CN110896231B - 一种扶贫区配电网接纳分布式光伏能力计算方法及系统 - Google Patents
一种扶贫区配电网接纳分布式光伏能力计算方法及系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种扶贫区配电网接纳分布式光伏能力计算方法和系统，其包括以下步骤：1)确定扶贫区配电网接纳分布式光伏的制约因素；2)在扶贫区配电网接纳分布式光伏的制约因素基础上，以光伏接纳容量最大化为目标函数，确定扶贫区配电网分布式光伏最大接纳容量，即构建分布式光伏最大接纳容量模型，该模型的输出结果为扶贫区配电网最大分布式光伏接纳容量；3)对构建的分布式光伏最大接纳容量模型进行求解，得到在配电网接纳能力约束下的分布式光伏最大接纳容量值。因此，本发明可以广泛应用于扶贫区配电网下的光伏接入容量的规划与判断。
Description
技术领域
本发明涉及配电网承载力评估技术领域，特别涉及一种扶贫区配电网接纳分布式光伏能力计算方法及系统。
背景技术
光伏扶贫地区一般存在地理位置偏远且经济欠发达的特点，电网网架结构薄弱、一二次配电设备水平一般、供电质量不高，受山区或者丘陵地区地质、环境和生态等影响工程建设难度系数大，政策落实难度大等问题。与城市相对成熟的配电网相比，光伏扶贫地区薄弱电网的光伏消纳将面临更多的问题，顺利保障光伏扶贫工程的实施需要考虑更多更复杂的制约因素。为确定光伏扶贫的建设选点、优化配置和工程规划，光伏扶贫地区的光伏消纳计算分析尤为重要。
随着光伏扶贫力度的不断加大，未来扶贫地区的光伏发电并网量不断增大，如何分析、计算与评估扶贫地区的电网承载能力以及光伏消纳能力，使其并网发电最大化为亟待解决的问题。然而，目前对于扶贫地区的光伏消纳能力计算尚无完整的计算流程可参考。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种扶贫区配电网接纳分布式光伏能力计算方法及系统，针对光伏扶贫背景下，对扶贫区配电网接纳分布式光伏能力和计算方法进行研究，以实现扶贫地区光伏电的协调发电，以达到最优的光伏发电接纳量。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
本发明的第一个方面，是提供一种扶贫区配电网接纳分布式光伏能力计算方法，其包括以下步骤：
1)确定扶贫区配电网接纳分布式光伏的制约因素；
2)在扶贫区配电网接纳分布式光伏的制约因素基础上，构建分布式光伏最大接纳容量模型；
3)对构建的分布式光伏最大接纳容量模型进行求解，得到在扶贫区配电网接纳能力约束下的最大分布式光伏接纳容量值。
进一步的，所述步骤1)中，所述扶贫区配电网接纳分布式光伏的制约因素包括：潮流平衡约束、电压约束、变电设备容量约束、线路负载约束；各所述制约因素的约束条件包括：
潮流平衡约束条件：
式中：
分别为节点i处常规电源的有功、无功出力；Ppvi表示节点i的光伏发电系统的有功出力；βi为节点i处PVG出力占其额定功率的百分比；
为节点i处 PVG的有功出力削减量；
分别为节点i的有功、无功负荷；χi为负荷功率占负荷峰值的百分比；Ui、Uj为节点i、j的电压幅值；Gi,j、Bi,j为导纳矩阵的第i行、第 j列的实部、虚部；θij为节点i、j的电压相角差；N为节点数；
电压约束条件：
△Ui％min≤△ui％≤△Ui％max
式中，△ui％为线路i节点电压偏差率；△Ui％min、△Ui％max为允许电压偏差率最大、最小值；
变电设备容量约束条件：
在正常室温下：
正常工作
过载工作
式中，α为过载比，t为过载运行时间，T为最大允许过载允许时间，P为负载有功功率，Q为负载无功功率，S为变压器总容量；
线路负载约束条件：
IL≤IN，
式中，IL为线路的实际电流；IN为线路的额定载流量。
进一步的，所述步骤2)中，所述扶贫区配电网分布式光伏最大接入容量模型为：
式中，P110为整个110KV母线下的分布式光伏接入量；P10为10KV母线下的分布式光伏接入量；P为低压台区下的分布式光伏接入量；PV为分布式接入节点；m、n、 p分别为10KV母线、低压台区以及分布式光伏节点数量。
进一步的，所述步骤3)中，对构建的扶贫区配电网分布式光伏最大接入容量模型进行求解，得到扶贫区配电网的最大分布式光伏接入容量值的方法，包括以下步骤：
3.1)确定分布式光伏规划区下的扶贫区配电网的区域及电压等级；
3.2)获取扶贫区配电网的基础数据；
3.3)初始化扶贫区配电网各级别电压层计算序号，令当前10kV母线序号j＝1，当前计算台区序号k＝1，当前计算节点i＝1；
