状态，主要包括每个节点的电压和每段线路的电流。

由于本实施例时间点为预设值，为24的倍数，因此从t＝1时开始进行步骤S2。包括以下步骤：

S21、计算当前时间点的稳态潮流；

S22、判断当前时间点上的节点电压和线路电流是否越限，若越限，则对当前时间点分布式电源进行限电；若未越限，则转步骤S23；

S23、判断t是否等于预设值，若不等于，则令t＝t+1，并转S21；若等于，则转步骤S3，如图2所示，本实施例设t＝8760年度时间进行稳态潮流计算。

本实施例中，稳态潮流计算算法包括多种：前推回代法、改进牛顿法、回路阻抗法和隐式Zbus高斯法。

另外，本实施例中判断节点电压和线路电流为判断当前节点电压和线路电流是否满足国家标准规定的供电电压要求以及线路输送能力。如果超过国家标准规定的电压要求或者线路允许的电流，则对分布式电源进行限电。

其中，对分布式电源限电措施包括多种方式，包括但不限于：一是对越限线路上所有分布式电源按照给定的阶梯方式降出力运行，例如每次降10％或者30％，直至稳态潮流计算下的电压和电流满足国家标准规定要求；二是通过优化方法，在电压和电流满足国家标准规定要求下对所在线路的分布式电源进行出力优化。

S3、对整个时间段内的限电量进行累计，若电量累计超过给定指标，则转步骤S2，则改变配电网参数，对电网进行改造，确定电网改造策略；若电量累计未超标，则确定年度限电量、发电量、用户用电量及向上一级电网购电量；

本实施例中，给定指标取弃电率(限电量占全年理论发电量的比例)为5％，电网的改造可为优先对电压或者电流超标比例最高的线路进行改造，包括但不限于扩大线路截面积、将架空线改成电缆等，目前常用的手段是扩大线路截面积。

S4、确定初投资成本、运行维护成本、向上一级电网购电成本、电网改造成本等成本，以及发电补贴、售电收入等收益；确定发配一体化系统的综合成本效益；具体如下：

本实施例，发配一体化系统主要包括初投资成本、运行维护成本、向上一级电网购电成本、电网改造成本等成本，以及发电补贴、售电收入等收益。高渗透率分布式电源接入下发配一体化系统的综合成本效益为：

C_CF＝B_t+B_s-C_g-C_om-C_buy-C_r (1)

式中：C_CF为发配一体化系统的综合成本效益，B_t为发电补贴收入；B_s为售电收入；C_g为系统初投资成本；C_om为维护成本；C_buy为购电成本；C_r为分布式电源接入引起的电网改造成本；其中，

本实施例中，考虑到各项成本效益与电网年度运行状态有关，因此本实施例中各项成本效益的计算均基于年度8760h网络运行状态。

(1)初投资成本C_g

发配一体化系统初投资成本主要包括分布式电源项目和配电网的初投资成本。分布式电源项目初投资成本主要包括组件、逆变器、接入系统等成本，以及屋顶支架、防漏处理等基建成本。配电网的初投资成本主要包括线路、变压器等一次设备和继电保护等二次设备的成本，以及建设成本。

分布式电源和配电网的初投资成本都可用装机或电网容量和单位容量成本之积表示。

式中：C_g为系统初投资成本；C_netkw为配电网单位容量的平均建设成本；P_net为配电网的额定容量；为分布式电源i的单位装机容量成本；P_i为分布式电源i的装机容量；n为分布式电源的数量。

(2)运行维护成本C_om

分布式电源和电网需要进行维护，将带来维护成本，通常按照投资成本的一定比例进行估算。

式中：C_om为维护成本；为分布式电源i的单位容量维护成本；K_r为电网设备维护成本占改造成本的比例系数。

(3)向上一级电网购电成本

发配一体化系统除了利用自身分布式电源所发电量，还需要向上一级电网购买电，以满足本地电力用户用电需求。按照目前增量配电管理办法来看，需要向上一级电网支付容量费用和电量费用。

