一种中低压直流配电系统电压等级序列的确定方法技术方案

一种中低压直流配电系统电压等级序列的确定方法，包括：直流配电系统待选电压等级序列确定，即直流设备标称电压等级确定和待选电压等级序列确定；计算直流配电系统可靠性评价指标，包括分别计算直流配电系统可靠性评价指标和直流配电系统经济性评价指标；建立直流配电系统电压序列综合评估模型，是由系统层指标权重、可靠性指标权重、经济性指标权重和适应性指标权重构成。本发明专利技术在考虑直流配电网接入对象的电压等级的基础上，对规划区域负荷的发展情况进行分析，同时考虑到所选电压等级与其所衔接的交流电源等级的配合，还考虑了不同电压等级下建设投资、运行维护以及过渡改造的费用，能够更加科学合理地确定直流配电系统的电压等级。

【技术实现步骤摘要】
一种中低压直流配电系统电压等级序列的确定方法
本专利技术涉及一种电压等级序列的确定方法。特别是涉及一种中低压直流配电系统电压等级序列的确定方法。
技术介绍
随着国家节能减排战略的逐步实施和相关技术的日益进步，直流电源与直流负荷日益增加，新能源发电技术逐渐成熟，电网直流负荷日益增加，将直流配电网作为交流配电网的有效补充、形成交直流混联的形态，将成为未来配电网的发展趋势。在交流配电系统中，直流电源和负荷需要通过变流装置接入系统，如能直接接入相应等级的交流配电网，可以减少变流设备的使用，降低损耗，提高配电效率和经济性。因此，选择合适的的电压等级序列对直流配电系统的规划工作有重要的指导意义。目前，国内外针对直流配电系统的研究主要集中在系统结构、控制方式及保护等方面，对直流配电系统电压等级序列确定方法的研究还较少。在现阶段直流配电系统的规划设计中，电压等级确定主要依据是直流配电网的接入对象，即接入的电源、负荷等设备，根据接入对象的电压等级来确定直流配电网的电压等级。未能考虑到直流配电系统的电压等级下是否能满足负荷需求，缺乏对系统中多个电压等级之间匹配程度的研究。针对现阶段电压等级确定的不足，本专利技术所提出的直流电压等级序列的确定方法
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种能够更加科学合理地确定直流配电系统电压等级的中低压直流配电系统电压等级序列的确定方法。本专利技术所采用的技术方案是：一种中低压直流配电系统电压等级序列的确定方法，包括如下步骤：1)直流配电系统待选电压等级序列确定，包括：直流设备标称电压等级确定和待选电压等级序列确定；2)计算直流配电系统可靠性评价指标，包括分别计算直流配电系统可靠性评价指标和直流配电系统经济性评价指标；3)建立直流配电系统电压序列综合评估模型，是由系统层指标权重、可靠性指标权重、经济性指标权重和适应性指标权重构成。本专利技术的一种中低压直流配电系统电压等级序列的确定方法，在考虑直流配电网接入对象的电压等级的基础上，对规划区域负荷的发展情况进行分析，所选的电压等级应能满足供电容量和供电半径的要求，同时考虑到所选电压等级与其所衔接的交流电源等级的配合，还考虑了不同电压等级下建设投资、运行维护以及过渡改造的费用，能够更加科学合理地确定直流配电系统的电压等级。附图说明图1是本专利技术中待选电压等级序列选择的流程图。具体实施方式下面结合实施例和附图对本专利技术的一种中低压直流配电系统电压等级序列的确定方法做出详细说明。直流配电系统电压等级序列确定问题可看作是在规划区域负荷发展情况已知的情况下，在满足负荷容量需求的基础上，通过系统的可靠性、经济性以及适应性分析选择合适的电压等级序列。其中，系统的可靠性与供电能力有关，主要包括线路的供电容量、供电距离以及电压偏差等方面；经济性主要包括建设投资经济性和运行维护经济性两个方面；适应性主要从对未来负荷发展，直流负荷的便利接入，关键设备的制造水平，组成交直流配电网等方面进行判断。本专利技术的一种中低压直流配电系统电压等级序列的确定方法包含直流配电系统待选电压等级序列确定、评价指标计算方法和电压序列综合评估模型三个步骤。本专利技术的一种中低压直流配电系统电压等级序列的确定方法，包括如下步骤：1)直流配电系统待选电压等级序列确定，包括：直流设备标称电压等级确定和待选电压等级序列确定；是通过规划区域内直流负荷的类别确定中、低压配电系统中所有的可能电压等级。对可能的电压等级进行排列，确定所有可能的待选电压等级序列。