3.4)输入当前扶贫区配电网分布式光伏规划接入容量，包括110kV母线分布式光伏容量CAP110、10kV母线分布式光伏容量CAP10、台区分布式光伏容量CAP、分布式光伏并网节点容量PV；
3.5)对含分布式光伏的扶贫区配电网电力系统进行建模及潮流计算，得到的潮流计算结果用于约束条件的判断；
3.6)判断是否所有台区分布式光伏总容量均满足电压约束、线路负载约束和变电容量约束条件，若满足，则将所有台区分布式光伏总容量之和作为单条10kV母线下分布式光伏并网的最大容量输出；若不满足，则返回步骤3.4)对分布式光伏并网节点容量PV进行调整直至满足；
3.7)判断是否所有10kV母线分布式光伏最大容量均满足电压约束、线路负载约束和变电容量约束条件，若满足，则将所有10kV母线分布式光伏总容量之和作为单条 110kV母线下分布式光伏并网的最大容量输出；若不满足，则返回步骤3.4)对10kV 母线分布式光伏容量CAP10进行调整直至满足；
3.8)判断是否所有110kV母线分布式光伏并网容量均满足电压约束、线路负载约束和变电容量约束条件，若满足，则将所有110kV母线分布式光伏总容量之和作为上级电压等级母线下分布式光伏并网的最大容量输出；若不满足，则返回步骤3.4)对 10kV母线分布式光伏容量CAP10进行调整直至满足。
进一步的，所述步骤3.6)中，获得10kV母线下分布式光伏并网的最大容量的方法，包括以下步骤：
3.6.1)以台区线路标称电压的10％为基准值，根据电压约束条件，判断分布式光伏接入节点电压是否越限：如果电压越限，则进入步骤3.6.2)，否则进入步骤3.6.3)；
3.6.2)分布式光伏接入节点的电压取电压上限值，计算得到分布式光伏并网点电压极限情况下的分布式光伏最大并网容量，并进入步骤3.6.4)；
3.6.3)分布式光伏接入节点的电压取当前值，分布式光伏接入节点的分布式光伏接入容量取当前值；
3.6.4)分布式光伏并网支路负载能力约束判断，判断分布式光伏并网支路首段电流是否超过该线路额定电流，如果是，则进入步骤3.6.5)，否则进入步骤3.6.6)；
3.6.5)按预设调整比例来增大或减少分布式光伏接入规模，并返回步骤3.4)；
3.6.6)判断是否所有分布式光伏并网点完成最大容量约束判断，如果是则进入步骤3.6.7)，否则设置分布式光伏并网节点计算序号+1，并返回步骤3.4)；
3.6.7)计算低压台区分布式光伏并网点并网容量总和；
3.6.8)低压台区变电设备容量约束判断，即判断低压台区变压器是否过载；如果是，返回步骤3.6.5)，否则进入步骤3.6.9)；
3.6.9)判断是否所有低压台区完成最大容量约束判断，如果是则进入步骤3.6.10)，否则设置低压台区计算序号+1，并返回步骤3.4)；
3.6.10)将所有台区分布式光伏总容量之和作为单条10KV母线下分布式光伏并网的最大容量输出。
进一步的，所述步骤3.7)中，获得110kV母线下分布式光伏并网的最大容量的方法，包括以下步骤：
3.7.1)以10KV母线标称电压的10％为基准值，根据电压约束条件，判断10KV母线电压是否越限：如果电压越限，则进入步骤3.7.2)，否则进入步骤3.7.3)；
3.7.2)10KV母线的电压取电压上限值，计算10KV母线电压极限情况下的分布式光伏最大并网容量，并进入步骤3.7.4)；
3.7.3)10KV母线的电压取当前值，10KV母线的分布式光伏接入容量取当前值；
3.7.4)判断10KV母线和10KV变压器是否满足负载能力约束，如果是，则进入步骤3.7.5)，否则进入步骤3.7.6)；
3.7.5)根据10kV母线、变压器满载能力，按预设调整比例来增大或减少分布式光伏接入规模，并返回步骤3.4)；
3.7.6)判断是否所有10KV母线支路完成最大容量约束判断，如果是则进入步骤3.7.7)，否则设置10KV母线计算序号+1，并返回步骤3.4)；
3.7.7)将所有10KV母线分布式容量之和作为110KV母线下分布式光伏并网最大容量输出。
进一步的，所述步骤3.8)中，获得上级电压等级母线下分布式光伏并网的最大容量的方法，包括以下步骤：
3.8.1)以110KV母线标称电压的10％为基准值，根据电压约束条件，判断110KV 母线电压是否越限：如果电压越限，则进入步骤3.8.2)，否则进入步骤3.8.3)；
3.8.2)110KV母线电压取电压上限值，计算110KV母线电压极限情况下的最大并网容量，并进入步骤3.8.4)；
3.8.3)110KV母线的电压取当前值，110KV母线的分布式光伏接入容量取当前值；
