计及气候因素的分布式电源网损分摊精确计算方法与流程

1.本发明涉及配电网网损分摊、最优经济运行时间、光伏出力预测、分布式电源并网领域，尤其是涉及计及气候因素的分布式电源网损分摊精确计算方法。


背景技术：

2.目前，分布式电源作为新能源发电形式被广泛应用，大量分布式电源(distributed generator，dg)的并网在很大程度上会改变系统电压分布与潮流走向，使线损变化更为复杂(线损增加或降低)。
3.随着线损分摊问题的深入研究，考虑因素更加全面，考虑分布式电源接入已成为配电网网损分摊的热点。dg接入会影响配电网经济运行情况，现有技术的分摊方法无法从经济运行的角度进一步细化分析dg并网后的线损分摊，也不够简单透明，不能通过设置奖惩策略修正计算的线损分摊电量。为了激励dg往降损的方向发展，现有技术中的含分布式电源的配电网网损分摊方法亟需改进。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种计及气候因素的分布式电源网损分摊精确计算方法，根据等值电阻法将配电网线路电阻和变压器电阻等值为配电网电阻，求解等值电能损耗，求解配电网最优经济运行时间。分析dg并网运行场景，根据得到的配电网最优经济运行时间制定奖惩策略，综合考虑气候因素，建立光伏出力预测模型，提出计及光照与温度影响的潮流追踪法，最终得到计及气候因素的分布式电源网损分摊精确计算方法。
5.本发明的技术方案如下。
6.本发明第一方面提供了一种计及气候因素的分布式电源网损分摊精确计算方法，其包括如下步骤：
7.步骤s110，建立基于随机负荷的配电网等值电阻模型，计算经济运行时间，确定配电网经济运行区域；
8.步骤s120，根据所述经济运行区域的划分，制定奖惩策略，设立配电网经济性预警模型图；
9.步骤s130，考虑气候因素，建立电源出力预测模型，得到计及气候因素影响的网损分摊方案；
10.步骤s140，采用所述网损分摊方案计算分布式电源网损分摊电量，并基于所述奖惩策略修正。
11.优选地，所述步骤s110进一步包括以下步骤：
12.步骤s210，计算分布式电源并网前后配电网供电量w
p
和配电网等值电阻r
eq
；
13.步骤s220，计算配电网最优经济运行时间；
14.步骤s230，设置趋优代价，确定配电网经济运行区域。
15.优选地，所述步骤s210进一步包括：
16.计算分布式电源等效容量s
dg
[0017][0018]
其中，m为配电变压器的数量；i
idg
为分布式电源端口注入的均方根电流；si为第i台配电变压器的额定容量；t为配电网运行时间；u为配电网的额定电压；λ为计算修正系数，其值为运行时间内的均方根负荷与平均负荷之比；
[0019]
计算分布式电源并网后的配电线路和配电变压器线圈等值电阻之和r
eq
[0020][0021]
其中，δp
ki
为第i台配电变压器的额定负载损耗；rj为第j条配电线路的电阻；mj为第j条配电线路后带有的配电变压器和dg台数；n为全网配电线路数目。
[0022]
优选地，所述步骤s220进一步包括：
[0023]
计算在系统供电量ws一定时电网中的总损耗w
[0024][0025]
其中，为系统所有变压器的空载损耗之和；r
eq
为变压器和配电网线路总的等效电阻；
[0026]
对t求导得到配电网的最优经济运行时间t
ec
为：
[0027][0028]
其中，w
p
为某段运行时间内配电网的有功供电量；为功率因数。
[0029]
优选地，所述步骤s230进一步包括：
[0030]
计算区间内各运行点处的网损值相对最佳经济运行点的理论最小网损的增量w
min
[0031][0032]
其中，θ为趋优代价，用来表征该区间内各运行点处的网损值相对最佳经济运行点的理论最小网损w
min
的最大增量的百分比；
[0033]
得到当某一个时间段t内电网供电量为ws时所对应的配电网经济运行区域[t1,t2]，
[0034]
[0035]
两者围成的区间即为当配电网需求的系统供电量为ws时的配电网经济运行区域。
[0036]
优选地，所述趋优代价θ的取值范围在3％～5％之间。
[0037]
优选地，所述步骤s120进一步包括：
[0038]
