配电网分布式光伏多电压层级消纳能力评估与修正方法与流程

本发明属于配电网安全控制，尤其是涉及配电网分布式光伏多电压层级消纳能力评估与修正方法。

背景技术：

1、随着以风电、光伏为代表的新能源在配电网中装机容量的增长，传统辐射状配电系统的运行特征发生根本的改变，若不能合理地对分布式电源的消纳能力进行科学估计，则随着分布式电源渗透率的提高，配电系统安全运行和高可靠供电均会受到影响，从而反过来制约可再生能源在配电网的消纳。分布式光伏以适当容量接入适当位置可以降低设备和线路的负载率及网损，有利于配电网的安全运行，若分布式光伏接入时未经过全局考虑，则会造成并网点电压偏高、潮流返送等问题。目前，主要的评估技术包括解析计算法、数学优化法和随机场景模拟法，且各方法均有其适用的分析场景，其中随机场景模拟法由于能够综合考虑负荷和分布式光伏的随机波动性，更能反映配电网的真实消纳能力，因此，在分布式光伏消纳能力评估中获得广泛应用。然而，由于分布式光伏接入电压等级多样，上下级电网的消纳能力主要受变压器耦合影响，如何准确、全面地考虑多电压层级分布式电源消纳能力，成为分布式电源消纳能力研究的关键环节。

2、中国专利，公开号：cn111953025a，公开日：2023年01月10日，公开了一种考虑多电压等级耦合的分布式电源承载能力评估方法。该方法包括：结合历史数据和k-means聚类算法，提出了基于多离散场景的各电压等级设备单层级承载能力分布鲁棒优化评估方法；结合启发式算法和cplex求解器，提出了系统化的求解方法；基于各电压等级设备单层级的承载能力评估结果，考虑各电压等级之间承载力的耦合关系，提出了考虑多电压等级耦合关系的承载力评估方法。本发明有利于为含多个电压等级的配电系统内dg的合理配置提供参考，促进各电压层级dg的协调发展。此方案在对承载能力修正时仅按照各线路承载能力等比例分配，由于各线路承载能力反应的是线路中承载能力最小节点对应的数值，考虑到实际系统中光伏规划接入和实际光伏资源同样也会对承载能力有影响，且接入位置不一定为承载能力最小节点，因此其评估和修正方法过于简单，准确性低。

技术实现思路

1、本发明的目的是解决现有技术中多电压层级消纳能力评估与修正方法准确性低的问题，提供配电网分布式光伏多电压层级消纳能力评估与修正方法，通过建立线性评估模型基于不同的评估模式对中压线路消纳能力进行评估，并基于光伏规划接入情况进行第一次修正；进一步对中压线路对应的上级变压器消纳能力进行评估，基于中压线路消纳能力及对应的上级变压器消纳能力、光伏规划接入量和光伏资源量对中压线路消纳能力进行第二次修正，得到最终的中压线路消纳能力；本发明不仅考虑了上级变压器对中压线路消纳能力的影响，还将中压线路的光伏规划接入量和光伏资源量引入对中压线路消纳能力进行修正，减少实际光伏资源对光伏消纳能力评估结果的影响，能够显著提高分布式光伏消纳能力评估的准确性，同时提高了配电网运行的安全性。

2、为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、配电网分布式光伏多电压层级消纳能力评估与修正方法，包括如下步骤：

