CN110417007B - 一种有源配电系统运行灵活性的时序量化分析方法 - Google Patents

Abstract

一种有源配电系统运行灵活性的时序量化分析方法，包括：输入选定的辐射状运行的有源配电系统的结构及参数；在不考虑可控资源调节作用的前提下，进行系统时序潮流计算，获得配电系统各时段的初始运行状态；针对节点建立基于节点功率模型的节点灵活性的时序表示；考虑配电网络的拓扑连接关系，建立灵活性时序分析模型；得到各时段中各节点可控资源的时序运行策略的集合；计算得到各时段中量化的配电系统运行灵活性。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的时序量化表示、配电系统灵活性时序分析方法，得到有源配电系统运行灵活性的评价方法。

Description

一种有源配电系统运行灵活性的时序量化分析方法

技术领域

本发明涉及一种配电系统运行灵活性的量化分析方法。特别是涉及一种有源配电系统运行灵活性的时序量化分析方法。

背景技术

随着分布式电源(Distributed Generators,DGs)广泛地接入配电系统中，配电系统逐渐转变为具有电能收集、传输、存储、分配功能的有源配电系统。在有源配电系统中，用户侧不确定的负荷需求和分布式电源出力的频繁波动，使配电系统的不确定性进一步增加。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，即运行灵活性。

运行灵活性的基础是配电系统中装设的可控资源，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，可控资源逐渐具有快速调节的能力，能够实时响应配电系统运行状态的变化，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。

通过可控资源运行策略的调节，可控资源的运行灵活性转变为节点的运行灵活性。通过物理网络进行耦合，节点的运行灵活性组成了配电系统的运行灵活性。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，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整个配电系统的灵活性。考虑到负荷需求、分布式电源出力的不确定性，配电系统中可控资源的运行策略进一步受到限制，配电系统的灵活性降低。

针对配电系统不同运行的场景，国内外已经广泛开展了运行灵活性量化分析的相关研究，并给出了一系列灵活性评价方法。目前现有的运行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单一时段的灵活性进行量化分析，对运行灵活性的时序分析仍处于初级阶段；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配电系统灵活性评价手段。因此，亟需一种面向灵活、高效、安全运行配电系统的运行灵活性时序量化分析方法，用以解决分布式电源高渗透率接入下有源配电系统的运行灵活性量化问题。

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运行灵活性的时序量化分析方法。

本发明所采用的技术方案是：一种有源配电系统运行灵活性的时序量化分析方法，包括如下步骤：

1)根据选定的辐射状运行的有源配电系统，输入如下的系统参数：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，量化分析的时段及总时长，负荷需求、分布式电源出力在各时段的波动系数；

2)依据步骤1)提供的配电系统结构及参数，在不考虑可控资源调节作用的前提下，进行系统时序潮流计算，获得配电系统各时段的初始运行状态；

3)依据步骤2)得到的配电系统各时段的初始运行状态，进一步考虑设有可控资源的节点，针对所述节点建立基于节点功率模型的节点灵活性的时序表示；

4)依据步骤3)得到的节点灵活性的时序表示，考虑配电网络的拓扑连接关系，建立灵活性时序分析模型；

5)通过蒙特卡洛模拟法对步骤4)得到的灵活性时序分析模型进行求解，得到各时段中各节点可控资源的时序运行策略的集合；

6)依据步骤5)得到的各时段中各节点可控资源的时序运行策略的集合，计算得到各时段中量化的配电系统运行灵活性。

本发明的一种有源配电系统运行灵活性的时序量化分析方法，立足于解决有源配电系统运行灵活性量化问题，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的时序量化表示、配电系统灵活性时序分析方法，建立考虑分布式电源高渗透率的有源配电系统运行灵活性的时序量化分析模型，得到有源配电系统运行灵活性的评价方法。

附图说明

图1是本发明有源配电系统运行灵活性的时序量化分析方法的流程图；

图2是改进的IEEE 33节点算例结构图；

图3是负荷需求、分布式电源出力在各时段的波动系数示意图；

图4是各时段中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运行灵活性的时序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运行灵活性的时序量化分析方法，包括如下步骤：

1)根据选定的辐射状运行的有源配电系统，输入如下的系统参数：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，量化分析的时段及总时长，负荷需求、分布式电源出力在各时段的波动系数；