3.8.4)判断110KV母线和110KV变压器是否满足负载能力约束：如果是，则进入步骤3.8.5)，否则进入步骤3.8.6)；
3.8.5)根据110KV母线、变压器满载能力，按预设调整比例来增大或减少分布式光伏接入规模，并返回步骤3.4)；
3.8.6)将所有110KV母线分布式容量之和作为上级电压等级母线下分布式光伏并网最大容量输出。
本发明的第二个方面，是提供一种扶贫区配电网接纳分布式光伏能力的计算系统，其包括：
分布式光伏接纳制约因素确定模块，用于确定扶贫区配电网接纳分布式光伏制约因素；
接纳能力模型建立模块，用于在扶贫区配电网接纳分布式光伏的制约因素基础上，构建分布式光伏最大接纳容量模型；
模型计算模块，用于对构建的分布式光伏最大接纳容量模型进行求解，得到在配电网接纳能力约束下的分布式光伏最大接纳容量值。
进一步的，所述分布式光伏接纳制约因素确定模块确定的制约因素包括：潮流平衡约束、电压约束、变电设备容量约束、线路负载约束。
进一步的，所述接纳能力模型建立模块建立的扶贫区配电网分布式光伏最大接入容量模型为：
式中，P110为整个110KV母线下的分布式光伏接入量；P10为10KV母线下的分布式光伏接入量；P为低压台区下的分布式光伏接入量；PV为分布式接入节点；m、n、 p分别为10KV母线、低压台区以及分布式光伏节点数量。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：(1)本发明提出了扶贫区配电网接纳分布式光伏能力计算的约束体系，为光伏扶贫背景下分布式光伏并网提供了安全保障。(2)本发明建立了扶贫区配电网下的分布式光伏最大接纳容量模型，采用了多电压等级约束判断，实现了扶贫区配电网接纳分布式光伏能力计算的目标。因此，本发明可以广泛应用于扶贫区配电网下的光伏接入容量的规划与判断。
附图说明
图1是本发明提供的扶贫区配电网接纳分布式光伏能力的计算方法流程图；
图2是本发明某地区实际供电线路结构及变压器容量；
图3是本发明方案一部分末节点单日电压越限情况；
图4是本发明方案一中压变压器24h出口有功功率示意图；
图5是本发明方案二部分末节点单日电压越限情况；
图6是本发明方案二中压变压器24h出口有功功率示意图；
图7是本发明方案三部分末节点单日电压越限情况；
图8是本发明方案三中压变压器24h出口有功功率示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
本发明提供了一种扶贫区配电网接纳分布式光伏能力计算方法，其包括以下步骤：
1)确定分布式光伏接入扶贫区配电网的制约因素；
2)在分布式光伏接入扶贫区配电网的制约因素基础上，构建分布式光伏最大接纳容量模型，该分布式光伏最大接纳容量模型以光伏接纳容量最大化为目标函数，输出结果为扶贫区配电网的最大分布式光伏接纳容量。
3)对构建的分布式光伏最大接纳容量模型进行求解，得到在扶贫区配电网接纳能力约束下的最大分布式光伏接纳容量值。
进一步的，上述步骤1)中，确定分布式光伏发电接纳制约因素的方法，包括以下步骤：
1.1)确定分布式光伏接入扶贫区配电网中面临的制约因素，包括潮流平衡约束、电压约束、变电设备容量约束、线路负载约束。其中，潮流平衡约束为基础约束条件，是电压约束、变电设备容量约束、线路负载约束的计算基础。
1.2)确定各制约因素的具体约束条件。
1.2.1)潮流平衡约束
式中：
分别为节点i处常规电源的有功、无功出力；Ppvi表示节点i的光伏发电系统(PVG)的有功出力；β为节点i处PVG出力占其额定功率的百分比；
为节点i处PVG的有功出力削减量；
分别为节点i的有功、无功负荷；χ为负荷功率占负荷峰值的百分比；Ui、Uj分别为节点i、j的电压幅值；Gi,j、Bi,j为导纳矩阵的第i行、第j列的实部、虚部；θij为节点i、j的电压相角差；N为节点数。
1.2.2)电压约束条件
电压约束指线路某点电压的偏差在一定范围，根据GB/T12325标准，对于供电电压偏差的限值进行了规定，35kV及以上供电电压正、负偏差绝对值之和不超过标称电压的10％(如供电电压上下偏差同号时，按较大的偏差绝对值作为衡量依据)；20KV 及以下三相供电电压偏差为标称电压的±7％；220V单相供电电压偏差为标称电压的 +7％，-10％，即：
△Ui％min≤△ui％≤△Ui％max (3)
式中，△ui％为线路i节点电压偏差率；△Ui％min、△Ui％max为允许电压偏差率最大、最小值。
当光伏发电系统接入时，将线路上的功率和负荷等效于一点，则该线路的电压损失(正向电压偏差)公式为：
