含光伏的低压配电网分布式储能优化配置与运行方法技术

本发明专利技术公开了一种含光伏的低压配电网分布式储能优化配置与运行方法，该方法包括：分别确定DES的总额定功率以及整个LVDN所需DES的总额定电量；构建DES优化配置与运行模型；对DES优化配置与运行模型进行求解，获得LVDN中DES的优化配置与运行方案。本方法首先根据对节点电压允许偏移的要求来确定整个LVDN所需DES的总额定功率和总额定电量，然后构建了以上级电网负荷率最大为目标、考虑DES的电压无功控制特性对LVDN电压的支撑作用以及LVDN中DES的安装点数限制的优化模型，优化结果表明所提出优化模型能够对DES的安装位置、额定功率、额定电量和各时段的充放电状态和功率同时进行优化决策，在对上级电网负荷率进行优化的同时也能够使电网的有功损耗得到一定程度的减小。

【技术实现步骤摘要】
含光伏的低压配电网分布式储能优化配置与运行方法
本专利技术涉及电力
，具体涉及一种含光伏的低压配电网分布式储能优化配置与运行方法。
技术介绍
目前，我国低压配电网(low-voltagedistributionnetwork，简称LVDN)主要以辐射式网络结构运行，由于配电线路较长、负荷种类多且增长快，容易导致配电线路损耗大、馈线末端电压偏低、上级电网负荷波动大等问题。随着我国能源结构的改变和对环境保护要求的提高，分布式光伏在LVDN中的渗透率不断增加，其出力受光照强度和温度的影响而具有较大随机波动，使得配电网运行状态变化频繁，给配电网的安全运行带来很大挑战。由于分布式储能(Distributedenergystorage，简称DES)可以协调发电与用电平衡，实现两者的动态匹配，且具备削峰填谷、提高电压质量、降低网损、平抑功率波动、延缓电网扩容投资等功能，在含分布式光伏的LVDN中具有很大应用前景。但是，目前DES在制造、运行和维护等方面价格较为昂贵，如何实现DES在LVDN中的优化配置与运行，亟需提出有效的解决方法。目前，已有的对DES优化配置与运行问题的研究通常只对储能的安装位置、额定功率、额定电量、充放电状态和功率等其中的一方面进行优化，而对其他方面信息是事先给定的。另外，已有的优化模型通常以电网的有功损耗最小、DES的配置与运行经济效益最大等为目标函数进行求解，很少考虑DES的电压无功控制特性对于LVDN电压的影响。上述技术存在的缺点是：已有的对DES优化配置与运行问题的研究少有同时考虑对储能的安装位置、额定功率、额定电量、充放电状态和功率的优化，只研究优化配置或优化运行问题中的某一方面，而对其他方面信息是事先给定的，结果带有一定的主观性。同时，已有研究也少有考虑DES的电压无功控制特性对LVDN电压的支撑作用，且少有考虑LVDN中DES的安装点数限制，优化结果与实际工程需求差距较大。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种含光伏的低压配电网分布式储能优化配置与运行方法，以在对上级电网负荷率进行优化的同时也能够使电网的有功损耗得到一定程度的减小。为实现上述目的，本专利技术的技术方案是：含光伏的低压配电网分布式储能优化配置与运行方法，所述方法包括：分别确定DES的总额定功率以及整个LVDN所需DES的总额定电量；构建DES优化配置与运行模型所述DES优化配置与运行模型以上级电网负荷率作为目标函数，如式(3)：式中，Pgrid,t表示时段t上级电网注入LVDN的总有功功率，max{·}表示对一天24个时段上级电网注入LVDN总有功取最大值；对所述DES优化配置与运行模型进行求解，获得LVDN中DES的优化配置与运行方案采用最小化总注入有功的方差代替最大化负荷率作为目标对所述DES优化配置与运行模型进行求解，该总注入有功的方差的表达式如式(4)：式中，Pgrid,t表示时段t上级电网注入LVDN的总有功功率。