CN114579921B - 一种计及过电压影响的台区分布式电源接入容量计算方法 - Google Patents

一种计及过电压影响的台区分布式电源接入容量计算方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种计及过电压影响的台区分布式电源接入容量计算方法，该方法通过对台区分布式光伏接入容量评估由台区设备情况和台区负荷情况共同约束，按照台区过电压约束分析、台区安全性约束分析、台区负荷情况耦合分析的方法对台区分布式电源接入容量进行计算，为台区分布式电源最大接入容量提供了简单易行的计算方法，解决了台区分布式光伏接入过量接入导致的电能质量问题以及设备安全性问题。

Description

一种计及过电压影响的台区分布式电源接入容量计算方法
技术领域
本发明属于电力电网技术领域，具体涉及一种计及过电压影响的台区分布式电源接入容量计算方法。
背景技术
分布式电源的渗透率不断增长给配电网的电能质量水平带来了严重的影响。分布式电源会引入一些电力扰动，如：电流的剧烈变化引起的瞬变、发电机组输出功率的周期性变化导致的电压波动、发电机有功和无功功率变化引起的长时间电压变动、单相发电机组引起的不平衡问题、短路电流水平增大引起的电压暂降特征的改变等。
当台区接入大量分布式电源后，台区由传统无源网络变为有源复杂网络，台区运行方式与运行状态发生重大变化。光伏的接入位置和接入容量的不同，会导致不同程度的电压抬升，一旦过多分布式光伏接入台区，台区很可能会出现过电压问题。因此需要设计一种计算方法，确定台区分布式电源接入容量，以指导台区分布式光伏开发和接入。
发明内容
为解决现有技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种计及过电压影响的台区分布式电源接入容量计算方法，包括如下步骤：
S1：获取台区的设备情况，具体包括：配变型号、导线型号、导线长度；获取台区的负荷数据，具体包括负荷大小和负荷曲线。
S2：进行台区过电压情况约束分析，20kV及以下三相供电电压偏差为标称的+7％～-10％，分别调整低压线路的供电半径、功率因素、导线型号以及光伏接入位置，计算可接入的最大光伏容量；具体分析方法如下：
S201，当负荷集中于线路末端，建立线路理论电压降计算模型：
当负荷集中于线路末端，假设主干线总阻抗为R+jX，末端负荷视在功率为S＝P+jQ，则主干线上的电压总损耗ΔU的计算方法如下：
上式中，R为线路电阻，X为线路电抗，P为有功功率，Q为无功功率，UN为台区额定电压，L为线路长度，r为单位长度线路的电阻，l为单位长度线路的电抗，α为功角，cosα为功率因素；台区的电压约束即是线路电压降需在导则要求以内；为保证台区电压的稳定性，会将变压器出口电压调整至一个固定挡位，设定为UN；根据导则要求，台区末端电压不能超过1.07UN，则线路上的电压降ΔU边界为0.07UN；
S202，计算光伏集中安装与线路末端时，优先对安装点负荷供电后，剩余的上送至公共低压线路上的功率：
其中SG，1为光伏计算集中于线路末端的台区理论上送容量；
S203，上述S202中的计算方法为光伏计算集中于线路末端的台区理论上送容量计算方法，对光伏负荷不同分布形式下的台区理论上送容量，可通过分布调整系数计算：
SG＝NSG,1                          (3)
N为台区不同光伏分布时的调整系数；SG为满足电压约束下的台区理论上送容量，SG,1根据S202计算得出；
S3，以台区不反向重载为边界，对S2计算得到的台区理论上送容量SG进行安全性校验；若SG小于等于台区额定容量的80％，则满足台区安全性校验的台区最大上送功率即为SG；若SG大于台区额定容量的80％，则满足台区安全性校验的台区最大上送功率即为0.8*S；校验过程可用下式表示：
SG为满足电压约束下的台区理论上送容量，其计算方法在前文已做介绍。S为台区额定容量；为满足台区安全性校验的台区最大上送功率。
S4，进行负荷特性耦合分析：将台区主要负荷用户分为若干种类，将多类负荷折算至光伏最大出力时刻；折算后的负荷(P1)＝台区有功功率(P)*耦合系数(k)；将不同种类典型负荷曲线与光伏出力曲线进行耦合分析，确定耦合系数k；
耦合系数k计算方法如下：
上式中，m为全天划分的时段数，通常取值为24或96；ki为第i个时段内台区最大负荷与光伏最大出力的比值，P′1,i为归一化后的第i个时段内台区最大负荷，P′G,i归一化后的第i个时段内台区光伏最大出力。
P′1,i、P′G,i的归一化方法如下所示：
P1,i为第i个时段内台区最大负荷，PG,i第i个时段内光伏典型出力曲线的最大出力。 P1,max为全天台区最大负荷，PG,max为全天光伏典型出力曲线的最大出力；
