CN110365049A - 一种有源配电系统馈线灵活性的静态量化分析方法 - Google Patents

Abstract

一种有源配电系统馈线灵活性的静态量化分析方法，包括：输入选定的辐射状运行的有源配电系统结构及参数；进行潮流计算获得配电网的当前运行状态；考虑馈线中装设有可控资源的节点，针对所述的节点建立基于节点功率模型的节点灵活性的量化表示；考虑配电网络的拓扑连接关系，建立馈线灵活性传导模型；求解得到各节点可控资源的运行策略的集合；计算得到量化的馈线运行灵活性。本发明充分发挥可控资源的调控作用，适应分布式电源的高渗透率接入，综合考虑节点灵活性量化方法、灵活性传导过程、馈线灵活性量化方法，得到有源配电系统馈线灵活性的评价方法。

Description

一种有源配电系统馈线灵活性的静态量化分析方法

技术领域

本发明涉及一种馈线灵活性的量化分析方法。特别是涉及一种有源配电系统馈线灵活性的静态量化分析方法。

背景技术

随着分布式电源(Distributed Generators,DGs)广泛地接入配电系统中，配电系统已逐渐转变为收集、传输、存储、分配功能为一体的有源配电系统。在有源配电系统中，用户侧多样化的负荷需求和分布式电源的高渗透率接入，使配电系统中的能量的流动进一步复杂。在实际运行中，为应对种类繁多的运行需求和运行场景，有源配电系统必须具有协调灵活资源、调节运行状态的能力，即灵活性。

灵活性的基础是节点上的可控资源，传统的可控资源多为离散调节，调节精度较低且动作成本大，在灵活性方面的潜力较小；随着电力电子设备的发展，可控资源逐渐具有连续调节的能力，且具有较低的动作成本。电动汽车、储能系统、静止无功补偿器等新型可控资源为节点灵活性提供了巨大的潜力。但由于现有配电技术理念和方法的局限性，实现对多样化可控资源的有效统筹分析仍较为困难。将节点处各种可控资源纳入到统一的分析框架之下，充分发挥有源配电网的节点灵活性潜力，具有非常重要的现实意义。

配电系统中的各节点通过物理网络进行耦合，节点的灵活性组成了馈线的灵活性。但受制于物理网络的传输能力限制和配电系统安全运行的要求，节点处可控资源的运行策略受到限制，节点灵活性并不能完全转化为馈线的灵活性。分析馈线灵活性的多种影响因素，亟待研究。

针对不同运行场景和多样化的运行需求，国内外已经广泛开展了灵活性量化分析的相关研究，并针对不同的运行场景给出了一系列灵活性评价方法。目前现有的灵活性量化分析方法虽然都在一定程度上反映了电力系统调节可控资源的能力，但各方法在应用场景和评价方法等方面均有所不同。应用场景方面主要针对供需不平衡的场景对灵活性进行量化分析，对处于灵活运行状态的馈线，灵活性的量化分析研究仍处于初级阶段；评价方法方面，现有评价方法主要采用灵活性不足指标描述配电系统的供需不平衡程度，缺少面向灵活运行的馈线灵活性评价手段。因此，亟需一种面向灵活、高效、安全运行配电系统的馈线灵活性量化分析方法，用以解决分布式电源高渗透率接入下有源配电系统的馈线灵活性量化问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种充分发挥可控资源的调控作用，适应分布式电源的高渗透率接入的有源配电系统馈线灵活性的静态量化分析方法。

本发明所采用的技术方案是：一种有源配电系统馈线灵活性的静态量化分析方法，包括如下步骤：

1)根据选定的辐射状运行的有源配电系统，输入如下参数：线路参数、负荷水平、网络拓扑连接关系，系统节点电压安全范围和支路电流限制，分布式电源的接入位置和容量，可控资源的接入位置、容量及参数；

2)依据步骤1)提供的配电系统结构及参数进行潮流计算，获得配电网的当前运行状态；

3)依据步骤2)得到的配电系统当前运行状态，进一步考虑馈线中装设有可控资源的节点，针对所述的节点建立基于节点功率模型的节点灵活性的量化表示；

4)依据步骤3)得到的节点灵活性的量化表示，考虑配电网络的拓扑连接关系，建立馈线灵活性传导模型；

5)通过蒙特卡洛模拟法对步骤4)得到的馈线灵活性传导模型进行求解，得到各节点可控资源的运行策略的集合；

6)依据步骤5)得到的各节点可控资源运行策略的集合，计算得到量化的馈线运行灵活性。

本发明的一种有源配电系统馈线灵活性的静态量化分析方法，立足于解决有源配电系统馈线灵活性量化问题，充分发挥可控资源的调控作用，适应分布式电源的高渗透率接入，综合考虑节点灵活性量化方法、灵活性传导过程、馈线灵活性量化方法，建立考虑分布式电源高渗透率的有源配电系统馈线灵活性的量化分析模型，得到有源配电系统馈线灵活性的评价方法。

