一种考虑配电网光伏汇集和消纳能力的逆变器配置方法技术

本发明专利技术公开了一种考虑配电网光伏汇集和消纳能力的逆变器配置方法包括：根据负荷预测结果和分布位置，选定光伏电源的待安装位置；选择光伏功率汇集和并网的方式；通过优化配置模型确定最终的光伏接入方案以及交直流改造方案；考虑光伏功率汇集方式和光伏消纳模式的逆变器优化配置，建立双层优化模型

【技术实现步骤摘要】
一种考虑配电网光伏汇集和消纳能力的逆变器配置方法


[0001]本专利技术涉及配电网的交直流改造和光伏逆变器优化配置技术，具体一种考虑交直流配电网光伏汇集方式和消纳能力的逆变器配置方法
。

技术介绍

[0002]化石能源的日益减少和全球变暖效应的加剧，使节能减排成为世界各国越来越重视的问题
。“碳达峰碳中和”已经成为中国现代化建设的核心议题和国家战略
。
这意味着以风电和光伏为代表的清洁化可再生能源将成为未来电力系统的主体，大力发展分布式电源成为继续扩大新能源应用规模的重大抓手
。
在配电网层面，分布式光伏由于其配置简单，易于户用等特点，正逐渐成为中低压配电网分布式电源的主要形式
。
特别是在国家出台一系列鼓励政策后，分布式光伏呈现更为快速的发展态势
。
然而，目前大规模分布式光伏以交流方式就近接入配电网，通过扩大电网规模，甚至是建设
500kV
汇流站解决其大范围消纳问题，造成各级电网电能质量下降
、
调峰困难，分布式电源能源转换效率低等困境，对交流电网的安全
、
可靠
、
经济运行产生重大影响
。
此外，由于光伏为直流电源，接入交流配电网需要经过逆变器设备，由此带来的额外投资成本和谐波等问题同样不可忽视
。
随着分布式光伏接入量进一步增加，地区中低压配电网中分布式光伏功率溢出问题日益突出，部分地区
10kV
变压器分布式电源功率溢出率高达
80
％，引起线路线损率达
5.87
％，电压越限率5％
。
中低压交流配电网接入难
、
并网难
、
调控难
、
消纳难等问题进一步加剧
。

