CN110391656A - 一种分布式电源渗透率计算方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种分布式电源渗透率计算方法及装置，包括：利用中压馈线首端节点至中压馈线末端节点的距离与中压馈线末端节点至中压馈线除末端外任意节点的距离的差值，确定分布式电源接在中压馈线末端导致电压畸变率最大的适用条件；若所述差值满足所述适用条件，则根据试探渗透率的迭代更新确定中压馈线对分布式电源的渗透率。本发明提供的技术方案提出了以中压馈线末端电压畸变率为制约因素时分布式电源渗透率的计算方法，为考虑电压畸变率制约下的分布式电源接纳能力计算提供了理论依据，大大降低了计算难度。

Description

一种分布式电源渗透率计算方法及装置

技术领域

本发明涉及电力系统运行分析技术领域，具体涉及一种分布式电源渗透率计算方法及装置。

背景技术

利用可再生能源的分布式发电技术是解决日益严重的能源和环境问题的有效手段。分布式发电(Distributed Generation，简称DG)是指功率在几十千瓦到几十兆瓦范围内，分布在负荷附近的清洁环保的，经济、高效、可靠的发电方式。近年来在国家政策大力扶持下，配电网中DG并网规模不断增大，但是DG不同于传统的同步电机，不同的气候变化和地理位置对其的运行状态都会造成很大的影响，同时也给大型配电网的安全稳定和电能质量带来不利影响，导致DG接纳能力受到制约。

DG可分为以下三种，高频交流电源、直流电源和工频交流电源。第一种需要经过整流逆变才能接入电网，第二种需要逆变后才能并网，由此可见逆变型DG所占的比重较大。逆变型DG并网引起了大量谐波注入，若要保证满足配网对谐波的限值要求，则必将制约DG并网规模。分析DG容量或出力对电压畸变的作用规律，计算DG准入渗透率，是合理规划DG并网、保证配网安全稳定运行的技术保障。

配网的结构和线路参数、DG的位置和容量、逆变器的谐波输出含量等因素共同作用下造成了电网谐波状态，因此谐波限值影响下含DG配网的运行分析问题是个多维变量耦合问题，现有分析计算研究可分为两类：优化方法和仿真计算方法。优化方法利用优化搜索解决多变量耦合问题，主要以DG最大渗透率为优化目标，仿真方法通过不同场景设置和场景遍历解决多变量耦合问题。这两种方法缺少必要的理论推导，导致计算过程和电网结构、线路参数关系紧密，计算时间长，且原理不明晰。

发明内容

为了解决电压畸变率为制约因素下配电网中压馈线对DG接纳能力计算方法问题，本发明提出一种分布式电源渗透率计算方法及装置。通过本方法，提出配电网中压馈线DG全部接入末端时电压畸变率最大、DG接纳能力最小的适用条件和简化计算方法，并针对满足适用条件的场景提出了基于试探寻优法的渗透率计算方法，方法简单可靠，有助于合理规划分布式电源的入网，保障大型配电网的安全稳定运行。

本发明提供的一种分布式电源渗透率计算方法，其改进之处在于，包括：

利用中压馈线首端节点至中压馈线末端节点的距离与中压馈线末端节点至中压馈线除末端外任意节点的距离的差值，确定分布式电源接在中压馈线末端导致电压畸变率最大的适用条件；

若所述差值满足所述适用条件，则根据试探渗透率的迭代更新确定中压馈线对分布式电源的渗透率。

优选的，所述利用中压馈线首端节点至中压馈线末端节点的距离与中压馈线末端节点至中压馈线除末端外任意节点的距离的差值，确定分布式电源接在中压馈线末端导致电压畸变率最大的适用条件，包括：

判断中压馈线是否存在反向潮流，若是，则按下式确定分布式电源接在中压馈线末端导致电压畸变率最大的适用条件：

上式中，l_a0和l_ab分别为中压馈线首端节点0至中压馈线末端节点a的距离、以及中压馈线末端节点a至中压馈线除首端节点和末端节点外任意节点b的距离，α为中压馈线的比例因子；