S5，增加台区负荷P1，即可求得台区光伏接入容量，计算公式如下：
S′＝S+P1                            (7)
上式中，S′即为台区光伏接入容量。
本发明的有益效果为：
(1)充分考虑台区现有负荷对光伏接入容量的影响。分布式光伏发电优先就地消纳，所以台区现有负荷对最大接入容量影响较大。本方法优先将负荷与光伏出力进行耦合分析，并得出部分典型负荷的耦合系数，可以在台区分布式电源接入容量中考虑负荷的影响。
(2)充分考虑台区设备情况对光伏接入容量的影响。方法计及配电变压器容量、台区线路型号、供电半径等设备情况，并结合台区设备情况形成过电压约束和设备安全约束，作为计算台区最大接入容量的重要约束。
(3)计算简单可行，无需进行复杂的潮流计算即可计算台区光伏最大接入容量，具备良好的操作性。本方法通过耦合系数、形状分布系数，以及若干表格，通过简单的乘除和查表，即可获取台区光伏最大接入容量。方法简单易行，便于一线工作人员使用。
附图说明
图1为本发明的流程示意图；
图2为本发明实施例中负荷均匀分布时的计算示意图；
图3为本发明实施例中光伏与负荷类型耦合分析示意图。
具体实施方式
如图1所示，本申请提供的一种计及过电压影响的台区分布式电源接入容量计算方法包括如下步骤：
S1：获取台区的设备情况，具体包括：配变型号、导线型号、导线长度。获取台区的负荷数据，具体包括负荷大小和负荷曲线。部分典型导线参数入下表1所示：
序号 型号 r(Ω/km) x(Ω/km)
1 LGJ-35 0.85 0.385
2 LGJ-50 0.65 0.374
3 LGJ-70 0.45 0.364
4 LGJ-95 0.332 0.353
5 LGJ-120 0.27 0.34
6 LGJ-150 0.21 0.365
7 LGJ-185 0.131 0.357
表1
S2：进行台区过电压情况约束分析，20kV及以下三相供电电压偏差为标称的+7％～-10％，分别调整低压线路的供电半径、功率因素、导线型号以及光伏接入位置，计算可接入的最大光伏容量；具体分析方法如下：
S201，当负荷集中于线路末端，建立线路理论电压降计算模型：
当负荷集中于线路末端，假设主干线总阻抗为R+jX，末端负荷视在功率为S＝P+jQ，则主干线上的电压总损耗ΔU的计算方法如下：
台区的电压约束即是线路电压降需在导则要求以内；传统台区电压是由首端向末端线路逐渐降低，但光伏接入以后，台区电压由接入点向两端逐渐降低；特殊的，当接入点位于台区末端时，则台区末端电压最高，向前逐步降低，与传统台区电压损耗过程相反；为保证台区电压的稳定性，会将变压器出口电压调整至一个固定挡位，设定为为UN；根据导则要求，台区末端电压不能超过1.07UN，则线路上的电压降ΔU边界为0.07UN；
S202，计算光伏优先对安装点负荷供电后，剩余的上送至公共低压线路上的功率：
其中SG为光伏集中安装于线路末端时满足电压约束下的台区理论上送容量；
设首端电压为固定值380V，功率因素取0.9，分别将供电半径从0.2km依次调整为1.1km，另外导线型号分别采用LGJ-35、LGJ-50、LGJ-70、LGJ-95、LGJ-120、LGJ-150、LGJ-185、 LGJ-240，相关参数如表2所示。可以计算光伏集中安装于线路末端时满足电压约束下的台区理论上送容量如表2所示。
表2
调整线路功率因素为0.95，按照上述方法计算台区理论上送容量，可以计算光伏集中安装于线路末端时满足电压约束下的台区理论上送容量如表3所示。
供电半径 LGJ-35 LGJ-50 LGJ-70 LGJ-95 LGJ-120 LGJ-150 LGJ-180 LGJ-240
0.2 54.83 69.38 94.38 120.30 140.49 168.27 187.34 219.41
0.3 36.56 46.25 62.92 80.20 93.66 112.18 124.90 146.27
0.4 27.42 34.69 47.19 60.15 70.25 84.13 93.67 109.70
0.5 21.93 27.75 37.75 48.12 56.20 67.31 74.94 87.76
0.6 18.28 23.13 31.46 40.10 46.83 56.09 62.45 73.14
0.7 15.67 19.82 26.97 34.37 40.14 48.08 53.53 62.69
0.8 13.71 17.35 23.60 30.08 35.12 42.07 46.84 54.85
