一种基于配电网网格的光伏消纳预警方法技术

本发明专利技术公开了一种基于配电网网格的光伏消纳预警方法，利用已有的地区全年的光伏出力与负荷波动曲线，利用统计学计算方法，获取春、夏、秋、冬典型日的光伏典型出力曲线与负荷曲线；并基于现有区域配电网的单元格规划，对单个网格采用模拟退火粒子群优化算法计算可接入的光伏容量与位置，并进一步获取网格极限消纳容量与整个区域网格极限消纳容量，从而对整个区域的光伏消纳给出预警等级。本发明专利技术具有计算方法简单、计算速度快等优势，可为应用于实际电网的地区光伏建设规划提供依据。

An early warning method of photovoltaic consumption based on Distribution Grid

【技术实现步骤摘要】
一种基于配电网网格的光伏消纳预警方法
本专利技术涉及一种基于配电网网格的光伏消纳预警方法，属于配电网光伏消纳

技术介绍
随着光伏产业的迅猛发展，我国迎来了大规模光伏项目建设并网的高峰期。大量光伏的接入给电网带来了潮流波动、电压波动、电能质量下降等问题。由于光伏项目的建设既有上网发电的经济效益，同时又涵盖有引导当地光伏产业发展的政治效益为确保新能源与电网协调发展，需要引导新能源合理布局，明确各区域新能源接纳能力及预警等级。电网作为大型基础设施，从规划决策到建成投产的周期较长，远远大于新能源特别是光伏电站的建设周期。因此，在安排光伏开发计划布局时，应充分考虑电网建设合理工期，在既定电网网架的基础上，充分考虑既定电网的接纳能力，有序、合理地接入新能源。新能源接纳能力研究和预警等级的建立方法是：在电网发展现状的基础上，以已有、在建和已核准电源为边界，确定目标年份分地区新能源的接纳能力，并以可新增装机裕度大小为原则划分预警等级。目前，配电网的运行控制已经实现了网格化运行控制。网格化的运行控制以110kV公用变电站为核心对区域负荷实现切割，一个区域内按照负荷的水平由一至两个110kV变电站为电源点，向下级配电网辐射供电。在单个配电网网格内，网格的主变升压容量、负荷水平与线路潮流限额数据清楚，网架简单同时潮流流向单一，光伏消纳的容量可以基于此定量分析，为后续光伏的规划建设提供有力的依据。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于配电网网格的光伏消纳预警方法，利用已有的地区光伏数据以及负荷水平，结合现有的配电网网格规划成果，对区域内电网极限消纳容量进行详尽的计算模拟，制定出整体光伏消纳的预警等级。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案为：基于配电网网格的光伏消纳预警方法，包括以下步骤：1)根据地区已经接入的光伏全年的出力数据，统计计算光伏在各个出力区间的置信概率，形成以春、夏、秋、冬四个季节的光伏典型出力曲线；2)根据地区全年的负荷数据，选取四个季节的峰谷差最大的典型日，形成春、夏、秋、冬四个季节的典型日负荷曲线；3)利用系统网损变化率、节点电压波动率为双目标构建多目标优化函数，采用模拟退火粒子群算法根据典型日的不同时段的光伏出力与负荷水平，计算单个网格的全天光伏极限消纳容量；4)对于一年四季，按四个典型日的光伏典型出力曲线与典型日负荷曲线，计算完成四个季节的全天光伏极限消纳容量，取光伏极限消纳容量最小的一个季节作为一年四季内该网格能够接入的光伏极限消纳容量：再依据该极限消纳容量给出该网格的光伏消纳预警等级；5)对区域内所有网格按照步骤3)、步骤4)进行光伏极限消纳容量计算，获得区域内每个网格的消纳预警等级，从而给出整个区域内的光伏预警方案。前述的步骤1)中，形成光伏典型出力曲线的具体过程为：11)对网格内已有的光伏在各个出力区间的概率加以统计，形成出力区间概率统计表，单个区间内光伏出力概率计算如下：Ti％＝∑Δt(k×i≤PΔt％＜k×(i+1))*100/Ttotal其中，Ti％指在统计的总时间段内光伏出力率PΔt％位于[k×i,k×(i+1))占总时间的比例，Δt(k×i≤PΔt％＜k×(i+1))指在某一个Δt的时间段内，光伏出力率PΔt％位于[k×i,k×(i+1))的区间，其中，k为百分比的分段值，i指第i个百分比分段区间，Ttotal指统计的光伏出力率的总时间；12)考虑到光伏出力受辐照强度的影响，光伏出力满足贝塔分布，其概率密度函数为：其中，f(P％)为光伏出力率为P％的贝塔概率密度函数，Γ(·)为伽马函数，P％为实际光伏出力的百分比，α，β为贝塔分布的形状参数；13)根据下式通过迭代计算获得贝塔分布的形状参数α、β值：14)绘制形成四个季节的光伏典型出力曲线。前述的同一网格内多个光伏项目采用一个光伏典型出力曲线作为代表。