4、s1、确定配电网待评估区域并获取对应特征数据集；

5、s2、基于所述特征数据集通过线性化近似方法构建线性评估模型；

6、s3、根据评估需求选择评估模式，获取电力负荷数据和光伏出力数据，并将所述电力负荷数据和光伏出力数据导入到线性评估模型中；

7、s4、基于所述线性评估模型进行优化求解得到中压线路消纳能力；

8、s5、基于光伏规划接入量对中压线路消纳能力进行第一次修正；

9、s6、对中压线路对应的上级变压器进行消纳能力评估得到上级变压器消纳能力；

10、s7、基于中压线路消纳能力及对应的上级变压器消纳能力、光伏规划接入量和光伏资源量对中压线路消纳能力进行第二次修正，获取修正后的中压线路消纳能力。

11、上述技术方案中，通过获取配电网待评估区域的特征数据集构建线性评估模型，并基于选择的评估模式将电力负荷数据和光伏出力数据导入到线性评估模型中，对中压线路及中压线路对应的上级变压器的消纳能力进行评估，并通过中压线路消纳能力及对应的上级变压器消纳能力、光伏规划接入量和光伏资源量对中压线路消纳能力进行两次修正，获取修正后的中压线路消纳能力，能够在考虑高压层级的上级变压器对中压线路消纳能力影响的同时考虑中压线路的光伏规划接入量和光伏资源量对中压线路消纳能力的影响，能够显著地提高消纳能力评估的准确性。

12、优选的，所述s2包括如下步骤：

13、s21、对配电网待评估区域的中压线路进行编号；

14、s22、将中压线路上各个节点作为分布式光伏的待接入位置；

15、s23、根据节点待接入分布式光伏容量得到目标函数f1，并构建评估模型，所述目标函数为：f1＝maxspvi，式中：spvi为节点i处可接入的分布式光伏容量；

16、s24、确定约束条件，通过线性化近似方法对所述约束条件进行线性化；

17、s25、基于线性化后约束条件对评估模型进行约束，得到线性评估模型。

18、上述技术方案中，通过中压线路的节点数量和对应节点待接入分布式光伏容量构建评估模型，并对约束条件进行线性化，基于线性化后的约束条件对评估模型进行约束得到线性评估模型，能够更准确地进行消纳能力的评估。

19、优选的，所述约束条件包括：

20、节点电压约束：vi,min≤vi,t≤vi,max，式中：vi,min为该中压线路节点i安全运行的电压下限，vi,max为线路节点i安全运行的电压上限，vi,t为t时刻线路节点i的电压；

21、线路载流量约束：pij,t2+qij,t2≤(80％sij)2，式中：pij,t为t时刻线路ij支路从节点i流向节点j的有功功率，qij,t为t时刻线路ij支路从节点i流向节点j的无功功率，sij为线路ij支路的载流量；

22、系统潮流约束：式中：π(j)为以j为末端节点的支路集合，δ(j)为以j为首端节点的支路集合；ploadj,t为t时刻节点j的负荷有功功率，qloadj,t为t时刻节点j的负荷无功功率；ppvj,t为t时刻节点j的分布式光伏输出功率；rij为支路ij电阻，xij为支路ij电抗；

23、短路电流约束：式中：ppvi,rate为线路节点i处接入光伏的额定容量，vrate为线路额定线电压，isci为接入线路节点i处断路器开断电流限值。

24、上述技术方案中，通过节点电压约束确保在光伏接入过程中节点电压保持在安全运行范围内；通过线路载流约束确保线路的电流不会超出安全运行范围，避免过载或过流情况的发生；通过系统潮流约束保证了在光伏接入情况下电网各节点的潮流分布合理且稳定；通过短路电流约束确保了分布式光伏的接入不会对短路电流造成过大的影响。

