CN110991896B - 主动配电网电压运行状态的点-区-网多颗粒度评估方法 - Google Patents

主动配电网电压运行状态的点-区-网多颗粒度评估方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种主动配电网电压运行状态的点‑区‑网多颗粒度评估方法，建立主动配电网电压运行状态的关键点评估指标，包括无功功率裕度指标、功率因数指标和电压偏移指标；建立主动配电网电压运行状态的分区评估指标，包括分区无功平衡度指标、分区互联互动支撑指标、分区电压合格率指标和分区功率因数合格率指标；建立主动配电网电压运行状态的全局评估指标，包括全网无功平衡度指标、ADN电压合格率指标、ADN功率因数合格率指标；根据关键点评估指标、分区评估指标和全局评估指标，综合评估主动配电网的电压运行状态。本发明涵盖了影响主动配电网电压运行状态的各类影响因素，能够体系化、全方位展示电网的实时电压运行状态。

Description

主动配电网电压运行状态的点-区-网多颗粒度评估方法
技术领域
本发明涉及主动配电网电压运行状态评估领域，具体涉及一种主动配电网电压运行状态“点-区-网”多颗粒度评估方法。
背景技术
目前，主动配电网(ADN，Active Distribution Network)通过态势感知技术评价系统的运行状态并预测分析未来发展趋势，利用源储主动协调控制和需求侧管理等技术解决分布式电源(DG，Distributed Generator)大规模和高渗透并网的问题。由于ADN包含大量的不确定性因素，导致配电网的不确定性远大于输电网，其中以电压的随机波动为甚，所以需要理解ADN的电压运行状态并采取主动预防措施。由于主动配电网电压的不确定性、时变性等特点，亟需建立电压评估指标体系并研究相应的评估方法，为ADN运行调控和态势利导提供直观的数据参考。目前，在主动配电网电压运行状态评估研究方面，国内尚无针对性的研究，国外也只是处在起步阶段，还没有建立通用的评估体系和评估方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种主动配电网电压运行状态点-区-网多颗粒度评估方法。
实现本发明目的的技术方案为：一种主动配电网电压运行状态的点-区-网多颗粒度评估方法，包括如下步骤：
步骤1、建立主动配电网电压运行状态的关键点评估指标，包括无功功率裕度指标、功率因数指标和电压偏移指标；
步骤2、建立主动配电网电压运行状态的分区评估指标，包括分区无功平衡度指标、分区互联互动支撑指标、分区电压合格率指标和分区功率因数合格率指标；
步骤3、建立主动配电网电压运行状态的全局评估指标，包括全网无功平衡度指标、ADN电压合格率指标、ADN功率因数合格率指标；
步骤4、根据关键点评估指标、分区评估指标和全局评估指标，综合评估主动配电网的电压运行状态。
本发明与现有技术相比，其显著优点在于：涵盖了影响主动配电网电压运行状态的各类影响因素，能够体系化、全方位展示电网的实时电压运行状态。
附图说明
图1是本发明主动配电网电压运行状态“点-区-网”多颗粒度评估方法的流程图。
图2是分布式电源出力的变化范围图。
图3是本发明主动配电网的拓扑结构图。
图4是本发明主动配电网电压运行状态评估的全局展示图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步说明本发明方案。
如图1所示，一种主动配电网电压运行状态“点-区-网”多颗粒度评估方法，具体流程包括以下步骤：
步骤1中，建立ADN电压运行状态关键点评估指标体系KP，表征关键节点的无功支撑能力，具体包括：
(1)无功功率裕度指标
关键节点既可以是分布式电源并网点也可以是电容/电抗器、静止无功补偿器的并网节点，不同装置的无功功率裕度计算公式分别如式(1)、(2)所示。
DG在满足有功功率、功率因数、额定容量限制的同时，能够发出无功功率支撑电网电压，功率因数阈值为
Figure BDA0002303384390000021
时，DG有功和无功之间的相互制约关系如图2所示，为保证并网点稳定，有功和无功功率必须落在实线区域内，无功功率裕度指标KPQM如式(1)所示。
Figure BDA0002303384390000022
式中，
