一种基于节点脆弱度的新能源负荷调整方法及装置与流程

[0001]
本发明属于能源负荷调整技术领域，尤其涉及一种基于节点脆弱度的新能源负荷调整方法及装置。


背景技术：

[0002]
系统的脆弱度指电网中隐含的风险发生时对系统产生的负面影响程度。近年来我国新能源建设发展迅速，新能源在电力系统中接入比例的逐步提高，但由于新能源出力的不稳定以及波动性，新能源负荷接入容量过大会给电网带来了整体结构脆弱度提升、运行稳定性下降等问题，影响系统的安全稳定运行。
[0003]
系统脆弱程度作为系统安全稳定运行的指标，在新能源规划中，希望在尽可能小的影响系统脆弱程度的前提下，尽可能多的消纳新能源。但由于电网的拓扑结构复杂，难以通过大量的电力数据准确量化新能源接入对脆弱度的影响，从而无法精确的调整新能源接入容量。


技术实现要素：

[0004]
为了解决现有技术中存在的缺点和不足，本发明提出了一种基于节点脆弱度的新能源负荷调整方法，所述新能源负荷调整方法包括：
[0005]
获取电网中各个节点处的电力参数；
[0006]
判断节点是否有新能源负荷接入，若有新能源负荷接入，根据节点的电力参数计算得到第一比值，若没有新能源负荷接入，根据节点的电力参数计算得到第二比值；
[0007]
基于第一比值和第二比值构建新能源接入容量的目标函数，基于目标函数调整新能源负荷接入电网的容量。
[0008]
可选的，所述若有新能源负荷接入，根据节点的电力参数计算得到第一比值，包括：
[0009]
根据有新能源负荷接入的节点i处的电力参数，根据电力参数计算节点i处的电压临界值的平方；
[0010]
根据电压临界值的平方与节点i处的阻抗模值的比值，得到节点i需要的最小短路容量|z
li
|为节点i处的阻抗模值，|z
li
|的取值范围均为正数；
[0011]
基于公式一计算得到节点i的第一比值μ
i
；
[0012][0013]
其中，s
sc-ti
为节点i的非新能源侧侧提供的短路容量，s
sc-ni
为节点i的新能源侧提供的短路容量；μ
i
、s
sc-ti
、s
sc-ni
、s
sc-li
的取值范围均为正数。
[0014]
进一步的，所述根据有新能源负荷接入的节点i处的电力参数，根据电力参数计算
节点i处的电压临界值的平方，包括：
[0015]
根据节点i的电力参数，包括新能源负荷的有功功率p
ni
、无功功率q
ni
和非新能源负荷的有功功率p
teq
、无功功率q
teq
，以及非新能源负荷的电源电动势e
teq
、阻抗r
teq
+ix
teq
，其中r
teq
为非新能源负荷的电阻值，x
teq
为非新能源负荷的电抗值；
[0016]
通过公式二计算节点i的电压临界值的平方
[0017][0018]
e
teq
、p
teq
、p
ni
、r
teq
、q
teq
、q
ni
、x
teq
的取值范围均为正数，i的取值范围为正整数。
[0019]
可选的，所述若没有新能源负荷接入，根据节点的电力参数计算得到第二比值，包括：
[0020]
根据没有新能源负荷接入的节点j处的电压u
lj
与阻抗z
lj
，通过公式三计算节点j的短路容量s
sc-lj
；
[0021][0022]
s
sc-lj
、u
lj
、z
lj
的取值范围均为正数，j的取值范围为正整数；
[0023]
基于公式四计算得到节点j的第二比值μ
j
；
[0024][0025]
其中，s
sc-ti
为节点j的非新能源侧侧提供的短路容量；μ
j
、s
sc-ti
、s
sc-ni
的取值范围均为正数。
[0026]
可选的，所述基于第一比值和第二比值构建新能源接入容量的目标函数，基于目标函数调整新能源负荷接入电网的容量，包括：
[0027]
将所有第一比值和第二比值相加，得到电网整体的短路容量比μ；
[0028]
基于公式六构建新能源接入容量的目标函数f；
[0029]
f＝ω1f1+ω2(-μ)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
公式六；
[0030]
其中，f1为新能源的渗透率，s
n
为新能源负荷接入电网的总容量，s
t
为非新能源负荷接入电网的总容量，ω1、ω2均为人为设定的参数，且ω1+ω2＝1；s
n
、s
t
的取值范围为正数，ω1的取值范围为ω1≥0，ω2的取值范围为ω2≤1；