步骤s310，将配电网运行状态与时间尺度结合，将配电网一天的运行状态划分多个等级；并且根据分布式电源接入前后运行状态的对比，分布式电源并网运行划分为多个场景，制定不同场景的不同奖惩策略；
[0039]
步骤s320，根据所述分布式电源并网运行的场景计算奖惩系数。
[0040]
优选地，所述分布式电源为光伏分布式电源。
[0041]
优选地，步骤s130进一步包括：
[0042]
s410，建立光伏分布式电源随机出力预测模型，将预测结果作为分布式电源出力的约束上限；
[0043]
s420，根据电气热阻模型，得到考虑温度与光照影响的改进的潮流追踪算法。
[0044]
优选地，所述步骤140进一步包括：
[0045]
采用所述改进的潮流追踪算法计算并分摊配电网的网损，得到分布式电源的基础分摊网损；
[0046]
计算当前配电网接入分布式电源前后的运行区间变化情况，根据场景计算对应的奖惩策略，修正基础分摊网损，得到分布式电源最终分摊网损。
[0047]
本发明第二方面提供了一种计算机可读存储介质，包括存储在其中的程序代码，所述程序代码用于执行本发明第一方面中任一项所述的计及气候因素的分布式电源网损分摊精确计算方法。
[0048]
通过以上技术方案，本发明能够取得如下有益效果。
[0049]
本发明能够判断分布式电源影响配电网经济运行的程度，进而可有针对性地采取一定的奖惩措施，该方法可提供电网经济运行的信号，为含分布式电源配电网建立有效的经济激励机制。
[0050]
另一方面，根据本发明的方法得到的分布式电源线损分摊结果可衡量分布式电源的并网经济效益，激励分布式电源并网向降损方向发展，指导分布式电源的并网规划。
附图说明
[0051]
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0052]
图1为本发明实施例一提供的计及气候因素的分布式电源网损分摊精确计算方法流程图；
[0053]
图2为配电网运行经济性颜色预警模型图；
[0054]
图3为电气元件热阻模型图；
[0055]
图4为考虑温度变化的改进潮流追踪法流程图；
[0056]
图5为本发明实施例一提供的配电网拓扑图；
[0057]
图6为本发明实施例一提供的接入后综合结果曲线图。
具体实施方式
[0058]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0059]
分布式电源的渗透率逐渐提高，配电网已有无源模式转化为有源模式，因此在dg接入的情况下对网络损耗的评估和分配是需要解决的关键问题。传统方法难于计及dg对配网线损的影响，不能做到量化分摊，体现不出差异，因而无法激励dg健康可持续发展；无法正确评估dg的并网经济效益，不能指导dg的正确并网规划；同时方法透明性也不够，很难使dg投资用户信服。因此，考虑分布式电源接入对配电网经济运行的影响，确定奖惩方法，对于分布式电源接入的配电网网损分摊具有一定指导意义。
[0060]
基于此，本发明实施例提供的计及气候因素的分布式电源网损分摊精确计算方法。根据配电网拓扑结构，计算配电网最优经济运行时间，得到配电网接入dg前后运行场景方案，根据此经济运行区域，制定奖惩策略对考虑温度与光照影响的潮流追踪算法结果进行修正，最终得到计及气候因素的分布式电源网损分摊精确计算方法。
[0061]
为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种计及气候因素的分布式电源网损分摊精确计算方法进行详细介绍：
[0062]
实施例一：
[0063]
附图1为本发明实施例一提供的计及气候因素的分布式电源网损分摊精确计算方法流程图。
[0064]
本发明实施例一提供的计及配电网最优经济运行时间的含分布式电源配网网损分摊方法流程图
[0065]
参照图1，计及气候因素的分布式电源网损分摊精确计算方法包括以下步骤：
[0066]
步骤s110，建立基于随机负荷的含光伏分布式电源配电网等值电阻模型，确定配电网经济运行区域；
[0067]
步骤s120，根据上述经济运行区域的划分，制定奖惩系数，设立配电网经济性预警模型图；
[0068]
步骤s130，综合考虑气候因素，建立光伏出力预测模型，提出计及光照与温度影响的线损分摊方案。