Figure BDA0002303384390000023
为DG的功率因数角，PG、QG分别表示DG的有功和无功功率输出，SN表示DG的额定容量。
通过逆变器并网的储能装置、静止无功发生器，其无功裕度指标计算公式同式(1)。
电容/电抗器、静止无功补偿器的无功裕度指标如式(2)所示。
Figure BDA0002303384390000024
式中，Qout表示装置输出的无功功率，QN表示装置的额定无功容量。
(2)功率因数指标
无功输出装置并网点的功率输出受限于
Figure BDA0002303384390000025
以接入10kV电压等级的DG为例，通过变流器并网时，应满足功率因数不低于0.95。并网点功率因数指标KPPF如式(3)所示。
Figure BDA0002303384390000026
(3)电压偏移指标
配电网中节点电压需满足0.9UN～1.1UN。并网点电压偏移反映了无功电源对于公共连接点的电压调节能力。并网点电压偏移指标KPΔU如式(4)所示。
Figure BDA0002303384390000031
式中，UN表示并网点额定电压。
步骤2中，建立ADN电压运行状态分区评估指标体系PA，表征分区的无功调控能力和互联分区间的无功互动支撑能力，具体包括：
(1)分区无功平衡度指标
分区的无功平衡直接反映了分区的电压水平，无功缺额越大，电压水平越低，充分发挥配电网中大量可以无功就地补偿的设备，有利于改善电压分布、降低网损。当分区处于孤岛状态且无功功率极度匮乏时，甚至可以降低分布式电源(DG，DistributedGeneration)的有功功率输出来增发无功功率，储能系统同样可以输出无功功率，其原理与通过逆变器接入电网的DG相同。分区无功平衡度指标PAQB如式(5)所示。
PAQB＝min{exp(2·(BS-1)),1} (5)
其中，
Figure BDA0002303384390000032
式中，QG-max,i表示第i个DG能够发出的最大无功功率，QESS,j表示第j个储能装置输出的无功功率，QC,k表示第k个无功补偿装置输出的无功功率，QL,l表示第l个负荷的无功功率，NS_G、NS_ESS、NS_C、NS_L分别表示分区中DG、储能、无功补偿装置、无功负荷的数量。
(2)分区互联互动支撑指标
当各分区并网互联时，分区之间可以互为无功备用、互相提供无功支撑，从而促进整个配电网的经济、安全运行。假设w个分区互联，分区互联互动支撑指标PAIC如式(7)所示；
PAIC＝min{exp(2·(BIC-1)),1} (7)
其中，
Figure BDA0002303384390000033
式中，
Figure BDA0002303384390000041
表示分区h中第i个DG能够发出的最大无功功率，
Figure BDA0002303384390000042
表示分区h中第j个储能装置输出的无功功率，
Figure BDA0002303384390000043
表示分区h中第k个无功补偿装置输出的无功功率,
Figure BDA0002303384390000044
表示分区h中第l个负荷的无功功率，NG,h、NESS,h、NC,h、NL,h分别表示分区h中DG、储能、无功补偿装置、无功负荷的数量。
(3)分区电压合格率指标
分区中节点的电压合格率能够直观的反应电网的电压运行水平，分区电压合格率指标PAVA如式(9)所示；
Figure BDA0002303384390000045
其中，
Figure BDA0002303384390000046
式中，NS为分区的节点数量；Ui为第i个节点的电压，Ui,max和Ui,min分别为第i个节点上限电压和下限电压。
(4)分区功率因数合格率指标
提高节点功率因数对于降低网损、提高电能质量具有重要意义，且功率因数也是电压水平的重要体现，功率因数合格率指标PAPF如式(11)所示。
Figure BDA0002303384390000047
其中，
Figure BDA0002303384390000048
式中，
Figure BDA0002303384390000049
为第i个节点的功率因数，
Figure BDA00023033843900000410
为第i个节点功率因数阈值。
