CN112039076B - 综合分布式电源与负荷的配电网潮流动态等值方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开综合分布式电源与负荷的配电网潮流动态等值方法及系统，该等值方法包括如下步骤：将研究时段T划分为K个时间断面，获取每个时间断面T_k对应的等值前系统潮流数据；对于时间断面T_k，分别求取该时刻k下研究区域内分布式电源及负荷单独作用下每条支路的视在功率损耗；综合考虑分布式电源与负荷的交互影响，计算综合等值阻抗Z^k _eqcom；考虑研究时段T内运行方式的动态变化，将各个时间断面T_k对应的综合等值阻抗Z^k _eqcom加权求均值，获取T时段内综合分布式电源与负荷的配电网动态等值阻抗Z_eqdyn；将仿真数据中将原研究区域配电网移除，代替为原研究区域内分布式电源与负荷分别求和，并通过动态等值阻抗Z_eqdyn接入等值点。本发明降低潮流计算的阶数和复杂度。

Description

综合分布式电源与负荷的配电网潮流动态等值方法及系统

技术领域

本发明涉及一种综合分布式电源与负荷的配电网潮流动态等值方法及系统，属于电力系统及其自动化技术领域。

背景技术

分布式发电是指在用户所在场地或附近建设安装、运行方式以用户端自发自用为主、多余电量上网，且以在配电网系统平衡调节为特征的发电设施或有电力输出的能量综合梯级利用多联供设施。2018年3月国家能源局综合司《分布式发电管理办法》(征求意见稿)中的定义为“接入配电网运行，发电量就近消纳的中小型发电设施，以及有电力输出的能源综合利用系统”。分布式电源一般具有以下特征：一是因地制宜，装机规模小，通常总装机不超过50MW；二是清洁高效，发电类型主要为可再生能源发电、资源综合利用发电、高能效天然气多联供；三是分散布局，通常接入配电网；四是就近利用，向用户直接供电。分布式电源的接入与利用是第三次工业革命中实现能源变革的重要组成部分，是从用户侧推动我国能源安全发展、清洁发展、环保发展、友好发展的有效方式，能够实现可持续供应更清洁更经济的电能，实现更安全更高效的配置、更便捷更可靠的用电。

但在实际的电力系统大规模潮流计算中，若对每座分布式光伏电站进行详细描述，优点是理论上能够准确反映仿真特性，但缺点是在仿真中的节点数将指数级增加，节点数指数级增长“维数灾”，收敛性和计算速度大幅下降，难以工程应用，需要在保留潮流外特性的基础上对带有分布式电源的配电网进行合理等值。

另一方面，分布式电源与负荷一般在配电网电气连接上紧密结合，由于两者的功率存在正负抵消效应，在分布式电源与负荷的公共并网点处呈现的总功率一般比二者实际发电或消耗小得多。在现有的研究及专利中，带有分布式电源与负荷的配电网等值一般仅考虑了二者的功率抵消效应，而忽略了其二者实际功率大小、方向在配电网等值的影响，造成在电网潮流及后续的稳定分析中，无法准确仿真模拟分布式电源及负荷的潮流结果及动态响应。

另外，为了计及电网实际运行中运行方式的动态变化，等值的结果应该根据运行方式的变化动态调整。

发明内容

本发明的目的是，设计综合分布式电源与负荷的配电网潮流动态等值方法及系统，在含有大规模分布式电源及负荷的配电网中，将分布式电源及负荷进行合理化等值，在满足工程应用的仿真规模上，充分考虑分布式电源与负荷在配电网中实际功率大小、方向在配电网等值的影响，以等值前后配电网视在功率损耗相等为主要原则，将分布式电源与负荷在配电网内功率损耗分配不同的正负权重，综合考虑了二者的交互影响。同时计及了分布式电源发电出力与负荷大小的时空变化，对含分布式电源与负荷的配电网进行动态潮流等值。

本发明具体采用如下技术方案：综合分布式电源与负荷的配电网潮流动态等值方法及系统，包括如下步骤：

步骤S1：将研究时段T划分为K个时间断面，获取每个时间断面T_k对应的等值前系统潮流数据，k∈K；

步骤S2：对于时间断面T_k，分别求取该时刻k下研究区域内分布式电源及负荷单独作用下每条支路的视在功率损耗；

步骤S3：按照等值前后视在功率损耗相等的原则，综合考虑分布式电源与负荷的交互影响，计算综合等值阻抗Z^k _eqcom；

步骤S4：考虑研究时段T内运行方式的动态变化，将各个时间断面T_k对应的综合等值阻抗Z^k _eqcom加权求均值，获取T时段内综合分布式电源与负荷的配电网动态等值阻抗Z_eqdyn；

