基于电压敏感度和过电压风险的光伏接纳能力评估方法与流程

1.本发明涉及光伏接纳能力评估方法技术领域，特别涉及基于电压敏感度和过电压风险的光伏接纳能力评估方法。


背景技术：

2.分布式光伏发电在配电网的大量接入，有效降低碳和污染气体排放量的同时，增强了电网的环境友好性，但是随着光伏电源在配电网中渗透率的不断提高，产生的诸如电压越限、线路过载、反向潮流、电能质量降低等问题对配电网的安全稳定运行产生影响。因此，科学合理的光伏接纳能力评估方法可为光伏适应性规划建设提供有效的理论依据，能够在保证配电网高效稳定运行的前提下尽可能多地接纳光伏电源，最大限度地提升光伏发电效益。
3.目前，常用的光伏接纳能力评估方法是随机场景模拟法，即基于蒙特卡罗仿真产生具有一定概率分布特性的光伏接入场景序列，并考虑不同的安全运行约束来计算光伏接纳能力，尽管概率方法可以有效地描述光伏和负载的不确定性波动，其性能在很大程度上取决于概率密度分布的准确性。但是在现实中，通常很难获得准确的概率密度分布，尤其是在测量数据有限的地区，这将大大限制其在光伏接纳能力评估中的应用，并且由于在不同的光伏配置情况下需要重复计算功率流，这种方法通常其计算量会很大，若要得到满足精度要求的评估结果可能需要花费若干小时。