附图说明

图1是本发明有源配电系统馈线灵活性的静态量化分析方法的流程图；

图2是单条馈线算例结构示意图；

图3是馈线运行灵活性的图形化展示图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明的一种有源配电系统馈线灵活性的静态量化分析方法做出详细说明。

如图1所示，本发明的一种有源配电系统馈线灵活性的静态量化分析方法，包括如下步骤：

1)根据选定的辐射状运行的有源配电系统，输入如下参数：线路参数、负荷水平、网络拓扑连接关系，系统节点电压安全范围和支路电流限制，分布式电源的接入位置和容量，可控资源的接入位置、容量及参数；

2)依据步骤1)提供的配电系统结构及参数进行潮流计算，获得配电网的当前运行状态；

3)依据步骤2)得到的配电系统当前运行状态，进一步考虑馈线中装设有可控资源的节点，针对所述的节点建立基于节点功率模型的节点灵活性的量化表示；

所述的基于节点功率模型的节点灵活性的量化表示为如下形式：

式中，为注入节点i的有功功率总量，为注入节点i的不可调度的有功功率，包括有功负荷和不可控分布式电源有功出力的代数和，为注入节点i的可控资源的有功功率，为注入节点i的无功功率总量，为注入节点i的不可调度的无功功率，包括无功负荷和不可控分布式电源无功出力的代数和，为注入节点i的可控资源的无功功率；为注入节点i的可控资源的有功功率最小值，为注入节点i的可控资源的有功功率最大值，为注入节点i的可控资源的无功功率最小值，为注入节点i的可控资源的无功功率最大。

4)依据步骤3)得到的节点灵活性的量化表示，考虑配电网络的拓扑连接关系，建立馈线灵活性传导模型；

所述的馈线灵活性传导模型为满足如下约束的节点可控资源运行策略可行解的集合，具体表示如下：

式中，Φ_k表示节点k可控资源运行策略可行解的集合，为注入节点k的可控资源的有功功率，为注入节点k的可控资源的无功功率，为注入节点k的可控资源的有功功率最小值，为注入节点k的可控资源的有功功率最大值，为注入节点k的可控资源的无功功率最小值，为注入节点k的可控资源的无功功率最大值，表示支路ij的初始有功功率，β(j)表示节点j及节点j子节点的集合，包括节点j下游支路所经过的节点以及节点j本身，即 表示节点i到源节点之间的唯一路径，表示支路ij的初始有功功率，表示配电系统中所有节点的集合，表示支路ij的初始无功功率，表示支路ij的传输容量上限，表示节点k的初始电压幅值的平方，v表示节点电压允许的最小值，R_kj表示节点k到源节点的唯一路径与节点j到源节点的唯一路径的公共支路的电阻，X_kj表示节点k到源节点的唯一路径与节点j到源节点的唯一路径的公共支路的电抗，表示节点电压允许的最大值；

每段线路传输有功功率与各个节点注入的有功功率的关联约束；每段线路传输无功功率与各个节点注入的无功功率的关联约束；各节点电压与各个节点注入的有功功率和无功功率的关联约束；系统安全运行约束，包括支路容量约束和节点电压约束，具体如下：

式中，P_ij表示支路ij上传输的有功功率，为注入节点k的有功功率总量，Q_ij表示支路ij上传输的无功功率，为注入节点k的无功功率总量，v_i表示节点i的电压平方值，v₀表示源节点的电压平方值，R_ij表示节点i到源节点的唯一路径与节点j到源节点的唯一路径的公共支路的电阻，X_ij表示节点i到源节点的唯一路径与节点j到源节点的唯一路径的公共支路的电抗。

5)通过蒙特卡洛模拟法对步骤4)得到的馈线灵活性传导模型进行求解，得到各节点可控资源的运行策略的集合；

6)依据步骤5)得到的各节点可控资源运行策略的集合，计算得到量化的馈线运行灵活性。所述的量化的馈线运行灵活性，由下式进行计算：

式中，P^flex表示馈线内有功功率总的可调节范围，表示配电系统中所有节点的集合，为注入节点i的可控资源的有功功率，Q^flex表示馈线内无功功率总的可调节范围，为注入节点i的可控资源的无功功率。

下面给出具体实施例：

对于本实施例，首先选择一条处于辐射状运行的馈线，节点编号为1至13，输入线路元件的阻抗值，负荷元件的有功功率、无功功率，网络拓扑连接关系，算例结构如图2所示，详细参数见表1和表2；设置两个可控资源接入点，可控资源的类型、位置及功率见表3；在节点7、9、11、13接入4组分布式电源，容量均为0.4MVA；线路传输容量上限设置为2.5MVA，节点电压最小值设置为0.95p.u.，节点电压最大值设置为1.05p.u.。

通过蒙特卡洛模拟法量化分析有源配电系统的馈线灵活性，为保证计算精度和计算速度，蒙特卡洛模拟法的抽样数目设定为10⁶。测试结果见表4、图3。

执行优化计算的计算机硬件环境为Intel(R)Xeon(R)CPU E5-1620，主频为3.70GHz，内存为32GB；软件环境为Windows 10操作系统。