[0069]
步骤s140，计算采用此分摊方案并基于奖惩模式修正前后的分布式电源网损分摊电量。
[0070]
其中，实施例计及气候因素的分布式电源网损分摊精确计算方法中，首先，步骤s110可用以下步骤实现，包括：
[0071]
步骤s210，计算dg并网前后配电网供电量w
p
和配电网等值电阻r
eq
；
[0072]
步骤s220，计算配电网最优经济运行时间；
[0073]
步骤s230，设置“趋优代价”，确定配电网经济运行区域；
[0074]
具体地，步骤s210由如下方式实现，分布式电源等效容量s
dg
如式(1)所示。
[0075][0076]
其中，m为配电变压器的数量；i
idg
为dg端口注入的均方根电流；si为第i台配电变压器的额定容量；t为配电网运行时间；u为配电网的额定电压；定义λ为计算修正系数，其值为运行时间内的均方根负荷与平均负荷之比，由于负荷具有波动性，平均负荷采用随机负荷服从正态分布的数学统计值表示。
[0077][0078]
dg并网后的配电线路和配电变压器线圈等值电阻之和如式(3)所示。
[0079][0080]
其中，δp
ki
为第i台配电变压器的额定负载损耗；rj为第j条配电线路的电阻；mj为第j条配电线路后带有的配电变压器和dg台数；n为全网配电线路数目。
[0081]
步骤s220由如下方式实现。电网中的总损耗w在系统供电量ws一定时如式(4)所示。
[0082][0083]
线路总的等效电阻。当某段运行时间内可实测的数据是配电网的有功供电量w
p
和功率因数时，对t求导得到配电网的经济运行时间为：
[0084][0085]
步骤s230由如下方式实现。w
min
表示区间内各运行点处的网损值相对最佳经济运行点的理论最小网损的增量，如式(6)所示。
[0086][0087]
式中：θ称为“趋优代价”，用来表征该区间内各运行点处的网损值相对最佳经济运行点的理论最小网损w
min
的最大增量的百分比，且θ的取值根据具体节能需求可人为设定，一般在3％～5％之间变化。
[0088]
结合式(5)、(6)，推导得到当某一个时间段t内电网供电量为ws时所对应的配电网
经济运行区域[t1,t2]如式(7)所示，两者围成的区间即为当配电网需求的系统供电量为ws时的配电网经济运行区域。
[0089][0090]
进一步的，上述实施计及气候因素的分布式电源网损分摊精确计算方法，步骤s120可用以下步骤实现，包括：
[0091]
步骤s310，建立配电网运行经济性颜色预警模型图；
[0092]
步骤s320，建立奖惩系数；
[0093]
具体地，步骤s310由如下方式实现，将配电网运行状态与时间尺度结合，参考气象、地质等灾害预警的等级将配电网一天的运行状态划分五级，分别为：长时间重载运行(红色)、短时间重载运行(橙色)、长时间轻载运行(黄色)、短时间重载运行(蓝色)以及经济运行(绿色)，如图2所示。根据dg接入前后运行状态的对比，可分为以下四种场景。分析结果如表1所示。
[0094]
表1 dg并网运行场景分析
[0095][0096]
步骤s320由如下方式实现。
[0097]
1)统计一天中各类场景出现的小时数，对dg并网运行后解除预警的场景予以奖励，对dg并网运行后未解除预警或预警状态复发的场景予以惩罚，奖惩系数计算公式如式(8)所示。
[0098][0099]
式中：r1、r2分别为并网前后的奖惩力度系数，具体实施过程中，取值可根据供电公司与dg用户协商后制定。为激励dg往增加经济运行区域的方向发展，即增加奖励小时数，减小惩罚小时数，决策者可针对奖励(或惩罚)小时数的大小进行不同层级的奖惩激励。
[0100]
2)当dg并网后为场景4，配电网运行区间保持不变，则奖惩系数计算公式如式(9)所示。
[0101]
h＝(1+r)
·
(θ
2-θ1)
ꢀꢀ
(9)
[0102]
式中：r是根据专家经验制定的奖惩力度系数。θ1，θ2分别是dg接入前后配电网的“趋优代价”，如表2所示。
[0103]
表2奖惩力度系数的取值
[0104]
|δθ|＝|θ
2-θ1|r奖惩力度等级|δθ|≤0.010.1轻微0.01≤|δθ|≤0.020.2中等0.02≤|δθ|≤0.030.3偏重0.03≤|δθ|0.4严重