式(4)为分布式光伏接入线路中无支路情况。式中，R'0为三相线路单位长度的电阻，X'0为三相线路单位长度的电抗，
为功率因数角，Un为额定功率值，PG为光伏发电功率，Pload为负荷功率，l为线路长度。
式(5)为分布式光伏接入线路中有支路情况。式中，R'干为干路三相线路单位长度电阻，X'干为干路三相线路单位长度电抗，P干为干路功率，l干为干路线路长度，R'i支为支路三相线路单位长度电阻，X'i支为支路三相线路单位长度电抗，
为功率因数角， Un为额定功率值，li支为支路线路长度，Pi为接入该支路的功率，负荷时功率为负值，光伏接入时功率为正值，L为总支路数。。
从上式可以看出，电压损失主要受供电半径、线路阻抗、功率矩的影响。
通过最大正电压偏差求得最大接入功率上限为Pmax，最小正电压偏差求得最小接入功率上限为Pmin。当接入光伏功率小于Pmin时，光伏可任意接入线路；当接入光伏功率大于Pmax时，配电网无法承担光伏接入。
1.2.3)变电设备容量约束条件
变压器带额定负载、轻载或空载，都可以长期运行，还具有一定的过载能力。
在正常室温下：
正常工作
过载工作
式中，α为过载比，t为过载运行时间，T为最大允许过载允许时间，P为负载有功功率，Q为负载无功功率，S为变压器总容量。
1.2.4)线路负载约束条件
IL≤IN (8)
式中，IL为线路的实际电流；IN为线路的额定载流量。
进一步的，上述步骤2)中，构建的扶贫区配电网分布式光伏最大接入容量模型为：
式中，P110为整个110KV母线下的分布式光伏接入量；P10为10KV母线下的分布式光伏接入量；P为低压台区下的分布式光伏接入量；PV为分布式接入节点；m、n、 p分别为10KV母线、低压台区以及分布式光伏节点数量。
式(9)中，P110、P10、P以及PV都应满足电压约束条件、变电设备容量约束条件以及线路负载约束条件。以P10为例，其10KV母线电压约束公式为：
式(10)为10KV母线线路的电压约束条件。式中，R'10为三相线路单位长度的电阻，X'10为三相线路单位长度的电抗，
为功率因数角，Un为10KV母线标称电压值， P10为分布式光伏并网功率，Pload为负荷功率，l10为线路长度。
10KV变电设备主要为变压器，其容量约束为：
式中，P10为光伏并网功率，Pload为负载功率，Q为母线上总无功功率，S为变压器容量。
10KV母线线路负载约束为：
式中，P10为分布式光伏并网功率，U为10KV母线首段电压，IL为其他负荷电流， I10为10KV母线额定载流量。
进一步的，如图1所示，上述步骤3)中，对构建的扶贫区配电网分布式光伏最大接入容量模型进行求解，得到扶贫区配电网的最大分布式光伏接入容量值的方法，包括以下步骤：
3.1)确定评估电网对象，即确定分布式光伏扶贫规划区下的区配电网的区域及电压等级；
3.2)获取扶贫区配电网的基础数据，包括电力拓扑数据、配电网调度运行数据、配电网节点电压监测数据、线损数据、可靠性数据、配电设备运维数据、电能质量数据等；
3.3)初始化扶贫区配电网各级别电压层计算序号，即令当前计算10kV母线序号 j＝1，当前计算台区序号k＝1，当前计算节点i＝1；
3.4)输入当前扶贫区配电网分布式光伏规划接入容量，包括110kV母线分布式光伏容量CAP110、10kV母线分布式光伏容量CAP10、台区分布式光伏容量CAP、分布式光伏并网节点容量PV；
3.5)对含分布式光伏的扶贫区配电网电力系统进行建模及潮流计算，得到的潮流数据用于约束条件的判断；
3.6)判断是否所有台区分布式光伏总容量均满足电压约束、线路负载约束和变电容量约束条件，若满足，则将所有台区分布式光伏总容量之和作为单条10kV母线下分布式光伏并网的最大容量输出；若不满足，则返回步骤3.4)对分布式光伏并网节点容量PV进行调整直至满足；
3.7)判断是否所有10kV母线分布式光伏最大容量均满足电压约束、线路负载约束和变电容量约束条件，若满足，则将所有10kV母线分布式光伏总容量之和作为单条 110kV母线下分布式光伏并网的最大容量输出；若不满足，则返回步骤3.4)对10kV 母线分布式光伏容量CAP10进行调整直至满足；
3.8)判断是否所有110kV母线分布式光伏并网容量均满足电压约束、线路负载约束和变电容量约束条件，若满足，则将所有110kV母线分布式光伏总容量之和作为上级电压等级母线下分布式光伏并网的最大容量输出；若不满足，则返回步骤3.4)对 10kV母线分布式光伏容量CAP10进行调整直至满足。
