CN111009925A - 一种分布式光伏接入低压配电网最大容量的计算方法 - Google Patents

一种分布式光伏接入低压配电网最大容量的计算方法 Download PDF

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周满
沈梁
贡晓旭
陈昱伶
王坤芳
史梓男
杨金双
袁国强
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Abstract

本发明提供了一种分布式光伏接入低压配电网最大容量的计算方法，涉及电网技术领域。计算方法包括S1：构造罚函数：
Figure DDA0002335327410000011
其中，光伏电站最大接入容量
Figure DDA0002335327410000012
PPV.i表示每个光伏电站接入配电网的功率；N表示配电网络中接入的分布式光伏数量，选定M1>0，以及允许误差ε>0，i＝1；S2：求解罚函数T(PPV,Mi)的极小值点
Figure DDA0002335327410000013
S3：根据精度要求，判断是否满足收敛条件：
Figure DDA0002335327410000014
若满足收敛条件，则令
Figure DDA0002335327410000015
计算出光伏电站最大接入容量
Figure DDA0002335327410000016
若不满足收敛条件，则令i＝i+1，Mi+1＝Mi+1，返回S2，重新计算，直至满足收敛条件，并令
Figure DDA0002335327410000017
计算出光伏电站最大接入容量
Figure DDA0002335327410000018

Description

一种分布式光伏接入低压配电网最大容量的计算方法
技术领域
本发明涉及电网技术领域，具体而言，涉及一种分布式光伏接入低压配电网最大容量的计算方法。
背景技术
近年来，随着国家光伏项目的推进，分布式光伏高密度多点接入农村低压配电网日益增多，农村地区低压配电网设备的线路标准较低，导致低电压、三相不平衡等问题突出。分布式光伏的大规模接入又进一步加大对配电网电能质量、网损、功率波动的影响。因此分布式光伏多点接入配电网最大容量问题一直是研究的重点。
目前，分布式光伏多点接入配电网最大容量研究主要以电压越限和电压波动为约束条件，未充分考虑农网中低压配电网线径较小、配变容量较小的实际特点，在同一配电台区中大量分散用户安装分布式光伏的情形涉及较少。
分布式光伏大规模多点接入低压配电网会显著影响配电网电能质量，不仅关系到光伏发电设备本身的运行寿命，也严重影响低压配电网用户生产生活用电设备安全，因此，设计一种分布式光伏接入低压配电网最大容量的计算方法，为光伏项目工程设计中最大接入容量计算和分析提供参考，以保证配电网电能质量、光伏发电设备本身的运行寿命以及用电设备安全，这是目前急需解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种分布式光伏接入低压配电网最大容量的计算方法，其能够为光伏项目工程设计中最大接入容量计算和分析提供参考，以保证配电网电能质量、光伏发电设备本身的运行寿命以及用电设备安全。
本发明提供一种技术方案：
一种分布式光伏接入低压配电网最大容量的计算方法，包括：
S1：构造罚函数：
Figure BDA0002335327390000021
其中，光伏电站最大接入容量
Figure BDA0002335327390000022
PPV.i表示每个光伏电站接入配电网的功率；N表示配电网络中接入的分布式光伏数量，选定M1>0，以及允许误差ε>0，i＝1；
S2：求解罚函数T(PPV,Mi)的极小值点
Figure BDA0002335327390000023
S3：根据精度要求，判断是否满足收敛条件：
Figure BDA0002335327390000024
若满足收敛条件，则令
Figure BDA0002335327390000025
计算出光伏电站最大接入容量
Figure BDA0002335327390000026
若不满足收敛条件，则令i＝i+1，Mi+1＝Mi+1，返回S2，重新计算，直至满足收敛条件，并令
Figure BDA0002335327390000031
计算出光伏电站最大接入容量
Figure BDA0002335327390000032
在本发明较佳的实施例中，光伏电站最大接入容量f(PPV)满足：公共连接点电压偏差约束、线路极限输送容量约束以及配电变压器容量约束。
在本发明较佳的实施例中，公共连接点电压偏差约束为：
δUmin≤δUk≤δUmax