前述的步骤3)中，多目标优化函数为：minF(x)＝[IP(x),Iv(x)]其中，x＝[x1,x2,…xi,…xN-1]为系统接入的各个节点的光伏容量方案，xl代表接入第l个节点的容量，N为配电网网格内节点总数；IP(x)为系统网损变化率，IP(x)＝PLDG/PL其中，PL和PLDG分别代表安装新的光伏前、后的系统网损值；Iv(x)为电压波动率，其中，Vl为第l个节点电压，V0为该网格平衡节点电压。前述的多目标优化函数需满足以下约束条件：光伏安装最大节点数约束：其中，Ul代表是否在第l个节点安装光伏项目，1代表安装，0代表不安装，D为光伏安装最大节点数；功率平衡约束：其中，Ps、Pl、PLoad、PLoss分别代表网格内电源点供电有功出力、第l个节点的光伏出力，系统总负荷和总网损；节点电压约束：Vlmin≤Vl≤Vlmax其中，Vlmin和Vlmax分别为第l个节点的最小允许电压值和最大允许电压值；线路电流约束：Ij≤Ijmax其中，Ij为第j条线路的电流值，Ijmax为第j条线路的最大热稳定电流限值；变电站主变容量约束为：其中，Pst代表网格内变电站主变升压或者降压的有功功率值，Pst＞0代表变电站主变降压，Pst＜0代表主变升压倒送，Smax为变电站主变容量，为主变功率因数。前述的模拟退火粒子群算法采用带压缩因子的PSO算法和SA算法相结合，具体实现过程为：61)形成整个区域的光伏接入容量方案初始矩阵：其中，gξ(x)为初始状态下第ξ个整个区域含N-1个节点的光伏接入容量方案，xl,ξ代表初始状态下第ξ个整个区域第l个节点的光伏接入容量方案，n为粒子数；62)对n个光伏接入方案进行潮流计算，获得优化函数minF(x)＝[IP(x),Iv(x)]所对应的全局最优的光伏接入容量初始方案：gbest-ini(x)＝[xbest-ini,1,…,xbest-ini,l,…,xbest-ini,N-1]，xbest-ini,l表示第l个节点的全局最优光伏接入容量初始方案；63)依据初始方案和更新公式对整个区域的光伏接入容量方案矩阵{g1[x(m)],…,gξ[x(m)],…,gn[x(m)]}T进行更新：vl,ξ(m+1)＝χ[vl,ξ(m)+c1r1(xbest,l(m)-xl,ξ(m))+c2r2(Xbest,l(m)-xl,ξ(m))]xl,ξ(m+1)＝xl,ξ(m)+vl,ξ(m+1)其中，m为当前的迭代次数，gξ[x(m)]代表第m次迭代过程第ξ个整个区域含N-1个节点的光伏接入方案，xl,ξ(m)和vl,ξ(m)为第m次迭代时第l个节点可接入的第ξ个光伏容量方案以及接入光伏容量的变化量，c1、c2为加速常数，r1、r2为0～1均匀分布的随机数，xbest,l(m)为第m次迭代时刻的区域本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于配电网网格的光伏消纳预警方法，其特征在于，包括以下步骤：/n1)根据地区已经接入的光伏全年的出力数据，统计计算光伏在各个出力区间的置信概率，形成以春、夏、秋、冬四个季节的光伏典型出力曲线；/n2)根据地区全年的负荷数据，选取四个季节的峰谷差最大的典型日，形成春、夏、秋、冬四个季节的典型日负荷曲线；/n3)利用系统网损变化率、节点电压波动率为双目标构建多目标优化函数，采用模拟退火粒子群算法根据典型日的不同时段的光伏出力与负荷水平，计算单个网格的全天光伏极限消纳容量；/n4)对于一年四季，按四个典型日的光伏典型出力曲线与典型日负荷曲线，计算完成四个季节的全天光伏极限消纳容量，取光伏极限消纳容量最小的一个季节作为一年四季内该网格能够接入的光伏极限消纳容量：再依据该极限消纳容量给出该网格的光伏消纳预警等级；/n5)对区域内所有网格按照步骤3)、步骤4)进行光伏极限消纳容量计算，获得区域内每个网格的消纳预警等级，从而给出整个区域内的光伏预警方案。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于配电网网格的光伏消纳预警方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)根据地区已经接入的光伏全年的出力数据，统计计算光伏在各个出力区间的置信概率，形成以春、夏、秋、冬四个季节的光伏典型出力曲线；
2)根据地区全年的负荷数据，选取四个季节的峰谷差最大的典型日，形成春、夏、秋、冬四个季节的典型日负荷曲线；
3)利用系统网损变化率、节点电压波动率为双目标构建多目标优化函数，采用模拟退火粒子群算法根据典型日的不同时段的光伏出力与负荷水平，计算单个网格的全天光伏极限消纳容量；
4)对于一年四季，按四个典型日的光伏典型出力曲线与典型日负荷曲线，计算完成四个季节的全天光伏极限消纳容量，取光伏极限消纳容量最小的一个季节作为一年四季内该网格能够接入的光伏极限消纳容量：再依据该极限消纳容量给出该网格的光伏消纳预警等级；
5)对区域内所有网格按照步骤3)、步骤4)进行光伏极限消纳容量计算，获得区域内每个网格的消纳预警等级，从而给出整个区域内的光伏预警方案。