0.9 12.19 15.42 20.97 26.73 31.22 37.39 41.63 48.76
1 10.97 13.88 18.88 24.06 28.10 33.65 37.47 43.88
1.1 9.97 12.61 17.16 21.87 25.54 30.59 34.06 39.89
表3
S203，上述S202中的计算方法为光伏计算集中于线路末端的台区理论上送容量计算方法，对光伏负荷不同分布形式下的台区理论上送容量，可通过分布调整系数计算：
SG＝NSG,1                          (3)
N为台区不同光伏分布时的调整系数；SG为满足电压约束下的台区理论上送容量，SG,1根据S202计算得出；
N的推导过程如下，当负荷均匀分布于线路时，负荷分布如图2所示；则对于距线路首端z处的微分段上的电压损耗ΔUz为：
将式(6)与式(2)对比，发现负荷均匀分布于主干线上的台区理论上送容量为光伏集中于主干线末端情形的2倍；
类似的，可以推导光伏逐渐增加、逐渐较少、中间较重情况下的接入容量。各种光伏分布下的最大接入容量和光伏集中于线路末端的最大接入容量之间的系数关系，如表4所示；
光伏分布情况 分布调整系数(G)
末端集中 1
平均分布 2
逐渐增加 1.5
逐渐减少 3
中间较重分布 4
表4
取N值为2，对表3、表4中的响应取值乘以N，即可计算光伏均匀分布在线路上的台区理论上送容量如表5和表6所示。
表5
供电半径 LGJ-35 LGJ-50 LGJ-70 LGJ-95 LGJ-120 LGJ-150 LGJ-185 LGJ-240
0.2 109.66 138.76 188.76 240.6 280.98 336.54 374.68 438.82
0.3 73.12 92.5 125.84 160.4 187.32 224.36 249.8 292.54
0.4 54.84 69.38 94.38 120.3 140.5 168.26 187.34 219.4
0.5 43.86 55.5 75.5 96.24 112.4 134.62 149.88 175.52
0.6 36.56 46.26 62.92 80.2 93.66 112.18 124.9 146.28
0.7 31.34 39.64 53.94 68.74 80.28 96.16 107.06 125.38
0.8 27.42 34.7 47.2 60.16 70.24 84.14 93.68 109.7
0.9 24.38 30.84 41.94 53.46 62.44 74.78 83.26 97.52
1 21.94 27.76 37.76 48.12 56.2 67.3 74.94 87.76
1.1 19.94 25.22 34.32 43.74 51.08 61.18 68.12 79.78
表6
S3,根据台区理论上送容量SG进行台区安全性校验，并确定台区最大上送功率
以一配变容量(S)为100kVA台区为例，若功率因素为0.95，低压导线型号为LGJ-35，供电半径为0.2km，则计算SG为109.66kW，大于0.8*S，则满足安全性校验后的台区理论上送容量为0.8*S，即80kW。若其余条件不变，供电半径为0.3km，则计算SG为73.12kW，小于0.8*S，则满足安全性校验后的台区理论上送容量为SG，即73.12kW。
S4，进行负荷特性耦合分析：将台区主要负荷用户分为若干种类，将多类负荷折算至光伏最大出力时刻。折算后的负荷(P1)＝台区负荷(P)*耦合系数(k)；将不同种类典型负荷曲线与光伏出力曲线进行耦合分析，将各类光伏出力及各类负荷曲线归一化以后，确定耦合系数k；
耦合系数k计算方法如下：
上式中，m为全天划分的时段数，通常取值为24或96；ki为第i个时段内台区最大负荷与光伏最大出力的比值，P′1,i为归一化后的第i个时段内台区最大负荷，P′G,i归一化后的第i个时段内台区光伏最大出力。
P′1,i、P′G,i的归一化方法如下所示：
P1,i为第i个时段内台区最大负荷，PG,i第i个时段内光伏典型出力曲线的最大出力。 P1,max为全天台区最大负荷，PG,max为全天光伏典型出力曲线的最大出力；
以湖南某地为例，将负荷分为党政机关、公共建筑(学校、医院、村委会等)、工商业、农村居民四类；选取典型党政机关、公共建筑(医院、学校、村委会)、工商业、农村居民典型负荷曲线与光伏出力曲线进行耦合分析。将各类光伏出力及各类负荷曲线归一化以后，光伏出力与负荷的耦合情况如图3所示；进一步求取耦合系数k如下表7所示：
负荷类型 负荷耦合系数
政府 0.87
村委会 0.80
医院 0.78
学校 0.86