上述步骤3.6)中，获得10kV母线下分布式光伏并网的最大容量的方法，包括以下步骤：
3.6.1)以台区线路标称电压的10％为基准值，根据电压约束条件，判断分布式光伏接入节点电压是否越限：如果电压越限，则进入步骤3.6.2)，否则进入步骤3.6.3)；
3.6.2)分布式光伏接入节点的电压取电压上限值，并根据式(4)或(5)计算分布式光伏并网点电压极限情况下的分布式光伏最大并网容量，并进入步骤3.6.4)；
3.6.3)分布式光伏接入节点的电压取当前值，分布式光伏接入节点的分布式光伏接入容量取当前值；
3.6.4)分布式光伏并网支路负载能力约束判断，即判断分布式光伏并网支路首段电流是否超过该线路额定电流，如果是，则进入步骤3.6.5)，否则进入步骤3.6.6)；
3.6.5)按预设调整比例来增大或减少分布式光伏接入规模，并返回步骤3.4)；
3.6.6)判断是否所有分布式光伏并网点完成最大容量约束判断，如果是则进入步骤3.6.7)，否则设置分布式光伏并网节点计算序号+1，并返回步骤3.4)；
3.6.7)计算低压台区分布式光伏并网点并网容量总和；
3.6.8)低压台区变电设备容量约束判断，即判断低压台区变压器是否过载；如果是，返回步骤3.6.5)，否则进入步骤3.6.9)；
3.6.9)判断是否所有低压台区完成最大容量约束判断，如果是则进入步骤3.6.10)，否则设置低压台区计算序号+1，并返回步骤3.4)；
3.6.10)将所有台区分布式光伏总容量之和作为单条10KV母线下分布式光伏并网的最大容量输出。
上述步骤3.7)中，以10KV母线标称电压的10％为基准值，计算当所有10KV母线支路均满足电压约束、变电容量约束和线路负载约束条件时，110kV母线下分布式光伏并网的总容量；具体的，包括以下步骤：
3.7.1)以10KV母线标称电压的10％为基准值，根据电压约束条件，判断10KV母线电压是否越限。如果电压越限，则进入步骤3.7.2)，否则进入步骤3.7.3)；
3.7.2)10KV母线的电压取电压上限值，根据式(4)或(5)计算10KV母线电压极限情况下的分布式光伏最大并网容量，并进入步骤3.7.4)；
3.7.3)10KV母线的电压取当前值，10KV母线的分布式光伏接入容量取当前值；
3.7.4)判断10KV母线和10KV变压器是否满足负载能力约束，如果是，则进入步骤3.7.5)，否则进入步骤3.7.6)；
3.7.5)根据10kV母线、变压器满载能力，按预设调整比例来增大或减少分布式光伏接入规模，并返回步骤3.4)；
3.7.6)判断是否所有10KV母线支路完成最大容量约束判断，如果是则进入步骤3.7.7)，否则设置10KV母线计算序号+1，并返回步骤3.4)；
3.7.7)将所有10KV母线分布式容量之和作为110KV母线下分布式光伏并网最大容量输出。
上述步骤3.8)中，以110KV母线标称电压的10％为基准值，计算当所有110KV 母线均满足电压约束、变电容量约束和线路负载约束条件时，110kV母线下分布式光伏并网的最大容量的方法，包括以下步骤：
3.8.1)以110KV母线标称电压的10％为基准值，根据电压约束条件，判断110KV 母线电压是否越限：如果电压越限，则进入步骤3.8.2)，否则进入步骤3.8.3)；
3.8.2)110KV母线电压取电压上限值，根据式(4)或(5)计算110KV母线电压极限情况下的最大并网容量，并进入步骤3.8.4)；
3.8.3)110KV母线的电压取当前值，110KV母线的分布式光伏接入容量取当前值；
3.8.4)判断110KV母线和110KV变压器是否满足负载能力约束：如果是，则进入步骤3.8.5)，否则进入步骤3.8.6)；
3.8.5)根据110KV母线、变压器满载能力，按预设调整比例来增大或减少分布式光伏接入规模，并返回步骤3.4)；
3.8.6)将所有110KV母线分布式容量之和作为上级电压等级母线下分布式光伏并网最大容量输出。
基于上述扶贫区配电网接纳分布式光伏能力的计算方法，本发明还提供一种扶贫区配电网接纳分布式光伏能力的系统，其包括：分布式光伏接纳制约因素确定模块，用于确定扶贫区配电网接纳分布式光伏制约因素；接纳能力模型建立模块，用于在扶贫区配电网接纳分布式光伏的制约因素基础上，构建分布式光伏最大接纳容量模型；模型计算模块，用于对构建的分布式光伏最大接纳容量模型进行求解，得到在配电网接纳能力约束下的分布式光伏最大接纳容量值。
进一步的，分布式光伏接纳制约因素确定模块确定的制约因素包括：潮流平衡约束、电压约束、变电设备容量约束、线路负载约束。