技术实现要素：

4.本发明提出了一种基于电压灵敏度和过电压风险的光伏接纳能力评估方法，该方法只需要一次功率潮流计算，减少计算负担，并且引入了区间过电压风险阈值量化光伏和负载的不确定性，可以获得光伏接纳能力值。改进后的光伏接纳能力评估方法可以在可接受的计算负担下获得更准确和合理的光伏接纳能力值，评估结果反映配电网真实的过电压风险水平。
5.本发明的具体操作过程如下：
6.步骤一：在初始时刻进行潮流计算，并形成电压灵敏度矩阵；
7.步骤二：根据蒙特卡洛模拟生成光伏配置场景，对所述光伏配置场景构造仿射形式有功注入变化量和仿射形式无功注入变化量；
8.步骤三：基于所述光伏配置场景获得仿射形式电压矢量变化量，将获得的放射形式电压矢量变化量转成区间形式电压矢量变化量；
9.步骤四：根据所述区间形式电压矢量变化量获得区间形式最大节点电压，形成光伏总容量与最大电压之间的关系分布；
10.步骤五：根据光伏总容量与最大电压之间的关系分布划分出光伏容量区间，根据光伏容量区间计算过电压风险阈值；
11.步骤六：考虑实际光伏规划需要和配电网运行条件，根据计算的过电压风险阈值
计算区间形式光伏接纳能力值。
12.优选的，所述步骤一包括：
13.在初试时间t0采用雅可比矩阵j进行潮流计算，按照下述式子进行计算，
[0014][0015]
式中，j为负荷功率的雅可比矩阵、j
pθ
，j
pv
，j
qθ
，j
qv
为功率注入变量和电压变量的灵敏度。
[0016]
优选的，所述步骤一包括：
[0017]
若给定v0，θ0的线性化电力系统模型，所有节点为pq节点，则得到下式，
[0018][0019][0020][0021]
式中，δv＝[δv1，δv2，
…
，δvn]
t
为所有节点的电压矢量的变化，j
rpv
和j
rqv
都是均为简化的雅可比矩阵，分别表示电压随有功功率注入和无功功率注入的变化；
[0022]
优选的，所述步骤一包括：
[0023]
若考虑配电网三相不平衡特性以及光伏和负荷不确定性时，假设网络结构没有变化，则得到下式，
[0024][0025][0026][0027]
式中，为节点n在t时刻相的仿射形式电压矢量变化量、是的中心值、和εm分别是的第m个噪声系数和噪声元素、和分别是在t时刻相的仿射形式有功和无功注入变化量。
[0028]
优选的，所述步骤二包括：
[0029]
若所有光伏以恒功率因素运行，则根据下式计算，
[0030][0031]
式中，和分别是在t时刻相的仿射形式有功和无功注入变化量、为t时刻光伏功率仿射形式效率、和分别是在t时刻相的仿射形式光伏有功和无功变化量；和分别是在t时刻相的仿射形式负荷有功和无功变化量；为相的光伏容量变化量；为光伏功率因数。
[0032]
优选的，所述步骤三包括根据下式将仿射形式电压矢量变化量转成区间形式电压矢量变化量：
[0033][0034]
优选的，所述步骤四包括：根据下式得出区间形式最大节点电压，建立光伏总容量与最大电压之间的关系分布，即关系分布：
[0035][0036]
优选的，所述步骤五包括：
[0037]
首先将关系分布划分为多个连续光伏容量区间，然后通过下式计算过电压风险阈值，
[0038][0039][0040][0041][0042]
式中，m表示所在光伏容量区间的位数、ηm和分别表示第m个区间的区间过电压风险的下限和上限、n
′
m,over
和n
″
m,over
分别表示第m个区间完全过电压和部分过电压光伏配置场景的数量、n
m,total
表示第m个区间所有光伏配置场景的数量、σ
m,k
和是0和1决策变
量，分别表示第m个区间第k个场景是否完全过电压和部分过电压、和v
max,m,k
表示第m个区间第k个场景最大母线电压的上限和下限、v
max
是1.05。
[0043]
优选的，步骤六包括：根据步骤五中获得的过电压风险区间值
[0044]
考虑实际光伏规划需要和配电网运行情况，选择一个合适的区间过电压风险阈值η
max
，并代入下式：得光伏接纳能力区间值
[0045][0046][0047]
式中，pm表示第m个区间容量的下限，m是光伏容量区间最大数量，ηm和分别表示第m个区间的区间过电压风险的下限和上限，的下界和上界分别是在区间过电压风险阈值η
max
限制下最保守和最乐观的光伏接纳能力值。
[0048]
本发明的有益效果如下：
[0049]
本发明基于电压敏感度和过电压风险的光伏接纳能力评估方法，采用区间算法和仿射算法用来处理光伏和负荷的不确定性，只需要在初始时间进行一次潮流计算，大大减少计算负担。综合分析了两个光伏接纳能力端点值内的过电压风险，并引入了区间过电压风险阈值的定义来量化光伏配置的不确定性以及光伏和负载的不确定性，基于区间过电压风险的光伏接纳能力评估方法可以获得不那么保守的光伏接纳能力值。在可接受的计算负担下获得更准确和合理的光伏接纳能力值，这对光伏规划的实际决策很有价值。
附图说明
[0050]
图1示出了本技术实施例基于电压敏感度和过电压风险的光伏接纳能力评估方法示意图。
具体实施方式
[0051]
下面对本技术的实施方式作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅是本技术的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0052]
图1提出了一种基于电压敏感度和过电压风险的光伏接纳能力评估方法，具体实施过程如下：
[0053]
1电压灵敏度分析
[0054]
关于有功和无功功率注入变量可以由电压灵敏度分析获得：
[0055][0056]
式中：j为负荷功率的雅可比矩阵；j
pθ
，j
pv
，j
qθ
，j
qv
为功率注入变量和电压变量的灵敏度。
[0057]
一般来说，雅可比矩阵j在初始时间t0时，根据给定的基本情况(v0，θ0)的线性化电力系统模型是可以确定的。如果所有节点都被视为pq节点，那么矩阵j
pθ
，j
rpv
，j
rqv
将是非奇异的，并且方程(2)可以从(1)中得到，方法是去掉下列各项的δθ项。
[0058][0059][0060][0061]
式中：δv＝[δv1，δv2，
…
，δvn]
t
为所有节点的电压矢量的变化。j
