规模化充电设施接入有源配电网的安全性量化评估方法技术

本发明专利技术提供一种规模化充电设施接入有源配电网的安全性量化评估方法，其为基于概率统计法的量化评估方法，包括针对分布式光伏和电动汽车的运行特性建立配电网安全性评估指标体系、通过概率统计法、蒙特卡洛抽样法和三点估计法对各项指标建立概率模型、通过优序图法和熵权法计算复合权重，再通过基于模糊物元分析法的安全性量化评估方法，将指标模型和复合权重相结合确定安全性评估的最终结果等步骤。本发明专利技术解决了分布式装置并网造成的随机性和波动性的问题；概率模型的搭建更适用于处理实际问题；计算效率大幅提高；安全性评估分析的结果量化为具体的数值，更为直观，便于后期分析和优化。

【技术实现步骤摘要】
规模化充电设施接入有源配电网的安全性量化评估方法
本专利技术涉及有源配电网安全监测
，具体涉及一种规模化充电设施接入有源配电网的安全性量化评估方法。
技术介绍
传统配电网是无源电网，潮流方向从配电变压器母线单向流入各个负荷节点，潮流计算、设备保护、系统监测与调整相对比较简单。而分布式光伏电源从固定节点接入配电侧后，系统变成有源环网，负荷同时接收从配电变和光伏节点输送而来的电能，各节点电压随着接入光伏容量的不同产生相应变化，线路功率可能出现倒流现象等等，线路参数的复杂变化给系统的安全稳定运行带来巨大潜在威胁。其中起决定性作用的一个因素就是光伏的出力情况，由于太阳能光伏发电随机性强、能量密度低、受天气地域环境等众多因素的影响明显，导致光伏出力波动性大，进而影响节点电压和线路电流的随机变化，节点电压的过度抬高会导致电压偏移容许范围，还会引起电压波动及闪变等。除此之外，分布式光伏并网还可能带来计划外孤岛运行等问题，严重影响孤岛系统关联区域的供电质量，不仅影响配电网的安全运行，也会降低供电可靠性。随着分布式光伏电源接入规模的不断增大、其发电力度在系统中的渗透率不断提高，它对配电网调峰调频、规划调度等方面将产生越来越明显的影响。近年来，电动汽车得到快速发展。电动汽车一方面在充电时从电网获取电能，另一方面在放电时向电网馈送电能，这种模式被称为V2G模式。对电力系统而言，合理协调电动汽车的储能放电行为，可以实现对电网的有利调控。太阳能光伏发电这种随机性、波动性较强的分布式电源的大规模接入配电网，导致系统输出功率具有较大波动性，电动汽车的可中断负荷特性可以对分布式电源接入所产生的波动进行平衡。电动汽车虽然不像光伏受光照等天气因素影响大，但受人为因素影响同样具有复杂的随机性和波动性，规模化充电设施接入有源配电网，使得有源配电网的安全监控更为复杂。电力系统的安全性是要求电力系统中的所有电气设备在不超过它们所允许的电压、电流和频率的条件下运行，不仅在正常运行情况下如此，在事故情况下也应该如此。它反映了系统在短时间里持续供电的能力。目前对输电侧的安全性分析相对比较成熟，但对配电网的安全性分析还不够完善，且对接入分布式装置(包括光伏、规模化充电设施等)后的配电网安全性评估方法的研究更为缺乏。常见的配电侧的安全性分析通常着力于建立安全性分析指标体系，不能提出一个相对综合的评估方法；而常见的评估方法通常只能静态地分析配电网某一时刻的安全程度，没有考虑到安全性问题具有动态、时变的属性，因此这类静态评估结果对电网规划无法提出有实用价值的建议。
技术实现思路
本专利技术的目的是：针对现有技术中存在的问题，提供一种基于概率统计法的规模化充电设施接入有源配电网的安全性量化评估方法，解决规模化充电设施接入有源配电网后对配电系统整体安全性的评估难题，通过评估分析分布式装置对配电网安全性的影响，提出最优规划的合理建议。本专利技术的技术方案是：本专利技术的规模化充电设施接入有源配电网的安全性量化评估方法，其为基于概率统计法的量化评估方法，包括以下步骤：①建立安全性评估指标体系：采用一级指标和二级指标构成的两级指标体系；一级指标包括供电能力和供电质量；二级指标包括归属于供电能力一级指标项下的有功功率缓解度F1、负荷增率F2、有功储备系数F3、电压合格率F4和正常运行率F5以及归属于供电质量一级指标项下的网损率F6、电压波动率F7和电压变化率F8；②建立光伏并网节点和电动汽车联网节点的注入功率概率模型：第一步，采用式(1)的正态分布概率密度函数模拟辐照度It曲