所述确定DES的总额定功率波包括如下步骤：S11、根据光伏出力的波动范围，进行考虑光伏出力波动的最优潮流计算，得到LVDN中电压最低节点的电压值和此时对应的光伏出力；S12、进行考虑光伏出力波动的最优潮流计算，得到LVDN中电压最高节点的电压值和此时对应的光伏出力；S13、判断在上述步骤S11、S12两种光伏出力场景下节点最低电压和最高电压是否越限；步骤S11和S12中，采用的的最优潮流计算模型分别如式(1)和(2)式中，VL,min和VH,max分别表示电压最低节点和电压最高节点在对应光伏出力场景下的电压值，电压最低节点和电压最高节点由光伏出力期望值场景下的潮流计算得到；等式约束gL(·)和gH(·)分别表示在节点电压最低和最高的场景下，系统中每一个节点的功率平衡方程；VL和VH表示两种场景下各节点的电压；θL和θH表示两种场景下各节点的电压相角；PL,grid和PH,grid表示两种场景下的上级电网注入LVDN的总有功功率；Pgrid,max和Pgrid,min分别表示上级电网注入LVDN总有功功率的上、下限；PL,pv和PH,pv表示两种场景下对应的光伏出力。Ppv,max和Ppv,min分别表示光伏有功出力的上、下限；分布式光伏采用功率因数恒为1的控制方式，即光伏电源的无功出力为零；步骤S13中，节点电压处于合格临界值时的光伏出力是通过潮流计算得到的，其中，将光伏出力作为未知量，若LVDN中含有多个光伏节点，则所有光伏节点的有功出力在期望值的基础上按照同一比例波动，同时将所有光伏节点的电压幅值作为未知量，即等于合格临界值，因而未知量数目与方程数相等，潮流方程可求解。所述确定整个LVDN所需DES的总额定电量包括如下步骤：S101、在最小光伏出力下进行一天24个时间断面的潮流计算，得出一天24h中LVDN存在节点电压越下限的所有时刻；S102、对电压越下限的每一时刻进行潮流计算，得出使每一时刻电压最低节点的电压值刚好达到计算标准值时所对应的光伏出力，并计算所有电压越下限时刻的光伏出力与最小光伏出力的差值并求和；S103、在最大光伏出力下进行一天24个时间断面的潮流计算，得出一天24h中LVDN存在节点电压越上限的所有时刻；S104、对电压越上限的每一时刻进行潮流计算，得出使每一时刻电压最高节点的电压值刚好降至计算标准值时所对应的光伏出力，并计算所有电压越上限时刻的光伏出力与最大光伏出力的差值并求和；S105、取上述步骤S102和S104中计算结果的较大值作为所需的DES的总额定电量。所述DES优化配置与运行模型包括如下约束条件：节点功率平衡约束、电压上下限约束、系统安全运行约束、储能的安装个数约束、储能总额定功率和总额定电量约束、储能充放电功率约束、储能的剩余电量约束、储能的电压无功特性约束。所述节点功率平衡约束为：对于LVDN中电压等级为380V的节点，功率平衡方程如下：对于配变高压侧节点，功率平衡方程如下：式中，表示时段t节点i光伏的有功出力；和分别表示时段t节点iDES的充、放电功率，假定放电时DES的有功出力为正，充电时DES的有功出力为负；由后面的储能充放电功率上下限约束可知，当优化结果中某个候选的DES安装节点没有安装DES，则该节点的和都将为0。表示时段t节点i负荷的有功功率；和Vj,t分别表示时段t节点i和节点j的电压幅值；θij,t表示时段t节点i、j之间的电压相角差；Gij和Bij分别表示节点导纳矩阵中第i行第j列元素的实部和虚部；表示时段t节点i负荷的无功功率；Qgrid,t表示时段t上级电网注入LVDN的总无功功率，表示时段t节点i的光伏无功出力；表示时段t节点i的储能注入配电网的无功功率。N为LVDN的节点总数；T为时段数，以1h为一个时段，一天共24个时段。所述电压上下限约束为：LVDN运行时各节点电压都应在合格范围内，如下：Vmin≤Vi,t≤Vmax\*MERGEFORMAT(9)式中，Vmin和Vmax分别表示节点电压的下限和上限；所述系统安全运行约束为：配电变压器不应过载运行，流过配变的视在功率必须小于配变容量，如下：式中，ST表示配电变压器的额定容量。所述储能的安装个数约束为:LVDN中DES的安装节点数不宜过多，应对其本文档来自技高网...

【技术保护点】
含光伏的低压配电网分布式储能优化配置与运行方法，其特征在于，所述方法包括：分别确定DES的总额定功率以及整个LVDN所需DES的总额定电量；构建DES优化配置与运行模型所述DES优化配置与运行模型以上级电网负荷率作为目标函数，如式(3)：