若中压馈线不存在反向潮流，则分布式电源接在中压馈线末端导致电压畸变率最大的适用条件为空。

进一步的，按下式确定中压馈线的比例因子：

上式中，为分布式电源第1次的注入电流，为中压馈线末端节点a的负荷电流，为单位长度线路阻抗，为中压馈线除首端节点和末端节点外任意节点b的基波电压。

优选的，所述根据试探渗透率的迭代更新确定中压馈线对分布式电源的渗透率，包括：

a.设定电压畸变率限值THD_Vmax、分布式电源可行渗透率T_k、不可行渗透率T_p、试探渗透率T和试探阈值K；

b.若中压馈线末端电压畸变率THD_Va小于等于电压畸变率限值THD_Vmax，则按下式设置可行渗透率T_k：T_k＝T；

若中压馈线末端电压畸变率THD_Va大于电压畸变率限值THD_Vmax，则按下式设置不可行渗透率T_p：T_p＝T；

c.按下式确定所述试探渗透率的更新值T'：

d.若T'-T≤K，则试探渗透率寻优结束，输出所述试探渗透率的更新值T'；若T'-T＞K，则设置T＝T'，返回步骤b。

一种分布式电源渗透率计算装置，其改进之处在于，包括：

第一确定模块，用于利用中压馈线首端节点至中压馈线末端节点的距离与中压馈线末端节点至中压馈线除末端外任意节点的距离的差值确定分布式电源接在中压馈线末端导致电压畸变率最大的适用条件；

第二确定模块，用于根据试探渗透率的迭代更新确定中压馈线对分布式电源的渗透率。

优选的，所述第一确定模块，包括：

第一判断单元，用于判断中压馈线是否存在反向潮流，若是，则计算分布式电源接在中压馈线末端导致电压畸变率最大的适用条件，若否，则分布式电源接在中压馈线末端导致电压畸变率最大的适用条件为空；

第一计算单元，用于在中压馈线存在反向潮流的情况下，按下式确定分布式电源接在中压馈线末端导致电压畸变率最大的适用条件：

上式中，l_a0和l_ab分别为中压馈线首端节点0至中压馈线末端节点a的距离、以及中压馈线末端节点a至中压馈线除首端节点和末端节点外任意节点b的距离，α为中压馈线的比例因子。

进一步的，所述中压馈线的比例因子α按下式计算：

上式中，为分布式电源第1次的注入电流，为中压馈线末端节点a的负荷电流，为单位长度线路阻抗，为中压馈线除首端节点和末端节点外任意节点b的基波电压。

优选的，所述第二确定模块，包括：

初始化设置单元，用于设定电压畸变率限值THD_Vmax、分布式电源可行渗透率T_k、不可行渗透率T_p、试探渗透率T和试探阈值K；

第二判断单元，用于判断若中压馈线末端电压畸变率THD_Va小于等于电压畸变率限值THD_Vmax，则按下式设置可行渗透率T_k：T_k＝T；若中压馈线末端电压畸变率THD_Va大于电压畸变率限值THD_Vmax，则按下式设置不可行渗透率T_p：T_p＝T；

第二计算单元，用于按下式计算所述试探渗透率的更新值T'：

第三判断单元，用于判断若T'-T≤K，则试探渗透率寻优结束，输出所述试探渗透率的更新值T'；若T'-T＞K，则设置T＝T'，重新执行第二判断单元。

进一步的，所述中压馈线末端电压畸变率THD_Va按下式计算：

上式中，Ω_h为谐波频次集合，为中压馈线末端节点a处的k次谐波电压，k为谐波频次，为中压馈线末端节点a处的基波电压。

与最接近的现有技术比，本发明提供的技术方案具有以下优异效果：

本发明提供了一种分布式电源渗透率计算方法及装置，从理论推导的角度，探索以电压畸变率为制约因素下配电网中压馈线对分布式电源渗透率的分析计算方法。本申请提出了配电网中压馈线分布式电源全部接入末端时电压畸变率最大、分布式电源接纳能力最小的适用条件和简化计算方法，并针对满足适用条件的场景提出了基于试探寻优法的分布式电源渗透率计算方法，为考虑电压畸变率为制约因素的分布式电源接纳能力计算提供了理论依据，不仅大大降低了计算难度，而且有助于保证配电网运行的安全可靠性。

附图说明

图1为本发明提供的分布式电源渗透率计算方法的流程图；

图2为本发明实施例中含DG的配网中压馈线示意图；

图3为本发明实施例中中压馈线对分布式电源接纳能力计算流程。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式作进一步详细说明。

实施例一

本发明实施例提出一种分布式电源渗透率计算方法，流程图如图1所示，包括以下步骤：

利用中压馈线首端节点至中压馈线末端节点的距离与中压馈线末端节点至中压馈线除末端外任意节点的距离的差值，确定分布式电源接在中压馈线末端导致电压畸变率最大的适用条件；