进一步的，接纳能力模型建立模块建立的扶贫区配电网分布式光伏最大接入容量模型为：
式中，P110为整个110KV母线下的分布式光伏接入量；P10为10KV母线下的分布式光伏接入量；P为低压台区下的分布式光伏接入量；PV为分布式接入节点；m、n、 p分别为10KV母线、低压台区以及分布式光伏节点数量。
算例和分析
根据置信容量及约束条件，分别计算380V及10kV配电网的分布式光伏最大接纳能力。
算例分析以D类地区单辐射网络为例，主变容量为40MVA，10kV主干线路导线截面为150mm2，10kV分支线路导线截面为95mm2，主干线长度10km，分支线长度 3km，10kV/380V变压器容量为200kVA。其中，该区域的村落参数和线路参数分别如下表1和表2所示。
表1村落参数
表2线路参数
方案一：主变容量为40MVA，线路不变。如图2所示，接入光伏，用MATLAB做一天的潮流计算，每隔5min记录一次。
如图3所示，选择12、13、14、16、20、22、24节点的单日电压情况进行分析，各点在光伏出力的高峰阶段均出现严重的电压越上限情况，光伏出力少的凌晨基本没有越下限、晚上只有13、14、16、20节点出现电压越下限的情况。
如图4所示，表明在光伏出力的白天，此电网出现严重的功率倒送现象。
综上如图所示的光伏接入容量超出了此电网的光伏饱和承载力，故应当减少光伏接入容量。
方案二：主变容量为40MVA，线路不变，按照图示2接入光伏位置不变，接入容量均减少为原容量的20％，用MATLAB做一天的潮流计算，每个5min记录一次。
如图5所示，选择12、13、14、16、20、22、24节点的单日电压情况进行分析，各点在光伏出力的高峰阶段均没有出现严重的电压越上限情况，只有24节点又略微的越上限情况，而在光伏出力少的凌晨基本没有越下限、晚上只有13、14、16、20节点出现电压越下限的情况。
如图6所示，表明在光伏出力的白天，此电网出现功率倒送现象，但是并没有超出中压变压器的额定容量。
此方案光伏接入容量较为适合此电网。
方案三：主变容量为40MVA，线路不变，按照图2示接入光伏位置不变，接入容量均减少为原容量的30％，用MATLAB做一天的潮流计算，每个5min记录一次。
如图7所示，选择12、13、14、16、20、22、24节点的单日电压情况进行分析，各点在光伏出力的高峰阶段均没有出现严重的电压越上限情况，只有24节点的越上限情况比较严重，而在光伏出力少的凌晨基本没有越下限、晚上只有13、14、16、20 节点出现电压越下限的情况。
如图8所示，表明在光伏出力的白天，此电网出现功率倒送现象，超出中压变压器的额定容量。
此方案光伏接入容量不适合此电网。
综上三种方案，方案二效果最为合理，故认为在网架结构、光伏接入位置不变的情况下，将图2中的光伏接入容量削减倒原容量的20％时，接近此配电网的光伏饱和承载力。
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。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (9)
1.一种扶贫区配电网接纳分布式光伏能力计算方法，其特征在于包括以下步骤：
1)确定扶贫区配电网接纳分布式光伏的制约因素；
2)在扶贫区配电网接纳分布式光伏的制约因素基础上，构建分布式光伏最大接纳容量模型；
3)对构建的分布式光伏最大接纳容量模型进行求解，得到在扶贫区配电网接纳能力约束下的最大分布式光伏接纳容量值；
所述步骤3)中，对构建的扶贫区配电网分布式光伏最大接入容量模型进行求解，得到扶贫区配电网的最大分布式光伏接入容量值的方法，包括以下步骤：
3.1)确定分布式光伏规划区下的扶贫区配电网的区域及电压等级；
3.2)获取扶贫区配电网的基础数据；
3.3)初始化扶贫区配电网各级别电压层计算序号，令当前10kV母线序号j＝1，当前计算台区序号k＝1，当前计算节点i＝1；
3.4)输入当前扶贫区配电网分布式光伏规划接入容量，包括110kV母线分布式光伏容量CAP110、10kV母线分布式光伏容量CAP10、台区分布式光伏容量CAP、分布式光伏并网节点容量PV；
3.5)对含分布式光伏的扶贫区配电网电力系统进行建模及潮流计算，得到的潮流计算结果用于约束条件的判断；
3.6)判断是否所有台区分布式光伏总容量均满足电压约束、线路负载约束和变电设备容量约束条件，若满足，则将所有台区分布式光伏总容量之和作为单条10kV母线下分布式光伏并网的最大容量输出；若不满足，则返回步骤3.4)对分布式光伏并网节点容量PV进行调整直至满足；