步骤S5：将仿真数据中将原研究区域配电网移除，代替为原研究区域内分布式电源与负荷分别求和，并通过动态等值阻抗Z_eqdyn接入等值点，等值完毕。

作为一种较佳的实施例，所述步骤S1中的所述潮流数据包括：研究区域内分布式电源与负荷的有功功率、无功功率，母线电压幅值及相角；网络参数包括线路，变压器阻抗、导纳。

作为一种较佳的实施例，所述步骤S2具体包括如下步骤：

步骤S21：将研究区域配电网网络参数标幺化，所述网络参数包括线路及变压器；将变压器参数归算到高压侧，合并到高压侧所在支路参数中；此时设所述配电网共J个支路，第j条支路阻抗为Z_j，j∈J；

步骤S22：将研究区域内所有负荷支路断开，计算该时间断面T_k时分布式电源E单独作用下，支路j的视在功率

设此时支路j电流方向为正，支路j的电流为

电压为

步骤S23：计算此时支路j的视在功率损耗

用下式计算：

步骤S24：将研究区域内所有分布式电源支路断开，计算该时间断面T_k时负荷L单独作用下，支路j的视在功率

电流为

电压为

步骤S25：计算此时支路j的视在功率损耗

用下式计算：

作为一种较佳的实施例，所述步骤S3具体包括以下步骤：

步骤S31：将分布式电源E及负荷L单独作用支路j下的视在功率损耗代数相加，并求得所有支路的视在功率损耗之和

用下式计算：

步骤S32：设研究区域配电网中有M台分布式电源，第m台分布式电源为E_m，时间断面T_k下发出的视在功率为S^k _m；有N个负荷，第n个负荷为L_n，时间断面T_k下负荷的视在功率为S^k _n；时间断面T_k下等值点电压为U^k _eq，用下式计算时间断面T_k下对应的综合等值阻抗Z^k _eqcom：

作为一种较佳的实施例，所述步骤S4中计算T时段内综合分布式电源与负荷的配电网动态等值阻抗Z_eqdyn的方法为：

本发明还提出综合分布式电源与负荷的配电网潮流动态等值系统，包括：

潮流数据生成模块，用于：将研究时段T划分为K个时间断面，获取每个时间断面T_k对应的等值前系统潮流数据，k∈K；

视在功率损耗生成模块，用于：对于时间断面T_k，分别求取该时刻k下研究区域内分布式电源及负荷单独作用下每条支路的视在功率损耗；

综合等值阻抗计算模块，用于：按照等值前后视在功率损耗相等的原则，综合考虑分布式电源与负荷的交互影响，计算综合等值阻抗Z^k _eqcom；

动态等值阻抗计算模块，用于：考虑研究时段T内运行方式的动态变化，将各个时间断面T_k对应的综合等值阻抗Z^k _eqcom加权求均值，获取T时段内综合分布式电源与负荷的配电网动态等值阻抗Z_eqdyn；

等值接入模块，用于：将仿真数据中将原研究区域配电网移除，代替为原研究区域内分布式电源与负荷分别求和，并通过动态等值阻抗Z_eqdyn接入等值点，等值完毕。

作为一种较佳的实施例，所述潮流数据生成模块生成的所述潮流数据包括：研究区域内分布式电源与负荷的有功功率、无功功率，母线电压幅值及相角；网络参数包括线路，变压器阻抗、导纳。

作为一种较佳的实施例，所述视在功率损耗生成模块具体包括：

将研究区域配电网网络参数标幺化，所述网络参数包括线路及变压器；将变压器参数归算到高压侧，合并到高压侧所在支路参数中；此时设所述配电网共J个支路，第j条支路阻抗为Z_j，j∈J；

