一种确定配电网中分布式电源的配置的方法和系统技术方案

本发明专利技术提供一种确定配电网中分布式电源的配置与评估的方法和系统，所述方法和系统包括：建立评估接入分布式电源的配电网供电可靠性的指标体系及每个指标的模型，根据配电网的网络损耗、停电成本与分布式电源的投资成本建立接入分布式电源的配电网的经济性模型，并将所述供电可靠性指标模型和经济性模型作为接入分布式电源的配电网的多目标规划模型,利用遗传算法得到分布式电源在配电网中的最优配置。所述方法和系统实现分布式电源类型、位置与接入容量的同时优化，并通过对比分析配电网未加入分布式电源和加入分布式电源后的供电可靠性和经济性，确定所述配电网中接入分布式电源的最优配置对配电网供电可靠性和经济性的提升。

A Method and System for Determining Distributed Power Supply Configuration in Distribution Network

The invention provides a method and system for determining the allocation and evaluation of distributed power supply in distribution network. The method and system include: establishing an index system for evaluating the reliability of distribution network power supply connected to distributed power supply and a model for each index, and establishing distribution network operation connected to distributed power supply according to network loss, outage cost and investment cost of distributed power supply. The economic model and the reliability index model of power supply and the economic model are used as the multi-objective programming model of the distribution network connected to the distributed generation, and the optimal allocation of the distributed generation in the distribution network is obtained by using genetic algorithm. The method and system can optimize the type, location and access capacity of distributed generation at the same time. By comparing and analyzing the reliability and economy of power supply without and after adding distributed generation in distribution network, it is determined that the optimal configuration of distributed generation in the distribution network can improve the reliability and economy of power supply in distribution network.

【技术实现步骤摘要】
一种确定配电网中分布式电源的配置的方法和系统
本专利技术涉及配电网规划配置领域,并且更具体地，涉及一种确定配电网中分布式电源的配置的方法和系统。
技术介绍