[0105]
进一步的，上述计及气候因素的分布式电源网损分摊精确计算方法，当分布式电源为光伏分布式电源时，所述步骤s130可用以下步骤实现，包括：
[0106]
s410，建立光伏分布式电源随机出力预测模型；
[0107]
s420，得到考虑温度与光照影响的潮流追踪算法。
[0108]
具体地，步骤s410由如下方式实现，将光照强度表示为beta概率密度函数：
[0109][0110]
式中：a和ar分别为实际和最大光照强度；a和b为分布的形状参数，γ是伽玛函数，根据皮尔逊相关性分析，环境温度在实际运行中对光伏出力的影响仅次于光照强度，因此参照光伏电池工作特性公式引入温度补偿系数k如式(11)所示：
[0111][0112]
式中：α
t
为功率温度系数；βr为功率辐照系数；t为环境温度，tr为标准条件下的温度。
[0113]
修正后的光伏随机出力预测模型如式(12)所示：：
[0114]
p
pv
＝f
pv
p
ep
vkρ(r)
ꢀꢀ
(12)
[0115]
式中：p
pv
为光伏电池的输出功率；f
pv
为光伏电池的输出效率；p
epv
为光伏电池在标准状态下的额定输出功率。
[0116]
将p
pv
按小时离散为每小时的光伏出力电量集合w
pv
∈{w
pv1
,w
pv2
,
…wpv24
}，作为对潮流追踪算法求得在一天中第i小时的dg应分摊线损电量wi的约束，满足wi≤w
pvi
。
[0117]
步骤s420由如下方式实现。
[0118]
一般金属导体的电阻与温度之间的函数关系可以描述为：
[0119][0120]
其中：rr为导体在参考温度下的电阻；tc为导体的温度；tr为标准条件下的温度；tf为与导体材质相关的温度常数，一般铜质导体取234.5℃，铝质导体取228.1℃。
[0121]
电气元件热阻模型示意图如图3所示，对于电阻损耗，温升与产生的热量成正比，
[0122][0123]
当t
rise
高于环境温度时，p
loss
是设备内的所有损失。t
ratedrise
是线路长期运行在最大电流情况下的温度升高量，p
ratedloss
是相应情况下的有功损耗。
[0124]
导体温度tc由式(3)决定，
[0125][0126]
其中：ta是环境温度，t
rise
是温升。
[0127]
本发明基于输电线路热极限的nether-mcgrath公式，可以得到线路的温度平衡方程：
[0128]
tc＝ta+p
lossrθ
ꢀꢀ
(16)
[0129]
考虑温度变化的改进潮流追踪法流程如图4所示。采用潮流追踪法并将光伏出力预测边界作为dg分摊线损的约束条件，同时引入状态变量t作为各支路的温度值，将潮流计算雅可比矩阵的状态向量增广为x＝[θ,v,t]形式。雅可比矩阵增广如下：
[0130][0131]
其中不平衡量可以定义为：
[0132]
δpi＝(p
gen.i-p
load..i
)-pi(θ,v,t)
ꢀꢀ
(18)
[0133]
δqi＝(q
gen.i-q
load.i
)-qi(θ,v,t)
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(19)
[0134]
δei＝0-ei(θ,v,t)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(20)
[0135]
定义雅可比矩阵后，迭代方程为:
[0136][0137]
收敛性判据为如下：
[0138][0139]
其中:v为迭代次数。
[0140]
本领域技术人员能够理解，以上主要说明的是本发明对现有技术中的潮流追踪法的改进，其具体实现方式可以采用现有技术中的任何适用的潮流追踪算法的实现方式。
[0141]
综上，根据本分摊方案每小时dg应分摊的线损电量w
i’与精确的总分摊电量w
σ
为：
[0142]w′i＝(1+h)wiꢀꢀ
(23)
[0143][0144]wi’大于0表明此时间段内dg的接入要承担大小为w
i’的线损量。w
i’小于0表明此时间段内dg的接入促进了配电网的经济运行，应补偿大小为w
i’的线损量。
[0145]
进一步的，上述计及气候因素的分布式电源网损分摊精确计算方法，步骤s140可用以下步骤实现，包括：