若所述差值满足所述适用条件，则根据试探渗透率的迭代更新确定中压馈线对分布式电源的渗透率。

分布式电源接入配网中压馈线末端如图2所示。

当计算分布式电源接在中压馈线末端导致电压畸变率最大的适用条件时，首先判断中压馈线是否存在反向潮流，若是，则进行以下计算分析，包括：

k次谐波电流在节点a处产生的k次谐波电压为：

上式中，k为谐波频次，0为中压馈线首节点，a为中压馈线末端节点，为DG注入的第k次电流，为节点a处的k次电压，为线路a到0之间的第k次阻抗。

线路节点a的电压畸变率可表示为：

上式中，Ω_h为谐波频次集合，为节点a处电压畸变率。

线路谐波电压可视为延着远离DG的方向按线路比例降低，即存在：

上式中，b为中压馈线非末端和首端的任一节点，为节点b处的k次电压，为线路a到b之间的第k次阻抗。

由于线路参数一致，则阻抗比值可用线路长度比值表示：

上式中，l_a0为线路首端到a点的线路长度，l_b0为首端到b点的线路长度，l_ab为a点到b点之间的线路长度。

线路节点b处的电压畸变率为：

上式中，为节点b处的基波电压。

b处的基波电压表示为：

上式中，为a点负荷电流，为为单位长度线路阻抗。

根据不等式公式，式(6)可推导为：

结合式(5)和式(6)可推导得到：

由式(8)可知，若存在则：

即

若中压馈线不存在反向潮流，则分布式电源接在中压馈线末端导致电压畸变率最大的适用条件为空。

根据试探渗透率的迭代更新确定中压馈线对分布式电源的渗透率，包括以下步骤：

a.根据分布式电源和负荷全部接入中压馈线末端的情况，依据电压等级设定电压畸变率限值THD_Vmax，依据具体算例设定分布式电源可行渗透率T_k、不可行渗透率T_p、试探渗透率T和试探阈值K；

b.若中压馈线末端电压畸变率THD_Va小于等于电压畸变率限值THD_Vmax，则按下式设置可行渗透率T_k：T_k＝T；

若中压馈线末端电压畸变率THD_Va大于电压畸变率限值THD_Vmax，则按下式设置不可行渗透率T_p：T_p＝T；

c.按下式确定所述试探渗透率的更新值T'：

d.若T'-T≤K，则试探渗透率寻优结束，输出所述试探渗透率的更新值T'；若T'-T＞K，则设置T＝T'，返回步骤b。

具体计算流程如图3所示。

实施例二

本发明实施例还提出一种分布式电源渗透率计算装置，包括：

第一确定模块，用于利用中压馈线首端节点至中压馈线末端节点的距离与中压馈线末端节点至中压馈线除末端外任意节点的距离的差值确定分布式电源接在中压馈线末端导致电压畸变率最大的适用条件；

第二确定模块，用于根据试探渗透率的迭代更新确定中压馈线对分布式电源的渗透率。

具体的，所述第一确定模块，包括：

第一判断单元，用于判断中压馈线是否存在反向潮流，若是，则计算分布式电源接在中压馈线末端导致电压畸变率最大的适用条件，若否，则分布式电源接在中压馈线末端导致电压畸变率最大的适用条件为空；

第一计算单元，用于在中压馈线存在反向潮流的情况下，按下式确定分布式电源接在中压馈线末端导致电压畸变率最大的适用条件：

上式中，l_a0和l_ab分别为中压馈线首端节点0至中压馈线末端节点a的距离、以及中压馈线末端节点a至中压馈线除首端节点和末端节点外任意节点b的距离，α为中压馈线的比例因子。

其中，所述中压馈线的比例因子α按下式计算：

上式中，为分布式电源第1次的注入电流，为中压馈线末端节点a的负荷电流，为单位长度线路阻抗，为中压馈线除首端节点和末端节点外任意节点b的基波电压。

具体的，所述第二确定模块，包括：

初始化设置单元，用于根据分布式电源和负荷全部接入中压馈线末端的情况，设定电压畸变率限值THD_Vmax、分布式电源可行渗透率T_k、不可行渗透率T_p、试探渗透率T和试探阈值K；

第二判断单元，用于判断若中压馈线末端电压畸变率THD_Va小于等于电压畸变率限值THD_Vmax，则按下式设置可行渗透率T_k：T_k＝T；若中压馈线末端电压畸变率THD_Va大于电压畸变率限值THD_Vmax，则按下式设置不可行渗透率T_p：T_p＝T；

第二计算单元，用于按下式计算所述试探渗透率的更新值T'：

第三判断单元，用于判断若T'-T≤K，则试探渗透率寻优结束，输出所述试探渗透率的更新值T'；若T'-T＞K，则设置T＝T'，重新执行第二判断单元。

其中，中压馈线末端电压畸变率THD_Va按下式计算：

上式中，Ω_h为谐波频次集合，为中压馈线末端节点a处的k次谐波电压，k为谐波频次，为中压馈线末端节点a处的基波电压。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种分布式电源渗透率计算方法，其特征在于，所述方法包括：

利用中压馈线首端节点至中压馈线末端节点的距离与中压馈线末端节点至中压馈线除末端外任意节点的距离的差值，确定分布式电源接在中压馈线末端导致电压畸变率最大的适用条件；