上式表示光伏接入的第k个公共连接点在电压偏差需满足约束条件，其中，δUmin、δUmax、δUk分别表示电压偏差下限、电压偏差上限及第k个公共连接点的电压偏差。
在本发明较佳的实施例中，第k个公共连接点的电压偏差δUk的计算公式为：
Figure BDA0002335327390000033
上式中，Uk表示第k个公共连接点的实际电压；UN表示系统标称电压。
在本发明较佳的实施例中，线路压降(Uk－UN)计算公式为：
Figure BDA0002335327390000034
式中：P表示线路上通过的有功功率；Q表示线路上通过的无功功率；R表示线路电阻；X表示线路电抗；UN表示线路的额定电压。
在本发明较佳的实施例中，线路极限输送容量约束为：
Figure BDA0002335327390000041
上式表示光伏接入的第k条线路最大反送容量不超过该条线路的极限输送容量，其中，PPV.k表示第k个公共连接点接入的光伏最大功率；PL.k、QL.k分别表示公共连接点负荷的有功功率、无功功率；SL表示所在线路的极限输送容量。
在本发明较佳的实施例中，，所在线路的极限输送容量SL若为三相负载传输容量，则
Figure BDA0002335327390000042
所在线路的极限输送容量SL若为单相负载传输容量，则SL＝UNILmax；
式中，ILmax表示导线长期允许载流量；UN为系统标称电压，低压单相为220V，三相为380V。
在本发明较佳的实施例中，配电变压器容量约束为：
Figure BDA0002335327390000043
上式表示光伏接入配变台区最大反送容量不超过该台区的配电变压器额定容量，其中，St表示台区配电变压器额定容量；M表示接至该配电变压器的光伏电站数量；PPV.k表示接至该变压器第k个光伏发电功率；PL.k、QL.k分别表示第k个负荷有功功率和无功功率。
本发明提供的分布式光伏接入低压配电网最大容量的计算方法的有益效果是：
首先，分析光伏项目典型接入模式，选择380V分散式接入模式为建立模型的前提条件；
其次，建立了光伏接入最大容量优化模型，采用罚函数法给出了优化模型的求解方法和流程；
最后，选取典型实际案例，以某村4个台区为例，对各个台区光伏最大接入容量进行定量计算。
通过算例分析，可见本发明提出的方法能有效计算出在不进行配电网改造情况下，分布式光伏最大接入容量，具有简单实用的优势，可为光伏项目工程设计中最大接入容量计算和分析提供参考，以保证配电网电能质量、光伏发电设备本身的运行寿命以及用电设备安全。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例提供的分布式光伏接入低压配电网最大容量的计算方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
目前，分布式光伏多点接入配电网最大容量研究主要以电压越限和电压波动为约束条件，未充分考虑农网中低压配电网线径较小、配变容量较小的实际特点，在同一配电台区中大量分散用户安装分布式光伏的情形涉及较少。
分布式光伏大规模多点接入低压配电网会显著影响配电网电能质量，不仅关系到光伏发电设备本身的运行寿命，也严重影响低压配电网用户生产生活用电设备安全，因此，已知农村分布式光伏项目接入中低压配电网结构、参数以及光伏发电全年太阳能资源数据、全网负荷数据、光伏接入点数，以光伏电站最大接入容量为优化目标，对分布式光伏最大接入容量进行计算，这能能够更加准确地得出分布式光伏最大接入容量。
请参阅图1，本实施例提供了一种分布式光伏接入低压配电网最大容量的计算方法，其能够为光伏项目工程设计中最大接入容量计算和分析提供参考，以保证配电网电能质量、光伏发电设备本身的运行寿命以及用电设备安全。
在不增加配电网改造成本的前提下，分析现状配电网可接纳的分布式光伏发电容量。考虑分布式光伏逆变器功率因数在－0.95～0.95之间，在分析过程中近似忽略光伏发电无功功率的影响。本实施例以光伏电站最大接入容量为目标函数，建立容量优化模型，公式如下：
Figure BDA0002335327390000071
式中，PPV.i表示每个光伏电站接入配电网的功率；N表示配电网络中接入的分布式光伏数量。
在农村配电网中，限制分布式光伏发电接入的主要影响因素为公共连接点电压偏差、线路极限输送容量以及台区配电变压器容量约束。因此，本实施例中光伏电站最大接入容量f(PPV)满足：公共连接点电压偏差约束、线路极限输送容量约束以及配电变压器容量约束。
1.公共连接点电压偏差约束为：
δUmin≤δUk≤δUmax
