CN111030146A - 考虑网损和广域节点电压偏差的储能装置选址方法 - Google Patents

Abstract

一种考虑网损灵敏度和广域节点电压偏差的储能选址方法，在考虑储能充放电功率对储能选址的影响，并在考虑经济性和安全性的基本思路下建立带权衡系数的储能选址目标函数。本发明以网损灵敏度和广域节点电压偏差距离方差为目标函数，考虑经济性和安全性，分别给出原始参数并形成节点导纳矩阵，对整个电力网络进行潮流计算、灵敏度方差及广域节点电压偏差距离方差计算、权衡系数赋值，最终计算出电力网络节点中目标函数较大的节点，将其作为储能的最优选址地点。

Description

考虑网损和广域节点电压偏差的储能装置选址方法

技术领域

本发明涉及一种储能选址方法。

背景技术

目前我国的电网结局很复杂,各区域之间均存在不同的供应矛盾,储能作为我国的电网运行中重要的构成部分,注重储能技术的发展有助于缓解能源供应与就地消纳 问题,更好地提升一次性能源的使用效率。

当储能技术应用于电网中，电网的潮流的方向和大小会发生改变，随之会对电网的 网损和电压产生影响。各分布式储能接入位置和容量的不同对配电网的网损和电压有较 大的影响，因此其接入位置和容量的确定是亟需解决的问题。国内外学者对储能的选址配置方法进行了诸多研究。例如，将选址配置作为上层目标，运行作为下层目标，通过 求解双层目标获得储能的最优规划配置。例如，针对分布式储能接入配电网的多目标优 化问题，用智能优化算法对配电网中分布式储能的接入位置和容量进行优化，但对于大 规模系统的运算时间较长。例如，利用电压灵敏度对储能进行选址，利用经济性指标对 储能进行配置。

综上所述，目前在选址过程中综合考虑网损和广域节点电压偏差的选址方法研究较少。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种寻找储能装置接入电网的最优位 置的方法。本发明将网损灵敏度和广域节点电压偏差距离方差作为选址的优化决策变量， 并在选址的过程中考虑储能系统的性能参数对选址的影响。

储能系统可以在一天中电网系统负荷处于低谷阶段时充电，在电网系统负荷高峰时放电。 储能系统的这一基本运行特性可以平滑一天中的电网系统负荷曲线。在电网的合理位置进行 配置时,可显著降低电网系统负荷高峰时配网主干线路上流过的电流从而降低电网系统负 荷高峰时线路和变压器损耗。虽然在电网系统负荷低谷阶段对电池充电会使线路电流较原先 有所升高,但能量损耗是和电流的平方成正比，所以这种降损的效果是能够实现的。

本发明选址方法包括以下步骤：

1)搜集电网系统网络支路元件参数、发电机参数、各母线负荷运行数据等原始数据；

2)以步骤1)得到的数据建立节点导纳矩阵，进而形成雅克比矩阵，对电网网络进行潮 流计算及电网系统的网损灵敏度计算，并用网损灵敏度评估储能装置的经济性；

3)通过潮流计算得到节点电压，然后计算广域节点电压偏差距离方差，并用广域节点 电压偏差距离方差评估储能装置的安全性；

4)对经济性指标δ_i和安全性指标ε_i进行归一化处理，得到带权衡系数的选址目标函数 E_obj；

5)比较各节点的选址目标函数E_obj的大小，并确定储能装置接入的最优位置。

进一步的，所述步骤2，用网损灵敏度评估储能装置的经济性，对电网网络进行潮流计 算及电网系统的网损灵敏度计算的方法具体如下：

t时刻电网系统的有功网损表示为：

将式(1)对P_i进行求导可得网损灵敏度：

式中，P_Loss,t表示t时刻电网系统的有功网损；N为节点总数；

i,j＝1,2,3...n，α_ij、β_ij分别为电网络功率余弦 及正弦损耗系数；P_i、Q_i分别为节点i的有功功率和无功功率标幺值；P_j、Q_j分别为节点j的有功功率和无功功率标幺值；节点i表示加入储能装置的节点，节点j表电网络节点N中的任意节点。