25、优选的，s3中所述评估模式包括年仿真评估和日仿真评估。

26、上述技术方案中，通过区分不同的评估模式，能够在不同的评估需求下选择合适的评估模式，能够提高评估的准确性。

27、优选的，所述s3包括如下步骤：

28、s31、根据评估需求选择评估模式；

29、s32、若选择年仿真评估模式，则执行s33；同步地，若选择日仿真评估模式，则执行s34～s36；

30、s33、获取该中压线路对应的年电力负荷数据和年光伏出力数据，将所述年电力负荷数据和年光伏出力数据导入线性评估模型，执行s4；

31、s34、获取该中压线路对应的日电力负荷数据和历史光伏数据，采用场景分析法对所述历史光伏出力数据进行分析获取光伏出力曲线；

32、s35、基于所述日电力负荷数据获取典型日负荷曲线；

33、s36、将所述光伏出力曲线及典型日负荷曲线导入到线性评估模型。

34、上述技术方案，通过将年电力负荷数据和年光伏出力数据导入到线性评估模型对年度内的中压线路消纳能力进行评估，能够支持电力系统的长期规划，确保电网在未来的扩展和更新中能够适应光伏能源的增加；通过场景分析法基于日光伏出力数据获取光伏出力曲线，通过日电力负荷数据获取典型日负荷曲线，并将日光伏负荷曲线和典型日负荷曲线导入到线性评估模型中对每日的中压线路消纳能力进行评估，能够更精细地了解光伏系统的响应对系统的影响，优化配电网运行和能源利用。

35、优选的，所述s4包括如下步骤：

36、s41、基于优化求解方法对线性评估模型进行求解，获取中压线路各线路节点分布式光伏最大可接入容量；

37、s42、对获取到的各节点所有最大可接入容量进行排序，确定最大可接入容量最小值；

38、s43、将所述最大可接入容量最小值作为对应的中压线路消纳能力评估结果，设为slinem；

39、s44、返回s2，直至完成所有中压线路消纳能力评估。

40、上述技术方案中，通过对线性评估模型进行求解获取最大可接入容量最小值，并作为中压线路消纳能力评估结果，能够确保配电网在不利条件下的稳定运行，提高配电网的可靠性和安全性。

41、优选的，所述s5包括如下步骤：

42、s51、获取各线路规划接入的光伏装机量，以线路m为例，对应的矩阵sm；

43、sm＝[slplanm,1 slplanm,2 … slplanm,i … slplanm,n]t，式中：slplanm,i为线路m节点i上规划接入的光伏容量，n为该线路的节点数；

44、s52、根据线路阻抗参数，计算得到线路消纳能力修正矩阵am；

45、αm＝[λm,i1 λm,i2 … λm,ij … λm,in]，式中：i为s4中计算得到的线路最大可接入容量最小值对应的节点；修正系数rm,i、rm,j分别为节点i、j到线路m根节点的线路电阻值；

46、s53、计算得到考虑光伏规划接入量的中压线路消纳能力修正值slinem'，

47、

48、s54、返回s2，直至完成所有中压线路消纳能力修正。

49、上述技术方案中，通过考虑线路中光伏规划接入量，对中压线路消纳能力进行第一次修正，反映了任意节点的光伏接入对线路消纳能力(即线路最大可接入容量最小值对应节点的消纳能力)的影响，提高了评估结果的准确性，且修正结果可根据规划变化而快速调整。

50、优选的，所述s6包括如下步骤：

51、s61、确定各中压线路对应的上级变压器；

52、s62、获取所述上级变压器可接入分布式光伏容量，并确定对应目标函数f2，具体为：f2＝maxspvtra，式中：spvtra为上级变压器可接入分布式光伏容量；

53、s63、确定目标函数f2的约束条件，所述约束条件如下：

54、ptra,t2+qtra,t2≤(80％stra)2，式中ptra,t为上级变压器在t时刻的有功功率，qtra,t为上级变压器在t时刻的无功功率；stra为上级变压器的额定容量；

55、s64、基于所述约束条件对目标函数f2进行约束，求解上级变压器消纳能力。

56、上述技术方案中，通过中压线路对应的上级变压器的可接入分布式光伏容量获取目标函数，通过目标函数的约束条件对目标函数进行约束，并求解上级变压器消纳能力，能够限制分布式光伏的容量，降低系统风险和提高配电网的可靠性和稳定性。