其中，(1.1)所述的直流设备标称电压等级确定，包括：(1.1.1)根据中国电力企业联合会标准T/CEC107-2016直流配电电压中规定的中压直流配电系统标称电压等级可知，将中、低压直流配电系统标称电压分为优选电压等级和备选电压等级两种，其中，优选电压等级包括±10kV、±3kV、±1500V、±750V、±380V和±110V；备选电压等级包括±20kV和±600V；(1.1.2)根据规划区域内存在的直流负荷选择对应的接入电压等级，中压直流配电系统的主要任务是完成大型分布式能源的接入与消纳，并为中压负荷提供接口。低压直流配电系统主要是为轨道交通、小型分布式能源提供合理的接口，也为大部分家用负荷供电。为使直流配电系统更加标准化，防止出现级差过小，电压等级过多带来的重复变电、设备制造等方面的问题，应从标称电压中选择。在已知中、低压直流配电系统标称电压的基础上，通过分布式电源发展现状、行业标准以及常见直流负荷的电压等级可得到不同直流设备可能接入的标称电压等级。应根据规划区域内存在的直流负荷选择对应的接入电压等级。具体如下：(1.1.2.1)对于光伏储能分布式电源，根据发电容量的不同，接入的电压等级如下：对于发电容量大于400kW的光伏储能分布式电源，接入±20kV、±10kV电压等级；对于发电容量大于8kW且小于等于400kW的光伏储能分布式电源，接入±380V电压等级；对于发电容量小于等于8kW的光伏储能分布式电源，接入±110V电压等级；(1.1.2.2)对于发电容量小于5kW的小型风力发电厂，接入电压等级为±20kV或±10kV；(1.1.2.3)对于城市轨道交通，如地铁、直流牵引等，接入电压等级为±3kV或±1500V或±750V或±600V；(1.1.2.4)对于船舰供电系统，接入电压等级为±3kV或±1500V或±750V；(1.1.2.5)工业直流负载，接入电压等级为±1500V或±750V；(1.1.2.6)电动汽车作为负荷充电时，接入电压等级为±750V或±380V；(1.1.2.7)楼宇供电系统，接入电压等级为±380V；(1.1.2.8)企业数据中心，接入电压等级为±380V或±110V；(1.1.2.9)通信中直流负荷，接入电压等级为±380V或±110V；(1.1.2.10)家用负荷，接入电压等级为±380V或±110V。(1.2)所述的待选电压等级序列确定，如图1所示，是在确定的直流设备标称电压等级中，选择规划区域内已有设备的电压等级，对所选择的已有设备的电压等级U1、U2…UM进行排列，得到所有的电压等级序列L1、L2…Ln，并逐一判断每个电压等级序列是否满足相邻两级电压之比Um/Um+1不小于2这一原则，满足的电压等级序列，作为待选电压等级序列，不满足的电压等级序列，则舍去，即得到全部的待选电压等级序列。2)计算直流配电系统可靠性评价指标，包括分别计算直流配电系统可靠性评价指标和直流配电系统经济性评价指标；其中，(2.1)所述的计算直流配电系统可靠性评价指标，包括线路供电距离和线路供电容量，其中：所述线路供电距离L的计算公式如下：式中，lloss为线路损耗率；ρ为电阻率(Ω·m)；J为经济电流密度(A/mm2)；UN为直流电压等级(V本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种中低压直流配电系统电压等级序列的确定方法，其特征在于，包括如下步骤：/n1)直流配电系统待选电压等级序列确定，包括：直流设备标称电压等级确定和待选电压等级序列确定；/n2)计算直流配电系统可靠性评价指标，包括分别计算直流配电系统可靠性评价指标和直流配电系统经济性评价指标；/n3)建立直流配电系统电压序列综合评估模型，是由系统层指标权重、可靠性指标权重、经济性指标权重和适应性指标权重构成。/n

【技术特征摘要】
1.一种中低压直流配电系统电压等级序列的确定方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)直流配电系统待选电压等级序列确定，包括：直流设备标称电压等级确定和待选电压等级序列确定；
2)计算直流配电系统可靠性评价指标，包括分别计算直流配电系统可靠性评价指标和直流配电系统经济性评价指标；
3)建立直流配电系统电压序列综合评估模型，是由系统层指标权重、可靠性指标权重、经济性指标权重和适应性指标权重构成。