将研究区域内所有负荷支路断开，计算该时间断面T_k时分布式电源E单独作用下，支路j的视在功率

设此时支路j电流方向为正，支路j的电流为

电压为

计算此时支路j的视在功率损耗

用下式计算：

将研究区域内所有分布式电源支路断开，计算该时间断面T_k时负荷L单独作用下，支路j的视在功率

电流为

电压为

计算此时支路j的视在功率损耗

用下式计算：

作为一种较佳的实施例，所述综合等值阻抗计算模块具体包括：

将分布式电源E及负荷L单独作用支路j下的视在功率损耗代数相加，并求得所有支路的视在功率损耗之和

用下式计算：

设研究区域配电网中有M台分布式电源，第m台分布式电源为E_m，时间断面T_k下发出的视在功率为S^k _m；有N个负荷，第n个负荷为L_n，时间断面T_k下负荷的视在功率为S^k _n；时间断面T_k下等值点电压为U^k _eq，用下式计算时间断面T_k下对应的综合等值阻抗Z^k _eqcom：

作为一种较佳的实施例，所述动态等值阻抗计算模块具体包括：计算T时段内综合分布式电源与负荷的配电网动态等值阻抗Z_eqdyn的方法为：

本发明所达到的有益效果：第一，本发明提供的一种综合分布式电源与负荷的配电网潮流动态等值方法及系统，通过综合考虑配电网中分布式电源与负荷的交互影响，分别计及分布式电源与负荷在配电网中产生功率损耗效应，并根据电流方向将功率损耗分配不同权重，计算配电网等值阻抗，综合考虑了分布式电源与负荷的交互影响；最后计及了分布式电源出力与负荷大小的时空变化，对含分布式电源与负荷的配电网进行动态潮流等值。第二，本发明通过综合考虑分布式电源与负荷的交互影响并对配电网进行潮流动态等值，有助于在准确反映实际网络潮流的前提下，降低潮流计算的阶数和复杂度，提升电网安全稳定分析水平。

附图说明

图1是本发明的综合分布式电源与负荷的配电网潮流动态等值方法的优选实施例的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

实施例1：如图1所示，本发明提出一种综合分布式电源与负荷的配电网潮流动态等值方法，包括以下内容：

图1中步骤1描述的是将研究时段T划分为K个时间断面，获取每个时间断面T_k对应的等值前系统潮流数据，k∈K。潮流数据包括研究区域内分布式电源与负荷的有功功率、无功功率，母线电压幅值及相角；网络参数包括线路，变压器阻抗、导纳等。

图1中步骤2描述的是对于时间断面T_k，分别求取该时刻k下研究区域内分布式电源及负荷单独作用下每条支路的视在功率损耗。具体分为如下五个步骤：

第一步，将研究区域配电网网络参数标幺化，包括线路及变压器。将变压器参数归算到高压侧，合并到高压侧所在支路参数中。此时设该配电网共J个支路，第j条支路阻抗为Z_j，j∈J。

第二步，将研究区域内所有负荷支路断开，计算该时间断面T_k时分布式电源E单独作用下，支路j的视在功率

设此时支路j电流方向为正，电流为

第三步，计算此时支路j的视在功率损耗

用下式计算：

第四步，将研究区域内所有分布式电源支路断开，计算该时间断面T_k时负荷L单独作用下，支路j的视在功率

电流为

第五步，计算此时支路j的视在功率损耗

用下式计算：

图1中步骤3描述的是按照等值前后视在功率损耗相等的原则，综合考虑分布式电源与负荷的交互影响，计算综合等值阻抗Z^k _eqcom。具体分为如下两个步骤：

第一步，将分布式电源E及负荷L单独作用支路j下的视在功率损耗代数相加，并求将所有支路的视在功率损耗之和

用下式计算。

第二步，设研究区域配电网中有M台分布式电源，第m台分布式电源为E_m，时间断面T_k下发出的视在功率为S^k _m；有N个负荷，第n个负荷为L_n，时间断面T_k下负荷的视在功率为S^k _n；时间断面T_k下等值点电压为U^k _eq，用下式计算时间断面T_k下对应的综合等值阻抗Z^k _eqcom。

图1中步骤4描述的是考虑研究时段T内运行方式的动态变化，将各个时间断面T_k对应的综合等值阻抗Z^k _eqcom加权求均值，并用下式获取T时段内综合分布式电源与负荷的配电网动态等值阻抗Z_eqdyn。

