基于量化分级指标体系的光伏接入配电网适应性评估方法与流程

1.本发明涉及光伏电源项目接入地区电网的适应性评估领域，特别涉及一种基于量化分级指标体系的光伏接入配电网适应性评估方法。


背景技术：

2.随着社会经济不断发展，对能源的开发和利用不断深入，以化石能源为主的传统能源消费结构，虽然有力支撑了目前阶段的能源供应，但不可避免地带来了资源短缺和环境污染的问题。近年来对太阳能等可再生能源的开发和利用不断加快，这极大地适应了未来能源发展的需要。随着实施清洁替代和电能替代“两个替代”的能源发展理念提出，光伏发电作为促进可再生能源发展的重要实现方式，已在配网中拥有相当的建设规模。同时，光伏发电在时空分布上具有高不确定性的特点，因而对配电网产生了广泛而深远的影响。一方面，由于光伏技术日益成熟，光伏发电成本逐年降低与政策支持，光伏发电显现出越来越优的社会和经济效益；另一方面，大规模光伏接入后配电系统呈现出的源荷界限模糊化、不确定性加剧和消纳能力亟需提高的问题，使得计及多方面评估要素的配电网光伏接入适应性分析成为现实需求。
3.某些规划场合需落实光伏装机配额政策，区域的光伏装机规模、密度与渗透率需达到特定的目标水平。在这一前提下，电力企业必须考虑如何消纳这部分光伏配额。在已知光伏配额(需新增的光伏装机容量总和)时，合理有效地分摊这一配额将是电力企业函需解决的问题。一般情况下，传统机组的电能是根据机组的发电能力进行分摊的。光伏电源与传统能源不同，在光伏自身出力充足的场合，若电网的消纳能力不足，也难以将这部分光伏出力纳入电力平衡。因此，除光伏的内部条件外，配额分摊机制还应计及电网侧因素的影响，这至少包括两方面的内容：一方面为电网因素，另一方面为社会因素。
4.通过提取量化指标，对电网运行工况进行定量分析，对光伏电源接入电网适应性评估提出量化依据和科学评判方法不仅能为区域可再生能源发展规划提供合理的量化依据，而且能够有效地弥补一定的主观性造成的不足，将成为辅助规划人员合理考虑区域光伏的装机规模和配套电网发展规划提供有效工具。