若所述差值满足所述适用条件，则根据试探渗透率的迭代更新确定中压馈线对分布式电源的渗透率。

2.如权利要求1所述的分布式电源渗透率计算方法，其特征在于，所述利用中压馈线首端节点至中压馈线末端节点的距离与中压馈线末端节点至中压馈线除末端外任意节点的距离的差值确定分布式电源接在中压馈线末端导致电压畸变率最大的适用条件，包括：

判断中压馈线是否存在反向潮流，若是，则按下式确定分布式电源接在中压馈线末端导致电压畸变率最大的适用条件：

上式中，l_a0和l_ab分别为中压馈线首端节点0至中压馈线末端节点a的距离、以及中压馈线末端节点a至中压馈线除首端节点和末端节点外任意节点b的距离，α为中压馈线的比例因子；

若中压馈线不存在反向潮流，则分布式电源接在中压馈线末端导致电压畸变率最大的适用条件为空。

3.如权利要求2所述的分布式电源渗透率计算方法，其特征在于，按下式确定中压馈线的比例因子α：

上式中，为分布式电源第1次的注入电流，为中压馈线末端节点a的负荷电流，为单位长度线路阻抗，为中压馈线除首端节点和末端节点外任意节点b的基波电压。

4.如权利要求1所述的分布式电源渗透率计算方法，其特征在于，所述根据试探渗透率的迭代更新确定中压馈线对分布式电源的渗透率，包括：

a.设定电压畸变率限值THD_Vmax、分布式电源可行渗透率T_k、不可行渗透率T_p、试探渗透率T和试探阈值K；

b.若中压馈线末端电压畸变率THD_Va小于等于电压畸变率限值THD_Vmax，则按下式设置可行渗透率T_k：T_k＝T；

若中压馈线末端电压畸变率THD_Va大于电压畸变率限值THD_Vmax，则按下式设置不可行渗透率T_p：T_p＝T；

c.按下式确定所述试探渗透率的更新值T'：

d.若T'-T≤K，则试探渗透率寻优结束，输出所述试探渗透率的更新值T'；若T'-T＞K，则设置T＝T'，返回步骤b。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述中压馈线末端电压畸变率THD_Va按下式计算：

上式中，Ω_h为谐波频次集合，为中压馈线末端节点a处的k次谐波电压，k为谐波频次，为中压馈线末端节点a处的基波电压。

6.一种分布式电源渗透率计算装置，其特征在于，所述装置包括：

第一确定模块，用于利用中压馈线首端节点至中压馈线末端节点的距离与中压馈线末端节点至中压馈线除末端外任意节点的距离的差值确定分布式电源接在中压馈线末端导致电压畸变率最大的适用条件；

第二确定模块，用于根据试探渗透率的迭代更新确定中压馈线对分布式电源的渗透率。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第一确定模块，包括：

第一判断单元，用于判断中压馈线是否存在反向潮流，若是，则计算分布式电源接在中压馈线末端导致电压畸变率最大的适用条件，若否，则分布式电源接在中压馈线末端导致电压畸变率最大的适用条件为空；

第一计算单元，用于在中压馈线存在反向潮流的情况下，按下式确定分布式电源接在中压馈线末端导致电压畸变率最大的适用条件：

上式中，l_a0和l_ab分别为中压馈线首端节点0至中压馈线末端节点a的距离、以及中压馈线末端节点a至中压馈线除首端节点和末端节点外任意节点b的距离，α为中压馈线的比例因子。

8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第一确定模块，还包括：

第二计算单元，用于按下式计算中压馈线的比例因子α：

上式中，为分布式电源第1次的注入电流，为中压馈线末端节点a的负荷电流，为单位长度线路阻抗，为中压馈线除首端节点和末端节点外任意节点b的基波电压。

9.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第二确定模块，包括：

初始化设置单元，用于设定电压畸变率限值THD_Vmax、分布式电源可行渗透率T_k、不可行渗透率T_p、试探渗透率T和试探阈值K；

第二判断单元，用于判断若中压馈线末端电压畸变率THD_Va小于等于电压畸变率限值THD_Vmax，则按下式设置可行渗透率T_k：T_k＝T；若中压馈线末端电压畸变率THD_Va大于电压畸变率限值THD_Vmax，则按下式设置不可行渗透率T_p：T_p＝T；

第三计算单元，用于按下式计算所述试探渗透率的更新值T'：

第三判断单元，用于判断若T'-T≤K，则试探渗透率寻优结束，输出所述试探渗透率的更新值T'；若T'-T＞K，则设置T＝T'，重新执行第二判断单元。

10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述第二确定模块，还包括：

第四计算单元，用于按下式计算中压馈线末端电压畸变率THD_Va：

上式中，Ω_h为谐波频次集合，为中压馈线末端节点a处的k次谐波电压，k为谐波频次，为中压馈线末端节点a处的基波电压。