57、优选的，所述s7包括如下步骤：

58、s71、基于中压线路总条数和对应的中压线路消纳能力计算中压线路消纳能力之和；

59、s72、确定所述中压线路消纳能力之和与上级变压器消纳能力的大小关系；

60、s73、若中压线路消纳能力之和小于或等于上级变压器消纳能力，则中压线路消纳能力保持不变，无需修正；

61、s74、若中压线路消纳能力之和大于上级变压器消纳能力，则执行s75；

62、s75、基于中压线路对应的光伏规划接入量和光伏资源量对中压线路消纳能力进行第二次修正，得到最终的中压线路消纳能力。

63、上述技术方案中，通过判断中压线路消纳能力之和与上级变压器能力的大小关系来确定是否对中压线路消纳能力进行修正，考虑了上级变压器对中压线路消纳能力的影响，能够预防配电网过载和不稳定的情况，提高了配电网消纳能力评估的准确性及配电网运行的稳定性和安全性；通过中压线路对应的光伏规划接入量和光伏资源量对中压线路消纳能力进行第二次修正，得到最终的中压线路消纳能力准确性高。

64、优选的，所述s75包括如下步骤：

65、s751、确定中压线路对应的光伏资源量；

66、s752、基于所述光伏规划接入量和光伏资源量建立消纳能力修正公式；

67、s753、基于所述消纳能力修正公式对中压线路消纳能力进行第二次修正，得到最终的中压线路消纳能力。

68、上述技术方案中，通过中压线路的光伏规划接入量和光伏资源量建立消纳能力修正公式，通过消纳能力修正公式对中压线路消纳能力进行第二次修正准确性高，能够更准确地反映光伏发电对中压线路的影响，有助于避免电网过载，保证电网的稳定运行。

69、优选的，所述消纳能力修正公式如下：

70、slinem″为中压线路m修正后最终的线路消纳能力，slresm为中压线路m可开发光伏资源量；α为光伏资源开发评估系数，由已开发资源、可开发资源、难度系数等综合评估得到；t为线路条数。

71、上述技术方案中，通过消纳能力修正公式对中压线路消纳能力进行第二次修正，能够根据实际情况和数据对每条中压线路的消纳能力进行精细调整，有助于更准确地反映每条中压线路的光伏可接入容量，从而实现更精确的评估结果。

72、优选的，所述数据特征集至少包括系统拓扑参数、线路阻抗、负荷接入位置及光伏接入位置。

73、上述技术方案中，通过综合考虑系统拓扑参数、线路阻抗、负荷接入位置和光伏接入位置等数据特征，能够实现精细化调整和优化中压线路消纳能力，以支持配电网的稳定运行。

74、本发明的有益效果：通过获取配电网待评估区域的特征数据集构建线性评估模型，并基于选择的评估模式将电力负荷数据和光伏出力数据导入到线性评估模型中，对中压线路及中压线路对应的上级变压器的消纳能力进行评估，并通过中压线路消纳能力及对应的上级变压器消纳能力、光伏规划接入量和光伏资源量对中压线路消纳能力进行修正，获取修正后的中压线路消纳能力，能够在考虑高压层级的上级变压器对中压线路消纳能力影响的同时考虑中压线路的光伏规划接入量和光伏资源量对中压线路消纳能力的影响，能够显著地提高消纳能力评估的准确性；通过判断中压线路消纳能力之和与上级变压器能力的大小关系来确定是否对中压线路消纳能力进行修正，考虑了上级变压器对中压线路消纳能力的影响，能够预防配电网过载和不稳定的情况，提高了配电网消纳能力评估的准确性及配电网运行的稳定性和安全性；通过中压线路对应的光伏规划接入量和光伏资源量对中压线路消纳能力进行修正，得到修正后的中压线路消纳能力准确性高；通过中压线路的光伏规划接入量和光伏资源量建立消纳能力修正公式，通过消纳能力修正公式对中压线路消纳能力进行修正准确性高，能够更准确地反映光伏发电对中压线路的影响，有助于避免电网过载，保证电网的稳定运行。

75、上述
技术实现要素：
仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。