技术实现要素：

5.检验与校核光伏的消纳能力需要从多个方面对接入光伏做技术性评估，将此评估流程应用于光伏接入配电网的“现状态”和“规划态”评估，可以得到进一步提升配电网规划水平的有益结论。本发明提出评估配电网消纳水平的分级指标体系，将光伏电源接入后对配电网产生的网架结构、安全性、可靠性、电能质量等方面的影响通过指标量化，计算综合指标以此评估系统对光伏接纳的适应性，并提供可操作、可借鉴且具有理论依据的光伏接入适应性评估流程。
6.为实现上述目的，本发明公开了基于量化分级指标体系的光伏接入配电网适应性评估方法和流程，从电网可靠性、负载率、短路电流、电能质量四个关键维度出发，通过提取
量化指标，对电网运行工况进行定量分析，对光伏电源接入电网提出量化依据和科学评判。整体评估流程如附图1所示，具体步骤如下：
7.步骤一、搜集待评估配电网目标网架中接入和涉及的各类光伏电源配电网背景资料和历史数据用于分析。
8.所述光伏电源配电网背景资料和历史数据包括：待评估配电网网架涉及的范围、光伏电源的分布范围、装机容量和接入电压等级，接入配电网的变压器资料统计、变压器历史运行负载率、线路资料统计、线路历史运行负载率、短路电流水平、电压偏差情况、谐波畸变情况、电压波动以及电压不平衡度情况等。需深入开展评估前的收资和调研工作，搜集并采集相关统计信息和数据资料供评估分析。
9.步骤二、充分考虑电网规划和运行要求，提取可靠性、负载率、短路电流、电能质量等四方面关键指标，构建适应性评价体系。通过各类指标的量化计算科学判断光伏电源接入电网的适应性。为充分反映电源接入前后配电网运行状态的变化情况，将适应性评价指标体系细化为10项具体评价指标，然后根据各指标对电网运行状态的影响确定指标权重及评分标准，具体评价指标及标准如下表1 所示。
10.表1适应性评价指标及评分标准
[0011][0012]
其中，评分公式中的x为各指标值，y为各指标的得分。
[0013]
步骤三、采用指标评分加权的方法对待评价的规划区域配网系统进行适应性评
价。收集或统计待评价区域的光伏电源接入后的运行数据和资料，计算得到适应性指标评估表中各指标值和对应的指标评分。根据电网基础数据，提取出计算所依赖的典型边界和计算场景，拟合光伏等单元的出力特性和概率分布；结合负荷预测结果，确定负荷的概率分布模型(通常选用正态分布模型)；生成一定数量服从概率分布的出力组合和分析场景；计算在确定场景和源荷组合下的潮流分布，并利用各条支路的潮流计算结果和允许传输容量上限计算线路负载率。随机潮流评估流程如附图2所示。
[0014]
结合以下公式式计算得到各指标的加权评分值并得到适应性分析结果：
[0015][0016]
式中：m为所评估的场景下区域电网适应性总评分；y
k
是所所评估的场景下区域电网第k项具体指标数值；m为所评估的场景下区域电网的指标项数，m≤10； w
k
是所选区域电网的第k项具体指标权重，m项权重之和应为1。
[0017]
步骤四、若选择的待评价区域电网较大，不便于整体分析时，采用分层分区思想，将电网评价范围划分为区域电网、各电压等级电网、各分区电网三层进行评估。若同一个电压等级中存在电气联系较弱或相对独立的分区电网，且每个分区均有电源接入，应进一步划分出分区电网。电网分层结构如附图3所示。
[0018]
步骤五、分层分区完成后，进行区域电网评价。先计算各分区电网适应性评分，然后按下式计算各电压等级电网的适应性评分。
[0019][0020]
式中：m
i
为序号为i的电压等级电网适应性评分；w
ij
为电压等级序号为i，分区序号为a
j
的分区电网的适应性评分权重，a
j
项权重之和应等于1。
[0021]
步骤六、计算区域电网适应性评分值，根据适应性评分得到区域电网的适应性评价结果：
[0022][0023]
式中：m
area
为光伏电源接入后区域电网的适应性评分；n为区域电网评价的不同电压等级数量，n≤5；w
i
为电压等级序号为i的电压等级电网的适应性指标权重，n项权重之和应等于1。
[0024]
步骤七：针对适应性评估评分值小于0的评估对象和配电网网架，认为其不具备光伏接入适应性，需采取针对性改造提升措施，采取措施后可再次进行适应性评估计算评分值；对于适应性评估评分值大于0的评估对象和配电网网架，认为具备光伏接入适应性。
[0025]
本发明的有益效果：
[0026]
本发明从电网可靠性、负载率、短路电流、电能质量四个关键维度出发，通过提取量化指标，对电网运行工况进行定量分析，对光伏电源接入电网提出量化依据和科学评判
方法。
[0027]
本发明针对因光伏电源发展规模较大引起的消纳能力量化评估缺乏定量依据的问题，本发明提出基于量化分级指标的配电网适应性评估流程，并将其应用于光伏接入配电网的“现状态”和“规划态”评估，以期得到可针对性提升配电网规划水平的有益结论。首先介绍评估配电网消纳水平的分级指标体系，将光伏电源接入后对配电网产生的网架结构、安全性、可靠性、电能质量等方面的影响通过指标量化，再计算综合指标以此评估系统对光伏接纳的适应性，为指导系统规划和设计、挖掘网架的薄弱环节和提高系统的投资精益性水平提供了可操作的流程和依据。
[0028]
本发明可为存在大规模、大容量光伏电源接入的配电网和待评估场景提供科学高效、合理有序的规划流程，促进规模日益庞大、要素日益复杂的配电网网架实现向目标网架的安全可靠、经济合理过渡，为不断提升我国配电网规划的精益化水平起到有益的引领作用。
[0029]
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
[0030]
图1示出本发明的实施流程图。
[0031]
图2示出本发明的线路负载率计算随机潮流操作流程。
[0032]
图3示出本发明的配电网分层分区结构示意图。
[0033]
图4示出本发明实施例的网架拓扑结构示意图。
[0034]
图5
‑
1示出本发明实施例光伏接入a台区后的母线电压水平示意图。
[0035]
图5
‑
2示出本发明实施例光伏接入b台区后的母线电压水平示意图。
[0036]
图5
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3示出本发明实施例光伏接入c台区后的母线电压水平示意图。
[0037]
图5
‑