rpv
和j
rqv
都是均为简化的雅可比矩阵，分别表示电压随有功功率注入和无功功率注入的变化。
[0062]
当考虑配电网三相不平衡特性以及光伏和负荷不确定性时，并假设网络结构没有变化时，采用仿射算法将式(2)改写为式(3)。
[0063][0064][0065]
式中：为节点n在t时刻相的仿射形式电压矢量变化量；是的中心值；和εm分别是的第m个噪声系数和噪声元素；和分别是在t时刻相的仿射形式有功和无功注入变化量。
[0066]
如果所有光伏以恒功率因素运行，那么：
[0067][0068]
式中，和分别是在t时刻相的仿射形式有功和无功注入变化量、为t时刻光伏功率仿射形式效率、和分别是在t时刻相的仿射形式光伏有功和无功变化量；和分别是在t时刻相的仿射形式负荷有功和无功变化量；为相的光伏容量变化量；为光伏功率因数。
[0069]
根据区间算法和仿射算法，能被转成区间形式：
[0070][0071]
基于此，区间形式最大节点电压为：
[0072][0073]
根据式(1)-(6)，通过仿射式电压灵敏度分析，可以量化不同pv配置对母线电压的影响，且在初始时刻t0只需要进行一次潮流计算，大大减少了计算量。
[0074]
2考虑过电压风险的光伏接纳能力评估方法
[0075]
最保守的光伏接纳能力值(用hc1表示)是通过传统随机分析方法的最极端光伏配置场景得到的。该场景通常是在距离根节点最远的终端节点安装集中式光伏。这种光伏配置在相同pv渗透水平下最容易引起过电压，因此hc1可以保证任何pv配置都不会发生过电压。然而，由于光伏发电目前多为分布式安装，现实中很少出现极端光伏配置。在这种情况下，略微增加光伏总容量超过hc1只会导致较低的过电压风险，这对实际工程是可以接受的。为了进一步量化两个光伏接纳能力端点值内的过电压风险，引入区间过电压风险的定义，该定义可以表示光伏配置的不确定性以及光伏和负荷的不确定性。
[0076]
2.1区间过电压风险的定义
[0077]
通过式(1)-(6)，建立光伏总容量与最大电压之间的关系分布，即建立关系分布，然后将关系分布的x轴划分为多个连续光伏容量区间，每个光伏容量区间的区间过电压风险通过式(7)-(10)计算。
[0078][0079][0080][0081][0082]
式中，m表示所在光伏容量区间的位数、ηm和分别表示第m个区间的区间过电压风险的下限和上限、n
′
m,over
和n
″
m,over
分别表示第m个区间完全过电压和部分过电压光伏配置场景的数量、n
m,total
表示第m个区间所有光伏配置场景的数量、σ
m,k
和是0和1决策变量，分别表示第m个区间第k个场景是否完全过电压和部分过电压、和v
max,m,k
表示第m个区间第k个场景最大母线电压的上限和下限、v
max
是1.05。
[0083]
2.2基于区间过电压风险的光伏接纳能力评估
[0084]
在区间过电压风险定义的基础上，引入区间过电压风险的阈值η
max
，η
max
是提前设定的参数，表示最大可接受过电压风险。一般根据实际光伏规划需求和配电网运行条件确定，因此区间过电压风险阈值η
max
的选择是一个综合考虑多因素的综合决策。在此基础上，光伏接纳能力区间值由式(11)-(12)获得。
[0085][0086][0087]
式中，pm表示第m个区间容量的下限，m是光伏容量区间最大数量，ηm、分别表示第m个区间的区间过电压风险的下限和上限，的下界和上界分别是在区间过电压风险阈值η
max
限制下最保守和最乐观的光伏接纳能力值。
[0088]
值不仅能反映一定程度的过电压风险，还能反映光伏和负荷的不确定性。的下界和上界分别是在区间过电压风险阈值η
max
限制下最保守和最乐观的光伏接纳能力值。因此，当光伏配置的不确定性以及光伏和负荷的不确定性同时考虑时，值具有灵活的适应性，对实际光伏规划具有指导意义。
[0089]
2.3主要评估过程
[0090]
有六个主要评估过程，如下所示：
[0091]
1)在初始时刻t0进行一次潮流计算，通过式(2)形成电压灵敏度矩阵j
rpv
和j
rqv
。
[0092]
2)根据蒙特卡洛模拟生成多个光伏配置场景，通过式(4)对光伏配置场景构造仿射形式有功注入变化量和仿射形式无功注入变化量
[0093]
3)对每个光伏配置场景通过式(3)获得仿射形式电压矢量变化量然后通过式(5)转化成区间形式电压矢量变化量。
[0094]
4)根据区间形式电压矢量变化量，通过式(6)获得区间形式最大节点电压，形成光伏总容量与最大电压之间的关系分布，即关系分布。
[0095]
5)选择一个合适的光伏容量区间和通过式(7)-(10)计算过电压风险的上限和下限。
[0096]
6)考虑实际光伏规划需要和配电网运行条件，选择一个合适的区间过电压风险阈值η
max
，并通过式(11)-(12)计算区间形式光伏接纳能力值
[0097]
3本发明提供的光伏接纳能力评估方法效果评价
[0098]
将本发明提供的光伏解难能力评估方法与传统的方法进行比较，如下表1光伏接纳能力评估方法效果评价所示，其中方法1是传统的随机模拟方法计算光伏接纳能力；方法2是为每个节点分配了一个最小和最大的光伏接纳能力值，分别对应于最保守和最乐观的光伏接纳能力值；方法3是以各负荷所吸收的功率以负荷变化曲线为特征，然后使用概率潮流计算可以连接到每根母线的最大光伏功率，而不确定是否违反了电力约束。
[0099]
表1光伏接纳能力评估方法效果评价
[0100][0101][0102]
根据表1，本发明提供的基于电压敏感度和过电压风险的光伏接纳能力评估方法，采用区间算法和仿射算法用来处理光伏和负荷的不确定性，只需要在初始时间进行一次潮流计算，大大减少计算负担。综合分析了两个光伏接纳能力端点值内的过电压风险，并引入了区间过电压风险阈值的定义来量化光伏配置的不确定性以及光伏和负载的不确定性，基于区间过电压风险的光伏接纳能力评估方法可以获得不那么保守的光伏接纳能力值。在可接受的计算负担下获得更准确和合理的光伏接纳能力值，这对光伏规划的实际决策很有价值。
[0103]
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。