交直流混合配电系统全寿命周期综合能效评估和诊断方法技术方案

本发明专利技术涉及交直流混合系统技术，旨在提供一种交直流混合配电系统全寿命周期综合能效评估和诊断方法。包括：根据交直流混合配电系统全寿命周期各阶段特点确定可变能效参数，划分各阶段的能效指标结构；进行电压等级的统一和电路简化，求解各个综合能效评估指标与实际的电能损耗间的确定性微增关系，依据层次分析法得到的交直流能效评估体系，根据各阶段特性选择非零指标，进行项目各阶段的能效评估，结合指标与实际电能损耗间的确定性关系，给出具有实践意义的能效诊断结果。本发明专利技术能准确反映各阶段在能效优化方面的优劣；可以进行处于寿命后期项目能效方面的阶段性问题评估与诊断，也适用于处于寿命始期项目的能效优化和规划配置，适用范围广。适用范围广。适用范围广。

【技术实现步骤摘要】
交直流混合配电系统全寿命周期综合能效评估和诊断方法


[0001]本专利技术涉及交直流混合配电系统全寿命周期综合能效评估和诊断方法，属于交直流混合系统技术中的系统评估技术。

技术介绍

[0002]随着配电段分布式可再生能源的大量接入，直流配电网的优势逐渐显现，交直流混合配电网系统作为一种具有高度灵活性和能效优势的系统被广泛提出。交直流混合配电网系统一般由多个交直流电压等级的电源、负载、储能、线路、电力电子器件等模块组成。由于不同用电设备所需电压等级不同，各母线内的负载-储能-电源间的协调关系、不同电压等级母线间的能量交换、电力电子设备的效率、直流线路损耗、电压降落、由各地区环境引起的分布式可再生电源出力情况不一、电压降落导致电流增大、储能最大充放电功率下降等情况，引起的交直流混合配电网系统的能效下降十分常见。而电力电子器件为非线性元件，如何有效评估交直流混合配电网系统全寿命周期内各阶段的能效水平和运行状况，处于不同寿命周期阶段的系统具有的不同可测量、可计算、可控的表征参数如何与实际能耗进行对应，如何给出交直流混合系统各阶段相对准确的诊断结果和能效建议是目前亟需解决的问题。
[0003]针对交直流混合配电网系统能效综合评估问题，以往大量研究是针对纯交流、纯直流或交直流配电网络的系统综合评级指标体系，通过具一定主观性的层次分析法和一致性检验验证体系权值矩阵的正确性、或采用熵权法得到权值矩阵进行系统总体评估。例如，文献《An Energy Efficiency Evaluation Research Based on Heat Generation Behavior of Lithium-Ion Battery》、《Research on energy efficiency evaluation based on indicators for industry sectors in China》、《Ahierarchical energy efficiency evaluation model of numerical control workshop》给出了很多有益结论。但现有的工作成果都只适用于某一类特定用途的对象。文献《基于递阶综合评价模型的电力用户能效评估系统》考虑了系统整体评估和普适性，但是没有具体的建立指标与具体能耗间的确定性关系，利用基于G1群组判断的一级指标评估、基于熵权法的二级指标评估，结合最终的综合评估，加强了权值矩阵的客观性，但是无法确认权值的物理意义、保证合理性和客观性，对不同结构的系统无法快速适应系统结构给出适合不同结构的权值矩阵。对于具体系统，可根据负荷特性进行具体时序分析。文献《基于时序仿真的商业楼宇交流与直流配电系统能效对比》、《Evaluation of the effectiveness of an energy efficiency program for new home construction in eastern North Carolina》通过具体项目和时序典型负荷曲线进行能耗计算和分析，进行实际能耗对比，验证方法有效性，但是需要系统各部分的详细模型，对于系统和负荷特性有一定限制。文献《Energy Efficiency Evaluation of Cellular Networks Based on Spatial Distributions of Traffic Load and Power Consumption》考虑并计算了负荷和功率消耗的分布，用具有明确物理意义、可推导的典型PVT小区的业务负荷和功耗的空间分布，并可直接推广到整个PVT小区网