3.7)判断是否所有10kV母线分布式光伏最大容量均满足电压约束、线路负载约束和变电设备容量约束条件，若满足，则将所有10kV母线分布式光伏总容量之和作为单条110kV母线下分布式光伏并网的最大容量输出；若不满足，则返回步骤3.4)对10kV母线分布式光伏容量CAP10进行调整直至满足；
3.8)判断是否所有110kV母线分布式光伏并网容量均满足电压约束、线路负载约束和变电设备容量约束条件，若满足，则将所有110kV母线分布式光伏总容量之和作为上级电压等级母线下分布式光伏并网的最大容量输出；若不满足，则返回步骤3.4)对10kV母线分布式光伏容量CAP10进行调整直至满足。
2.如权利要求1所述的一种扶贫区配电网接纳分布式光伏能力计算方法，其特征在于：所述步骤1)中，所述扶贫区配电网接纳分布式光伏的制约因素包括：潮流平衡约束、电压约束、变电设备容量约束、线路负载约束；各所述制约因素的约束条件包括：
潮流平衡约束条件：
式中：PGi、QGi分别为节点i处常规电源的有功、无功出力；Ppvi表示节点i的光伏发电系统的有功出力；βi为节点i处光伏发电系统出力占其额定功率的百分比；
为节点i处PVG的有功出力削减量；PDi、QDi分别为节点i的有功、无功负荷；χi为负荷功率占负荷峰值的百分比；Ui、Uj为节点i、j的电压幅值；Gi,j、Bi,j为导纳矩阵的第i行、第j列的实部、虚部；θij为节点i、j的电压相角差；N为节点数；
电压约束条件：
ΔUi％min≤Δui％≤ΔUi％max
式中，Δui％为线路第i节点电压偏差率；ΔUi％min、ΔUi％max为允许电压偏差率最大、最小值；
变电设备容量约束条件：
在正常室温下：
正常工作
过载工作
式中，α为过载比，t为过载运行时间，T为最大允许过载允许时间，P为负载有功功率，Q为负载无功功率，S为变压器总容量；
线路负载约束条件：
IL≤IN，
式中，IL为线路的实际电流；IN为线路的额定载流量。
3.如权利要求1所述的一种扶贫区配电网接纳分布式光伏能力计算方法，其特征在于：所述步骤2)中，所述扶贫区配电网分布式光伏最大接入容量模型为：
式中，P110为整个110kV母线下的分布式光伏接入量；P10为10kV母线下的分布式光伏接入量；P为低压台区下的分布式光伏接入量；PV为分布式接入节点；m、n、p分别为10kV母线、低压台区以及分布式光伏节点数量。
4.如权利要求1所述的一种扶贫区配电网接纳分布式光伏能力计算方法，其特征在于：所述步骤3.6)中，获得10kV母线下分布式光伏并网的最大容量的方法，包括以下步骤：
3.6.1)以台区线路标称电压的10％为基准值，根据电压约束条件，判断分布式光伏接入节点电压是否越限：如果电压越限，则进入步骤3.6.2)，否则进入步骤3.6.3)；
3.6.2)分布式光伏接入节点的电压取电压上限值，计算得到分布式光伏并网点电压极限情况下的分布式光伏最大并网容量，并进入步骤3.6.4)；
3.6.3)分布式光伏接入节点的电压取当前值，分布式光伏接入节点的分布式光伏接入容量取当前值；
3.6.4)分布式光伏并网支路负载能力约束判断，判断分布式光伏并网支路首段电流是否超过该线路额定电流，如果是，则进入步骤3.6.5)，否则进入步骤3.6.6)；
3.6.5)按预设调整比例来增大或减少分布式光伏接入规模，并返回步骤3.4)；
3.6.6)判断是否所有分布式光伏并网点完成最大容量约束判断，如果是则进入步骤3.6.7)，否则设置分布式光伏并网节点计算序号+1，并返回步骤3.4)；
3.6.7)计算低压台区分布式光伏并网点并网容量总和；
3.6.8)低压台区变电设备容量约束判断，即判断低压台区变压器是否过载；如果是，返回步骤3.6.5)，否则进入步骤3.6.9)；
3.6.9)判断是否所有低压台区完成最大容量约束判断，如果是则进入步骤3.6.10)，否则设置低压台区计算序号+1，并返回步骤3.4)；
3.6.10)将所有台区分布式光伏总容量之和作为单条10kV母线下分布式光伏并网的最大容量输出。
5.如权利要求1所述的一种扶贫区配电网接纳分布式光伏能力计算方法，其特征在于：所述步骤3.7)中，获得110kV母线下分布式光伏并网的最大容量的方法，包括以下步骤：
3.7.1)以10kV母线标称电压的10％为基准值，根据电压约束条件，判断10kV母线电压是否越限：如果电压越限，则进入步骤3.7.2)，否则进入步骤3.7.3)；
3.7.2)10kV母线的电压取电压上限值，计算10kV母线电压极限情况下的分布式光伏最大并网容量，并进入步骤3.7.4)；