配电网是电力系统高压输电网与用户相连的中间环节，配电网电压等级多，网络结构复杂，设备类型多样，因此配电网的安全风险因素也相对较多。为保证配电网可靠而高效的运行，需要对其进行规划。传统配电网规划是在现有配电网状况分析的基础上，以满足某一方面或某些方面最优而对其进行改造的过程。配电网规划通常包括规划期间的负荷预测，系统网络损耗计算，电压水平分析，供电可靠性分析等。近些年，随着分布式电源(DistributedGeneration，DG)的大力发展，在进行配电网规划时，更多新的因素被考虑进来，传统配电网的规划内容与方法受到挑战。分布式电源具有规模小，环境友好，能源利用效率高的特点，其接入配电网不但能调整能源结构，减轻环境压力，更因其独立发电特性，能够解决偏远地区供电难问题，提高配电网整体供电可靠性，因此分布式电源的大规模应用无论对于社会还是配电系统本身都具有重大助益。但分布式电源的接入也会对传统配电网的规划产生冲击。分布式电源接入使得配电网的规划内容变得更加复杂，首先分布式电源接入配电网后规划模型的目标函数、约束条件等都有所改变；其次伴随着规划模型的复杂化，规划问题的求解难度亦加大。总而言之，急需一种针对接入分布式电源的配电网的规划，以提高所述配电网的供电可靠性和经济性。
技术实现思路
为了解决现有技术中针对接入分布式电源的配电网缺乏相应规划求解以及可靠性和经济性验证的技术问题，本专利技术提供一种确定配电网中分布式电源的配置的方法，所述方法包括：建立配电网中接入的分布式电源的出力模型，其中，所述分布式电源包括风力发电系统和光伏发电系统；建立评估接入分布式电源的配电网供电可靠性的指标体系，其中，所述指标体系中的指标包括1个与评估配电网经济性相关的指标配电网负荷点年平均停电时间和若干个与评估配电网经济性无关的指标；根据配电网接入的分布式电源的出力模型，建立与评估配电网经济性无关的指标的模型；根据所述配电网分布式电源的出力模型、配电网中元件的故障模型，运用时序蒙特卡洛法确定配电网每个负荷点年平均停电时间；根据所述配电网每个负荷点年均停电时间确定配电网的停电成本；以配电网的年运行成本为总目标，根据配电网的分布式电源的投资成本、网络损耗费用以及停电成本建立接入分布式电源的配电网运行的经济性模型；将所述评估接入分布式电源的配电网供电可靠性中与评估经济性无关的指标的模型和经济性模型作为接入分布式电源的配电网的多目标规划模型，在设置的约束条件下，利用遗传算法确定分布式电源接入配电网的最优配置，并对配电网未接入分布式电源与接入分布式电源后的供电可靠性和经济性进行对比分析。进一步地，所述建立配电网中接入的分布式电源的出力模型包括：根据配电网拟接入的风力发电系统所处地区的实际风速数据建立服从威布尔分布的风速模型，并根据所述风速模型建立风力发电系统的出力模型PWTG(v)，其计算公式为；式中，vci，vcr，vco分别为切入风速，额定风速和切出风速，pr为风力发电系统风机的额定输出功率，当风速小于vci时，风机不运行；当风速在vci与vcr之间时，风机出力随着风速的加大而加大，近似呈一次曲线；当风速大于vcr且小于vco时，风机出力为额定值；当风速大于vco时，风机出于安全考虑停止工作；根据配电网拟接入的光伏发电系统所处地区的实际光照强度数据建立服从贝塔分布的光照强度模型，并根据所述光照强度模型建立光伏发电系统的出力模型PPVG,其计算公式为：式中，S为光照强度，Sr为光伏发电系统光照强度额定值，当光照强度大于0且小于额定值时，光伏的出力随光强的增加而增大，近似呈一次曲线；当光照强度大于额定值时，光伏出力达到额定出力，不再随着光强增大而增大。进一步地，所述建立评估接入分布式电源的配电网供电可靠性的指标体系是指将分布式电源年发电率、年出力间断率、波动率、孤岛年平均供电时间、孤岛年平均供电电量、孤岛年平均缺供电量是与评估配电网经济性无关的指标和配电网负荷点年平均停电时间作为评估接入分布式电源的配电网供电可靠性的指标，其中，配电网负荷点年平均停电时间是与评估配电网经济性有关的指标，分布式电源年发电率、年出力间断率、波动率、孤岛年平均供电时间、孤岛年平均供电电量、孤岛年平均缺供电量是与评估配电网经济性无关的指标。进一步地，所述根据配电网接入的分布式电源的出力模型，建立与评估配电网经济性无关的指标的模型包括：分布式电源年发电率指标GRDG反映分布式电源实际发电量占分布式电源额定发电量的比例，单位为％，计算公式如下：式中，p(t)为第t个时刻分布式电源的出力值，PDGN为分布式电源的额定输出功率，T为分布式电源运行的总时间；分布式电源年出力间断率指标PIPDG反映分布式电源出力的间断程度，且该指标值对于孤岛的供电可靠性有很大程度的影响，单位为％，计算公式如下：式中，T表示分布式电源的运行年限，∑t{p(t)＝0}表示在运行年限内分布式电源出力为0的时刻的集合；分布式电源波动率指标PFDG通过前一时刻与后一时刻的差分计算，得到整个T时段内分布式电源出力的波动情况，能有效反映分布式电源输出功率的波动变化，单位为％，计算公式如下：式中，