技术实现思路

[0003]本部分的目的在于概述本专利技术的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例
。
在本部分以及本申请的说明书摘要和专利技术名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分
、
说明书摘要和专利技术名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本专利技术的范围
。
[0004]鉴于上述存在的问题，提出了本专利技术
。
[0005]因此，本专利技术解决的技术问题是：传统交流配电网潮流控制能力的不足，无法应对溢出型功率分布式电源对配电网建设运行带来的挑战
。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：一种考虑配电网光伏汇集和消纳能力的逆变器配置方法，包括：
[0007]根据负荷预测结果和分布位置，选定光伏电源的待安装位置；
[0008]选择光伏功率汇集和并网的方式；
[0009]通过优化配置模型确定最终的光伏接入方案以及交直流改造方案；
[0010]考虑光伏功率汇集方式和光伏消纳模式的逆变器优化配置，建立双层优化模型
。
[0011]作为本专利技术所述的考虑配电网光伏汇集和消纳能力的逆变器配置方法的一种优选方案，其中：所述光伏电源的安装位置选取步骤为，
[0012]负荷预测，通过历史数据
、
天气预报对未来一段时间内的负荷情况进行预测，以确定所需的光伏发电量；
[0013]分布位置分析，对待安装位置周边的环境条件进行分，以确定可行的光伏电源安装位置；
[0014]最后将负荷预测结果和分布位置分析结合起来，选择最优的光伏电源待安装位置
。
[0015]作为本专利技术所述的考虑配电网光伏汇集和消纳能力的逆变器配置方法的一种优选方案，其中：所述光伏功率汇集方案包括，逆变器集中式配置和逆变器组串式配置两种方案，
[0016]在所述集中型逆变方案中，并网光伏发电系统通过集中型并网逆变器将太阳电池方阵输出的直流电能转换为与低压电网在电压上同频
、
同相
、
幅值相同，且三相平衡的三相交流电能；所述集中式逆变器将光伏阵列先通过直流电缆汇集到直流汇流箱，再经过逆变后统一接入交流电网，在调整光伏功率时，光伏的注入功率仅能通过单一节点进行调节；
[0017]所述组串式逆变器采用模块化设计，每个光伏阵列对应一个逆变器，直流端具有最大功率追踪功能，交流端并联并网，组串式结构通过多个逆变器将光伏接入配电网中，分别接入配电网的不同位置
。
[0018]作为本专利技术所述的考虑配电网光伏汇集和消纳能力的逆变器配置方法的一种优选方案，其中：所述逆变器配置方案的选择因素包括，
[0019]电站规模和布局，对于大型电站，则选择集中式逆变器，而对于小型电站，则选择组串式逆变器；
[0020]光伏阵列布置，当光伏阵列分布范围较广时，选择组串式逆变器，当光伏阵列紧凑且面积较小时，选择集中式逆变器；
[0021]变电站容量和电网负荷，当变电站容量较大，电网负荷较重时，则选择集中式逆变器，当电网负荷较轻时，则选择组串式逆变器；
[0022]环境适应性，当在阴雨天
、
雾气多的地区，则选择组串式逆变器，在高温
、
多风恶劣环境下，则选择集中式逆变器
。
[0023]作为本专利技术所述的考虑配电网光伏汇集和消纳能力的逆变器配置方法的一种优选方案，其中：所述交直流改造方案包括，
[0024]直流母线直接接入，若将光伏所在线路改造为直流线路，则光伏电源的接入无需经过逆变设备，经过变压设备接入汇流母线，直流线路通过换流器与其他交流线路互联，并配置一定的逆变设备
。
[0025]作为本专利技术所述的考虑配电网光伏汇集和消纳能力的逆变器配置方法的一种优选方案，其中：所述双层优化模型为配电网交直流改造及逆变器配置的双层规划模型，所述模型包括上层模型和下层模型两种模型，所述上层模型以规划配置综合成本最小为目标得到规划配置方案，所述下层模型以运行成本最小为目标进行系统运行状态优化；
[0026]所述上层光伏逆变器优化配置模型建立步骤为：
[0027]确定目标函数；
[0028]所述上层模型以光伏逆变器配置和直流改造的综合成本最小为目标，在初始选定的光伏电源接入位置基础上进行逆变器的选址定容，并确定是否进行所选线路的直流改造以及光伏电源的接入方式；所述综合成本包括逆变器投资成本，直流改造投资成本和系统的运行维护成本，具体表示如下：
[0029]C
total
＝
C
inv
+C
main
+C
opr
[0030]式中，
C
inv
为综合投资成本，
C
main
为系统维护成本，
C
opr
为系统的运行成本；
[0031][0032]式中，
N
为光伏的待安装位置数量，
C
invter
