CN113935538A - 基于能源互联网的主动配电网规划方法、装置和系统 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种基于能源互联网的主动配电网规划方法、装置和系统。其中，该方法包括：预测电力需求，包括网供负荷预测、电动汽车灵活性负荷预测、储能容量规划、分布式电源出力规划；电力电量平衡测算；网架规划；管沟规划，形成主动配电网规划方案。本申请解决了能源互联网发展背景下，可再生能源高比例接入、可控负荷持续增多、储能配置等使得现有的配电网从源随荷动转变为源荷互动，配电网架构和传统规划方法已经很难满足新形势下用户对供电可靠性、电能质量要求的技术问题。
Description
技术领域
本申请涉及电力需求领域，具体而言，涉及一种基于能源互联网的主动配电网规划方法、装置和系统。
背景技术
高比例可再生能源的接入会给配电网带来如可再生能源接入点电压升高、双向潮流、短路电流增大、三相不平衡、谐波污染等一系列问题，这类问题将会限制可再生能源的大规模接入。主动配电网(Active Distribution Network，ADN)在此背景下应运而生。ADN的基础定义是通过灵活的拓扑结构管理潮流，对配电网络中的分布式电源、储能、可控负荷等新要素进行主动控制和管理的配电网。其实现的技术支撑是先进的现代电力电子技术、配电自动化设备、良好的通讯系统与配电网综合管理系统。ADN是智能配电网技术发展的高级阶段技术，更加强调能量价值和信息价值，能够自主协调控制间歇式新能源与储能装置等分布式发电单元，积极消纳可再生能源并确保网络的安全经济运行。面向能源互联网的主动配电网需要同时面对供需双侧的转变，风光出力的强随机性、波动性和用电负荷的尖峰化带给电力电量平衡巨大的挑战，传统的源荷实时平衡模式转变为源、荷、储三者参与的非实时电力电量平衡模式，确保可靠、高效、灵活的电力供应。
此外，随着配电网系统中电动汽车的快速普及以及可控负荷的持续增多，传统配电网规划方法已经很难满足新形势下用户对供电可靠性、电能质量的要求，主动配电网规划在传统配电网规划上还应全面考虑以下几点：在决策对象方面，传统配电网规划考虑计划负荷增长，对变电站和网架结构进行扩展规划，主动配电网规划在此基础上，规划对象还包括可再生能源、储能、电动汽车灵活性负荷等内容；在规划所需考虑的约束条件上，传统配电网规划仅需要考虑基础功率平衡、节点电压、支路容量等潮流约束，主动配电网中可再生能源大量接入使配电网变为多电源结构，进而导致双向潮流和接入点电压升高等问题，包含的可控负荷及储能等主动管理资源也需要特别考虑约束；在不确定性处理方面，传统配电网运行中的不确定性多集中在负荷波动与线路故障，在主动配电网中，可再生能源强依赖于环境变化，具有天然的间歇性和不确定性，电动汽车、需求侧响应负荷、分布式储能系统的加入使得负荷精确预测更加困难，配电网运行的不确定性因素将大为增强，对各类型可控资源的统筹协调将更加复杂。
因此，提出针对面向能源互联网的主动配电网规划具有重要意义。
发明内容
本申请实施例提供了一种基于能源互联网的主动配电网规划方法、装置和系统，以至少解决能源互联网发展背景下，可再生能源高比例接入、可控负荷持续增多、储能配置等使得现有的配电网从源随荷动转变为源荷互动，配电网架构和传统规划方法已经很难满足新形势下用户对供电可靠性、电能质量要求的技术问题。
根据本申请实施例的一个方面，提供了一种基于能源互联网的主动配电网规划方法，包括：预测电力需求，包括网供负荷预测、电动汽车灵活性负荷预测、储能容量规划、分布式电源出力规划；电力电量平衡测算；网架规划；管沟规划，形成主动配电网规划方案。
可选地，确定主动配电网的网供负荷包括根据控制性详细规划中确定的用地性质类型和对应的负荷密度指标确定电力负荷需求，该用电负荷值需要核减空调供冷供热负荷，一般估算供冷供热用电负荷约为40％～50％。
可选地，确定电动汽车充电系统规划配置需参考地方标准规范。根据规划用地性质确定停车位数量，以《北京地区建设规划设计通则》为例，考虑居住类用地为65个/万平方米，办公类用地为65个/万平方米，商业类用地为60个/万平方米，其他类为50个/万平方米。根据所述停车位数量确定充电桩数量，以《北京市电动汽车充电基础设施专项规划(2016-2020年)》，考虑居住类建筑按照配建停车位18％规划建设；办公类建筑按照配建停车位25％规划建设；商业类建筑及社会停车场库(含P+R停车场)按照配建停车位20％规划建设；其他类公共建筑(如医院、学校、文体设施等)按照配建停车位15％规划建设。根据所述充电桩数量和用地性质确定交、直流充电桩配比。以北京为例，一般居住用地，交、直流充电桩比例考虑1∶9，其他用地性质，交、直流充电桩比例考虑9∶1。
可选地，确定交流充电系统用电容量通过以下公式确定：
其中，S表示总用电容量，n1表示最大相交流充电桩的数量，n2表示三相交流充电桩的数量，P1表示单相交流充电桩功率，可考虑7kW，P2表示三相交流充电桩功率，可考虑21kW。Kt表示同时系数，
表示功率因数。