步骤3中，建立ADN电压运行状态全局评估指标体系DN，表征配网全局的无功支撑能力，具体包括：
(1)全网无功平衡度指标
全局无功平衡直接反映了配电网的电压水平，无功缺额越大，电压水平越低。充分发挥主动配电网中大量可以无功就地补偿的设备，分区无功平衡度指标DNQB如式(13)所示。
DNQB＝{exp(2·(BD-1)),1} (13)
其中，
Figure BDA0002303384390000051
式中，ND_G、ND_ESS、ND_C、ND_L分别表示配电网中DG、储能、无功补偿装置、无功负荷的数量。
(2)ADN电压合格率指标
统计ADN中节点的电压合格率能够直观的反应全网的电压运行水平。ADN电压合格率指标DNVA如式(15)所示。
Figure BDA0002303384390000052
式中，ND为ADN的节点数量。
(3)ADN功率因数合格率指标。提高节点功率因数对于降低网损、提高电能质量具有重要意义。ADN功率因数合格率指标DNPF如式(16)所示。
Figure BDA0002303384390000053
步骤4中，基于欧氏距离对上述“点-区-网”评估指标体系进行综合评估，展示主动配电网的电压运行状态，具体包括：
步骤41：对于步骤1、2、3中的指标体系，分别定义4组参考样本序列。参考样本序列分别对应关键点、分区、配电网电压运行状态的优、良、中、差四个等级，将之作为待评估样本序列的比较依据。参考样本序列如表1所示。
表1参考样本序列
Figure BDA0002303384390000054
步骤42：分别对点、区、网待评估样本序列进行分类，利用欧式空间距离来评价电压运行状态。通过比较参考样本序列与待评估样本序列之间的距离来得到样本序列之间的相似性程度，距离越小则序列之间的相似程度越高，最终确定待评估样本序列所属的等级。
令关键节点的待评估样本序列为a＝[a1,a2,a3]，由式(17)即可确定关键点的电压运行状态等级。
Figure BDA0002303384390000061
令分区的待评估样本序列为b＝[b1,b2,b3,b4]，由式(18)即可确定分区的电压运行状态等级。
Figure BDA0002303384390000062
令配电网全局的待评估样本序列为c＝[c1,c2,c3]，由式(19)即可确定配电网全局的电压运行状态等级。
Figure BDA0002303384390000063
实施例
如图3所示，选取东部沿海地区辐射型主动配电网作为评估对象，对主动配电网的实时电压运行状态进行评估。该主动配电网由21个节点、4个分区组成，其中节点1安装了静止无功补偿器，节点21安装了电池储能装置，节点3、5、8、10、12、14、16、17、19、21分别接入分布式电源，节点9、13、16安装了可投切并联电容器。
1、构建ADN电压运行状态关键点评估指标体系
根据步骤1的ADN电压运行状态关键点评估指标体系，计算无功功率裕度指标KPQM、功率因数指标KPPF和电压偏移指标KPΔU，具体计算公式如式(1)～式(4)所示。
2、构建ADN电压运行状态分区评估指标体系
根据步骤2的ADN电压运行状态分区评估指标体系，计算分区无功平衡度指标PAQB、分区互联互动支撑指标PAIC、分区电压合格率指标PAVA和分区功率因数合格率指标PAPF，具体计算公式如式(5)～式(12)所示。
3、构建ADN电压运行状态全局评估指标体系
根据步骤3的ADN电压运行状态全局评估指标体系，计算全网无功平衡度指标DNQB、ADN电压合格率指标DNVA和ADN功率因数合格率指标DNPF，具体计算公式如式(13)～式(16)所示。
4、基于分类评估算法的“点-区-网”多颗粒度评估
参考样本的取值如表2所示。值得注意的是，此处参考样本的选取是建立在电压等级为380V的情况。
表2参考样本序列的取值
Figure BDA0002303384390000071
根据步骤1、2、3中指标的计算公式，采集主动配电网电压运行状态“点-区-网”多颗粒度评估所需数据，形成待评估样本序列。待评估样本序列的取值如表3、4、5所示。
表3关键节点待评估样本序列的取值
Figure BDA0002303384390000072
表4分区待评估样本序列的取值
Figure BDA0002303384390000073