网损灵敏度反映出一定的系统运行方式下，节点i增加单位负荷功率引起的网损变化量。 网损灵敏度越大，说明该节点对配电网网损的变化越敏感。在辐射型配电网条件下储能电站 接入节点K，t时刻以充电功率x_t充电，网损灵敏度与充电功率x_t有关，即储能电站的充放 电功率对网损灵敏度有影响。

为了尽可能降低配电网网损，本发明综合考虑了电网各节点24小时的网损灵敏度变化， 将24小时按每15分钟划分阶段，共计96个阶段。

因此，一天24小时内节点i的网损灵敏度变化量为：

式中，δ_i表示节点i的网损灵敏度变化量；P_j、Q_j分别为节点j的有功功率和无功功率 标幺值；α_ij、β_ij分别为电网络功率余弦损耗系数及正弦损耗系数。

进一步的，所述步骤3中，储能装置的安全性需要考虑电网电压的稳定性。对于衡量电 压稳定性的指标的选取，考虑到储能的接入改变了电网系统的潮流分布，对电网系统的节点 电压产生较大的影响，局部节点的电压非常接近其合格范围的上下限，使电压合格率下降， 成为电网系统安全运行的隐患。因此，为了准确地量化电网电压的稳定性水平，本发明引入 了广域节点电压偏差距离。

广域节点电压偏差距离定义为电网当前运行节点电压与正常运行时电压目标值之间的 “距离”，计算方法如式(4)。针对储能电站接入电力系统，所述的“距离”是储能接入后 节点实际电压水平与正常运行电压的目标水平之间的关键参数值之差，该值越小越好。因此， 该指标可作为估计当前运行节点电压稳定裕度程度的一种量化方法。

与上述网损灵敏度的方差分析相同，广域节点电压偏差距离的方差为：

式中，D表示广域节点电压偏差距离；U_opt为储能接入节点实际电压水平；U_i为节点i 的正常运行电压的目标水平；ε_i为节点i的广域节点电压偏差距离的方差，N表示电网络中 的节点数，m表示时间段序数，将一天1440分钟以15分钟为时间段划分，共96段。

对于电网的每个节点，广域节点电压偏差距离的方差越大，电压偏离正常电压的波动范 围越大，在该节点加入储能装置越有利于节点电压趋于理想值。

进一步的，所述的步骤4中，由于经济性与安全性指标之间量纲不同，需要对指标进行 归一化处理。由2个带权衡系数的目标子函数加权得到带权衡系数的选址目标函数。如式(6) 所示。

式中，w_i为权重系数(i＝1,2)，且w₁+w₂＝1；δ_i表示节点i的网损灵敏度变化量占总损 耗的百分比；ε_i表示节点i的广域节点电压偏差距离的方差占电压总体偏差距离的百分比， P_Loss,t表示t时刻电网系统的有功网损，D表示广域节点电压偏差距离。

进一步的，所述步骤5，通过比较各节点的选址目标函数E_obj的大小，确定储能装置接 入的最优位置，即选址目标函数E_obj数值较大者更适合接入储能装置。

比较其他的确定储能选址的方法，本发明考虑了系统网损的灵敏系数以及广域节点电压 偏差距离方差，其中间接考虑了储能系统的性能，具有一定的工程实用性。

附图说明

图1本发明储能装置选址方法的流程图。

具体实施方式

以下结合附图及具体实施方式进一步说明本发明。

如图1所示，本发明考虑网损和广域节点电压偏差的储能装置选址方法的步骤如下：

1)搜集电网系统网络支路元件参数、发电机参数、各母线负荷运行数据等原始数据；

2)以步骤1)得到数据建立节点导纳矩阵，进而形成雅克比矩阵，对电网网络进行潮流 计算及电网系统的网损灵敏度计算，并用网损灵敏度评估储能装置的经济性；

3)通过潮流计算得到节点电压，然后计算广域节点电压偏差距离方差，并用广域节点 电压偏差距离方差评估储能装置的安全性；

4)对经济性指标δ_i和安全性指标ε_i进行归一化处理，得到带权衡系数的选址目标函数 E_obj；

5)比较各节点的选址目标函数E_obj的大小，确定储能装置接入的最优位置，即选址目标 函数E_obj数值较大者更适合接入储能装置。

综上所述，本发明通过目标函数E_obj充分考虑了电网运行的两大基本要求：安全性与经济性。通过网损灵敏度积分体现其经济性；通过广域节点电压偏差距离体现其安全性。本发明能够在选址过程中有效的考虑储能本质特征，具有十分重要的意义。