络，各模块建模进行模拟和计算，但主要针对于蜂窝网络服务，不适用于电力系统。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种交直流混合配电系统全寿命周期综合能效评估和诊断方法。
[0005]为解决技术问题，本专利技术的解决方案是：
[0006]提供一种交直流混合配电系统全寿命周期综合能效评估和诊断方法，包括下述步骤：
[0007](1)将交直流混合配电系统的全寿命周期分为规划阶段、设计阶段、施工阶段和运行阶段，根据各阶段的特点确定可变能效参数，划分各阶段的能效指标结构；
[0008](2)根据标幺值法(以下如无特殊说明，全部代号解释为标幺值)和戴维南/诺顿等效进行电压等级的统一和电路简化，利用集总参数电路进行潮流分析，按潮流数据结果和步骤1中的指标表达，求取步骤1中所需指标值，并求解各个综合能效评估指标与实际的电能损耗间的确定性微增函数关系；
[0009]δP＝K
′
δB
ꢀꢀꢀ
(1)
[0010]其中K
′
为系统损耗微增关系参数矩阵，为由简化后系统拓扑结构各个大节点上及大节点间损耗微增关系参数阵组成的上三角阵；δB为各个大节点上及大节点间各支路指标值与期望基准值间差值下三角矩阵
[0011](3)按能耗微增相对负荷的百分比计算系统能效评估分数F
P
：
[0012][0013]其中，∑P为系统当前潮流下全部用电负荷(输出功率)标幺值之和，δP为当前损耗与指标处于理想值时损耗间近似偏差的标幺值矩阵，∑δP为δP矩阵中全部元素求和而来；
[0014]通过计算K
′
矩阵得到当前潮流状态下电力能耗变化和各个表征指标变化趋势间的具体关系，结合国际标准、国家标准、行业标准、部分企业标准及工程阶段，能够明确表征指标不合格或表现较差部分；同时，通过K
′
中参数值的大小，能够明确哪些可以调节的指标对能效改善影响最大；
[0015](4)考虑各个位置指标对于能效影响，控制范围外的指标优先，根据系统损耗微增关系参数矩阵K
′
中非零计算数据进行降序排序，依次找到对应指标偏差，与表征指标进行换算，结合控制范围不等式，为该阶段能效优化提出建议。
[0016]本专利技术中，所述步骤(1)中，各阶段能效评估指标是按下述方式进行分类和选取：
[0017](1.1)计算指标选取以易于对损耗求偏导、不重复，能够涵盖表征指标对应关系为原则；
[0018](1.2)计算指标选取考虑各阶段应变动优化及可变动优化的表征量、各阶段能直接测量观测或简单计算获取的参量；
[0019](1.3)全部计算指标及其对应基准值选取如下：
[0020]电压偏差，基准值b
bik0
＝1；
[0021]b
ik1
＝L
ik
，供电距离，基准值b
bik1
＝0；
[0022]功率因素角正切值，基准值b
bik2
＝0；
[0023]线路负载率，基准值b
bik3
＝0.85；
[0024]b
ik4
＝R
ikT
+jX
ikT
，变压器阻抗，基准值b本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种交直流混合配电系统全寿命周期综合能效评估和诊断方法，其特征在于，包括下述步骤：(1)将交直流混合配电系统的全寿命周期分为规划阶段、设计阶段、施工阶段和运行阶段，根据各阶段的特点确定可变能效参数，划分各阶段的能效指标结构；(2)根据标幺值法和戴维南/诺顿等效进行电压等级的统一和电路简化，利用集总参数电路进行潮流分析，按潮流数据结果和步骤1中的指标表达，求取步骤1中所需指标值，并求解各个综合能效评估指标与实际的电能损耗间的确定性微增函数关系；δP＝K
′
δB
ꢀꢀꢀꢀ
(1)其中K
′
为系统损耗微增关系参数矩阵，为由简化后系统拓扑结构各个大节点上及大节点间损耗微增关系参数阵组成的上三角阵；δB为各个大节点上及大节点间各支路指标值与期望基准值间差值下三角矩阵；(3)按能耗微增相对负荷的百分比计算系统能效评估分数F
P
：其中，∑P为系统当前潮流下全部用电负荷标幺值之和；δP为当前损耗与指标处于理想值时损耗间近似偏差的标幺值矩阵，∑δP为δP矩阵中全部元素求和而来；通过计算K
′