2.根据权利要求1所述的一种基于配电网网格的光伏消纳预警方法，其特征在于，所述步骤1)中，形成光伏典型出力曲线的具体过程为：
11)对网格内已有的光伏在各个出力区间的概率加以统计，形成出力区间概率统计表，单个区间内光伏出力概率计算如下：
Ti％＝∑Δt(k×i≤PΔt％＜k×(i+1))*100/Ttotal
其中，Ti％指在统计的总时间段内光伏出力率PΔt％位于[k×i,k×(i+1))占总时间的比例，Δt(k×i≤PΔt％＜k×(i+1))指在某一个Δt的时间段内，光伏出力率PΔt％位于[k×i,k×(i+1))的区间，其中，k为百分比的分段值，i指第i个百分比分段区间，Ttotal指统计的光伏出力率的总时间；
12)考虑到光伏出力受辐照强度的影响，光伏出力满足贝塔分布，其概率密度函数为：



其中，f(P％)为光伏出力率为P％的贝塔概率密度函数，Γ(·)为伽马函数，P％为实际光伏出力的百分比，α，β为贝塔分布的形状参数；
13)根据下式通过迭代计算获得贝塔分布的形状参数α、β值：



14)绘制形成四个季节的光伏典型出力曲线。


3.根据权利要求2所述的一种基于配电网网格的光伏消纳预警方法，其特征在于，同一网格内多个光伏项目采用一个光伏典型出力曲线作为代表。


4.根据权利要求1所述的一种基于配电网网格的光伏消纳预警方法，其特征在于，所述步骤3)中，多目标优化函数为：
minF(x)＝[IP(x),Iv(x)]
其中，x＝[x1,x2,…xi,…xN-1]为系统接入的各个节点的光伏容量方案，xl代表接入第l个节点的容量，N为配电网网格内节点总数；
IP(x)为系统网损变化率，IP(x)＝PLDG/PL
其中，PL和PLDG分别代表安装新的光伏前、后的系统网损值；
Iv(x)为电压波动率，
其中，Vl为第l个节点电压，V0为该网格平衡节点电压。


5.根据权利要求4所述的一种基于配电网网格的光伏消纳预警方法，其特征在于，所述多目标优化函数需满足以下约束条件：
光伏安装最大节点数约束：



其中，Ul代表是否在第l个节点安装光伏项目，1代表安装，0代表不安装，D为光伏安装最大节点数；
功率平衡约束：



其中，Ps、Pl、PLoad、PLoss分别代表网格内电源点供电有功出力、第l个节点的光伏出力，系统总负荷和总网损；
节点电压约束：
Vlmin≤Vl≤Vlmax
其中，Vlmin和Vlmax分别为第l个节点的最小允许电压值和最大允许电压值；
线路电流约束：
Ij≤Ijmax
其中，Ij为第j条线路的电流值，Ijmax为第j条线路的最大热稳定电流限值；
变电站主变容量约束为：



其中，Pst代表网格内变电站主变升压或者降压的有功功率值，Pst＞0代表变电站主变降压，Pst＜0代表主变升压倒送，Smax为变电站主变容量，为主变功率因数。


6.根据权利要求5所述的一种基于配电网网格的光伏消纳预警方法，其特征在于，所述模拟退火粒子群算法采用带压缩因子的PSO算法和SA算法相结合，具体实现过程为：

【专利技术属性】
技术研发人员：冯士睿，王莹，牛涛，甄宏宁，韩志锟，郭学英，王震泉，
申请(专利权)人：中国能源建设集团江苏省电力设计院有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32