线：第二步，基于式(1)给定的概率模型，利用蒙特卡洛抽样法得到被研究地区每天某时刻在全年中辐照度的期望和方差，得到该时刻全年的辐照度概率分布函数N(μ,σ2)；第三步，利用式(2)和式(3)计算光伏并网节点满足正态分布的概率模型注入功率Pm；Pm＝ηSabIt(2)式中，Pm为分布式光伏输出的有功功率，即光伏并网节点的注入功率；η为太阳能电池的转换效率；ηc为单晶硅的转换效率，取15％；Sab为分布式光伏装置的采光总面积；It为某时刻入射到光伏装置的太阳光辐照度值；Ik为太阳能电池转换效率饱和时的辐照度值，取150W/m2；第四步，根据不同类型电动汽车在充放电时功率、时长的差异，确定充放电节点注入功率P的计算公式：其中，N1、N2、N3、N4分别代表被研究地区的电动公交车、出租车、公务车、私家车在充电或放电节点的接入数量，分别代表t时刻第n辆电动汽车的充电功率；第五步，基于式(4)的模型，根据不同类型电动汽车具体充放电模式建立相应的功率预测模型，并利用蒙特卡洛抽样法，分别得到电动汽车充电节点和放电节点每天某时刻在全年的注入功率的期望和方差，建立相应的注入功率的概率模型；③建立安全性评估指标体系中指标的概率模型：第一步，通过三点估计法建立节点电压的概率模型，采用潮流输出量的统计矩来估计其概率密度函数；第二步，建立线路功率模型和线路损耗模型：在确定各个节点的注入功率和节点电压基础上，采用三点估计法计算出各段线路的功率和线路损耗，根据输出量的统计矩来估计隔断线路功率和线路损耗的概率密度函数；第三步，建立线路电流模型：在已知系统功率和节点电压的基础上，利用P＝UI计算出线路电流，采用三点估计法建立电流的正态分布概率模型；第四步，利用建立的节点电压模型、线路功率模型、线路损耗模型和线路电流模型，相应建立安全性评估指标体系中各项指标的概率模型；④采用基于模糊物元分析法的量化评估方法进行安全性评估：第一步，采用优序图法确定安全性评估指标体系中指标的主观权重Wsi；全体总得分数T与安全性指标的个数n有如下关系：第二步，采用熵权法确定安全性评估指标体系中指标的客观权重Woi：其中，Hij为各个评价指标的熵；m为指标的个数；i为第i个指标，i＝1,2，…，m；j为第j种场景，j＝1,2，…，n；fij按照下式求得：其中，bij为各指标归一化的结果；其中，Woi为客观权重；n为设置的场景数；第三步，采用式(9)将主观权重Wsi与客观权重Woi结合计算复合权重Wi：第四步，将各项指标的概率模型和各项指标的复合权重相结合，通过式(10)计算线路的安全性评估值：其中，Kj表示第j段线路的安全性评估值，Cij表示第j段线路上第i个安全性评估指标。进一步的方案是：上述的步骤①中，建立的二级指标具体为：有功功率缓解度用于反映分布式光伏出力和电动汽车放电时对配电线路功率的补偿情况；其中PD表示接入分布式装置后的系统功率，P表示未接入分布式装置时的系统功率；负荷增率用于反映电动汽车作为分布式负荷并网后对配电线路功率的消耗情况；其中PD′表示电动汽车充电状态下系统功率，P表示未接入分布式装置时的系统功率；有功储备系数用于反映配电系统提高额定输出功率的后备能力；其中Pmax表示配电系统有功功率曲线上的临界最高值，PD表示接入分布式装置后的系统功率；电压合格率用于反映电压越限的严重程度；其中t表示监测点电压超限时间，T表示监测点运行总时间；正常运行率用于反映分布式装置并网后线路电流的监测指标；其中ID表示联入分布式装置后的配网线路电流，IN表示该线路正常容许电流；网损率用于反映线路电能损耗情况；其中Wd表示分布式装置并网后配电系统中某条线路的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种规模化充电设施接入有源配电网的安全性量化评估方法，其特征在于：其为基于概率统计法的量化评估方法，包括以下步骤：①建立安全性评估指标体系：采用一级指标和二级指标构成的两级指标体系；一级指标包括供电能力和供电质量；二级指标包括归属于供电能力一级指标项下的有功功率缓解度F1、负荷增率F2、有功储备系数F3、电压合格率F4和正常运行率F5以及归属于供电质量一级指标项下的网损率F6、电压波动率F7和电压变化率F8；②建立光伏并网节点和电动汽车联网节点的注入功率概率模型：第一步，采用式(1)的正态分布概率密度函数模拟辐照度It曲线：