可选地，确定直流充电系统用电容量通过以下公式确定：
其中，S表示总用电容量，n表示直流充电桩的数量，P表示单个直流充电桩的输入功率，可考虑60kW。Kt表示同时系数，
表示功率因数。
可选地，确定储能容量规划。储能容量规划考虑两种应用场景，包括从电网侧储能角度考虑，应用场景为针对重载时段进行削峰填谷；从用户侧储能考虑，应用场景为峰谷套利。
可选地，电网侧储能容量规划方法，其目的在于电网侧储能通过负荷高峰时段放电、低谷时段充电，降低变电站峰值负荷，保证变电站安全运行的同时延缓增容扩建改造，目前实际工程中通常按照变电站主备容量的10％，放电2h配置储能容量。
可选地，用户侧储能容量规划方法包括：其目的在于用户侧储能通过低谷电价时段充电、高峰电价时段放电的套利模式，提高用户收益。其储能配置容量需要对用户负荷数据聚类分析，以经济效益最优为目标函数，通过充放电能量、功率守恒约束、荷电状态约束、配电容量约束和电池容量约束等进行储能容量求解。
可选地，分布式电源出力规划，主要为光伏出力，所述方法包括：确定研究区域太阳能资源情况，确定资源禀赋；确定所述光伏出力规划年发电量分析，综合考虑太阳能年总辐射量、阵列效率、衰减效率等；通过建筑屋顶面积确定太阳能资源利用潜力分析，一般按理想情况预估，可考虑80％的屋顶面积为可利用面积，50％的可利用面积全部辐射太阳能光伏系统。
可选地，光伏出力规划中的光伏接入方案包括：如果光伏安装容量与用电负荷相比，比值较小，光伏所发电力基本可以在地块内消纳，故光伏按照自发自用、余电上网模式，就近接入地块内配电室低压侧母线。如果光伏安装容量较大，不利于全部消纳，若采用光伏电站集中并网，投资收益较差，建议优先采用自发自用、余电上网模式，就近接入附近能源站10kV公网母线，每个站点接入容量不超过6MW。
可选地，平衡电量测算方法为：基于确定的负荷需求功率，根据研究区域110kV和220kV容载比规划原则，确定平衡电量值。
可选地，网架规划方法为：基于研究区域的供电区域类型定位、配电设施数量和容量，建设与研究区域定位相匹配，电网结构坚强，运行方式灵活，各级电网协调发展的网架类型，一般选用双环网或单环网结构，能够抵御N-1故障，保障供电可靠率。
可选地，管沟规划方法为：基于研究区域道路性质和网架规划结果，按照城市主干路、次干路、支路不同道路性质规划隧道和电力管井。
在本申请实施例中，通过网供负荷、电动汽车灵活性负荷、储能容量、分布式电源出力等电力需求的预测，确定电力电量平衡关系，根据电量规划成果确定规划网架，最后确定管沟敷设路径，达到了主动配电网规划的目的，进而解决了能源互联网发展背景下，可再生能源高比例接入、可控负荷持续增多、储能配置等使得现有的配电网从源随荷动转变为源荷互动，配电网架构和传统规划方法已经很难满足新形势下用户对供电可靠性、电能质量要求的技术问题。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1是根据本申请实施例一种基于能源互联网的主动配电网规划方法的流程示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
根据本申请实施例，提供了一种基于能源互联网的主动配电网规划方法实施例，需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
图1是根据本申请实施例的参与需求响应的用电客户分类方法，如图1所示，该方法包括如下步骤：
步骤S102，根据网供负荷预测、电动汽车灵活性负荷预测、储能容量规划、分布式电源出力规划确定电力需求；
步骤S104，根据所述电力需求确定平衡电量；
步骤S106，根据所述电量规划结果确定规划网架；
步骤S108，根据所述规划网架确定管沟敷设路径。
该面向能源互联网的主动配电网规划方法中，首先，收集研究区域控制性详细规划，测算网供负荷、电动汽车灵活性负荷、储能容量、分布式电源出力规划确定电力需求；然后，根据所述电力需求，结合研究区域对应电压等级容载比确定平衡电量；再根据所述电量规划结果确定规划网架；最后，根据所述规划网架确定管沟敷设路径，达到了主动配电网规划的目的，进而解决了能源互联网发展背景下，可再生能源高比例接入、可控负荷持续增多、储能配置等使得现有的配电网从源随荷动转变为源荷互动，配电网架构和传统规划方法已经很难满足新形势下用户对供电可靠性、电能质量要求的技术问题。
本申请一些可选的实施例中，确定主动配电网的网供负荷，包括：根据控制性详细规划中确定的用地性质类型和对应的负荷密度指标确定电力负荷需求，通过以下公式确定：
其中，Pt表示t时刻的配电网络的用电负荷，r为预测的同时率，n为区域用地类型数量，St(i)表示t时刻第i类用地类型的建筑面积，ρt(i)表示t时刻第i类用地类型的负荷密度。确定电力系统中目标用户的空调负荷用电量之前，可获取空调负荷的运行状态、空调负荷用于空间制冷和供暖的温度响应斜率、预定时刻的室外温度以及空调用于空间制冷和制热的空调负荷对应的恒温器设定值、以及白噪音。