P(t)为t时刻分布式电源的出力功率，P(t+1)为t+1时刻分布式电源的出力功率；孤岛年平均供电时间APSTI反映主网的年平均停电情况，以及反映主网故障时孤岛的年平均供电时长，计算公式如下：上式中，YEAR为仿真年限，i为负荷点，PL,i为负荷点i的需求功率，PDG为分布式电源的输出功率，N为孤岛正常供电的次数，Rj为第j次孤岛状态下的孤岛划分区域，tj为第j次孤岛正常供电时的供电时间；孤岛年平均供电电量AESI从电量支撑方面反映孤岛的供电能力，计算公式如下：式中，YEAR为仿真年限，N为仿真年限YEAR内孤岛正常供电的次数，Ej为第j次孤岛正常供电时的供电电量，Rj为第j次孤岛状态下的孤岛划分区域，PL,i为孤岛内第i个负荷点的功率，tj为第j次孤岛正常供电时的供电时间；孤岛年平均缺供电量AENSI从电量缺额方面反映孤岛的供电能力，计算公式如下：式中，YEAR为仿真年限，Nloss为孤岛供电不足的次数，Eloss,j为第j次孤岛停电时的缺供电量，Rj为第j次孤岛状态下的孤岛划分区域，PL,i为孤岛内第i个负荷点的功率，tloss,j为第j次孤岛的停电时间。进一步地，所述根据所述配电网分布式电源的出力模型、配电网中元件的故障模型，运用时序蒙特卡洛法确定配电网每个负荷点年平均停电时间包括：步骤1、设置计算接入分布式电源的配电网的每个负荷点年平均停电时间的初始时刻t＝0；步骤2、对配电网所有元件生成(0，1)随机数，根据元件故障概率分布函数求出每个元件的正常工作时间TTF；步骤3、取TTF最小的元件为故障元件，对故障元件产生(0，1)随机数，根据故障修复模型计算故障元件的修复时间TTR；步骤4、确定受故障元件影响而停电的负荷点，并判断停电负荷点是否能由主网断路器恢复供电，当停电负荷点不能由主网断路器恢复供电时，转至步骤5，当停电负荷点能由主网断路器恢复供电时，转至本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种确定配电网中分布式电源的配置的方法，其特征在于，所述方法包括：建立配电网中接入的分布式电源的出力模型，其中，所述分布式电源包括风力发电系统和光伏发电系统；建立评估接入分布式电源的配电网供电可靠性的指标体系，其中，所述指标体系中的指标包括1个与评估配电网经济性相关的指标配电网负荷点年平均停电时间和若干个与评估配电网经济性无关的指标；根据配电网接入的分布式电源的出力模型，建立与评估配电网经济性无关的指标的模型；根据所述配电网分布式电源的出力模型、配电网中元件的故障模型，运用时序蒙特卡洛法确定配电网每个负荷点年平均停电时间；根据所述配电网每个负荷点年均停电时间确定配电网的停电成本；以配电网的年运行成本为总目标，根据配电网的分布式电源的投资成本、网络损耗费用以及停电成本建立接入分布式电源的配电网运行的经济性模型；将所述评估接入分布式电源的配电网供电可靠性中与评估经济性无关的指标的模型和经济性模型作为接入分布式电源的配电网的多目标规划模型，在设置的约束条件下，利用遗传算法确定分布式电源接入配电网的最优配置，并对配电网未接入分布式电源与接入分布式电源后的供电可靠性和经济性进行对比分析。

【技术特征摘要】
1.一种确定配电网中分布式电源的配置的方法，其特征在于，所述方法包括：建立配电网中接入的分布式电源的出力模型，其中，所述分布式电源包括风力发电系统和光伏发电系统；建立评估接入分布式电源的配电网供电可靠性的指标体系，其中，所述指标体系中的指标包括1个与评估配电网经济性相关的指标配电网负荷点年平均停电时间和若干个与评估配电网经济性无关的指标；根据配电网接入的分布式电源的出力模型，建立与评估配电网经济性无关的指标的模型；根据所述配电网分布式电源的出力模型、配电网中元件的故障模型，运用时序蒙特卡洛法确定配电网每个负荷点年平均停电时间；根据所述配电网每个负荷点年均停电时间确定配电网的停电成本；以配电网的年运行成本为总目标，根据配电网的分布式电源的投资成本、网络损耗费用以及停电成本建立接入分布式电源的配电网运行的经济性模型；将所述评估接入分布式电源的配电网供电可靠性中与评估经济性无关的指标的模型和经济性模型作为接入分布式电源的配电网的多目标规划模型，在设置的约束条件下，利用遗传算法确定分布式电源接入配电网的最优配置，并对配电网未接入分布式电源与接入分布式电源后的供电可靠性和经济性进行对比分析。