通过所提出的静态量化分析方法，能够量化分析有源配电系统的馈线运行灵活性。从表4中可以看出，选定的有源配电系统的馈线灵活性为5.6319MVA。图3为馈线运行灵活性的图形化展示。

表1 IEEE 33节点单条馈线算例负荷接入位置及功率

表2 IEEE33节点单条馈线算例线路参数

表3可控资源配置情况

位置	可控资源类型	容量
			10	储能系统	3MVA
11	静止无功补偿器	1Mvar

表4测试结果

馈线节点	馈线运行灵活性(MVA)
		1-13	5.6319

Claims (4)

1.一种有源配电系统馈线灵活性的静态量化分析方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)根据选定的辐射状运行的有源配电系统，输入如下参数：线路参数、负荷水平、网络拓扑连接关系，系统节点电压安全范围和支路电流限制，分布式电源的接入位置和容量，可控资源的接入位置、容量及参数；

2)依据步骤1)提供的配电系统结构及参数进行潮流计算，获得配电网的当前运行状态；

3)依据步骤2)得到的配电系统当前运行状态，进一步考虑馈线中装设有可控资源的节点，针对所述的节点建立基于节点功率模型的节点灵活性的量化表示；

4)依据步骤3)得到的节点灵活性的量化表示，考虑配电网络的拓扑连接关系，建立馈线灵活性传导模型；

5)通过蒙特卡洛模拟法对步骤4)得到的馈线灵活性传导模型进行求解，得到各节点可控资源的运行策略的集合；

6)依据步骤5)得到的各节点可控资源运行策略的集合，计算得到量化的馈线运行灵活性。

2.根据权利要求1所述的一种有源配电系统馈线灵活性的静态量化分析方法，其特征在于，步骤3)所述的基于节点功率模型的节点灵活性的量化表示为如下形式：

式中，为注入节点i的有功功率总量，为注入节点i的不可调度的有功功率，包括有功负荷和不可控分布式电源有功出力的代数和，为注入节点i的可控资源的有功功率，为注入节点i的无功功率总量，为注入节点i的不可调度的无功功率，包括无功负荷和不可控分布式电源无功出力的代数和，为注入节点i的可控资源的无功功率；为注入节点i的可控资源的有功功率最小值，为注入节点i的可控资源的有功功率最大值，为注入节点i的可控资源的无功功率最小值，为注入节点i的可控资源的无功功率最大值。

3.根据权利要求1所述的一种有源配电系统馈线灵活性的静态量化分析方法，其特征在于，步骤4)所述的馈线灵活性传导模型为满足如下约束的节点可控资源运行策略可行解的集合，具体表示如下：

式中，Φ_k表示节点k可控资源运行策略可行解的集合，为注入节点k的可控资源的有功功率，为注入节点k的可控资源的无功功率，为注入节点k的可控资源的有功功率最小值，为注入节点k的可控资源的有功功率最大值，为注入节点k的可控资源的无功功率最小值，为注入节点k的可控资源的无功功率最大值，表示支路ij的初始有功功率，β(j)表示节点j及节点j子节点的集合，包括节点j下游支路所经过的节点以及节点j本身，即 表示节点i到源节点之间的唯一路径，表示支路ij的初始有功功率，表示配电系统中所有节点的集合，表示支路ij的初始无功功率，表示支路ij的传输容量上限，表示节点k的初始电压幅值的平方，v表示节点电压允许的最小值，R_kj表示节点k到源节点的唯一路径与节点j到源节点的唯一路径的公共支路的电阻，X_kj表示节点k到源节点的唯一路径与节点j到源节点的唯一路径的公共支路的电抗，表示节点电压允许的最大值；

每段线路传输有功功率与各个节点注入的有功功率的关联约束；每段线路传输无功功率与各个节点注入的无功功率的关联约束；各节点电压与各个节点注入的有功功率和无功功率的关联约束；系统安全运行约束，包括支路容量约束和节点电压约束，具体如下：

式中，P_ij表示支路ij上传输的有功功率，为注入节点k的有功功率总量，Q_ij表示支路ij上传输的无功功率，为注入节点k的无功功率总量，v_i表示节点i的电压平方值，v₀表示源节点的电压平方值，R_ij表示节点i到源节点的唯一路径与节点j到源节点的唯一路径的公共支路的电阻，X_ij表示节点i到源节点的唯一路径与节点j到源节点的唯一路径的公共支路的电抗。

4.根据权利要求1所述的一种有源配电系统馈线灵活性的静态量化分析方法，其特征在于，步骤6)所述的量化的馈线运行灵活性，由下式进行计算：

式中，P^flex表示馈线内有功功率总的可调节范围，表示配电系统中所有节点的集合，为注入节点i的可控资源的有功功率，Q^flex表示馈线内无功功率总的可调节范围，为注入节点i的可控资源的无功功率。