2)依据步骤1)提供的配电系统结构及参数，在不考虑可控资源调节作用的前提下，进行系统时序潮流计算，获得配电系统各时段的初始运行状态；

3)依据步骤2)得到的配电系统各时段的初始运行状态，进一步考虑设有可控资源的节点，针对所述节点建立基于节点功率模型的节点灵活性的时序表示；

所述的基于节点功率模型的节点灵活性的时序表示为如下形式：

式中，C_t,i为t时段节点i的等效储能的容量，

为t时段节点i的相对于上一时段的荷电状态变化量，

为t时段注入节点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t时段注入节点i的可控资源的有功功率，

为t时段节点i流入配电网的有功功率总量，

为t时段注入节点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t时段注入节点i的可控资源的无功功率，

为t时段节点i流入配电网的无功功率总量，

为t时段注入节点i的不可调度的有功功率的下限预测值，

为t时段注入节点i的不可调度的有功功率的上限预测值，

为t时段注入节点i的不可调度的无功功率的下限预测值，

为t时段注入节点i的不可调度的无功功率的上限预测值，

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。

4)依据步骤3)得到的节点灵活性的时序表示，考虑配电网络的拓扑连接关系，建立灵活性时序分析模型；

所述的灵活性时序分析模型具体表示如下：

式中，Φ_t,k表示t时段节点k可控资源运行策略可行解的集合，

为t时段节点k的相对于上一时段的荷电状态变化量，

为t时段注入节点k的可控资源的有功功率，

为t时段注入节点k的可控资源的无功功率，

表示t时段支路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j到源节点之间的唯一路径，C_t,k为t时段节点k的等效储能的容量，

表示系统中所有节点的集合，

表示t时段支路ij的初始无功功率，

表示支路ij的传输容量上限，

表示t时段节点i的初始电压幅值的平方，v表示节点电压允许的最小值，R_ik表示节点i到源节点的唯一路径与节点k到源节点的唯一路径的公共支路的电阻，X_ik表示节点i到源节点的唯一路径与节点k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。

5)通过蒙特卡洛模拟法对步骤4)得到的灵活性时序分析模型进行求解，得到各时段中各节点可控资源的时序运行策略的集合；

6)依据步骤5)得到的各时段中各节点可控资源的时序运行策略的集合，计算得到各时段中量化的配电系统运行灵活性。

所述的各时段中量化的配电系统运行灵活性，由下式进行计算：

式中，

表示t时段配电系统有功功率总的可调节范围，

表示系统中所有节点的集合，

为t时段注入节点i的可控资源的有功功率，C_t,i为t时段节点i的等效储能的容量，

为t时段节点i的相对于上一时段的荷电状态变化量，

为t时段注入节点i的可控资源的无功功率，

表示t时段配电系统无功功率总的可调节范围。

下面给出具体实施例：

对于本实施例，首先输入IEEE 33节点系统中线路元件的阻抗值，负荷元件的有功功率、无功功率，网络拓扑连接关系，其结构如图2所示，详细参数见表1和表2；设置两个可控资源接入点，节点15接入容量为3MVA的储能系统，节点16处接入容量为1Mvar的静止无功补偿器；考虑分布式电源的高渗透率接入，在节点12、14、16、18、20、22处分别接入6组分布式电源，容量均为0.4MVA；考虑配电系统中靠近源节点的线路具有更大的传输容量，线路传输容量上限的设置见表3；节点电压最小值设置为0.9p.u.，节点电压最大值设置为1.1p.u.，量化分析的时序间隔为1小时，总时长为24小时。

通过时序运行曲线对有源配电系统的运行灵活性进行时序分析负荷需求、分布式电源出力在各时段的波动系数见图3。通过蒙特卡洛模拟法量化分析有源配电系统的运行灵活性，为保证计算精度和计算速度，单一时段的蒙特卡洛模拟法的抽样数目设定为106，不同时段中配电系统的运行灵活性见表4，各时段中运行灵活性的图示见图4。