商业 1
工业 0.72
乡村居民 0.71
表7
S5，增加台区负荷P1，即可求得台区光伏接入容量，计算公式如下：
S′＝S+P1                            (9)
上式中，S′即为台区光伏接入容量。
上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本申请中的实施例及实施例中的特征在不冲突的情况下，可以相互任意组合。本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种计及过电压影响的台区分布式电源接入容量计算方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1：获取台区的设备情况，具体包括：配变型号、导线型号、导线长度；获取台区的负荷数据，具体包括负荷大小和负荷曲线；
S2：进行台区过电压情况约束分析，20kV及以下三相供电电压偏差为标称的+7％～-10％，分别调整低压线路的供电半径、功率因素、导线型号以及光伏接入位置，计算可接入的最大光伏容量；具体分析方法如下：
S201，当负荷集中于线路末端，建立线路理论电压降计算模型：
当负荷集中于线路末端，假设主干线总阻抗为R+jX，末端负荷视在功率为S＝P+jQ，则主干线上的电压总损耗ΔU的计算方法如下：
Figure FDA0004124865490000011
上式中，R为线路电阻，X为线路电抗，P为有功功率，Q为无功功率，UN为台区额定电压，L为线路长度，r为单位长度线路的电阻，x为单位长度线路的电抗，α为功角，cosα为功率因素；台区的电压约束即是线路电压降需在导则要求以内，为保证台区电压的稳定性，会将变压器出口电压调整至一个固定挡位，设定为UN；根据导则要求，台区末端电压不能超过1.07UN，则线路上的电压总损耗ΔU边界为0.07UN；
S202，计算光伏集中安装于线路末端时，在电压总损耗ΔU的约束下，台区的理论上送容量：
Figure FDA0004124865490000012
其中SG，1为光伏集中于线路末端的台区理论上送容量；
S203，上述S202中的计算方法为光伏集中于线路末端的台区理论上送容量计算方法，对光伏负荷不同分布形式下的台区理论上送容量，可通过台区不同光伏分布时的调整系数计算：
SG＝NSG,1                          (3)
N为台区不同光伏分布时的调整系数；SG为光伏负荷不同分布形式下的台区理论上送容量，SG,1根据S202计算得出；
S3，以台区不反向重载为边界，对S2计算得到的光伏负荷不同分布形式下的台区理论上送容量SG进行安全性校验，得到满足台区安全性校验的台区最大上送功率
Figure FDA0004124865490000013
安全性校验包括如下步骤：
Figure FDA0004124865490000021
SG为光伏负荷不同分布形式下的台区理论上送容量；S为台区额定容量，S为满足台区安全性校验的台区最大上送功率；
S4，进行负荷特性耦合分析：将台区主要负荷用户分为若干种类，并将多类负荷折算至光伏最大出力时刻；折算后的负荷P1＝台区有功功率P*耦合系数k；将不同种类典型负荷曲线与光伏出力曲线进行耦合分析，确定耦合系数k；耦合系数k计算方法如下：
Figure FDA0004124865490000022
上式中，m为全天划分的时段数；ki为第i个时段内台区最大负荷与光伏最大出力的比值，P1′,i为归一化后的第i个时段内台区最大负荷，PG′,i为归一化后的第i个时段内台区光伏最大出力；
P1′,i、PG′,i的归一化方法如下所示：
Figure FDA0004124865490000023
P1,i为第i个时段内台区最大负荷，PG,i第i个时段内光伏典型出力曲线的最大出力；P1,max为全天台区最大负荷，PG,max为全天光伏典型出力曲线的最大出力；
S5，将满足台区安全性校验的台区最大上送功率
Figure FDA0004124865490000024
与折算后的负荷P1相加，即可求得台区光伏接入容量，计算公式如下：
Figure FDA0004124865490000025
上式中，S′即为台区光伏接入容量。
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CN111009925A (zh) * 2019-12-25 2020-04-14 国网浙江省电力有限公司 一种分布式光伏接入低压配电网最大容量的计算方法

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