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述建立配电网中接入的分布式电源的出力模型包括：根据配电网拟接入的风力发电系统所处地区的实际风速数据建立服从威布尔分布的风速模型，并根据所述风速模型建立风力发电系统的出力模型PWTG(v)，其计算公式为；式中，vci，vcr，vco分别为切入风速，额定风速和切出风速，pr为风力发电系统风机的额定输出功率，当风速小于vci时，风机不运行；当风速在vci与vcr之间时，风机出力随着风速的加大而加大，近似呈一次曲线；当风速大于vcr且小于vco时，风机出力为额定值；当风速大于vco时，风机出于安全考虑停止工作；根据配电网拟接入的光伏发电系统所处地区的实际光照强度数据建立服从贝塔分布的光照强度模型，并根据所述光照强度模型建立光伏发电系统的出力模型PPVG，其计算公式为：式中，S为光照强度，Sr为光伏发电系统光照强度额定值，当光照强度大于0且小于额定值时，光伏的出力随光强的增加而增大，近似呈一次曲线；当光照强度大于额定值时，光伏出力达到额定出力，不再随着光强增大而增大。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述建立评估接入分布式电源的配电网供电可靠性的指标体系是指将分布式电源年发电率、年出力间断率、波动率、孤岛年平均供电时间、孤岛年平均供电电量、孤岛年平均缺供电量是与评估配电网经济性无关的指标和配电网负荷点年平均停电时间作为评估接入分布式电源的配电网供电可靠性的指标，其中，配电网负荷点年平均停电时间是与评估配电网经济性有关的指标，分布式电源年发电率、年出力间断率、波动率、孤岛年平均供电时间、孤岛年平均供电电量、孤岛年平均缺供电量是与评估配电网经济性无关的指标。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据配电网接入的分布式电源的出力模型，建立与评估配电网经济性无关的指标的模型包括：分布式电源年发电率指标GRDG反映分布式电源实际发电量占分布式电源额定发电量的比例，单位为％，计算公式如下：式中，p(t)为第t个时刻分布式电源的出力值，PDGN为分布式电源的额定输出功率，T为分布式电源运行的总时间；分布式电源年出力间断率指标PIPDG反映分布式电源出力的间断程度，且该指标值对于孤岛的供电可靠性有很大程度的影响，单位为％，计算公式如下：式中，T表示分布式电源的运行年限，∑t{p(t)＝0}表示在运行年限内分布式电源出力为0的时刻的集合；分布式电源波动率指标PFDG通过前一时刻与后一时刻的差分计算，得到整个T时段内分布式电源出力的波动情况，能有效反映分布式电源输出功率的波动变化，单位为％，计算公式如下：式中，P(t)为t时刻分布式电源的出力功率，P(t+1)为t+1时刻分布式电源的出力功率；孤岛年平均供电时间APSTI反映主网的年平均停电情况，以及反映主网故障时孤岛的年平均供电时长，计算公式如下：上式中，YEAR为仿真年限，i为负荷点，PL，i为负荷点i的需求功率，PDG为分布式电源的输出功率，N为孤岛正常供电的次数，Rj为第j次孤岛状态下的孤岛划分区域，tj为第j次孤岛正常供电时的供电时间；孤岛年平均供电电量AESI从电量支撑方面反映孤岛的供电能力，计算公式如下：式中，YEAR为仿真年限，N为仿真年限YEAR内孤岛正常供电的次数，Ej为第j次孤岛正常供电时的供电电量，Rj为第j次孤岛状态下的孤岛划分区域，PL，i为孤岛内第i个负荷点的功率，tj为第j次孤岛正常供电时的供电时间；孤岛年平均缺供电量AENSI从电量缺额方面反映孤岛的供电能力，计算公式如下：式中，YEAR为仿真年限，Nloss为孤岛供电不足的次数，Eloss，j为第j次孤岛停电时的缺供电量，Rj为第j次孤岛状态下的孤岛划分区域，PL，i为孤岛内第i个负荷点的功率，tloss，j为第j次孤岛的停电时间。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述配电网分布式电源的出力模型、配电网中元件的故障模型，运用时序蒙特卡洛法确定配电网每个负荷点年平均停电时间包括：步骤1、设置计算接入分布式电源的配电网的每个负荷点年平均停电时间的初始时刻t＝0；步骤2、对配电网所有元件生成(0，1)随机数，根据元件故障概率分布函数求出每个元件的正常工作时间TTF；步骤3、取TTF最小的元件为故障元件，对故障元件产生(0，1)随机数，根据故障修复模型计算故障元件的修复时间TTR；步骤4、确定受故障元件影响而停电的负荷点，并判断停电负荷点是否能由主网断路器恢复供电，当停电负荷点不能由主网断路器恢复供电时，转至步骤5，当停电负荷点能由主网断路器恢复供电时，转至步骤9；步骤5、结合停电负荷点安装的分布式电源的类型与安装容量，以及配电网接入分布式电源的出力模型，确定所述分布式电源的出力与负荷功率，并在分布式电源的出力大于负荷功率时，转至步骤6，在分布式电源的出力不大于负荷功率时，转至步骤8；步骤6、将负荷点故障次数加1，停电时间为分布式电源投入运行的时间；步骤7、将每个元件的TTF和TTR累加到计算时间t，并在t小于设置值时，转至步骤2，在t不小于设置值时，转至步骤10；在步骤8、将负荷点故障次数加1，停电时间为故障元件的修复时间，转至步骤10；步骤9、将负荷点故障次数加1，停电时间为断路器操作时间；步骤10，输出接入分布式电源的配电网每个负荷点整个计算时间的停电次数与停电时间，并求平均值得到每个负荷点的年平均停电时间。