[0031]
获取目标函数f为最小值时的新能源接入容量s'
n
，将新能源负荷接入电网的总容量调整到s'
n
。
[0032]
本发明还基于同样的发明思路提出了一种基于节点脆弱度的新能源负荷调整装置，所述新能源负荷调整装置包括：
[0033]
参数单元：用于获取电网中各个节点处的电力参数；
[0034]
计算单元：用于判断节点是否有新能源负荷接入，若有新能源负荷接入，根据节点的电力参数计算得到第一比值，若没有新能源负荷接入，根据节点的电力参数计算得到第
二比值；
[0035]
调整单元：用于基于第一比值和第二比值构建新能源接入容量的目标函数，基于目标函数调整新能源负荷接入电网的容量。
[0036]
可选的，所述计算单元用于计算第一比值，具体用于：
[0037]
根据有新能源负荷接入的节点i处的电力参数，根据电力参数计算节点i处的电压临界值的平方；
[0038]
根据电压临界值的平方与节点i处的阻抗模值的比值，得到节点i需要的最小短路容量|z
li
|为节点i处的阻抗模值，|z
li
|的取值范围均为正数；
[0039]
基于公式一计算得到节点i的第一比值μ
i
；
[0040][0041]
其中，s
sc-ti
为节点i的非新能源侧侧提供的短路容量，s
sc-ni
为节点i的新能源侧提供的短路容量；μ
i
、s
sc-ti
、s
sc-ni
、s
sc-li
的取值范围均为正数。
[0042]
进一步的，所述计算单元在根据电力参数计算节点处的电压临界值时，具体用于：
[0043]
根据节点i的电力参数，包括新能源负荷的有功功率p
ni
、无功功率q
ni
和非新能源负荷的有功功率p
leq
、无功功率q
teq
，以及非新能源负荷的电源电动势e
teq
、阻抗r
teq
+ix
teq
，其中r
teq
为非新能源负荷的电阻值，x
teq
为非新能源负荷的电抗值；
[0044]
通过公式二计算节点i的电压临界值的平方
[0045][0046]
e
teq
、p
leq
、p
ni
、r
teq
、q
teq
、q
ni
、x
teq
的取值范围均为正数，i的取值范围为正整数。
[0047]
可选的，所述计算单元还用于计算第二比值，具体用于：
[0048]
获取没有新能源负荷接入的节点j处的电压u
lj
与阻抗z
lj
，通过公式三计算节点j的短路容量s
sc-lj
；
[0049][0050]
s
sc-lj
、u
lj
、z
lj
的取值范围均为正数，j的取值范围为正整数；
[0051]
基于公式四计算得到节点j的第二比值μ
j
；
[0052][0053]
其中，s
sc-ti
为节点j的非新能源侧侧提供的短路容量；μ
j
、s
sc-ti
、s
sc-ni
的取值范围均为正数。
[0054]
可选的，所述调整单元用于：
[0055]
将所有第一比值和第二比值相加，得到电网整体的短路容量比μ；
[0056]
基于公式六构建新能源接入容量的目标函数f；
[0057]
f＝ω1f1+ω2(-μ)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
公式六；
[0058]
其中，f1为新能源的渗透率，s
n
为新能源负荷接入电网的总容量，s
t
为非新能源负荷接入电网的总容量，ω1、ω2均为人为设定的参数，且ω1+ω2＝1；s
n
、s
t
的取值范围为正数，ω1的取值范围为ω1≥0，ω2的取值范围为ω2≤1；
[0059]
获取目标函数f为最小值时的新能源接入容量s'
n
，将新能源负荷接入电网的总容量调整到s'
n
。
[0060]
本发明提供的技术方案带来的有益效果是：
[0061]
通过分别计算接入新能源负荷与非新能源负荷的节点处的短路容量形成第一比值和第二比值，结合新能源渗透率生成目标函数，实现客观量化新能源接入后对系统整体脆弱程度的影响。基于目标函数求解最佳新能源接入容量，从而调整电网中接入的新能源负荷量，既能保证新能源容量的消纳，又能使新能源接入电网后对系统脆弱度的负面影响降到最低。
附图说明
[0062]
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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。