矩阵得到当前潮流状态下电力能耗变化和各个表征指标变化趋势间的具体关系，结合国际标准、国家标准、行业标准、部分企业标准及工程阶段，能够明确表征指标不合格或表现较差部分；同时，通过K
′
中参数值的大小，能够明确哪些可以调节的指标对能效改善影响最大；(4)考虑各个位置指标对于能效影响，控制范围外的指标优先，根据系统损耗微增关系参数矩阵K
′
中非零计算数据进行降序排序；依次找到对应指标偏差，与表征指标进行换算；结合控制范围不等式，为该阶段能效优化提出建议。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中，按下述方式对各阶段能效评估指标进行分类和选取：(1.1)计算指标选取以易于对损耗求偏导、不重复，能够涵盖表征指标对应关系为原则；(1.2)计算指标选取考虑各阶段应变动优化及可变动优化的表征量、各阶段能直接测量观测或简单计算获取的参量；(1.3)全部计算指标及其对应基准值选取如下：电压偏差，基准值b
bik0
＝1；b
ik1
＝L
ik
，供电距离，基准值b
bik1
＝0；功率因素角正切值，基准值b
bik2
＝0；线路负载率，基准值b
bik3
＝0.85；b
ik4
＝R
ikT
+jX
ikT
，变压器阻抗，基准值b
bik4
＝0；变压器负载率，基准值b
bik5
＝0.85；可再生能源装机容量占比，基准值b
bik6
＝2；
可再生能源出力比率，基准值b
bik7
＝0.7；b
ik8
＝R
ikS
+jX
ikS
，线路元件阻抗，基准值b
bik8
＝0；电力电子设备负载率，基准值γ
bik
＝0.95；其中各支路电压选取该支路下标中前一节点的节点电压u
i
，u
in
为该节点所在系统的标称电压；L
ik
为该支路的线路长度；Q
ik
为该支路流过的无功潮流，P
ik
为该支路流过的有功潮流，P
ikn
为该支路线路额定有功，P
ikT
为变压器流过有功，P
ikTn
为变压器额定有功，P
ikre
为可再生能源实际出力有功，P
ikren
为可再生能源额定容量，P
ikDn
为电力电子设备额定容量；R
ikT
，X
ikT
为变压器等效电阻和电抗，R
ikS
，X
ikS
为该支路上线路元件的等效电阻和电抗，为该支路流过潮流的功率因素角；下标中的ik或ij，代表为i节点第k条支路，或i节点与j节点间的对应支路间的值；(1.4)各阶段计算指标选取及其对应表征指标如下：规划阶段：b
ik1-规划供电半径，b
ik3-规划储能占比，b
ik5-规划配变负载率，b
ik6-规划可再生能源装机容量占比，γ
i，k-规划电力电子设备负载率；设计阶段：b
ik1-设计电缆路径长度，b
ik3-设计线路负载率；b
ik4-设计变压器阻抗百分比；b
ik5-设计变压器负载率，b
ik6-设计可再生能源装机容量占比，b
ik7-设计可再生能源出力比率，γ
ik-设计电力电子设备负载率；施工阶段：b
ik1-电缆施工长度偏离；b
ik4-变压器阻抗偏差；b
ik8-线路阻抗偏差；γ
i，k-电力电子设备负载率；运行阶段：b
ik0-电压偏差，b
ik2-功率因素，b
ik3-负载率，b
ik5-配变负载率偏差，b
ik7-可再生能源出力比率偏差，γ
ik-电力电予设备负载率。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)中，各指标和电能损耗间的微增关系参数矩阵及指标微增矩阵是通过下述方式获得：增关系参数矩阵及指标微增矩阵是通过下述方式获得：其中K
ii
″
为i节点与直接相连的各终端间线路的损耗微增关系参数阵，由与i节点直接相连的全部末端线路的损耗微增参数向量组成；K
ij
″
为i节点与j节点间全部线路的损耗微增关系参数阵，由ij间全部线路损耗微增关系参数向量组成；δB
ii
为i节点与直接相连的各终端间线路的所有指标与指标期望值的差值矩阵；δB
ij
为i节点与j节点间各条线路的指标与期望值的差值矩阵：与期望值的差值矩阵：
δB
ii
＝[δB
...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱梦颖，彭勇刚，张宸宇，年珩，韦巍，李娟，袁宇波，
申请(专利权)人：国网江苏省电力有限公司国网江苏省电力有限公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：