Claims (4)

1.一种考虑网损和广域节点电压偏差的储能选址方法，其特征在于，所述的优化选址方案步骤如下：

(1)搜集电网系统网络支路的元件参数、发电机参数、各母线负荷运行数据；

(2)用步骤1)得到的数据建立节点导纳矩阵，进而形成雅克比矩阵，对电网网络进行潮流计算及电网系统的网损灵敏度计算，并用网损灵敏度评估储能装置的经济性；

(3)通过潮流计算得到节点电压，然后计算广域节点电压偏差距离方差，并用广域节点电压偏差距离方差评估储能装置的安全性；

(4)对经济性指标δ_i和安全性指标ε_i进行归一化处理，得到带权衡系数的选址目标函数E_obj；

(5)比较各节点的选址目标函数E_obj的大小，确定储能装置接入的最优位置，即选址目标函数E_obj数值大者更适合接入储能装置。

2.根据权利要求1所述的考虑网损和广域节点电压偏差的储能选址方法，其特征在于，所述的步骤(2)中，用网损灵敏度评估储能装置的经济性，对电网网络进行潮流计算及电网系统的网损灵敏度计算的方法如下：

t时刻电网系统的有功网损表示为：

将式(1)对P_i进行求导可得网损灵敏度：

式中，P_Loss,t表示t时刻电网系统的有功网损；N为节点总数；

α_ij、β_ij分别为电网络功率余弦及正弦损耗系数；P_i、Q_i分别为节点i的有功功率和无功功率标幺值；P_j、Q_j分别为节点j的有功功率和无功功率标幺值；节点i表示加入储能装置的节点，节点j表电网络节点N中的任意节点；

网损灵敏度反映一定的系统运行方式下，节点i增加单位负荷功率引起的网损变化量；网损灵敏度越大，说明该节点对配电网网损的变化越敏感；在辐射型配电网条件下储能电站接入节点K，t时刻以充电功率x_t充电，网损灵敏度与充电功率x_t有关，即储能电站的充放电功率对网损灵敏度有影响；

将24小时按每15分钟划分阶段，共计96个阶段；

一天24小时内节点i的网损灵敏度变化量为：

式中，δ_i表示节点i的网损灵敏度变化量；P_j、Q_j分别为节点j的有功功率和无功功率标幺值；α_ij、β_ij分别为电网络功率余弦损耗系数及正弦损耗系数。

3.根据权利要求1所述的考虑网损和广域节点电压偏差的储能选址方法，其特征在于，所述的步骤(3)中，储能装置的安全性需要考虑电网电压的稳定性，以广域节点电压偏差距离量化电网电压的稳定性水平；所述的广域节点电压偏差距离定义为电网当前运行节点电压与正常运行时电压目标值之间的“距离”，所述的“距离”是储能接入后节点实际电压水平与正常运行电压的目标水平之间的关键参数值之差：

广域节点电压偏差距离的方差为：

式中，D表示广域节点电压偏差距离；U_opt为储能接入节点实际电压水平；U_i为节点i的正常运行电压的目标水平；ε_i为节点i的广域节点电压偏差距离的方差，N表示电网络中的节点数，m表示时间段序数，将一天1440分钟以15分钟为时间段划分，共96段。

4.根据权利要求1所述的考虑网损和广域节点电压偏差的储能选址方法，其特征在于，所述的步骤(4)中，对指标进行归一化处理的方法是由2个带权衡系数的目标子函数加权得到带权衡系数的选址目标函数：

式中，w_i为权重系数(i＝1,2)，且w₁+w₂＝1；δ_i表示节点i的网损灵敏度变化量占总损耗的百分比；ε_i表示节点i的广域节点电压偏差距离的方差占电压总体偏差距离的百分比，P_Loss,t表示t时刻电网系统的有功网损，D表示广域节点电压偏差距离。

Images