[0146]
计算配电网总损耗，判断dg接入前后配电网运行场景，计算奖惩系数，计算分布式电源承担的网损。
[0147]
现举出实施例如下：
[0148]
例如，以某地区实际运行的中压配电网线路为例，应用文中模型对分布式电源应分摊的线损进行计算分析，其中该配电网线路电压等级为10kv，功率因数取0.95，共有22个节点、23条线路、9个变压器，具体的网络拓扑图如图5所示。本案例假设在节点11处接入额定容量为600kw、功率因数为0.95的分布式光伏电源。
[0149]
收集多组数据进行光伏出力预测，以其中典型日的温度与日照强度为例，通过收集该日上述中压配电网和分布式光伏电源的相关负荷数据，对其进行数据处理，取1h为一个时间段进行分析，其中1-6h和19-24h的光照强度较弱，模型预测光伏出力近似为0。
[0150]
dg接入后综合结果曲线图如图6所示。考虑温度与出力预测约束的计算结果中光伏出力明显大于传统算法，这主要在于线路温度变量的引入，线路电阻随着温度的升高而增加，从而导致线路网损的增加。显然，随着系统规模的不断扩大，系统的有功网损不断增加，传统潮流计算结果与电网实际运行情况会有更大的偏差，因此，采用考虑线路电阻受温度变化影响的潮流方法，可以更好地把握电网的实际运行状态，为配电网的网损分摊提供更准确的参考。
[0151]
dg接入前后配电网运行区间判断如表3所示。
[0152]
表3 dg接入前后配电网运行区间判断表
[0153][0154][0155]
dg接入前后奖惩系数如表4所示。
[0156]
表4 dg接入前后奖惩系数
[0157][0158]
最终，根据微时段的时间叠加，得到两种方法计算下的典型日dg网损分摊电量和分摊比例，其中潮流追踪法计算下的典型日dg线损分摊电量为18.58kw
·
h，分摊比例为10.82％；而采用本发明方法计算求得的dg应分摊的线损电量为18.70kw
·
h，分摊比例达10.89％，略大于潮流追踪法。因为在本算例模型中，需要惩罚的时间为大于需要奖励的时间，故总体而言应惩罚dg，使其多分摊网损，符合电力市场的经济激励机制要求。
[0159]
本领域技术人员能够理解，虽然以上实施方式以光伏分布式电源为例进行说明，首先建立出力预测模型，将光照强度表示为beta概率密度函数，然而本发明并不局限于此。本发明还能应用于其它形式的分布式电源的网损分摊精确计算。如应用于风电分布式电源，weibull分布模型对不同形状的频率分布都有很强的适应性，可较好地描述风速的概率分布。在最终并网出力的计算中分布式电源模型等效为发电机，可以忽略不同种类的波动性差异，因此该专利所提方法对多种分布式电源的并网出力计算皆可适用。
[0160]
综上所述，本发明的方法所提供的线损分摊模型能够分析分布式电源接入对配电网负载率的影响，通过判断分布式电源影响配电网经济运行的程度，进而可有针对性地采取一定的奖惩措施，该方法可提供电网经济运行的信号，为含分布式电源配电网建立有效的经济激励机制；另一方面，分布式电源线损分摊结果可衡量分布式电源的并网经济效益，激励分布式电源并网向降损方向发展，指导分布式电源的并网规划。
[0161]
本发明实施例提供的计及气候因素的分布式电源网损分摊精确计算方法，根据配电网拓扑结构，计算配电网最优经济运行时间，得到配电网接入dg前后运行场景方案，根据
此经济运行区域，制定奖惩策略对考虑温度与光照影响的潮流追踪算法结果进行修正，最终得到计及气候因素的分布式电源网损分摊精确计算方法。
[0162]
本发明实施例所提供的计及气候因素的分布式电源网损分摊精确计算方法的计算机程序产品，包括存储了程序代码的计算机可读存储介质，所述程序代码包括的指令可用于执行前面方法实施例中所述的方法，具体实现可参见方法实施例，在此不再赘述。
[0163]
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统和装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
[0164]
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。