图1中步骤5描述的是将仿真数据中将原研究区域配电网移除，代替为原研究区域内分布式电源与负荷分别求和并通过动态等值阻抗Z_eqdyn接入等值点，等值完毕。

实施例2：本发明还提出综合分布式电源与负荷的配电网潮流动态等值系统，包括：

潮流数据生成模块，用于：将研究时段T划分为K个时间断面，获取每个时间断面T_k对应的等值前系统潮流数据，k∈K；

视在功率损耗生成模块，用于：对于时间断面T_k，分别求取该时刻k下研究区域内分布式电源及负荷单独作用下每条支路的视在功率损耗；

综合等值阻抗计算模块，用于：按照等值前后视在功率损耗相等的原则，综合考虑分布式电源与负荷的交互影响，计算综合等值阻抗Z^k _eqcom；

动态等值阻抗计算模块，用于：考虑研究时段T内运行方式的动态变化，将各个时间断面T_k对应的综合等值阻抗Z^k _eqcom加权求均值，获取T时段内综合分布式电源与负荷的配电网动态等值阻抗Z_eqdyn；

等值接入模块，用于：将仿真数据中将原研究区域配电网移除，代替为原研究区域内分布式电源与负荷分别求和，并通过动态等值阻抗Z_eqdyn接入等值点，等值完毕。

所述潮流数据生成模块生成的所述潮流数据包括：研究区域内分布式电源与负荷的有功功率、无功功率，母线电压幅值及相角；网络参数包括线路，变压器阻抗、导纳。

实施例3：所述视在功率损耗生成模块具体包括：

将研究区域配电网网络参数标幺化，所述网络参数包括线路及变压器；将变压器参数归算到高压侧，合并到高压侧所在支路参数中；此时设所述配电网共J个支路，第j条支路阻抗为Z_j，j∈J；

将研究区域内所有负荷支路断开，计算该时间断面T_k时分布式电源E单独作用下，支路j的视在功率

设此时支路j电流方向为正，支路j的电流为

电压为

计算此时支路j的视在功率损耗

用下式计算：

将研究区域内所有分布式电源支路断开，计算该时间断面T_k时负荷L单独作用下，支路j的视在功率

电流为

电压为

计算此时支路j的视在功率损耗

用下式计算：

其余同实施例2。

实施例4：所述综合等值阻抗计算模块具体包括：

将分布式电源E及负荷L单独作用支路j下的视在功率损耗代数相加，并求得所有支路的视在功率损耗之和

用下式计算：

设研究区域配电网中有M台分布式电源，第m台分布式电源为E_m，时间断面T_k下发出的视在功率为S^k _m；有N个负荷，第n个负荷为L_n，时间断面T_k下负荷的视在功率为S^k _n；时间断面T_k下等值点电压为U^k _eq，用下式计算时间断面T_k下对应的综合等值阻抗Z^k _eqcom：

所述动态等值阻抗计算模块具体包括：计算T时段内综合分布式电源与负荷的配电网动态等值阻抗Z_eqdyn的方法为：

其余同实施例2。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.综合分布式电源与负荷的配电网潮流动态等值方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1：将研究时段T划分为K个时间断面，获取每个时间断面T_k对应的等值前系统潮流数据，k∈K；

步骤S2：对于时间断面T_k，分别求取该时刻k下研究区域内分布式电源及负荷单独作用下每条支路的视在功率损耗；

步骤S3：按照等值前后视在功率损耗相等的原则，综合考虑分布式电源与负荷的交互影响，计算综合等值阻抗Z^k _eqcom；

步骤S4：考虑研究时段T内运行方式的动态变化，将各个时间断面T_k对应的综合等值阻抗Z^k _eqcom加权求均值，获取T时段内综合分布式电源与负荷的配电网动态等值阻抗Z_eqdyn；

步骤S5：将仿真数据中将原研究区域配电网移除，代替为原研究区域内分布式电源与负荷分别求和，并通过动态等值阻抗Z_eqdyn接入等值点，等值完毕；

所述步骤S3具体包括以下步骤：

步骤S31：将分布式电源E及负荷L单独作用支路j下的视在功率损耗代数相加，并求得所有支路的视在功率损耗之和

用下式计算：

步骤S32：设研究区域配电网中有M台分布式电源，第m台分布式电源为E_m，时间断面T_k下发出的视在功率为S^k _m；有N个负荷，第n个负荷为L_n，时间断面T_k下负荷的视在功率为S^k _n；时间断面T_k下等值点电压为U^k _eq，用下式计算时间断面T_k下对应的综合等值阻抗Z^k _eqcom：