C_buy＝C_netkwP_cap+E_buyP_buy (4)

式中：C_buy为购电成本；P_cap为配电网容量备用费价格；E_buy为向上一级电网购买的电量；P_buy为上一级电网购买电量的价格。

(4)高渗透率分布式电源接入引起的电网改造成本

高渗透率分布式电源接入可能带来电压越限、设备过载和短路电流超标等问题，需要对电网进行改造，产生电网改造成本。目前分布式电源主要是分布式可再生能源，因此主要考虑分布式可再生能源带来的影响，对于分布式天然气发电引起的短路电流超标问题暂不考虑，电网改造主要源于线路或者变压器改造。

式中：C_r为分布式电源接入引起的电网改造成本；为线路(或变压器)i的单位长度(或容量)成本；L_i为线路i的长度(或容量)；R_i表示线路i是否需要进行改造，如需改造则为1，不改造则为0；m为该网络中线路的数量。

本专利提出基于全年限电比例上限的电网改造判定策略及成本分析方法。具体思路为：以电压越限和电流过载为约束基于电网的连续8760小时潮流计算结果，将逐个小时的限电量进行计算，如果全年弃电率超过给定值(譬如，5％或10％)，则要求进行电网改造，确保弃电率控制在合理范围内。

(5)发电补贴收入B_t

分布式电源的补贴收入可以发电量和单位电量补贴标准之积表示。通常分布式电源可以完全发电，但是在高渗透率接入条件下，分布式电源可能出现限电情况，这部分限电量是无法拿到补贴的，因此，分布式电源补贴收入应基于8760小时分布式电源实际发电量数值。

式中:B_t为发电补贴收入；EG_i,t为t时刻分布式电源_i的实际发电量；PG_t为单位发电量补贴标准。

(6)售电收入B_s

发配一体化系统将分布式电源自发电量和向上一级电网购电量，销售给供电区域内的电力用户售电，获得收益。

式中:B_s为售电收入；EL_i,t为t时刻电力用户_i的用电量；PL_i,t为t时刻电力用户i的用电价格。

下面通过具体案例说明本实施例。

选取我国北方地区某农村作为案例进行研究，该村共有4台公用配变，主变容量为(3×100+200)kVA，居民160余户，其中102户适合安装光伏发电系统，村东变、村东北变、村内变和村南变可安装光伏的户数为33，24，42和3户。鉴于篇幅，给出村东变和村东北变的网络结构和适合安装光伏发电的位置，如图3-图4所示。

1、情景设置

拟在适合安装的102户屋顶上安装60个光伏发电系统，每个发电系统为3kW，优化目标是使得整体的成本和效益最优。

考虑到接入位置、容量、电网改造和限电策略的差异，初步提出如下典型情景。其中，考虑到村南变可安装数量较少，仅为3户，即使全部安装也不会造成村南变电压越限，因此在规划情景设置中默认村南变适合安装光伏的3户优先安装。

情景1：分布式光伏发电优先接入村东北变、村南变和村内变的位置，剩余光伏发电接入村东变。

情景2：分布式光伏发电优先接入村东变、村南变和村内变的位置，剩余光伏发电接入村东北变。

情景3：分布式光伏发电优先接入村东变、村东北变和村南变的位置，剩余光伏发电接入村内变。

情景4：结合上述多种情景下的分析结果，给出分散优化接入4台配变的情景，尽可能使得接入光伏后各配变不出现电压越限、电流超标的情况。

7.3典型情景下的经济性分析

对该村多种情景进行了技术经济性分析，得出结果如表2所示。表2中数据均为年化值，单位是万元。

表2、不同规划情景下的成本效益(万元)