[0063]
图1为本发明提出的一种基于节点脆弱度的新能源负荷调整方法的流程示意图；
[0064]
图2为有新能源接入的节点处的等效模型；
[0065]
图3为没有新能源接入的节点处的等效模型；
[0066]
图4为本发明提出的一种基于节点脆弱度的新能源负荷调整装置的结构框图。
具体实施方式
[0067]
为使本发明的结构和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的结构作进一步地描述。
[0068]
实施例一
[0069]
如图1所示，本发明提出了一种基于节点脆弱度的新能源负荷调整方法，包括：
[0070]
s1：获取电网中各个节点处的电力参数。
[0071]
在本实施例中，通过电力传感器采集节点处的电力参数。图2给出了有新能源负荷接入的节点i处的戴维南等效电路模型中的电力参数，包括：
[0072]
(1)新能源侧的电源电动势阻抗z
ni
、功率p
ni
+jq
ni
，其中z
ni
＝r
ni
+jx
ni
，r
ni
为新能源负荷的电阻值，x
ni
为新能源负荷的电抗值，p
ni
为新能源负荷的有功功率，q
ni
为新能源负荷的无功功率；
[0073]
(2)非能源侧的电源电动势阻抗z
teq
、功率p
teq
+jq
teq
，其中z
teq
＝r
teq
+jx
teq
，r
teq
为非新能源负荷的电阻值，x
teq
为非新能源负荷的电抗值，p
teq
为非新能源负荷的有功功
率，q
teq
为非新能源负荷的无功功率；
[0074]
(3)节点i处的电压节点i处输出的等效阻抗z
li
以及功率p
li
+jq
li
，其中z
li
＝r
li
+jx
li
，p
li
为节点i输出的等效有功功率，q
li
为节点i输出的等效无功功率。
[0075]
图3给出了没有新能源负荷接入的节点j处的戴维南等效电路模型中的电力参数，包括：
[0076]
(1)非能源侧的电源电动势阻抗z
teq
、功率p
teq
+jq
teq
，其中z
teq
＝r
teq
+jx
teq
，r
teq
为非新能源负荷的电阻值，x
teq
为非新能源负荷的电抗值，p
teq
为非新能源负荷的有功功率，q
teq
为非新能源负荷的无功功率；
[0077]
(2)节点j处的电压节点j处输出的等效阻抗z
lj
以及功率p
lj
+jq
lj
，其中z
lj
＝r
lj
+jx
lj
，p
lj
为节点j输出的等效有功功率，q
lj
为节点j输出的等效无功功率。
[0078]
s2：判断节点是否有新能源负荷接入，若有新能源负荷接入，根据节点的电力参数计算得到第一比值，若没有新能源负荷接入，根据节点的电力参数计算得到第二比值。
[0079]
在本实施例中，根据有新能源负荷接入的节点i处的电力参数计算第一比值，根据没有新能源负荷接入的节点j处的电力参数计算第二比值。
[0080]
所述若有新能源负荷接入，根据节点的电力参数计算得到第一比值，包括：
[0081]
根据有新能源负荷接入的节点i处的电力参数，所述电力参数在s1中获得，根据电力参数计算节点i处的电压临界值的平方力参数计算节点i处的电压临界值的平方的计算公式为
[0082][0083]
其中，e
teq
、p
teq
、p
ni
、r
teq
、q
teq
、q
ni
、x
teq
的取值范围均为正数，i的取值范围为正整数。
[0084]
再根据与节点i处的阻抗模值|z
li
|的比值，得到节点i需要的最小短路容量s
sc-li
，即
[0085]
基于以下公式计算得到节点i的第一比值μ
i
；
[0086][0087]
其中，s
sc-teq
为节点i的非新能源侧提供的短路容量，s
sc-ni
为节点i的新能源侧提供的短路容量；μ
i
、s
sc-teq
、s
sc-ni
、s
sc-li
的取值范围均为正数。
[0088]
对于有新能源负荷接入的节点i，共有两部分向该节点提供短路容量，分别为非新能源侧提供的s
sc-teq
与新能源侧提供的s
sc-ni
，
[0089]
所述若没有新能源负荷接入，根据节点的电力参数计算得到第二比值，包括：
[0090]
根据没有新能源负荷接入的节点j处的电压u
lj
与阻抗z
lj
，通过公式三计算节点j的短路容量s
sc-lj
；