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述配电网每个负荷点年均停电时间确定配电网的停电成本，其计算公式为：式中，n是配电网负荷节点数，ti是第i个负荷点的年停电时间，Pi是第i个负荷点的负荷功率，ce是单位电价。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述以配电网的年运行成本为总目标，根据配电网的分布式电源的投资成本、网络损耗费用以及停电成本建立接入分布式电源的配电网运行的经济性模型包括：计算分布式电源的投资成本CDG，即配电网中所述待安装节点建设分布式电源的年费用总和，其计算公式为：式中，r为年费用系数，m为分布式电源规划的运行年限，NDG为分布式电源的待安装节点数，Ci为各类分布式电源的单位投资成本，SDG，i为分布式电源的安装容量；将分布式电源看作配电网的负荷节点，运用前推回代法计算配电网网络损耗费用Closs，其计算公式为：式中，t是配电网支路数，Ploss，i是第i条支路的网络损耗，τmax是第i条支路的年最大负荷损耗小时数，ce是单位电价；以配电网的年运行成本为总目标，根据配电网的分布式电源的投资成本、网络损耗费用以及可靠性成本建立接入分布式电源的配电网运行的经济性模型，其计算公式如下：minZcost＝CDG+Closs+CD式中，Zcost是接入分布式电源后的配电网的年综合成本，CDG是分布式电源的平均年投资成本，Closs是接入分布式电源后的配电网平均年网络损耗费用，CD是接入分布式电源后的配电网的年停电成本。8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将所述评估接入分布式电源的配电网供电可靠性中与评估经济性无关的指标的模型和经济性模型作为接入分布式电源的配电网的多目标规划模型，在设置的约束条件下，利用遗传算法确定分布式电源接入配电网的最优配置，并对配电网未接入分布式电源与接入分布式电源后的供电可靠性和经济性进行对比分析包括：将评估接入分布式电源的配电网供电可靠性中与评估经济性无关的指标的模型和经济性模型作为接入分布式电源的配电网的多目标规划模型，并设置使接入分布式电源的配电网正常运行的等式约束和不等式约束两种约束条件，其中，所述等式约束为配电网的潮流约束，不等式约束包括配电网的节点电压约束、线路电流约束、线路传输功率约束和分布式电源量约束；将配电网中拟接入的分布式电源采用整数方式编码，将遗传算法的染色体编码长度设置为分布式电源的类型与分布式电源的安装位置和容量两段后确定配电网中拟接入的分布式电源的最优配置，其中：分布式电源的类型的编码为randint(1，n，[0，1])，可自行规定0或1代表光伏或风机，n为分布式电源待安装数；分布式电源安装位置和容量编码为randint(1，d，[1，n])，其中，d为：d＝floor(PDGmax/DGmin)式中PDGmax为配电网允许的分布式电源安装容量上限对应的功率，DGmin为分布式电源最小安装容量；染色体编码为：x＝[randint(1，n，[0，1])randint(1，d，[1，n])]；根据确定的配电网中拟接入的分布式电源的最优配置，对比分析配电网未加入分布式电源和加入分布式电源后的供电可靠性和经济性，确定所述配电网中接入分布式电源的最优配置对配电网供电可靠性和经济性的提升。9.一种确定配电网中分布式电源的配置的系统，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：李蓓，靳文涛，牛萌，郁正纲，苏粟，房凯，李建林，孙海霞，张晓晴，董静然，胡勇，光鸿伟，岳付昌，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院有限公司，国网江苏省电力有限公司连云港供电分公司，国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11