综合上述研究结果，得出如下结论：

(1)实施发配一体的综合经济性要比单纯配电的收益要高，通过分布式电源建设，可以获得补贴收入、减少购电成本和输配电损耗。

(2)分布式光伏发电优化布局对综合经济性具有较大影响，实际实施中需要重点关注。不同规划情景下年化综合经济性最多相差近50％。情景4中分布式光伏发电分散接入全村4台变压器，和电网、负荷优化匹配，使得综合成本效益最好。

(3)在限电比例不大的情况下不需进行电网改造，有利于提高综合经济性。

本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人应该得知在本发明的启示下作出的结构变化，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.含高渗透率分布式电源的发配一体化系统运营分析方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、确定含分布式电源的配电网参数，构建分布式电源接入配电网的稳态潮流计算模型；

S2、逐个时间点进行稳态潮流计算，确定配电网在各个时间点上的节点电压和线路电流，根据给定限电策略，确定限电电量；

S3、对整个时间段内的限电量进行累计，若电量累计超过给定指标，确定电网改造策略，则转步骤S2，若电量累计未超标，则确定年度限电量、发电量、用户用电量及向上一级电网购电量；

S4、确定初投资成本、运行维护成本、向上一级电网购电成本、电网改造成本、发电补贴和售电收入收益；确定发配一体化系统的综合成本效益。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述配电网参数包括：选取典型配电网，确定网络接线方式，变压器额定容量、短路阻抗、空载损耗，线路型号、长度、阻抗，分布式电源接入点、容量和出力特性曲线，负荷大小、接入点和特性曲线。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述时间点t为24的整数倍。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤S2包括以下步骤：

S21、计算当前时间点的稳态潮流；

S22、判断当前时间点上的节点电压和线路电流是否越限，若越限，则对当前时间点分布式电源进行限电；若未越限，则转步骤S23；

S23、判断t是否为预设值，若不等于，则令t＝t+1，并转S21；若等于，则转步骤S3。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述发配一体化系统的综合成本效益为：

C_CF＝B_t+B_s-C_g-C_om-C_buy-C_r (1)

式中：B_t为发电补贴收入；B_s为售电收入；C_g为系统初投资成本；C_om为维护成本；C_buy为购电成本；C_r为分布式电源接入引起的电网改造成本。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述初投资成本C_g为：

式中：C_netkw为配电网单位容量的平均建设成本；P_net为配电网的额定容量；为分布式电源i的单位装机容量成本；P_i为分布式电源i的装机容量；n为分布式电源的数量；

运行维护成本C_om为：

式中：为分布式电源i的单位容量维护成本；K_r为电网设备维护成本占改造成本的比例系数；

向上一级电网购电成本C_buy为：

发配一体化系统除了利用自身分布式电源所发电量，还需要向上一级电网购买电，以满足本地电力用户用电需求。按照目前增量配电管理办法来看，需要向上一级电网支付容量费用和电量费用。

C_buy＝C_netkwP_cap+E_buyP_buy (4)

式中：P_cap为配电网容量备用费价格；E_buy为向上一级电网购买的电量；P_buy为上一级电网购买电量的价格；

电网改造成本C_r为：

式中：为线路i的单位长度成本；L_i为线路i的长度；R_i表示线路i是否需要进行改造，如需改造则为1，不改造则为0；m为该网络中线路的数量；

发电补贴收入B_t为：

式中:EG_i,t为t时刻分布式电源i的实际发电量；PG_t为单位发电量补贴标准；

售电收入B_s为：

式中:EL_i,t为t时刻电力用户i的用电量；PL_i,t为t时刻电力用户i的用电价格。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述限电策略包括：对越限线路上所有分布式电源按照给定的阶梯方式降出力运行，直至稳态潮流计算下的电压和电流满足国家标准规定要求；或

通过优化方法，在电压和电流满足国家标准规定要求下对所在线路的分布式电源进行出力优化。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述稳态潮流计算算法包括：

前推回代法、改进牛顿法、回路阻抗法或隐式Zbus高斯法。