[0091][0092]
s
sc-lj
、u
lj
、z
lj
的取值范围均为正数，j的取值范围为正整数；
[0093]
基于公式四计算得到节点j的第二比值μ
j
；
[0094][0095]
其中，s
sc-ti
为节点j的非新能源侧侧提供的短路容量；μ
j
、s
sc-ti
、s
sc-ni
的取值范围均为正数。
[0096]
对于没有新能源接入负荷的节点j，仅有非新能源侧提供的s
sc-teq
，
[0097]
将有新能源接入负荷的节点i与没有新能源接入负荷的节点j的电力参数分开计算，使反映接入新能源后电网脆弱程度的第一比值更准确，减少了没有系能源接入的节点的电力数据干扰。
[0098]
s3：基于第一比值和第二比值构建新能源接入容量的目标函数，基于目标函数调整新能源负荷接入电网的容量。
[0099]
将所有第一比值μ
i
和第二比值μ
j
相加，得到电网整体的短路容量比μ，即有：
[0100][0101]
同时，结合新能源渗透率作为新能源消纳的指标，其表达式为
[0102][0103]
其中，f1为新能源的渗透率，s
n
为新能源负荷接入电网的总容量，s
t
为非新能源负荷接入电网的总容量，s
n
、s
t
的取值范围为正数。
[0104]
基于公式六构建新能源接入容量的目标函数f，即有：
[0105]
f＝ω1f1+ω2(-μ)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
公式六；
[0106]
ω1、ω2均为人为设定的参数，且ω1+ω2＝1；s
n
、s
t
的取值范围为正数，ω1的取值范围为ω1≥0，ω2的取值范围为ω2≤1。
[0107]
获取目标函数f为最小值时的新能源接入容量s'
n
，将新能源负荷接入电网的总容量调整到s'
n
。本实施例中还包括根据目标函数f为最小值时的s
ni
调节每个节点i接入的新能源负荷的容量，并结合具体的地区电网模型，不断调整接入的新能源负荷接入容量，在兼顾渗透率、系统的总短路容量比以及系统约束的情况下，既保证新能源容量的消纳，又使新能源接入对于系统脆弱程度的负面影响尽量小，寻找到了二者的最优平衡点。
[0108]
实施例二
[0109]
如图4所示，本发明提出了一种基于节点脆弱度的新能源负荷调整装置4，所述新能源负荷调整装置4包括：
[0110]
参数单元41：用于获取电网中各个节点处的电力参数。
[0111]
在本实施例中，所述参数单元41包括多个电力传感器，用于采集节点处的电力参数。图2给出了有新能源负荷接入的节点i处的戴维南等效电路模型中的电力参数，包括：
[0112]
(1)新能源侧的电源电动势e
ni
、阻抗z
ni
、功率p
ni
+jq
ni
，其中z
ni
＝r
ni
+jx
ni
，r
ni
为新能源负荷的电阻值，x
ni
为新能源负荷的电抗值，p
ni
为新能源负荷的有功功率，q
ni
为新能源负荷的无功功率；
[0113]
(2)非能源侧的电源电动势e
teq
、阻抗z
teq
、功率p
teq
+jq
teq
，其中z
teq
＝r
teq
+jx
teq
，r
teq
为非新能源负荷的电阻值，x
teq
为非新能源负荷的电抗值，p
teq
为非新能源负荷的有功功率，q
teq
为非新能源负荷的无功功率；
[0114]
(3)节点i处的电压u
li
、节点i处输出的等效阻抗z
li
以及功率p
li
+jq
li
，其中z
li
＝r
li
+jx
li
，p
li
为节点i输出的等效有功功率，q
li
为节点i输出的等效无功功率。
[0115]
图3给出了没有新能源负荷接入的节点j处的戴维南等效电路模型中的电力参数，包括：
[0116]
(1)非能源侧的电源电动势e
teq
、阻抗z
teq
、功率p
teq
+jq
teq
，其中z
teq
＝r
teq
+jx
teq
，r
teq
为非新能源负荷的电阻值，x
teq
为非新能源负荷的电抗值，p
teq
为非新能源负荷的有功功率，q
teq
为非新能源负荷的无功功率；
[0117]
(2)节点j处的电压u
lj
、节点j处输出的等效阻抗z
lj
以及功率p
lj
+jq
lj
，其中z
lj
＝r
lj
+jx
lj
，p
lj
为节点j输出的等效有功功率，q
lj
为节点j输出的等效无功功率。
