CN113410843A - 一种基于负荷矩和分布式电源接入配电网的低电压治理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于归一化负荷矩和分布式电源接入配电网的低电压治理方法,步骤包括:S1:计算获得各线路满足最低电压的负荷矩;S2:基于负荷矩的分布式电源待接入位置的选取;S3:构建分布式电源接入配电网选址定容模型的目标函数;S4:确立分布式电源接入配电网选址定容模型的约束条件,并最终确定分布式电源的接入地址和容量。本发明解决了不同型号线路混接时负荷矩不能求的问题,通过基于归一负荷矩的分布式电源的选址定容实现对电压分布的改善,同时可以减少配电网投资费用,提高经济效益。
Description
技术领域
本发明属于配电网规划领域,尤其涉及一种基于负荷矩和分布式电源的配电网低电压治理方法。
背景技术
随着城市化建设的不断加快,人们的用电需求逐渐提高,长距离、重负荷的配电网线路往往存在低电压问题,对低电压线路的分析与改造已经成为电网公司重点关注的问题之一。现阶段解决低电压问题的措施主要有改造台区低压线路、新增配电变压器、安装低压无功补偿装置、调整配电变压器的分接头位置等。研究该问题对提高用户的用电质量和供电可靠性具有重要意义。
在线路过长、电压等级较低的供电线路中,无功对压降的影响并没有在高电压等级线路中那么明显,因此仅通过投入无功补偿装置提高末端电压效率不高;线路电压过低的主要原因是线路过长导致较大的电压损耗,仅通过调节分接头提高首端电压并不能从根本上解决电压损耗过大的问题;对于负荷季节性较强的线路,年负荷利用小时数较低,改造线路造成资源浪费。
现有的解决低电压问题的措施不适用于线路过长、电压等级较低、电压损耗过大且负荷季节性较强,年负荷利用小时数较低的线路。因此本发明提出在线路供电区域架设微网、引入分布式电源的低电压治理方法,并以负荷矩理论为基础构建相关模型,可以明显减小线路潮流,降低电压损耗,从而满足电压要求,同时还能带来长期的节能环保效益。
发明内容
发明目的:为了解决现有技术的缺陷,本发明提供了一种基于负荷矩和分布式电源的配电网低电压治理方法,基于归一负荷矩确立分布式电源的待接入位置,可以有效减少选址的节点数目,并提出了一种兼顾网损费用和投资费用的分布式电源选址定容方案,实现对电压分布改善的同时可以减少配电网投资费用,提高经济效益。
技术方案:为了解决上述技术问题,本发明采用以下技术方案:一种基于负荷矩和分布式电源接入配电网的低电压治理方法,包括以下步骤:
步骤S2,基于负荷矩的归一化处理,选取存在低电压的节点作为分布式电源待接入地址;
步骤S3,构建分布式电源接入配电网选址定容模型的目标函数;
步骤S4,确立分布式电源接入配电网选址定容模型的约束条件,并最终确定分布式电源的接入地址和容量。
进一步的,步骤S2,基于负荷矩的分布式电源待接入位置的选取:
首先,对台区不同型号线路进行归一化处理,基于负荷矩表达式(2)得到混接线路的等效负荷矩:
进一步的,步骤S3,通过目标函数进行分布式电源接入配电网的选址定容:
式中,为总线损,分别为线路的长度和导线材料的电阻系数;
为经济电流密度;和分别为线路上的电压和功率因数;为通过线路的有功功
率,可以近似地看作常数;为单位电价,为年网络损耗费用;为投资费用,为光伏单位容量投资成本,为光伏容量大小;
最后基于网路损耗最小好投资费用最小的综合目标考虑,得到综合目标优化函数(5):
进一步的,步骤S4,分布式电源接入配电网的选址定容模型满足以下约束条件,并最终确定分布式电源接入地址和定容:
(1)功率平衡等式约束
(2)满足节点电压约束、线路功率约束、及节点安装DG容量限制
式中,为节点的电压,表示待选节点的电压幅值下限,表示待选节点
的电压幅值上限;为正常运行时的支路功率,亦即线路实际承载的功率,为支路功率
上限;为待选节点的DG容量, 表示待选节点受资源和条件限制所允许的最
大DG安装容量。
有益效果:与现有技术相比,本发明具有以下优点:
(1)通过归一化处理,解决了不同型号线路混接时负荷矩难以求解的问题,避免造成对线路末端出现低电压现象的误判或漏判;
(2)提出了基于归一负荷矩的分布式电源待接入位置的选取方法,有效改善节点低电压,为分布式电源接入地址提供依据,不仅可以实现对电压分布的改善,也有效的减少了选址的节点数目,简化了下一步的计算分析。
(3)提出了兼顾网损费用和投资费用的分布式电源选址定容方案,实现能合理确定分布式电源的接入位置和接入容量,并最大化接入分布式电源的综合效益。
附图说明
图1为本发明所述基于归一化负荷矩和分布式电源接入配电网的低电压治理方法的逻辑流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作出进一步说明,应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围,在阅读了本发明之后,本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
如图1所示,本发明基于归一化负荷矩和分布式电源接入配电网的低电压治理方法具体包括以下步骤:
步骤S1、基于负荷矩的低电压判断方法,以确定满足最低电压时的负荷矩
(1)线路电压损失百分数的表达式如下:
(2)满足最低电压时的负荷矩表达式如下:
步骤S2、基于负荷矩的分布式电源待接入位置的选取
台区存在不同型号的线路混接,为综合反映台区的负荷矩情况,将不同型号导线进行归一处理,可得该混接线路的等效负荷矩。归一化过程如图1所示,归一化步骤如下,距离说明:
(1)某线路由长50m的LGJ-70线路和长60m的LGJ-120线路组成。若忽略不同型号线路的电气参数影响,直接根据定义可以计算得到该线路的负荷矩表达式为:
(2)在相同线间几何均距条件下,选用LGJ-120的架空线输送相同容量负荷且保证
电压水平符合标准时,最大供电半径将是LGJ-70的1.37倍,1.37即为LGJ-70换算到LGJ-120
线路的归一系数。则利用该线性关系,将LGJ-70架空线归一到LGJ-120架空线,即供电距离
50m的LGJ-70架空线在保持输送功率不变情况下,等效成LGJ-120架空线导线对应的供电距
离为。
(3)将不同型号导线归一至同一型号后,即可按简单的计算方法求得该混接线路的等效负荷矩,其表达式如下:
(4)将等效负荷矩与LGJ-120线路的负荷矩标准值进行比较,即可找出电压薄弱的节点,作为分布式电源的待接入位置,将低电压治理问题转换为分布式电源的选址定容问题。
步骤S3、构建分布式电源接入配电网选址定容模型的目标函数
(1)以网络损耗最小为目标
电网中任一支路i的线损的表达式如下:
线路总线损的表达式如下:
由上式可看出,当总负荷矩最小时,总线损也最小。
则接入分布式电源之后年网络损耗费用的表达式如下:
(2)以投资费用最小为目标
装设分布式电源的容量投资费用表达式如下:
(3)分布式电源选址定容的综合目标优化函数为:
步骤S4:确立分布式电源接入配电网选址定容模型的约束条件
(1)功率平衡等式约束
(2)节点电压约束
(3)线路功率约束
(4)节点安装DG容量限制
以某县城线路为例,线路全长89.728公里,为季节性农灌负荷,年线路最大负载为3.71MW,最大负载率为84.1%。该线路是存在长距离低电压问题线路的典型代表。
该线路主干线导线型号为LGJ-70,根据负荷矩表得出,当功率因数为0.8时,10kV线路在电压降10%时的负荷矩为14000kW∙km。通过计算该线路主干线的负荷矩,得出在143#节点处及以前装设分布式电源,且装设的容量大小至少要保证满足负荷矩要求,即总负荷矩小于14000kW∙km,得出安装容量大小至少为365kW。
光伏单位容量投资成本为7000元/kW,网损费用为0.55元/kWh。通过计算网络损耗
费用和分布式电源容量费用,选出最优经济方案:在143#节点处装设容量为365kW的分布式
光伏最优,总的网损费用和分布式电源容量费用为324.5万元。
本发明,首先通过归一处理,解决了不同型号线路混接时负荷矩不能求的问题,避免造成误判或漏判:台区存在不同型号的线路混接,如果将不同导线截面的线路负荷矩直接简单数量求和,不能准确表征接线路的负荷矩量纲。若选取小截面导线负荷矩作为基准,虽然计算负荷矩已超过线路规定值,但针对其他较大截面的线路其实际线路末端可能并未出现低电压现象,从而造成误判;若选取大截面导线负荷矩作为基准,则可能对小截面线路会造成漏判,不能有效发现低电压的存在。其次,归一负荷矩方法可以有效、便捷的反映整个台区长线路的负荷矩情况,本发明以改善节点低电压为目的,通过归一负荷矩方法,找出电压降低的薄弱节点,作为分布式电源的待接入位置,不仅可以实现对电压分布的改善,也有效的减少了选址的节点数目,简化了下一步的计算分析。最后,本发明提出了兼顾网损费用和投资费用的分布式电源选址定容方案,通过合理选择分布式电源的接入位置和接入容量,能够最大化接入分布式电源的综合效益:分布式电源接入配电网后,使得传统的无源网络变成内部遍及小电源的有源网络,改变了电网内的潮流,降低了网络损耗,从而有效提高电网电能输送效率;同时在满足负荷矩要求的前提下,选择最优的分布式电源安装容量,可以减少投资费用,提高经济效益。
Claims (5)
4.根据权利要求1所述基于归一化负荷矩和分布式电源接入配电网的低电压治理方法,其特征在于:步骤S3,通过目标函数进行分布式电源接入配电网的选址定容:
式中,为总线损,分别为线路的长度和导线材料的电阻系数;为经济电流密度;和分别为线路上的电压和功率因数;为通过线路的有功功率,可以近似地看作常数;为单位电价,为年网络损耗费用;为投资费用,为光伏单位容量投资成本,为光伏容量大小;
最后基于网路损耗最小好投资费用最小的综合目标考虑,得到综合目标优化函数:
5.根据权利要求1所述基于归一化负荷矩和分布式电源接入配电网的低电压治理方法,其特征在于:步骤S4,分布式电源接入配电网的选址定容模型满足以下约束条件,并最终确定分布式电源接入地址和定容:
(1)功率平衡等式约束
(2)满足节点电压约束、线路功率约束、及节点安装DG容量限制
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