非稳发电城市群电网最大供电负荷评估方法技术

本申请提出以最大化城市群电网的最大供电负荷为目标、能够计及间歇非稳定发电多种非确定性因素的概率评估模型；对风电场出力、光伏发电站出力、电动汽车充放电出力以及其它非确定性因素建立概率模型，针对所建立的概率优化模型提出采用概率矩阵仿真方法、多场景模拟方法、基于原始

Evaluation method of maximum power supply load in urban agglomeration with unstable power generation

【技术实现步骤摘要】
非稳发电城市群电网最大供电负荷评估方法


[0001]本申请涉及一种间歇性发电电网供电负荷评估方法，特别涉及一种非稳发电城市群电网最大供电负荷评估方法，属于分布式电网配电


技术介绍

[0002]城市群电网是指覆盖一个城市群及其周边郊区并承担电力供应与分配功能的区域电力系统。它包含了高、中、低的多种电压级的配电系统。随着城市规模和负荷需求的不断增长，逐渐形成高压受电、降压配电的供电方式。作为连接发输电系统和终端负荷的桥梁，其安全稳定的运行状态是用户可靠连续用电的重要保障。然而，由于后继投资力度不足，加上设备老化、技术陈旧落后因素，传统城市群电网在应对日益高速增长的负荷需求以及新型电源接入的发展趋势时显得十分被动与勉强。针对这一问题，主动将各种新因素的影响纳入考虑范围，科学准确的评估和发掘城市群电网的内在电能供应潜力，能够极大促成当前城市群电网精细化评估与规划工作的推进开展。
[0003]采用电网的最大供电负荷作为衡量电力系统(尤其是配电系统)的电能供应能力，最大供电负荷即电网系统像各线路、结点以及变压器均在正常工作条件下能够承受的最大负载功率。最大供电负荷不仅是技术指标，同时也是可靠性以及经济性的重要指标。最大供电负荷可以直接反应系统安全可靠性的裕度、互联强度及结构的优劣，对发生故障时指导负荷转移、合理调度输配电资源具有无法替代的重要作用。
[0004]针对区域电网的供电负荷的分析计算形成了多种可行方法。现有技术的方法在处理一些简单电力系统或无可靠性要求的供电负荷评估的计算问题时能够取得较好的效果。但一些具有可靠性、经济性或技术可行性偏好的城市群电网供电负荷评估需求增多。
[0005]另外，分布式发电技术逐渐成熟，加上对节能减排政策的大力推行，使得分布式电源能够越来越广泛地应用在电力系统中。一方面，灵活自主的分布式电源由于接入位置邻近负荷中心且安装灵活，能够积极促进电网高峰缺电问题的缓解，从而提高电力系统运行的效率；另一方面，具有明显间歇非稳定特征的分布式电源，接入电网伴随而来的非确定性因素的增多，也是维护电力系统安全可靠运行的一大挑战。鉴于具有节省投资、降低能耗、减少污染、提高电网可靠性和灵活性显著优点的大规模传统发电与分布式电源相结合的结构模式是顺应电力工业时代发展的未来趋势，为此，在城市群电网的最大供电负荷中考虑含有间歇非稳定发电的影响，能够更加准确地定位城市群电网的供电潜能，从而更加科学地指导电网的运行与规划。
[0006]综上，间歇性发电电网供电负荷评估具有广泛的应用前景，但同时存在着亟待解决的技术难点，包括：
