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计及蓄热式电采暖规模化接入的配电网承载能力评估方法技术

技术编号:27066150 阅读:60 留言:0更新日期:2021-01-15 14:47
本发明专利技术公开的计及蓄热式电采暖规模化接入的配电网承载能力评估方法,属于蓄热式电采暖、配电网技术领域。本发明专利技术基于城市不同用户类型对供暖需求的差异性,对不同功能区的蓄热式电采暖接入配电网承载能力进行单独分析;通过建立电采暖负荷时间和空间模型,得到不同功能区的蓄热式电采暖负荷时空分布,求得蓄热式电采暖用电负荷峰值,最终得到蓄热式电采暖用电同时率;基于配电变压器负载能力、用户基础用电负荷及不同应用环境,以蓄热式电采暖设备临界渗透率作为评估指标,对配电网承载能力进行评估,从而合理规划蓄热式电采暖设备的配电网接入量,解决蓄热式电采暖负荷与配电网现有承载能力不匹配而造成的配电网运行安全问题。

【技术实现步骤摘要】
计及蓄热式电采暖规模化接入的配电网承载能力评估方法
本专利技术涉及一种计及蓄热式电采暖规模化接入的配电网承载能力评估方法,属于蓄热式电采暖、配电网

技术介绍
电采暖作为新兴采暖技术,目前在欧美国家已较为普遍应用。近年来,为解决我国北方地区冬季燃煤采暖造成的环境污染问题,电采暖得到广泛关注与大力发展。电采暖因布置、运行、供暖方式灵活,提高了电能在终端能源消费的比重。电采暖方式包括电锅炉等集中式采暖设施、发热电缆、电热膜等分散式电采暖设施以及各类电驱动热泵。截至2019年底,京津冀地区共完成“煤改电”219.6万户,有效支撑了蓝天保卫战的胜利。煤改电实施过程中存在一些亟需解决的关键问题。一是相对于其他用电负荷,电采暖设备接入配电网,用电功率大,用电同时率高,叠加效应明显,运行时峰值功率大,对配电网的承载能力要求高。老旧地区进行“煤改电”时,配电网往往需要扩容改造,投资成本和建设难度显著增大,严重制约电采暖发展。二是电采暖设备属于典型的季节性负荷,我国北方地区供暖季长,制热需求大。但夏季时间相对较短,制冷需求较小,夏季空调负荷没有供暖季的电采暖负荷大。因此,电采暖负荷大规模接入后,会造成供暖季线路负荷重载,非供暖季线路负荷轻载的现象,严重影响电网的运行效率,降低配电网的资产利用率。规模化电采暖设备接入电网,产生的不利影响主要概括为两个方面:一是电采暖设备数量的急剧增加,与之配套的变电设施也将逐渐增多,这使得配电网的结构以及负荷性质发生了改变,传统配电网的规划准则无法满足规模化电采暖设备的接入。二是大规模电采暖设备接入电网用电,会出现配电网负荷“峰上加峰”的情况,极大增加电网压力,限制了配电网的承载能力。具体而言,电采暖负荷主要影响配电网的电能质量和经济运行两个方面。关于对电能质量的影响,由于电采暖设备用电行为与环境变化及居民生活作息规律密切相关,所以日常用电高峰可能与电采暖设备用电负荷接入电网充电时间重叠,这使得配电网负荷加重,电压降落增加,从而导致电压不能满足相应标准,情况严重将会出现电压失稳的状况。经济运行方面,大量电采暖设备会增加配电网的网络损耗和缩短变压器的使用寿命。大量电采暖设备在冬季集中用电会导致对应配电网节点功率需求增多,从而使得供电线路损耗增加,加剧配电网的“拥堵”,严重时会导致局部区域配电网过载运行。所以,研究蓄热式电采暖接入配电网时对配电网承载能力的影响并提出配电网承载能力评估方法是必要的。截止目前,与蓄热式电采暖规模化接入后对配电网承载能力研究相关的专利鲜有公开。
技术实现思路
本专利技术公开的计及蓄热式电采暖规模化接入的配电网承载能力评估方法要解决的技术问题:基于城市不同用户类型对供暖需求的差异性,对不同功能区的蓄热式电采暖接入配电网承载能力进行单独分析;通过建立电采暖负荷时间和空间模型,得到不同功能区的蓄热式电采暖负荷时空分布,求得蓄热式电采暖用电负荷峰值,最终得到蓄热式电采暖用电同时率;基于配电变压器负载能力、用户基础用电负荷及不同应用环境,以蓄热式电采暖设备临界渗透率作为评估指标,对配电网承载能力进行评估,从而合理规划蓄热式电采暖设备的配电网接入量,解决蓄热式电采暖负荷与配电网现有承载能力不匹配而造成的配电网运行安全问题。本专利技术的目的是通过下述技术方案实现的:本专利技术公开的计及蓄热式电采暖规模化接入的配电网承载能力评估方法,建立蓄热式电采暖设备的时空模型,确定各区域的具体位置,归纳得到不同功能区各种用户群体使用蓄热式电采暖设备的数量在空间上的分布。