本申请一些实施例中，确定电动汽车灵活性用电负荷，所述电动汽车负荷通过以下公式确定：
其中，Pe(t)表示某类型电动汽车t时刻的充电功率，ne表示某类型电动汽车的数量，ke(t)表示t时刻某类型电动车的接入比例，m表示电动汽车的类型。
本申请一些实施例中，确定交流充电系统用电容量通过以下公式确定：
其中，S表示总用电容量，n1表示最大相交流充电桩的数量，n2表示三相交流充电桩的数量，P1表示单相交流充电桩功率，可考虑7kW，P2表示三相交流充电桩功率，可考虑21kW。Kt表示同时系数，
表示功率因数。
本申请一些实施例中，确定直流充电系统用电容量通过以下公式确定：
其中，S表示总用电容量，n表示直流充电桩的数量，P表示单个直流充电桩的输入功率，可考虑60kW。Kt表示同时系数，
表示功率因数。
上述本申请实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
在本申请的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述仅是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。
Claims (14)
1.一种基于能源互联网的主动配电网规划方法，其特征在于，包括：
根据网供负荷预测、电动汽车灵活性负荷预测、储能容量规划、分布式电源出力规划确定电力需求；
根据所述电力需求，结合研究区域容载比确定平衡电量；
根据所述电量规划结果确定规划网架；
根据所述规划网架确定管沟敷设路径。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，确定主动配电网的网供负荷，包括：
根据控制性详细规划中的用地性质分类和对应的负荷密度指标确定电力负荷需求，通过以下公式确定：
其中，Pt表示t时刻的配电网络的用电负荷，r为预测的同时率，n为区域用地类型数量，St(i)表示t时刻第i类用地类型的建筑面积，ρt(i)表示t时刻第i类用地类型的负荷密度。
该用电负荷值需要核减空调供冷供热负荷，一般估算供冷供热用电负荷约为40％～50％。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，确定电动汽车灵活性用电负荷，所述电动汽车负荷通过以下公式确定：
其中，Pe(t)表示某类型电动汽车t时刻的充电功率，ne表示某类型电动汽车的数量，ke(t)表示t时刻某类型电动车的接入比例，m表示电动汽车的类型。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，确定电动汽车充电系统数量配置需参考地方标准规范。
根据规划用地性质确定停车位数量，以《北京地区建设规划设计通则》为例，考虑居住类用地停车位数量为65个/万平方米，办公类用地停车位数量为65个/万平方米，商业类用地停车位数量为60个/万平方米，其他类停车位数量为50个/万平方米。
根据所述停车位数量确定充电桩数量，以《北京市电动汽车充电基础设施专项规划(2016-2020年)》，考虑居住类建筑按照配建停车位18％规划建设充电桩；办公类建筑按照配建停车位25％规划建设充电桩；商业类建筑及社会停车场库(含P+R停车场)按照配建停车位20％规划建设充电桩；其他类公共建筑(如医院、学校、文体设施等)按照配建停车位15％规划建设充电桩。
根据所述充电桩数量和用地性质确定交、直流充电桩配比。以北京为例，一般居住用地配置交、直流充电桩比例考虑1∶9，其他用地性质配置交、直流充电桩比例考虑9∶1。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，确定交流充电系统用电容量通过以下公式确定：
其中，S表示总用电容量，n1表示最大相交流充电桩的数量，n2表示三相交流充电桩的数量，P1表示单相交流充电桩功率，可考虑7kW，P2表示三相交流充电桩功率，可考虑21kW。Kt表示同时系数，
表示功率因数。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，确定直流充电系统用电容量通过以下公式确定：
其中，S表示总用电容量，n表示直流充电桩的数量，P表示单个直流充电桩的输入功率，可考虑60kW。Kt表示同时系数，
表示功率因数。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，确定储能容量规划。
所述储能容量规划考虑两种应用场景，包括从电网侧储能角度考虑，应用场景为针对重载时段进行削峰填谷；从用户侧储能考虑，应用场景为峰谷套利。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述电网侧储能容量规划方法，
其目的在于电网侧储能通过负荷高峰时段放电、低谷时段充电，降低变电站峰值负荷，保证变电站安全运行的同时延缓增容扩建改造，目前实际工程中通常按照变电站主备容量的10％，放电2h配置储能容量。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述用户侧储能容量规划，所述方法包括：