3.7.3)10kV母线的电压取当前值，10kV母线的分布式光伏接入容量取当前值；
3.7.4)判断10kV母线和10KV变压器是否满足负载能力约束，如果是，则进入步骤3.7.5)，否则进入步骤3.7.6)；
3.7.5)根据10kV母线、变压器满载能力，按预设调整比例来增大或减少分布式光伏接入规模，并返回步骤3.4)；
3.7.6)判断是否所有10kV母线支路完成最大容量约束判断，如果是则进入步骤3.7.7)，否则设置10kV母线计算序号+1，并返回步骤3.4)；
3.7.7)将所有10kV母线分布式容量之和作为110kV母线下分布式光伏并网最大容量输出。
6.如权利要求1所述的一种扶贫区配电网接纳分布式光伏能力计算方法，其特征在于：所述步骤3.8)中，获得上级电压等级母线下分布式光伏并网的最大容量的方法，包括以下步骤：
3.8.1)以110kV母线标称电压的10％为基准值，根据电压约束条件，判断110kV母线电压是否越限：如果电压越限，则进入步骤3.8.2)，否则进入步骤3.8.3)；
3.8.2)110kV母线电压取电压上限值，计算110kV母线电压极限情况下的最大并网容量，并进入步骤3.8.4)；
3.8.3)110kV母线的电压取当前值，110kV母线的分布式光伏接入容量取当前值；
3.8.4)判断110kV母线和110kV变压器是否满足负载能力约束：如果是，则进入步骤3.8.5)，否则进入步骤3.8.6)；
3.8.5)根据110kV母线、变压器满载能力，按预设调整比例来增大或减少分布式光伏接入规模，并返回步骤3.4)；
3.8.6)将所有110kV母线分布式容量之和作为上级电压等级母线下分布式光伏并网最大容量输出。
7.一种适用于如权利要求1～6任一项所述方法的扶贫区配电网接纳分布式光伏能力计算系统，其特征在于：其包括：
分布式光伏接纳制约因素确定模块，用于确定扶贫区配电网接纳分布式光伏制约因素；
接纳能力模型建立模块，用于在扶贫区配电网接纳分布式光伏的制约因素基础上，构建分布式光伏最大接纳容量模型；
模型计算模块，用于对构建的分布式光伏最大接纳容量模型进行求解，得到在配电网接纳能力约束下的分布式光伏最大接纳容量值；
其中，对构建的扶贫区配电网分布式光伏最大接入容量模型进行求解，得到扶贫区配电网的最大分布式光伏接入容量值时，包括：
确定分布式光伏规划区下的扶贫区配电网的区域及电压等级；
获取扶贫区配电网的基础数据；
初始化扶贫区配电网各级别电压层计算序号，令当前10kV母线序号j＝1，当前计算台区序号k＝1，当前计算节点i＝1；
输入当前扶贫区配电网分布式光伏规划接入容量，包括110kV母线分布式光伏容量CAP110、10kV母线分布式光伏容量CAP10、台区分布式光伏容量CAP、分布式光伏并网节点容量PV；
对含分布式光伏的扶贫区配电网电力系统进行建模及潮流计算，得到的潮流计算结果用于约束条件的判断；
判断是否所有台区分布式光伏总容量均满足电压约束、线路负载约束和变电容量约束条件，若满足，则将所有台区分布式光伏总容量之和作为单条10kV母线下分布式光伏并网的最大容量输出；若不满足，则返回重新对分布式光伏并网节点容量PV进行调整直至满足；
判断是否所有10kV母线分布式光伏最大容量均满足电压约束、线路负载约束和变电容量约束条件，若满足，则将所有10kV母线分布式光伏总容量之和作为单条110kV母线下分布式光伏并网的最大容量输出；若不满足，则返回重新对10kV母线分布式光伏容量CAP10进行调整直至满足；
判断是否所有110kV母线分布式光伏并网容量均满足电压约束、线路负载约束和变电容量约束条件，若满足，则将所有110kV母线分布式光伏总容量之和作为上级电压等级母线下分布式光伏并网的最大容量输出；若不满足，则返回重新对10kV母线分布式光伏容量CAP10进行调整直至满足。
8.如权利要求7所述的一种扶贫区配电网接纳分布式光伏能力计算系统，其特征在于：所述分布式光伏接纳制约因素确定模块确定的制约因素包括：潮流平衡约束、电压约束、变电设备容量约束、线路负载约束。
9.如权利要求7所述的一种扶贫区配电网接纳分布式光伏能力计算系统，其特征在于：所述接纳能力模型建立模块建立的扶贫区配电网分布式光伏最大接入容量模型为：
式中，P110为整个110kV母线下的分布式光伏接入量；P10为10kV母线下的分布式光伏接入量；P为低压台区下的分布式光伏接入量；PV为分布式接入节点；m、n、p分别为10kV母线、低压台区以及分布式光伏节点数量。
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