[0007](1)现有技术城市配电网供电负荷的评估计算大致分为人工分析计算法、传统方法(如容载比法、尝试法、网络最大流方法)以及新型建模方法，容载比法将变电能力理想化为电网供电负荷，未考虑配电网及负荷对供电负荷的影响，计算结果相对偏乐观，同时，该方法疏忽对结点功率、结点电压及支路潮流约束的考虑，为此不能及时发现限制电网供电
负荷的薄弱环节；尝试法评价结果的准确性取决于负荷分配因子的合理性,计算过程比较繁琐；最大负荷倍数法也存在许多问题点，是线路中的起始电荷不能完全排除，这些电荷的存在会使得计算数值偏低，负荷同比例增长也会对此方法造成影响，对准确定位负荷单元供电负荷瓶颈问题上显得不足；网络最大流法只适合范围较小区域的配电方案的解决，面对像城市这种大范围的情况，其评估能力就会大打折扣；现有技术对供电负荷的计算大多数都集中在结合系统安全可靠性方面的改进,对于系统中非确定性因素对供电负荷影响方面的研究则相对很少。
[0008](2)非确定环境下的供电负荷评估需要对众多影响因素进行仔细确定，现有技术无法综合考虑众多非确定环境下的影响因素，造成考虑的因素不足，无法求取获得与配电网实际运行情况尽可能接近的结果，这样的结果用于指导配电网的生产运行可能会产生无效甚至错误的结果而失去实际意义。相反，现有技术也存在考虑的因素过于繁琐的情况，虽然结果能更与实际相符，但使得计算量大幅上升而导致求解困难。考虑间歇非稳定发电的城市群电网的最大供电负荷涉及大量非确定性因素，为此对该问题需要谨慎处理，最大供电负荷评估模型需要对评估问题、电源、负荷、输变电设备状态、电力潮流方面建立模型，现有技术缺少优质的间歇性发电电网供电负荷评估模型。
[0009](3)传统电网供电负荷的评估一般默认网内的发电源具有出力可调且变化稳定连续，用户负荷无波动变化、线路设备正常运行具有确定不变的特征。但含有间歇非稳定的分布式电源的城市群电网显然无法满足上述计算条件，并且，现有技术确定性评估计算方法也无法将这些非确定性因素纳入考虑范围。对含有间歇非稳定发电的城市群电网供电负荷评估面临的问题还包括：第一，从分布式电源并网角度出发，现有技术集中在可靠性影响问题、配电网规划问题、预防保护或故障恢复问题；第二，从最大供电负荷评估角度出发，现有技术大都只围绕城市电力网规划设计导则中的要求对传统的计算方法如容载比法、最大负荷倍数法进行简单的延拓与改进，缺少结合间歇非稳定的分布式电源影响与城市配电网最大供电负荷的评估。
[0010](4)现有技术缺少以最大化城市群电网的最大供电负荷为目标、能够计及间歇非稳定发电多种非确定性因素的概率评估模型；缺少对风电场出力、光伏发电站出力、电动汽车充放电出力以及其它非确定性因素建立概率模型，无法针对模型提出采用概率矩阵仿真方法、多场景模拟方法、基于原始
‑
对偶内点法的非线性优化算法相结合的求解方法，缺少包含多种若干间歇非稳定发电电源、修改的IEEE30结点测试系统对所提出的模型和方法进行校正，缺少同时不考虑间歇非稳定电源出力非确定性和线路状态运行非确定性的影响、仅考虑间歇非稳定电源出力非确定性、仅考虑线路运行状态非确定性以及同时考虑两种非确定性因素影响这4种不同条件的仿真分析，无法确定间歇非稳定电源出力非确定性与线路运行状态的非确定性对系统的最大供电负荷指标的影响，不利于提高城市配电系统运行的安全性与可靠性。