上式表示光伏接入的第k个公共连接点在电压偏差需满足约束条件，其中，δUmin、δUmax、δUk分别表示电压偏差下限、电压偏差上限及第k个公共连接点的电压偏差。
第k个公共连接点的电压偏差δUk的计算公式为：
Figure BDA0002335327390000081
上式中，Uk表示第k个公共连接点的实际电压；UN表示系统标称电压。
线路压降(Uk－UN)可以近似用线路电压损失计算，因此，线路压降(Uk－UN)计算公式为：
Figure BDA0002335327390000082
式中：P表示线路上通过的有功功率；Q表示线路上通过的无功功率；R表示线路电阻；X表示线路电抗；UN表示线路的额定电压。
按照GB/T 12325《电能质量供电电压偏差》规定，380V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％。因此光伏通过380V和220V接入，其电压偏差上限均为7％。
2.线路极限输送容量约束为：
Figure BDA0002335327390000083
上式表示光伏接入的第k条线路最大反送容量不超过该条线路的极限输送容量，其中，PPV.k表示第k个公共连接点接入的光伏最大功率；PL.k、QL.k分别表示公共连接点负荷的有功功率、无功功率；SL表示所在线路的极限输送容量。
所在线路的极限输送容量SL可根据导线长期允许载流量计算，所以，所在线路的极限输送容量SL若为三相负载传输容量，则
Figure BDA0002335327390000091
所在线路的极限输送容量SL若为单相负载传输容量，则SL＝UNILmax；
式中，ILmax表示导线长期允许载流量；UN为系统标称电压，低压单相为220V，三相为380V。
3.配电变压器容量约束为：
Figure BDA0002335327390000092
上式表示光伏接入配变台区最大反送容量不超过该台区的配电变压器额定容量，其中，St表示台区配电变压器额定容量；M表示接至该配电变压器的光伏电站数量；PPV.k表示接至该变压器第k个光伏发电功率；PL.k、QL.k分别表示第k个负荷有功功率和无功功率。
分布式光伏接入低压配电网最大容量的计算方法包括以下S：
S1：构造罚函数：
Figure BDA0002335327390000093
其中，光伏电站最大接入容量
Figure BDA0002335327390000094
PPV.i表示每个光伏电站接入配电网的功率。N表示配电网络中接入的分布式光伏数量，选定M1>0，以及允许误差ε>0，i＝1。
S2：求解罚函数T(PPV,Mi)的极小值点
Figure BDA0002335327390000101
S3：根据精度要求，判断是否满足收敛条件：
Figure BDA0002335327390000102
若满足收敛条件，则令
Figure BDA0002335327390000103
计算出光伏电站最大接入容量
Figure BDA0002335327390000104
若不满足收敛条件，则令i＝i+1，Mi+1＝Mi+1，返回S2，重新计算，直至满足收敛条件，并令
Figure BDA0002335327390000105
计算出光伏电站最大接入容量
Figure BDA0002335327390000106
分布式光伏大规模多点接入低压配电网会显著影响配电网电能质量，对用户家用电器、用电安全性都产生重要影响，因此针对分布式光伏多点接入配电网最大容量问题，因此，基于农村分布式光伏项目接入中低压配电网结构、参数以及光伏发电全年太阳能资源数据、全网负荷数据、光伏接入点数，以光伏电站最大接入容量为优化目标，本实施例出了一种以接入配电网容量最大为目标函数的分布式光伏最大接入容量的计算方法，
其具有以下有益效果是：
首先，分析光伏项目典型接入模式，选择380V分散式接入模式为建立模型的前提条件；
其次，以电压偏差、线路极限传输容量及配电变压器额定容量为约束条件，建立了光伏接入最大容量优化模型，采用罚函数法给出了优化模型的求解方法和流程；
最后，选取典型实际案例，以某村4个台区为例，对各个台区光伏最大接入容量进行定量计算。通过算例分析，可见本实施例提出的方法能有效计算出在不进行配电网改造情况下，分布式光伏最大接入容量，具有简单实用的优势，可为光伏项目工程设计中最大接入容量计算和分析提供参考，以保证配电网电能质量、光伏发电设备本身的运行寿命以及用电设备安全。