[0118]
计算单元42：用于判断节点是否有新能源负荷接入，若有新能源负荷接入，根据节点的电力参数计算得到第一比值，若没有新能源负荷接入，根据节点的电力参数计算得到第二比值。
[0119]
在本实施例中，计算单元42用于根据有新能源负荷接入的节点i处的电力参数计算第一比值，根据没有新能源负荷接入的节点j处的电力参数计算第二比值。
[0120]
所述若有新能源负荷接入，根据节点的电力参数计算得到第一比值，包括：
[0121]
根据有新能源负荷接入的节点i处的电力参数，所述电力参数在s1中获得，根据电力参数计算节点i处的电压临界值的平方的计算公式为
[0122][0123]
其中，e
teq
、p
leq
、p
ni
、r
teq
、q
teq
、q
ni
、x
teq
的取值范围均为正数，i的取值范围为正整数。
[0124]
再根据与节点i处的阻抗模值的比值，得到节点i需要的最小短路容量s
sc-li
；
[0125]
[0126]
其中，s
ni
为节点i处并网的新能源容量，为功率因数。
[0127]
基于以下公式计算得到节点i的第一比值μ
i
；
[0128][0129]
其中，s
sc-teq
为节点i的非新能源侧提供的短路容量，s
sc-ni
为节点i的新能源侧提供的短路容量；μ
i
、s
sc-teq
、s
sc-ni
、s
sc-li
的取值范围均为正数。
[0130]
对于有新能源负荷接入的节点i，共有两部分向该节点提供短路容量，分别为非新能源侧提供的s
sc-teq
与新能源侧提供的s
sc-ni
，
[0131]
所述若没有新能源负荷接入，根据节点的电力参数计算得到第二比值，包括：
[0132]
根据没有新能源负荷接入的节点j处的电压u
lj
与阻抗z
lj
，通过公式三计算节点j的短路容量s
sc-lj
；
[0133][0134]
s
sc-lj
、u
lj
、z
lj
的取值范围均为正数，j的取值范围为正整数；
[0135]
基于公式四计算得到节点j的第二比值μ
j
；
[0136][0137]
其中，s
sc-ti
为节点j的非新能源侧侧提供的短路容量；μ
j
、s
sc-ti
、s
sc-ni
的取值范围均为正数。
[0138]
对于没有新能源接入负荷的节点j，仅有非新能源侧提供的s
sc-teq
，
[0139]
将有新能源接入负荷的节点i与没有新能源接入负荷的节点j的电力参数分开计算，使反映接入新能源后电网脆弱程度的第一比值更准确，减少了没有系能源接入的节点的电力数据干扰。
[0140]
调整单元43：用于基于第一比值和第二比值构建新能源接入容量的目标函数，基于目标函数调整新能源负荷接入电网的容量。具体用于：
[0141]
将所有第一比值μ
i
和第二比值μ
j
相加，得到电网整体的短路容量比μ，即有：
[0142][0143]
同时，结合新能源渗透率作为新能源消纳的指标，其表达式为
[0144][0145]
其中，f1为新能源的渗透率，s
n
为新能源负荷接入电网的总容量，s
t
为非新能源负荷接入电网的总容量，s
n
、s
t
的取值范围为正数。
[0146]
基于公式六构建新能源接入容量的目标函数f，即有：
[0147]
f＝ω1f1+ω2(-μ)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
公式六；
[0148]
ω1、ω2均为人为设定的参数，且ω1+ω2＝1；s
n
、s
t
的取值范围为正数，ω1的取值范围为ω1≥0，ω2的取值范围为ω2≤1。
[0149]
获取目标函数f为最小值时的新能源接入容量s'
n
，将新能源负荷接入电网的总容量调整到s'
n
。本实施例中还包括根据目标函数f为最小值时的s
ni
调节每个节点i接入的新能源负荷的容量，并结合具体的地区电网模型，不断调整接入的新能源负荷接入容量，在兼顾渗透率、系统的总短路容量比以及系统约束的情况下，既保证新能源容量的消纳，又使新能源接入对于系统脆弱程度的负面影响尽量小，寻找到了二者的最优平衡点。
[0150]
上述实施例中的各个序号仅仅为了描述，不代表各部件的组装或使用过程中的先后顺序。
[0151]
以上所述仅为本发明的实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。