【技术特征摘要】
1.含光伏的低压配电网分布式储能优化配置与运行方法，其特征在于，所述方法包括：分别确定DES的总额定功率以及整个LVDN所需DES的总额定电量；构建DES优化配置与运行模型所述DES优化配置与运行模型以上级电网负荷率作为目标函数，如式(3)：式中，Pgrid,t表示时段t上级电网注入LVDN的总有功功率，max{·}表示对一天24个时段上级电网注入LVDN总有功取最大值；对所述DES优化配置与运行模型进行求解，获得LVDN中DES的优化配置与运行方案采用最小化总注入有功的方差代替最大化负荷率作为目标对所述DES优化配置与运行模型进行求解，该总注入有功的方差的表达式如式(4)：式中，Pgrid,t表示时段t上级电网注入LVDN的总有功功率。2.如权利要求1所述的含光伏的低压配电网分布式储能优化配置与运行方法，其特征在于，所述确定DES的总额定功率包括如下步骤：S11、根据光伏出力的波动范围，进行考虑光伏出力波动的最优潮流计算，得到LVDN中电压最低节点的电压值和此时对应的光伏出力；S12、进行考虑光伏出力波动的最优潮流计算，得到LVDN中电压最高节点的电压值和此时对应的光伏出力；S13、判断在上述步骤S11、S12两种光伏出力场景下节点最低电压和最高电压是否越限；步骤S11和S12中，采用的的最优潮流计算模型分别如式(1)和(2)：式中，VL,min和VH,max分别表示电压最低节点和电压最高节点在对应光伏出力场景下的电压值，电压最低节点和电压最高节点由光伏出力期望值场景下的潮流计算得到；等式约束gL(·)和gH(·)分别表示在节点电压最低和最高的场景下，系统中每一个节点的功率平衡方程；VL和VH表示两种场景下各节点的电压；θL和θH表示两种场景下各节点的电压相角；PL,grid和PH,grid表示两种场景下的上级电网注入LVDN的总有功功率；Pgrid,max和Pgrid,min分别表示上级电网注入LVDN总有功功率的上、下限；PL,pv和PH,pv表示两种场景下对应的光伏出力；Ppv,max和Ppv,min分别表示光伏有功出力的上、下限；分布式光伏采用功率因数恒为1的控制方式，即光伏电源的无功出力为零；步骤S13中，节点电压处于合格临界值时的光伏出力是通过潮流计算得到的，其中，将光伏出力作为未知量，若LVDN中含有多个光伏节点，则所有光伏节点的有功出力在期望值的基础上按照同一比例波动，同时将所有光伏节点的电压幅值作为未知量，即等于合格临界值，因而未知量数目与方程数相等，潮流方程可求解。3.如权利要求1或2所述的含光伏的低压配电网分布式储能优化配置与运行方法，其特征在于，所述确定整个LVDN所需DES的总额定电量包括如下步骤：S101、在最小光伏出力下进行一天24个时间断面的潮流计算，得出一天24h中LVDN存在节点电压越下限的所有时刻；S102、对电压越下限的每一时刻进行潮流计算，得出使每一时刻电压最低节点的电压值刚好达到计算标准值时所对应的光伏出力，并计算所有电压越下限时刻的光伏出力与最小光伏出力的差值并求和；S103、在最大光伏出力下进行一天24个时间断面的潮流计算，得出一天24h中LVDN存在节点电压越上限的所有时刻；S104、对电压越上限的每一时刻进行潮流计算，得出使每一时刻电压最高节点的电压值刚好降至计算标准值时所对应的光伏出力，并计算所有电压越上限时刻的光伏出力与最大光伏出力的差值并求和；S105、取上述步骤S102和S104中计算结果的较大值作为所需的DES的总额定电量。4.如权利要求1所述的含光伏的低压配电网分布式储能优化配置与运行方法，其特征在于，所述DES优化配置与运行模型包括如下约束条件：节点功率平衡约束、电压上下限约束、系统安全运行约束、储能的安装个数约束、储能总额定功率和总额定电量约束、储能充放电功率约束、储能的剩余电量约束、储能的电压无功特性约束。5.如权利要求4所述的含光伏的低压配电网分布式储能优化配置与运行方法，其特征在于，所述节点功率平衡约束为：对于LVDN中电压等级为380V的节点，功率平衡方程如下：对于配变高压侧节点，功率平衡方程如下：式中，表示时段t节点i光伏的有功出力；和分别表示时段t节点iDES的充、放电功率，假定放电时DES的有功出力为正，充电时DES的有功出力为负；由后面的储能充放电功率上下限约束可知，当优化结果中某个候选的DES安装节点没有安装DES，则该节点的和都将为0；表示时段t节点i负荷的有功功率；和Vjt分别表示时段t节点i和节点j的电压幅值；θij,t表示时段t节点i、j之间的电压相角差；Gij和Bij分别表示节点导纳矩阵中第i行第j列元素的实部和虚部；表示时段t...

【专利技术属性】
技术研发人员：林舜江，何森，卢苑，刘明波，段力勇，
申请(专利权)人：华南理工大学，南方电网科学研究院有限责任公司，
类型：发明
国别省市：广东,44