4示出本发明实施例光伏接入d台区后的母线电压水平示意图。
[0038]
图6示出本发明实施例的网架改造提升示意图。
[0039]
图7
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1出本发明实施例完成网架改造提升后的光伏接入a台区后母线电压水平示意图。
[0040]
图7
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2示出本发明实施例完成网架改造提升后的光伏接入b台区后母线电压水平示意图。
[0041]
图7
‑
3示出本发明实施例完成网架改造提升后的光伏接入c台区后母线电压水平示意图。
[0042]
图7
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4示出本发明实施例完成网架改造提升后的光伏接入d台区后母线电压水平示意图。
具体实施方式
[0043]
实施例1：具备光伏接入适应性的场景评估
[0044]
选择某地光伏扶贫并网项目作为分析对象，研究该地区光伏接入场景下的配电网适应性考核评价与分析，采用如附图1所示的流程应用本发明，作为具体实施方式示例。
[0045]
步骤一～步骤二：确定电网评价区域范围，搜集所选区域的电网基础数据，包含电
源数据、变压器数据、线路数据、负荷数据等。
[0046]
待评估地区电网目前由周边35千伏a站10千伏线路供电，包含4个台区，分别为台区a～台区d，每个台区通过配变给用户供电。每户安装光伏发电容量为 3kwp，共100户，总装机容量为300kwp。每户通过220v直接接入用户配电箱并网，如附图4所示为规划场景配电网网络拓扑结构，下表2为4个台区光伏发电安装户数和容量。
[0047]
表2光伏发电安装容量
[0048][0049]
该场景负荷主要为照明设备，日负荷较小，日最大负荷约80kw，日最小负荷约为10kw。
[0050]
步骤三：根据电网基础数据，计算评价指标体系中的各指标值。该地区 300kwp光伏发电接入系统后，各台区的母线电压都在国标要求的范围以内。下表3为4个台区变压器10kv母线电压不平衡度，根据gb/t
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15543
‑
2008《电能质量三相电压不平衡度》中的规定，4个台区10kv母线电压不平衡度均没有超出规定的范围。
[0051]
表3三相电压不平衡度
[0052]
台区不平衡度(％)台区a10千伏母线0.009台区b10千伏母线0.009台区c10千伏母线0.01台区d10千伏母线0.01
[0053]
光伏发电接入后利用随机潮流方法计算所得的配电网安全性分析结果如下表4所示：
[0054]
表4安全性结果统计表
[0055]
[0056][0057]
步骤四：根据光伏接入配电网的指标适应性计算结果得出适应性评估和分析结论。将上述指标计算结果代入式(1)的计算公式中，待评估配电网的光伏接入综合评分值为0.5，评分结论为具备光伏接入适应能力。
[0058]
实施例2：不具备光伏接入适应性、改造后具备的场景评估
[0059]
选择某地光伏扶贫并网项目作为分析对象，研究该地区光伏接入场景下的配电网适应性考核评价与分析，采用如附图1所示的流程应用本发明，作为具体实施方式示例。
[0060]
步骤一～步骤二：确定电网评价区域范围，搜集所选区域的电网基础数据，包含电源数据、变压器数据、线路数据、负荷数据等。所选区域的基础数据同实施例1。
[0061]
步骤三：根据电网基础数据，计算评价指标体系中的各指标值。该地区 300kwp光伏发电接入系统后，台区b和台区c的母线电压都在国标要求的范围以内，而台区a和台区d的母线电压抬升幅度较大，最大值分别为1.15pu和1.1pu，电压越限，不满足国标的要求。附图5
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1～附图5
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4分别为光伏发电接入后不同台区的电压曲线。4个台区变压器10kv母线电压不平衡度和光伏发电接入后利用随机潮流方法计算所得的配电网安全性分析结果与实施例1相同，如表3，表 4所示。
[0062]
步骤四：根据光伏接入配电网的指标适应性计算结果得出适应性评估和分析结论。将上述指标计算结果代入式(1)的计算公式中，待评估配电网的光伏接入综合评分值为
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7.5，评分结论为不具备适应能力。
[0063]
步骤五：根据对所选评价配电网区域的评估结果和结论，应就配电网网架开展针对性改造提升。规划方案中涉及的改造措施如下：对4个台区部分用户的用电情况(例如a相)进行改变(变为c相)，确保a、b、c三相的用户数达到均衡。将台区a和台区d的部分线路由现状小截面输电线路改造并更换为大截面输电线路，加强主干用电网架。将台区b和台区c的部分光伏发电和负荷改接线，使台区变接入容量尽量均衡，并缩短末端光伏接入距离。附图6为改造后的网架结构图，下表5为改造后该地区4个台区的光伏安装容量。
[0064]
表5改造后的光伏发电安装容量
[0065][0066]
通过改造部分用户用电相序(例如将a相变为b相)、加强台区主干线和4 个台区之间用户数的调整，该地区300kwp光伏发电220v接入系统后，4个台区的母线电压都在国标要求的范围以内，均未超标。附图7为改造后台区a和台区 d电压曲线。
[0067]
上述改造方案实施后，短路电流、电压偏差、谐波畸变、谐波电流、电压波动等指标均满足要求。改造之后，各台区的线路平均负载率由接入前的88％降至 62％，线路满(过)载率评分值为2.5分。评价综合评定结果为2.5分，评价结果大于0分，属于“具备较强适应能力”。
[0068]
本实施例代表户用光伏电站，该类电源接入区域负荷一般较小，主要可能造成配变送出容量受限、低压线路载流能力不满足要求，并引起电压偏高问题。结合本发明所提出的量化分级指标和适应性评估方法充分说明农村电网薄弱网架结构为适应光伏大规模发展和接入针对性改造提升的必要性。