2.根据权利要求1所述的一种中低压直流配电系统电压等级序列的确定方法，其特征在于，步骤1)所述的直流设备标称电压等级确定，包括：
(1.1)将中、低压直流配电系统标称电压分为优选电压等级和备选电压等级两种，其中，优选电压等级包括±10kV、±3kV、±1500V、±750V、±380V和±110V；备选电压等级包括±20kV和±600V；
(1.2)根据规划区域内存在的直流负荷选择对应的接入电压等级，其中，
(1.2.1)对于光伏储能分布式电源，根据发电容量的不同，接入的电压等级如下：
对于发电容量大于400kW的光伏储能分布式电源，接入±20kV、±10kV电压等级；
对于发电容量大于8kW且小于等于400kW的光伏储能分布式电源，接入±380V电压等级；
对于发电容量小于等于8kW的光伏储能分布式电源，接入±110V电压等级；
(1.2.2)对于发电容量小于5kW的小型风力发电厂，接入电压等级为±20kV或±10kV；
(1.2.3)对于城市轨道交通，接入电压等级为±3kV或±1500V或±750V或±600V；
(1.2.4)对于船舰供电系统，接入电压等级为±3kV或±1500V或±750V；
(1.2.5)工业直流负载，接入电压等级为±1500V或±750V；
(1.2.6)电动汽车作为负荷充电时，接入电压等级为±750V或±380V；
(1.2.7)楼宇供电系统，接入电压等级为±380V；
(1.2.8)企业数据中心，接入电压等级为±380V或±110V；
(1.2.9)通信中直流负荷，接入电压等级为±380V或±110V；
(1.2.10)家用负荷，接入电压等级为±380V或±110V。


3.根据权利要求1所述的一种中低压直流配电系统电压等级序列的确定方法，其特征在于，步骤1)所述的待选电压等级序列确定，是在确定的直流设备标称电压等级中，选择规划区域内已有设备的电压等级，对所选择的已有设备的电压等级U1、U2…UM进行排列，得到所有的电压等级序列L1、L2…Ln，并逐一判断每个电压等级序列是否满足相邻两级电压之比Um/Um+1不小于2这一原则，满足的电压等级序列，作为待选电压等级序列，不满足的电压等级序列，则舍去，即得到全部的待选电压等级序列。


4.根据权利要求1所述的一种中低压直流配电系统电压等级序列的确定方法，其特征在于，步骤2)所述的计算直流配电系统可靠性评价指标，包括线路供电距离和线路供电容量，其中：
所述线路供电距离L的计算公式如下：



式中，lloss为线路损耗率；ρ为电阻率；J为经济电流密度；UN为直流电压等级(V)；
当系统的出线形式为单极接线形式时，将线路供电距离L代下式中，求出线路供电容量P单极：



式中，S为线路的截面积；ΔU％为电压损耗率；
当系统的出线形式为双极接线形式时，将线路供电距离L带下式中，求出线路供电容量P双极：





5.根据权利要求1所述的一种中低压直流配电系统电压等级序列的确定方法，其特征在于，步骤2)所述的直流配电系统经济性评价指标C的计算公式如下：
C＝Cl+Cv+Cr+Cl-loss+Cc-loss+Cm(4)
其中，
Cl为电缆的购买总成本，表示如下：
Cl＝m0·L0(5)
其中，m0为电缆单价；L0表示输送距离；
Cv为单个变流器的购买成本，表示如下：
Cv＝mv·Pv(6)
其中，mv为变流器的单位容量价格；Pv为额定容量；
Cr为直流断路器的单个购买成本，表示如下：
Cr＝mr·Ur(7)
其中，Ur为直流断路器的额定电压；mr为相关系数；
Cl-loss为线路损耗成本，表示如下：
Cl-loss＝m1·ΔPloss＝m1·lloss·Pl·n(8)
其中，m1为单位千瓦时的价格；ΔPloss为线路的损耗，ΔPloss＝lloss·Pl，lloss为线路损耗率；Pl为线路输送容量；n为系统运行年限；
Cc-loss为变流器损耗成本，表示如下：
Cc-loss＝m1·(1-ηc)·Pv·n＝m1·ηloss·Pv·n(9)
其中，ηc为变流器转换效率；Pv为变流器输送容量；ηloss为变流器损耗率；
Cm为系统的输送功率维护成本，表示如下：
Cm＝0.02m1·Pt·n(10)
其中，Pt为系统的输送功率；
电缆的购买总成本、变流器购买总成本和直流断路器购买总成本之和构成总体建设成本；线路损耗成本、变流器损耗成本以及系统的输送功率维护成本之和构成总体运行维护成本。


6.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩俊，袁栋，谢珍建，蔡超，杜渐，陈曦，
申请(专利权)人：国网江苏省电力有限公司经济技术研究院，
类型：发明
国别省市：江苏;32