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。

通过所提出的时序量化分析方法，能够量化有源配电系统运行灵活性的时序特性。从表4中可看出，24小时之内配电系统的运行灵活性不断波动，在时段2中达到最大，在时段13中达到最小。时段1至时段5中，负荷需求与分布式电源出力均较小，此时线路负载率较低且节点电压波动较小，对可控资源运行策略的限制较小，节点的灵活性能够有效转化为配电系统的运行灵活性，运行灵活性保持较高的水平。时段13至时段16中，随着负荷需求与分布式电源出力的波动，配电系统中可控资源的运行策略收到限制，此时节点灵活性不能完全转化为配电系统的运行灵活性，导致运行灵活性降低。随着时间的推移，时段19之后，负荷需求与分布式电源出力的波动趋于平缓，配电系统的运行灵活性逐渐恢复至较高的水平。

表1 IEEE 33节点算例负荷接入位置及功率

表2 IEEE33节点算例线路参数

表3线路容量上限设置情况

表4测试结果

时段	运行灵活性(MVA)	时段	运行灵活性(MVA)
				1	6.722025	13	4.649733
2	6.71112	14	4.9692
				3	6.770075	15	5.587291
4	6.771135	16	5.267024
				5	6.633138	17	5.341208
6	6.584156	18	5.870082
				7	6.663956	19	6.431515
8	6.408349	20	6.762785
				9	6.352632	21	6.610267
10	6.147214	22	6.584156
				11	6.02517	23	6.663833
12	5.176766	24	6.722025

Claims (1)

1.一种有源配电系统运行灵活性的时序量化分析方法，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，输入如下的系统参数：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，量化分析的时段及总时长，负荷需求、分布式电源出力在各时段的波动系数；

2)依据步骤1)提供的配电系统结构及参数，在不考虑可控资源调节作用的前提下，进行系统时序潮流计算，获得配电系统各时段的初始运行状态；

3)依据步骤2)得到的配电系统各时段的初始运行状态，进一步考虑设有可控资源的节点，针对所述节点建立基于节点功率模型的节点灵活性的时序表示；

所述的基于节点功率模型的节点灵活性的时序表示为如下形式：

0≤C_t,i (7)

式中，C_t,i为t时段节点i的等效储能的容量，

为t时段节点i的相对于上一时段的荷电状态变化量，

为t时段注入节点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t时段注入节点i的可控资源的有功功率，

为t时段节点i流入配电网的有功功率总量，

为t时段注入节点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t时段注入节点i的可控资源的无功功率，

为t时段节点i流入配电网的无功功率总量，

为t时段注入节点i的不可调度的有功功率的下限预测值，

为t时段注入节点i的不可调度的有功功率的上限预测值，

为t时段注入节点i的不可调度的无功功率的下限预测值，

为t时段注入节点i的不可调度的无功功率的上限预测值，

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；

4)依据步骤3)得到的节点灵活性的时序表示，考虑配电网络的拓扑连接关系，建立灵活性时序分析模型；

所述的灵活性时序分析模型具体表示如下：

式中，Φ_t,k表示t时段节点k可控资源运行策略可行解的集合，

为t时段节点k的相对于上一时段的荷电状态变化量，

为t时段注入节点k的可控资源的有功功率，

为t时段注入节点k的可控资源的无功功率，

表示t时段支路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j到源节点之间的唯一路径，C_t,k为t时段节点k的等效储能的容量，

表示系统中所有节点的集合，

表示t时段支路ij的初始无功功率，

表示支路ij的传输容量上限，

表示t时段节点i的初始电压幅值的平方，v表示节点电压允许的最小值，R_ik表示节点i到源节点的唯一路径与节点k到源节点的唯一路径的公共支路的电阻，X_ik表示节点i到源节点的唯一路径与节点k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；

5)通过蒙特卡洛模拟法对步骤4)得到的灵活性时序分析模型进行求解，得到各时段中各节点可控资源的时序运行策略的集合；

6)依据步骤5)得到的各时段中各节点可控资源的时序运行策略的集合，计算得到各时段中量化的配电系统运行灵活性；

所述的各时段中量化的配电系统运行灵活性，由下式进行计算：

式中，

表示t时段配电系统有功功率总的可调节范围，

表示系统中所有节点的集合，

为t时段注入节点i的可控资源的有功功率，C_ti为t时段节点i的等效储能的容量，

为t时段节点i的相对于上一时段的荷电状态变化量，

为t时段注入节点i的可控资源的无功功率，

表示t时段配电系统无功功率总的可调节范围。

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