【技术特征摘要】
1.一种规模化充电设施接入有源配电网的安全性量化评估方法，其特征在于：其为基于概率统计法的量化评估方法，包括以下步骤：①建立安全性评估指标体系：采用一级指标和二级指标构成的两级指标体系；一级指标包括供电能力和供电质量；二级指标包括归属于供电能力一级指标项下的有功功率缓解度F1、负荷增率F2、有功储备系数F3、电压合格率F4和正常运行率F5以及归属于供电质量一级指标项下的网损率F6、电压波动率F7和电压变化率F8；②建立光伏并网节点和电动汽车联网节点的注入功率概率模型：第一步，采用式(1)的正态分布概率密度函数模拟辐照度It曲线：第二步，基于式(1)给定的概率模型，利用蒙特卡洛抽样法得到被研究地区每天某时刻在全年中辐照度的期望和方差，得到该时刻全年的辐照度概率分布函数N(μ,σ2)；第三步，利用式(2)和式(3)计算光伏并网节点满足正态分布的概率模型注入功率Pm；Pm＝ηSabIt(2)式中，Pm为分布式光伏输出的有功功率，即光伏并网节点的注入功率；η为太阳能电池的转换效率；ηc为单晶硅的转换效率，取15％；Sab为分布式光伏装置的采光总面积；It为某时刻入射到光伏装置的太阳光辐照度值；Ik为太阳能电池转换效率饱和时的辐照度值，取150W/m2；第四步，根据不同类型电动汽车在充放电时功率、时长的差异，确定充放电节点注入功率P的计算公式：其中，N1、N2、N3、N4分别代表被研究地区的电动公交车、出租车、公务车、私家车在充电或放电节点的接入数量，分别代表t时刻第n辆电动汽车的充电功率；第五步，基于式(4)的模型，根据不同类型电动汽车具体充放电模式建立相应的功率预测模型，并利用蒙特卡洛抽样法，分别得到电动汽车充电节点和放电节点每天某时刻在全年的注入功率的期望和方差，建立相应的注入功率的概率模型；③建立安全性评估指标体系中指标的概率模型：第一步，通过三点估计法建立节点电压的概率模型，采用潮流输出量的统计矩来估计其概率密度函数；第二步，建立线路功率模型和线路损耗模型：在确定各个节点的注入功率和节点电压基础上，采用三点估计法计算出各段线路的功率和线路损耗，根据输出量的统计矩来估计隔断线路功率和线路损耗的概率密度函数；第三步，建立线路电流模型：在已知系统功率和节点电压的基础上，利用P＝UI计算出线路电流，采用三点估计法建立电流的正态分布概率模型；第四步，利用建立的节点电压模型、线路功率模型、线路损耗模型和线路电流模型，相应建立安全性评估指标体系中各项指标的概率模型；④采用基于模糊物元分析法的量化评估方法进行安全性评估：第一步，采用优序图法确定安全性评估指标体系中指标的主观权重Wsi；全体总得分数T与安全性指标的个数n有如下关系：第二步，采用熵权法确定安全性评估指标体系中指标的客观权重Woi：其中，Hij为各个评价指标的熵；m为指标的个数；i为第i个指标，i＝1,2，…，m；j为第j种场景，j＝1,2，…，n；fij按照下式求得：其中，bij为各指标归一化的结果；其中，Woi为客观权重；n为设置的场景数；第三步，采用式(9)将主观权重Wsi与客观权重Woi结合计算复合权重Wi：第四步，将各项指标的概率模型和各项指标的复合权重相结合，通过式(10)计算线路的安全性评估值：其中，Kj表示第j段线路的安全性评估值，Cij表示第j段线路上第i个安全性评估指标。2.根据权利要求1所述的规模化充电设施接入有源配电网的安全性量化评估方法，其特征在于，所述的步骤①中，建立的二级指标具体为：有功功率缓解度用于反映分布式光伏出力和电动汽车放电时对配电线路功率的补偿情况；其中PD表示接入分布式装置后的系统功率，P表示未接入分布式装置时的系统功率；负荷增率用于反映电动汽车作为分布式负荷并网后对配电线路功率的消耗情况；其中PD′表示电动汽车充电状态下系统功率，P表示未接入分布式装置时的系统功率；有功储备系数用于反映配电系统提高额定输出功率的后备...

【专利技术属性】
技术研发人员：鞠非，张炜，
申请(专利权)人：国网江苏省电力公司常州供电公司，国网江苏省电力公司，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32