其目的在于用户侧储能通过低谷电价时段充电、高峰电价时段放电的套利模式，提高用户收益。
其储能配置容量需要对用户负荷数据聚类分析，以经济效益最优为目标函数，
通过充放电能量、功率守恒约束、荷电状态约束、配电容量约束和电池容量约束等进行储能容量求解。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述分布式电源出力规划，主要为光伏出力，所述方法包括：
确定研究区域太阳能资源情况，确定资源禀赋；
确定所述光伏出力规划年发电量分析，综合考虑太阳能年总辐射量、阵列效率、衰减效率等；
通过建筑屋顶面积确定太阳能资源利用潜力分析，一般按理想情况预估，可考虑80％的屋顶面积为可利用面积，50％的可利用面积全部辐射太阳能光伏系统。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述光伏出力规划，光伏接入方案包括：
如果光伏安装容量与用电负荷相比，比值较小(约20％)，光伏所发电力基本可以在地块内消纳，故光伏按照自发自用、余电上网模式，就近接入地块内配电室低压侧母线。
如果光伏安装容量较大，不利于全部消纳，若采用光伏电站集中并网，投资收益较差，建议优先采用自发自用、余电上网模式，就近接入附近能源站10kV公网母线，每个站点接入容量不超过6MW。
12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述平衡电量测算方法为：
基于确定的负荷需求功率，根据研究区域110kV和220kV容载比规划原则，确定平衡电量值。
13.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述网架规划方法为：
基于研究区域的供电区域类型定位、配电设施数量和容量，建设与研究区域定位相匹配，电网结构坚强，运行方式灵活，各级电网协调发展的网架类型，一般选用双环网或单环网结构，能够抵御N-1故障，保障供电可靠率。
14.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述管沟规划方法为：
基于研究区域道路性质和网架规划结果，按照城市主干路、次干路、支路不同道路性质规划隧道和电力管井。一般地，城市主干路可按照双侧隧道或一侧隧道一侧管井的目标建设，城市次干路可按照一侧隧道一侧管井的目标建设；支路可按照单侧管井目标建设；交叉路口形成管沟通道，适当留有发展裕度。
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| CN202111251179.4A Withdrawn CN113935538A (zh) | 2021-10-29 | 2021-10-29 | 基于能源互联网的主动配电网规划方法、装置和系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113935538A (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116494815A (zh) * | 2023-06-30 | 2023-07-28 | 万物新能(深圳)科技有限公司 | 储能及充电桩一体化系统及控制方法、管理控制服务器 |
| CN117473686A (zh) * | 2023-12-27 | 2024-01-30 | 中国能源建设集团湖南省电力设计院有限公司 | 一种多断面多层级约束下区域新能源承载力计算方法 |
-
2021
- 2021-10-29 CN CN202111251179.4A patent/CN113935538A/zh not_active Withdrawn
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116494815A (zh) * | 2023-06-30 | 2023-07-28 | 万物新能(深圳)科技有限公司 | 储能及充电桩一体化系统及控制方法、管理控制服务器 |
| CN116494815B (zh) * | 2023-06-30 | 2023-08-22 | 万物新能(深圳)科技有限公司 | 储能及充电桩一体化系统及控制方法、管理控制服务器 |
| CN117473686A (zh) * | 2023-12-27 | 2024-01-30 | 中国能源建设集团湖南省电力设计院有限公司 | 一种多断面多层级约束下区域新能源承载力计算方法 |
| CN117473686B (zh) * | 2023-12-27 | 2024-04-12 | 中国能源建设集团湖南省电力设计院有限公司 | 一种多断面多层级约束下区域新能源承载力计算方法 |
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