功能区区域划分为住宅区、商业区、工业区。建立出各区采暖需求模型,模拟得到不同功能区的蓄热式电采暖设备负荷时空分布情况。根据不同功能区的蓄热式电采暖用户数和负荷时空分布,确定出各区域的蓄热式电采暖用电同时率。依据不同区域类型确定出不同功能区域的所有用电户数、每户基础用电负荷、基础用电同时率,确定各区域的基础用电负荷。根据不同区域基础用电负荷、用电规划裕度以及功率因数,确定各区域配电变压器总容量。根据不同区域基础用电负荷和蓄热式电采暖用电负荷最大有功值,计算出配电网基础负荷和蓄热式电采暖负荷的用电同时率,最终得到蓄热式电采暖的临界渗透率,用蓄热式电采暖的临界渗透率对配电网的承载能力进行分析评估。蓄热式电采暖的渗透率是指某一区域蓄热式电采暖的用户数量与该区域所有住户数的比值,代表蓄热式电采暖的普及程度。临界渗透率,即蓄热式电采暖设备接入配电网后,达到配电网所允许的最大承载能力时所对应的渗透率。本专利技术公开的计及蓄热式电采暖规模化接入的配电网承载能力评估方法,包括如下步骤:步骤一:对蓄热式电采暖设备进行时空建模,得到不同功能区的蓄热式电采暖设备的负荷时空变化,根据所述负荷时空变化得到不同功能区蓄热式电采暖用电负荷峰值,并根据不同功能区的蓄热式电采暖用户数,利用蓄热式电采暖用电负荷最大有功值确定不同功能区的蓄热式电采暖用电同时率。根据不同功能区类型、位置分布、用户需求建立起蓄热式电采暖设备时空模型,用蒙特卡洛方法模拟电采暖用电负荷的时空分布,并根据不同功能区的电采暖用户数,利用蓄热式电采暖用电负荷公式(1),结合蓄热式电采暖用电同时率公式(2),确定出不同功能区节点的蓄热式电采暖用电同时率。其中,P'H为某区域蓄热式电采暖用电负荷峰值;PH为某区域蓄热式电采暖用电负荷最大有功值;PHeat为蓄热式电采暖用电功率,KW;η为蓄热式电采暖用电效率;ε为某区域蓄热式电采暖用电同时率;NHeat为某区域当前蓄热式电采暖用户数量。不同功能区蓄热式电采暖用电负荷峰值也可通过调研得到。步骤二:依据不同功能区的区域用电户数、每户的基础负荷值以及基础用电同时率,确定不同功能区的基础用电负荷。根据不同区域基础用电负荷确定出满足实际变压器容量约束的不同区域的配电变压器总容量。基于不同功能区的区域用电户数、每户用户的基础负荷值以及基础用电同时率对不同功能区基础用电负荷的影响,利用基础用电负荷公式(3)确定出不同功能区基础用电负荷。PLoad=pNRμ(3)其中,PLoad为某区域基础用电负荷,KW;p为每户用户的基础负荷值,KW/户;NR为某区域所有用电用户数量;μ为某区域用户基础用电同时率。作为优选,用户基础负荷值p、基础用电同时率μ参考不同建筑类型的最新《电气设计规范》选取。利用配电变压器容量公式(4),带入基础用电负荷、用电规划裕度、用电负荷功率因数,确定不同功能区配电变压器总容量。其中,S表示配电变压器总容量,kVA;δ为用电规划裕度;cosφ为用电负荷功率因数。由于不同电压等级的配电变压器都有其对应的标准值,因此,通过式(4)得到的变压器容量还需满足实际变压器容量的约束,具体约束关系如式(5)所示。SL≤S≤SH(5)其中,SL、SH依次表示不同功能区变压器容量的下限和上限,为了确保配电网安全可靠运行,选择SH代替容量计算值作为配电变压器的真实容量。变压器容量的上限SH即为确定出的满本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.计及蓄热式电采暖规模化接入的配电网承载能力评估方法,其特征在于:包括如下步骤,/n步骤一:对蓄热式电采暖设备进行时空建模,得到不同功能区的蓄热式电采暖设备的负荷时空变化,根据所述负荷时空变化得到不同功能区蓄热式电采暖用电负荷峰值,并根据不同功能区的蓄热式电采暖用户数,利用蓄热式电采暖用电负荷最大有功值确定不同功能区的蓄热式电采暖用电同时率;/n步骤二:依据不同功能区的区域用电户数、每户的基础负荷值以及基础用电同时率,确定不同功能区的基础用电负荷;根据不同区域基础用电负荷确定出满足实际变压器容量约束的不同区域的配电变压器总容量;/n步骤三:结合上述步骤一和步骤二求出配电网基础负荷与蓄热式电采暖负荷用电同时率,进而求出不同功能区的蓄热式电采暖的临界渗透率,即实现计及蓄热式电采暖规模化接入的配电网承载能力评估。/n