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种考虑配电网光伏汇集和消纳能力的逆变器配置方法，其特征在于，包括：根据负荷预测结果和分布位置，选定光伏电源的待安装位置；选择光伏功率汇集和并网的方式；通过优化配置模型确定最终的光伏接入方案以及交直流改造方案；考虑光伏功率汇集方式和光伏消纳模式的逆变器优化配置，建立双层优化模型
。2.
如权利要求1所述的考虑配电网光伏汇集和消纳能力的逆变器配置方法，其特征在于：所述光伏电源的安装位置选取步骤为，负荷预测，通过历史数据
、
天气预报对未来一段时间内的负荷情况进行预测，以确定所需的光伏发电量；分布位置分析，对待安装位置周边的环境条件进行分，以确定可行的光伏电源安装位置；最后将负荷预测结果和分布位置分析结合起来，选择最优的光伏电源待安装位置
。3.
如权利要求1所述的考虑配电网光伏汇集和消纳能力的逆变器配置方法，其特征在于：所述光伏功率汇集方案包括，逆变器集中式配置和逆变器组串式配置两种方案，在所述集中型逆变方案中，并网光伏发电系统通过集中型并网逆变器将太阳电池方阵输出的直流电能转换为与低压电网在电压上同频
、
同相
、
幅值相同，且三相平衡的三相交流电能；所述集中式逆变器将光伏阵列先通过直流电缆汇集到直流汇流箱，再经过逆变后统一接入交流电网，在调整光伏功率时，光伏的注入功率仅能通过单一节点进行调节；所述组串式逆变器采用模块化设计，每个光伏阵列对应一个逆变器，直流端具有最大功率追踪功能，交流端并联并网，组串式结构通过多个逆变器将光伏接入配电网中，分别接入配电网的不同位置
。4.
如权利要求3所述的考虑配电网光伏汇集和消纳能力的逆变器配置方法，其特征在于：所述逆变器配置方案的选择因素包括，电站规模和布局，对于大型电站，则选择集中式逆变器，而对于小型电站，则选择组串式逆变器；光伏阵列布置，当光伏阵列分布范围较广时，选择组串式逆变器，当光伏阵列紧凑且面积较小时，选择集中式逆变器；变电站容量和电网负荷，当变电站容量较大，电网负荷较重时，则选择集中式逆变器，当电网负荷较轻时，则选择组串式逆变器；环境适应性，当在阴雨天
、
雾气多的地区，则选择组串式逆变器，在高温
、
多风恶劣环境下，则选择集中式逆变器
。5.
如权利要求1所述的考虑配电网光伏汇集和消纳能力的逆变器配置方法，其特征在于：所述交直流改造方案包括，直流母线直接接入，若将光伏所在线路改造为直流线路，则光伏电源的接入无需经过逆变设备，经过变压设备接入汇流母线，直流线路通过换流器与其他交流线路互联，并配置一定的逆变设备
。6.
如权利要求1所述的考虑配电网光伏汇集和消纳能力的逆变器配置方法，其特征在于：所述双层优化模型为配电网交直流改造及逆变器配置的双层规划模型，所述模型包括上层模型和下层模型两种模型，所述上层模型以规划配置综合成本最小为目标得到规划配
置方案，所述下层模型以运行成本最小为目标进行系统运行状态优化；所述上层光伏逆变器优化配置模型建立步骤为：确定目标函数；所述上层模型以光伏逆变器配置和直流改造的综合成本最小为目标，在初始选定的光伏电源接入位置基础上进行逆变器的选址定容，并确定是否进行所选线路的直流改造以及光伏电源的接入方式；所述综合成本包括逆变器投资成本，直流改造投资成本和系统的运行维护成本，具体表示如下：
C
total
＝
C
inv
+C
main
+C
opr
式中，
C
inv
为综合投资成本，
C
main
为系统维护成本，
C
opr
为系统的运行成本；式中，
N
为光伏的待安装位置数量，
C
invter
为逆变器的投资成本，
C
DC
为直流改造互联的投资成本，逆变器的投资成本分为集中式逆变器成本和组串式逆变器成本，为集中式逆变器单位容量成本，为单个集中式逆变器容量，为该位置集中式逆变器的个数，为组串式逆变器单位容量成本，为单个组串式逆变器容量，为该位置组串式逆变器的个数，
P
DC
为单位长度直流改造成本，
L
DC
为改造直流线路长度，
P
VSC
为换流器单位容量成本，
S
VSC
为换流器容量；系统运行成本主要包括向上级电网购电成本和系统网络损耗成本，结果由下层模型返回；确定约束条件；上层模型约束条件包括设备容量约束，支路功率限值约束；式中，为地区要求的光伏最小安装容量，为光伏最大安装容量，
P
l,min
和
P
l,max
为支路
l
允许的最小功率和最大功率，
P
l
为光伏安装后支路
l
在不同场景下流过的最大功率，
S
l,VSC
为连接线路
l
的换流器容量，
P
l
和
Q
l
为该条线路上的有功功率和无功功率值；所述下层光伏逆变器优化...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡永翔，宋子宏，李巍，王扬，白浩，肖小兵，谈竹奎，杨炜晨，郝树青，李跃，要若天，文贤馗，何肖蒙，付宇，方阳，王祖峰，
申请(专利权)人：南方电网科学研究院有限责任公司，
类型：发明
国别省市：