表5配网全局待评估样本序列的取值
指标 DN<sub>QB</sub> DN<sub>VA</sub> DN<sub>PF</sub>
样本值 0.8106 1 0.9524
根据样本的累加欧式距离即可分别度量点、区、网的电压运行状态，将多颗粒度的评估结果绘制成图，详见图4，能够直接的展示点、区、网的电压状态，为节点靶向控制、分区互动支撑、系统调度提高有效地数据支撑。
综上所述，本发明主动配电网电压运行状态“点-区-网”多颗粒度评估方法，建立了多颗粒度评估指标体系，从“点-区-网”不同颗粒度分析了主动配电网的电压调控能力。多颗粒度评估方法能够精确分析出关键节点的电压调节能力和分区的无功就地平衡情况，有利于实现关键节点的靶向控制和不同分区的差异化控制需求。

Claims (4)

1.一种主动配电网电压运行状态的点-区-网多颗粒度评估方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、建立主动配电网电压运行状态的关键点评估指标，包括无功功率裕度指标、功率因数指标和电压偏移指标；
步骤2、建立主动配电网电压运行状态的分区评估指标，包括分区无功平衡度指标、分区互联互动支撑指标、分区电压合格率指标和分区功率因数合格率指标；
步骤3、建立主动配电网电压运行状态的全局评估指标，包括全网无功平衡度指标、ADN电压合格率指标、ADN功率因数合格率指标；
步骤4、根据关键点评估指标、分区评估指标和全局评估指标，综合评估主动配电网的电压运行状态；
步骤1中，建立主动配电网电压运行状态关键点评估指标体系KP，表征关键节点的无功支撑能力，具体包括：
(1)无功功率裕度指标KPQM
关键节点包括分布式电源并网点、电容/电抗器、静止无功补偿器的并网节点，DG、储能装置、静止无功发生器的无功功率裕度指标如式(1)所示：
Figure FDA0003688905520000011
式中，
Figure FDA0003688905520000012
为DG的功率因数角，PG、QG分别表示DG的有功和无功功率输出，SN表示DG的额定容量，
Figure FDA0003688905520000013
为功率因数阈值；
电容/电抗器、静止无功补偿器的无功裕度指标如式(2)所示：
Figure FDA0003688905520000014
式中，Qout表示装置输出的无功功率，QN表示装置的额定无功容量；
(2)功率因数指标KPPF
Figure FDA0003688905520000015
(3)电压偏移指标KPΔU
Figure FDA0003688905520000016
式中，UN表示并网点的额定电压标幺值，UPCC表示并网点的电压标幺值。
2.根据权利要求1所述的主动配电网电压运行状态的点-区-网多颗粒度评估方法，其特征在于，步骤2中，建立主动配电网电压运行状态分区评估指标体系PA，表征分区的无功调控能力和互联分区间的无功互动支撑能力，具体包括：
(1)分区无功平衡度指标PAQB
PAQB＝min{exp(2·(BS-1)),1} (5)
其中，
Figure FDA0003688905520000021
式中，QG-max,i表示第i个DG能够发出的最大无功功率，QESS,j表示第j个储能装置输出的无功功率，QC,k表示第k个无功补偿装置输出的无功功率，QL,l表示第l个负荷的无功功率，NS_G、NS_ESS、NS_C、NS_L分别表示分区中DG、储能、无功补偿装置、无功负荷的数量；
(2)分区互联互动支撑指标PAIC
PAIC＝min{exp(2·(BIC-1)),1} (7)
其中，
Figure FDA0003688905520000022
式中，
Figure FDA0003688905520000023
表示分区h中第i个DG能够发出的最大无功功率，
Figure FDA0003688905520000024
表示分区h中第j个储能装置输出的无功功率，
Figure FDA0003688905520000025
表示分区h中第k个无功补偿装置输出的无功功率，
Figure FDA0003688905520000026
表示分区h中第l个负荷的无功功率，NG,h、NESS,h、NC,h、NL,h分别表示分区h中DG、储能、无功补偿装置、无功负荷的数量，w为分区互联个数；