技术实现思路

[0011]分布式发电技术逐渐成熟，加上对节能减排政策的大力推行，分布式电源越来越广泛地应用在电力系统中，基于此，本申请提出间歇性发电电网供电负荷评估方法，有利于灵活自主的分布式电源接入位置邻近负荷中心且安装灵活，积极促进电网高峰缺电问题的
缓解，提高电力系统运行的效率；更有助于解决具有明显间歇非稳定特征的分布式电源接入电网伴随而来的非确定性因素增多的问题，维护了电力系统安全可靠运行，特别是有利于将具有节省投资、降低能耗、减少污染、提高电网可靠性和灵活性显著优点的大规模传统发电与分布式电源相结合的结构模式，在城市群电网的最大供电负荷中充分考虑了含有间歇非稳定发电的影响，能够更加准确的定位城市群电网的供电潜能，为城市群电网的安全可靠经济运行和科学精细化规划提供更加合理的决策支持。
[0012]为实现以上技术效果，本申请所采用的技术方案如下：
[0013]非稳发电城市群电网最大供电负荷评估方法，提出一种以最大化城市群电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.非稳发电城市群电网最大供电负荷评估方法，其特征在于，提出一种以最大化城市群电网的最大供电负荷为目标、能够计及间歇非稳定发电多种非确定性因素的概率评估模型；首先，对风电场出力、光伏发电站出力、电动汽车充放电出力以及其它非确定性因素建立概率模型，然后针对所建立的概率优化模型提出采用概率矩阵仿真方法、多场景模拟方法、基于原始
‑
对偶内点法的非线性优化算法相结合的求解方法，再采用包含多种若干间歇非稳定发电电源、修改的结点测试系统对所提出的模型和方法进行校正，最后，按照同时不考虑间歇非稳定电源出力非确定性和线路状态运行非确定性的影响、仅考虑间歇非稳定电源出力非确定性、仅考虑线路运行状态非确定性以及同时考虑两种非确定性因素影响这4种不同的仿真条件进行分析，得出间歇非稳定电源出力非确定性与线路运行状态的非确定性对系统的最大供电负荷指标有重要的劣性影响；第一，城市群电网最大供电负荷评估模型，包括：城市群供电负荷评估问题建模、电源模型、负荷模型、输变电设备模型，基于城市配电网的最大供电负荷评估需求，运用概率评估模型分别对风电场出力、光伏发电站出力、电动汽车充放电出力以及其它非确定性因素建立适当的概率模型；第二，含分布式发电的城市群电网的最大供电负荷，包括：非稳发电最大供电负荷评估模型、非确定性因素建模、最大供电负荷评估模型的求解方法，基于概率优化模型演化出一种以最大化城市群电网的最大供电负荷为目标的数学评估模型，同时兼顾间歇非稳定发电多种非确定性因素的影响。2.根据权利要求1所述非稳发电城市群电网最大供电负荷评估方法，其特征在于，城市群供电负荷评估问题建模：基于层级分解建模方法建立供电负荷的评估问题模型，层级分解问题中把目标函数取为各个结点可供有功负荷之和、负荷可增长因子或它们的加权叠加，采用交流潮流模型，考虑的约束条件包括潮流非线性式约束、发电机出力不式约束、支路容量不式约束、结点电压不式约束，用层级分解优化函数表达则如式1所示：目标函数：约束条件：式1为城市群供电负荷评估问题模型。3.根据权利要求1所述非稳发电城市群电网最大供电负荷评估方法，其特征在于，电源模型：分布式间歇非稳定电源包括小型风电场、光伏发电站以及电动汽车充放电站三种电源类型；分布式间歇非稳定电源具有随机波动或间歇非稳定特征，其出力变化采用适当的概率模型进行模拟；1)光伏发电的出力模型光伏发电系统的功率输出取决于太阳辐射强度，由式2表示：
标准状态下的太阳辐射强度取为100oW/m2；2)电动汽车充放电的出力模型城市群电网中的电动汽车充放电站以站为形式进行考虑，并假设入站的电动汽车的充放电服从调度指令进行有序充放电，充放电站简化效为一个特殊的电池，其充放电容量限制由入站的电动汽车数量和充电状态决定，具体如下：1)充放电站的充电容量极限为入站电动汽车蓄电池的可充电裕度；2)充放电站的放电容量极限为入站电动汽车蓄电池的已充电容量；3)入站电动汽车数目根据概率分布随机产生，所用概率分布根据辖区内电动汽车的活动规律进行统计拟合产生。4.根据权利要求1所述非稳发电城市群电网最大供电负荷评估方法，其特征在于，输变电设备模型：对输变电设备的状态变化建模采取两状态模型表达，在模拟电网中的设备进行非时序状态时，对于系统设备i的非时序状态可以通过随机抽样产生，假定故障率为λ，则其运行状态满足：式中：ζ为服从U(O，1)均匀分布的随机变量，p
i
为设备i的运行状态。5.根据权利要求1所述非稳发电城市群电网最大供电负荷评估方法，其特征在于，非稳发电最大供电负荷评估模型：考虑间歇非稳定分布式电源出力的城市群电网最大供电负荷评估的数学模型如式3、式4、式5所示，不定因素包括电源输出不稳定以及设备故障的非确定性，其中，设备随即停运模型使用运行和非计划停运两种状态，它们均符合既定的概率分布，进一步采用层级分解模型的还有光伏发电出力模型、电动汽车处理模型，进一步得到系统运行时的具体场景状态s，进行随机变量的抽样处理，抽样采用概率矩阵仿真，式3、式4、式5表示的模型以负荷最大值的概率统计值作为目标函数，考虑潮流约束、发电机出力约束、结点电压约束以及线路热稳定约束，具体如下：s.t.s.t.s.t.
‑
f
k，smax
≤f
k，s
≤f
k，smax
，k∈N
L
‑
∑β
s
≤P
Ei，s
≤∑α
s
，i∈N
E
式5式中：X表示用概率矩阵仿真生成的系统运行状态集合，
称为场景；为场景s发生的概率，P
D，s
、P
G，s
、P
W，s
、P
P，s
、P
E，s
分别表示场景s下的负荷需求、常规发电机组出力、风力发电出力、光伏发电出力以及电动汽车出力；Q
G，s
和Q
D，s
分别常规发电机组和负荷的无功出力和无功...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫礼兵，
申请(专利权)人：闫礼兵，
类型：发明
国别省市：