2.根据权利要求1所述的综合分布式电源与负荷的配电网潮流动态等值方法，其特征在于，所述步骤S1中的所述潮流数据包括：研究区域内分布式电源与负荷的有功功率、无功功率，母线电压幅值及相角；网络参数包括线路，变压器阻抗、导纳。

3.根据权利要求1所述的综合分布式电源与负荷的配电网潮流动态等值方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括如下步骤：

步骤S21：将研究区域配电网网络参数标幺化，所述网络参数包括线路及变压器；将变压器参数归算到高压侧，合并到高压侧所在支路参数中；此时设所述配电网共J个支路，第j条支路阻抗为Z_j，j∈J；

步骤S22：将研究区域内所有负荷支路断开，计算该时间断面T_k时分布式电源E单独作用下，支路j的视在功率

设此时支路j电流方向为正，支路j的电流为

电压为

步骤S23：计算此时支路j的视在功率损耗

用下式计算：

步骤S24：将研究区域内所有分布式电源支路断开，计算该时间断面T_k时负荷L单独作用下，支路j的视在功率S_j ^kl，电流为

电压为

步骤S25：计算此时支路j的视在功率损耗

用下式计算：

4.根据权利要求1所述的综合分布式电源与负荷的配电网潮流动态等值方法，其特征在于，所述步骤S4中计算T时段内综合分布式电源与负荷的配电网动态等值阻抗Z_eqdyn的方法为：

5.综合分布式电源与负荷的配电网潮流动态等值系统，其特征在于，包括：

潮流数据生成模块，用于：将研究时段T划分为K个时间断面，获取每个时间断面T_k对应的等值前系统潮流数据，k∈K；

视在功率损耗生成模块，用于：对于时间断面T_k，分别求取该时刻k下研究区域内分布式电源及负荷单独作用下每条支路的视在功率损耗；

综合等值阻抗计算模块，用于：按照等值前后视在功率损耗相等的原则，综合考虑分布式电源与负荷的交互影响，计算综合等值阻抗Z^k _eqcom；

动态等值阻抗计算模块，用于：考虑研究时段T内运行方式的动态变化，将各个时间断面T_k对应的综合等值阻抗Z^k _eqcom加权求均值，获取T时段内综合分布式电源与负荷的配电网动态等值阻抗Z_eqdyn；

等值接入模块，用于：将仿真数据中将原研究区域配电网移除，代替为原研究区域内分布式电源与负荷分别求和，并通过动态等值阻抗Z_eqdyn接入等值点，等值完毕；

所述综合等值阻抗计算模块具体包括：

将分布式电源E及负荷L单独作用支路j下的视在功率损耗代数相加，并求得所有支路的视在功率损耗之和

用下式计算：

设研究区域配电网中有M台分布式电源，第m台分布式电源为E_m，时间断面T_k下发出的视在功率为S^k _m；有N个负荷，第n个负荷为L_n，时间断面T_k下负荷的视在功率为S^k _n；时间断面T_k下等值点电压为U^k _eq，用下式计算时间断面T_k下对应的综合等值阻抗Z^k _eqcom：

6.根据权利要求5所述的综合分布式电源与负荷的配电网潮流动态等值系统，其特征在于，所述潮流数据生成模块生成的所述潮流数据包括：研究区域内分布式电源与负荷的有功功率、无功功率，母线电压幅值及相角；网络参数包括线路，变压器阻抗、导纳。

7.根据权利要求5所述的综合分布式电源与负荷的配电网潮流动态等值系统，其特征在于，所述视在功率损耗生成模块具体包括：

将研究区域配电网网络参数标幺化，所述网络参数包括线路及变压器；将变压器参数归算到高压侧，合并到高压侧所在支路参数中；此时设所述配电网共J个支路，第j条支路阻抗为Z_j，j∈J；

将研究区域内所有负荷支路断开，计算该时间断面T_k时分布式电源E单独作用下，支路j的视在功率S_j ^ke，设此时支路j电流方向为正，支路j的电流为

电压为

计算此时支路j的视在功率损耗

用下式计算：

将研究区域内所有分布式电源支路断开，计算该时间断面T_k时负荷L单独作用下，支路j的视在功率S_j ^kl，电流为

电压为

计算此时支路j的视在功率损耗

用下式计算：

8.根据权利要求5所述的综合分布式电源与负荷的配电网潮流动态等值系统，其特征在于，所述动态等值阻抗计算模块具体包括：计算T时段内综合分布式电源与负荷的配电网动态等值阻抗Z_eqdyn的方法为：

Images