(3)分区电压合格率指标PAVA
Figure FDA0003688905520000027
其中，
Figure FDA0003688905520000028
式中，NS为分区的节点数量；Ui为第i个节点的电压，Ui,max和Ui,min分别为第i个节点上限电压和下限电压；
(4)分区功率因数合格率指标PAPF
Figure FDA0003688905520000031
其中，
Figure FDA0003688905520000032
式中，
Figure FDA0003688905520000033
为第i个节点的功率因数，
Figure FDA0003688905520000034
为第i个节点功率因数阈值。
3.根据权利要求1所述的主动配电网电压运行状态的点-区-网多颗粒度评估方法，其特征在于，步骤3中，建立主动配电网电压运行状态全局评估指标体系DN，表征配网全局的无功支撑能力，具体包括：
(1)全网无功平衡度指标DNQB
DNQB＝{exp(2·(BD-1)),1} (13)
其中，
Figure FDA0003688905520000035
式中，QG-max,i表示第i个DG能够发出的最大无功功率，QESS,j表示第j个储能装置输出的无功功率，QC,k表示第k个无功补偿装置输出的无功功率，QL,l表示第l个负荷的无功功率，NS_G、NS_ESS、NS_C、NS_L分别表示分区中DG、储能、无功补偿装置、无功负荷的数量；
(2)ADN电压合格率指标DNVA
Figure FDA0003688905520000036
其中，
Figure FDA0003688905520000037
式中，ND为ADN的节点数量；Ui为第i个节点的电压，Ui,max和Ui,min分别为第i个节点上限电压和下限电压；
(3)ADN功率因数合格率指标DNPF
Figure FDA0003688905520000041
其中，
Figure FDA0003688905520000042
式中，
Figure FDA0003688905520000043
为第i个节点的功率因数，
Figure FDA0003688905520000044
为第i个节点功率因数阈值。
4.根据权利要求1所述的主动配电网电压运行状态的点-区-网多颗粒度评估方法，其特征在于，步骤4中，综合评估主动配电网电压运行状态的具体方法为：
步骤41：对于步骤1、2、3中的指标体系，分别定义4组参考样本序列，参考样本序列分别对应关键点、分区、配电网电压运行状态的优、良、中、差四个等级，将之作为待评估样本序列的比较依据；
步骤42：分别对点、区、网待评估样本序列进行分类，利用欧式空间距离来评价电压运行状态，通过比较参考样本序列与待评估样本序列之间的距离来得到样本序列之间的相似性程度，距离越小则序列之间的相似程度越高，最终确定待评估样本序列所属的等级；
令关键节点的待评估样本序列为a＝[a1,a2,a3]，由式(17)即可确定关键点的电压运行状态等级；
Figure FDA0003688905520000045
令分区的待评估样本序列为b＝[b1,b2,b3,b4]，由式(18)即可确定分区的电压运行状态等级；
Figure FDA0003688905520000046
令配电网全局的待评估样本序列为c＝[c1,c2,c3]，由式(19)即可确定配电网全局的电压运行状态等级；
Figure FDA0003688905520000047
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010263754A (ja) * 2009-05-11 2010-11-18 Chugoku Electric Power Co Inc:The 配電系統状態推定方法及び配電系統状態推定装置
CN105139095A (zh) * 2015-09-23 2015-12-09 河海大学 基于属性区间模型的配电网运行状态评估方法
CN109063950A (zh) * 2018-06-13 2018-12-21 南京理工大学 一种面向智能配电网可控性的动态时间弯曲关联评估方法

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