【技术特征摘要】
1.计及蓄热式电采暖规模化接入的配电网承载能力评估方法,其特征在于:包括如下步骤,
步骤一:对蓄热式电采暖设备进行时空建模,得到不同功能区的蓄热式电采暖设备的负荷时空变化,根据所述负荷时空变化得到不同功能区蓄热式电采暖用电负荷峰值,并根据不同功能区的蓄热式电采暖用户数,利用蓄热式电采暖用电负荷最大有功值确定不同功能区的蓄热式电采暖用电同时率;
步骤二:依据不同功能区的区域用电户数、每户的基础负荷值以及基础用电同时率,确定不同功能区的基础用电负荷;根据不同区域基础用电负荷确定出满足实际变压器容量约束的不同区域的配电变压器总容量;
步骤三:结合上述步骤一和步骤二求出配电网基础负荷与蓄热式电采暖负荷用电同时率,进而求出不同功能区的蓄热式电采暖的临界渗透率,即实现计及蓄热式电采暖规模化接入的配电网承载能力评估。


2.如权利要求1所述的计及蓄热式电采暖规模化接入的配电网承载能力评估方法,其特征在于:依据配电网承载能力对处在“煤改电”区域的配电网进行扩容改造,减轻投资成本和建设难度,有利于蓄热式电采暖的使用和发展。


3.如权利要求1所述的计及蓄热式电采暖规模化接入的配电网承载能力评估方法,其特征在于:对蓄热式电采暖规模化接入的配电网承载能力进行评估,能够对配电网结构进行合理规划和配置,避免用电高峰时段配电网负荷加重,电压降落增加,使得电能质量不能满足相应标准,影响市民的生产生活。


4.如权利要求1所述的计及蓄热式电采暖规模化接入的配电网承载能力评估方法,其特征在于:防止大量蓄热式电采暖设备在冬季集中用电导致配电网过载运行的情况,减轻配电网的网络损耗和延长变压器的使用寿命,从而减小经济运行成本。


5.如权利要求1、2、3或4所述的计及蓄热式电采暖规模化接入的配电网承载能力评估方法,其特征在于:步骤一实现方法为,
根据不同功能区类型、位置分布、用户需求建立起蓄热式电采暖设备时空模型,用蒙特卡洛方法模拟电采暖用电负荷的时空分布,并根据不同功能区的电采暖用户数,利用蓄热式电采暖用电负荷公式(1),结合蓄热式电采暖用电同时率公式(2),确定出不同功能区节点的蓄热式电采暖用电同时率;






其中,P'H为某区域蓄热式电采暖用电负荷峰值;PH为某区域蓄热式电采暖用电负荷最大有功值;PHeat为蓄热式电采暖用电功率,KW;η为蓄热式电采暖用电效率;ε为某区域蓄热式电采暖用电同时率;NHeat为某区域当前蓄热式电采暖用户数量。


6.如权利要求5所述的计及蓄热式电采暖规模化接入的配电网承载能力评估方法,其特征在于:步骤二实现方法为,
基于不同功能区的区域用电户数、每户用户的基础负荷值以及基础用电同时率对不同功能区基础用电负荷的影响,利用基础用电负荷公式(3)确定出不同功能区基础用电负荷;
PLoad=pNRμ(3)
其中,PLoad为某区域基础用电负荷,KW;p为每户用户的基础负荷值,KW/户;NR为某区域所有用电用户数量;μ为某区域用户基础用电同时率;
利用配电变压器容量公式(4),带入基础用电负荷、用电规划裕度、用电负荷功率因数,确定不同功能区配电变压器总容量;



其中,S表示配电变压器总容量,kVA;δ为用电规划裕度;cosφ为用电负荷功率因数;
由于不同电压等级的配电变压器都有其对应的标准值,因此,通过式(4)得到的变压器容量还...

【专利技术属性】
技术研发人员:宋盼盼张宇萱吴定宸徐飞陈磊闵勇程特丁恒春周丽霞魏名山
申请(专利权)人:清华大学北京理工大学国家电网有限公司国网冀北电力有限公司计量中心
类型:发明
国别省市:北京;11

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