此外，分布式光伏发电项目大规模多点接入低压配电网，主要受农村配电网中公共连接点电压偏差、线路极限输送容量以及台区配电变压器容量约束限制。考虑不增加配电网改造成本，分析现状配电网可接纳的分布式光伏扶贫发电容量。本实施例在已知农村分布式光伏项目接入中低压配电网结构、参数以及光伏发电全年太阳能资源数据、全网负荷数据、光伏接入点数等信息的前提下，针对光伏项目380V分散接入模式，以分布式光伏项目接入配电网容量最大为目标，建立分布式光伏最大接入容量计算模型，并利用罚函数方法对该模型进行求解，最后结合实际工程案例，对某村4个台区光伏接入最大容量进行计算。这样，能够有效计算出低压配电网可接入的分布式光伏容量限制，方法具有简单实用性。
需要说明的是，本实施例提出了一种以接入配电网容量最大为目标函数的分布式光伏最大接入容量的计算方法，并不仅仅限于本实施例中所描述。故凡依本计算方法所述的原理及求解方法所做的等效变化或修饰，均应包括于本发明要求保护的范围内。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种分布式光伏接入低压配电网最大容量的计算方法，其特征在于，包括：
S1：构造罚函数：
Figure FDA0002335327380000011
其中，光伏电站最大接入容量
Figure FDA0002335327380000012
PPV.i表示每个光伏电站接入配电网的功率；N表示配电网络中接入的分布式光伏数量，选定M1>0，以及允许误差ε>0，i＝1；
S2：求解罚函数T(PPV,Mi)的极小值点
Figure FDA0002335327380000013
S3：根据精度要求，判断是否满足收敛条件：
Figure FDA0002335327380000014
若满足收敛条件，则令
Figure FDA0002335327380000015
计算出光伏电站最大接入容量
Figure FDA0002335327380000016
若不满足收敛条件，则令i＝i+1，Mi+1＝Mi+1，返回S2，重新计算，直至满足收敛条件，并令
Figure FDA0002335327380000017
计算出光伏电站最大接入容量
Figure FDA0002335327380000018
2.根据权利要求1所述的分布式光伏接入低压配电网最大容量的计算方法，其特征在于，光伏电站最大接入容量f(PPV)满足：公共连接点电压偏差约束、线路极限输送容量约束以及配电变压器容量约束。
3.根据权利要求2所述的分布式光伏接入低压配电网最大容量的计算方法，其特征在于，公共连接点电压偏差约束为：
δUmin≤δUk≤δUmax
上式表示光伏接入的第k个公共连接点在电压偏差需满足约束条件，其中，δUmin、δUmax、δUk分别表示电压偏差下限、电压偏差上限及第k个公共连接点的电压偏差。
4.根据权利要求3所述的分布式光伏接入低压配电网最大容量的计算方法，其特征在于，第k个公共连接点的电压偏差δUk的计算公式为：
Figure FDA0002335327380000021
上式中，Uk表示第k个公共连接点的实际电压；UN表示系统标称电压。
5.根据权利要求4所述的分布式光伏接入低压配电网最大容量的计算方法，其特征在于，线路压降(Uk－UN)计算公式为：
Figure FDA0002335327380000022
式中：P表示线路上通过的有功功率；Q表示线路上通过的无功功率；R表示线路电阻；X表示线路电抗；UN表示线路的额定电压。
6.根据权利要求3所述的分布式光伏接入低压配电网最大容量的计算方法，其特征在于，线路极限输送容量约束为：
Figure FDA0002335327380000031
上式表示光伏接入的第k条线路最大反送容量不超过该条线路的极限输送容量，其中，PPV.k表示第k个公共连接点接入的光伏最大功率；PL.k、QL.k分别表示公共连接点负荷的有功功率、无功功率；SL表示所在线路的极限输送容量。
7.根据权利要求6所述的分布式光伏接入低压配电网最大容量的计算方法，其特征在于，所在线路的极限输送容量SL若为三相负载传输容量，则
Figure FDA0002335327380000032
所在线路的极限输送容量SL若为单相负载传输容量，则SL＝UNILmax；
式中，ILmax表示导线长期允许载流量；UN为系统标称电压，低压单相为220V，三相为380V。
8.根据权利要求3所述的分布式光伏接入低压配电网最大容量的计算方法，其特征在于，配电变压器容量约束为：
Figure FDA0002335327380000033
上式表示光伏接入配变台区最大反送容量不超过该台区的配电变压器额定容量，其中，St表示台区配电变压器额定容量；M表示接至该配电变压器的光伏电站数量；PPV.k表示接至该变压器第k个光伏发电功率；PL.k、QL.k分别表示第k个负荷有功功率和无功功率。
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