CN103346563B - 基于时间场景准入分析的分布式电源最大渗透率评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于时间场景准入分析的分布式电源最大渗透率评估方法，包括以下步骤：对电网负荷特性和分布式电源出力特性进行分析；选取电网时间场景；分析电网时间场景下的电网准入容量；综合确定分布式电源的最大渗透率。该方法通过分析电网负荷特性与分布式电源出力特性，选取电网时间场景，并在选定电网时间场景下进行电网准入容量分析，进而得到分布式电源最大渗透率评估结果，能够很好的解决分布式电源接纳能力的评估问题。

Description

基于时间场景准入分析的分布式电源最大渗透率评估方法

技术领域

本发明属于配电网规划技术领域，具体涉及一种基于时间场景准入分析的分布式电源最大渗透率评估方法。

背景技术

分布式能源的并网运行将使得传统配电网由一个辐射状的无源网络变为一个有源网络，这改变了电力***中的原有潮流分布和保护设置。同时，由于分布式电源具有数量多、范围广、容量小、随机性、间歇性等特点，随着分布式电源的大规模应用，配电网规划与运行将受到显著影响。

分布式电源渗透率（Penetration Level，PL）是衡量某一区域内分布式电源对配电网影响的重要指标，其定义为分布式电源总出力与区域用电负荷的比值。分布式电源最大渗透率评估，即给出某一电网对分布式电源的最大接纳容量。满足这一条件，需要电网在任一时刻均处在各种电气约束之内。随着分布式电源数量逐步增多，分布式电源最大渗透率的评估分析已经成为配电网规划的重要内容，同时也可以对分布式电源利用效率和配电网整体效益的提升产生有益影响。

目前，分布式电源最大渗透率评估一般根据相关技术导则规定，或基于规划人员经验确定，评估结果并不能真实反映配电网对分布式电源的接纳能力，因此亟需一种***科学的分布式电源最大渗透率评估方法。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种基于时间场景准入分析的分布式电源最大渗透率评估方法，该方法通过分析电网负荷特性与分布式电源出力特性，选取电网时间场景，并在选定电网时间场景下进行电网准入容量分析，进而得到分布式电源最大渗透率评估结果，能够很好的解决分布式电源接纳能力的评估问题。

为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：

提供一种基于时间场景准入分析的分布式电源最大渗透率评估方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1：对电网负荷特性和分布式电源出力特性进行分析；

步骤2：选取电网时间场景；

步骤3：分析电网时间场景下的电网准入容量；

步骤4：综合确定分布式电源的最大渗透率。

所述步骤1中，所述电网负荷特性包括年负荷特性和日负荷特性；基于电网负荷历史数据，分析电网年负荷特性与电网日负荷特性，确定电网年负荷特性的峰谷时段与电网日负荷特性的峰谷时段，即完成对电网负荷特性的分析。

所述电网年负荷特性的峰谷时段和电网日负荷特性的峰谷时段对应的峰谷时段负荷定义为：

PL_peak(t)＝PL(t)，且PL(t)＞PL_min+80%(PL_max-PL_min)   （1）

PL_valley(t)＝PL(t)，且PL(t)＜PL_min+20%(PL_max-PL_min)   （2）

其中，PL_peak(t)为电网高峰时段负荷，PL_valley(t)为电网低谷时段负荷，PL(t)为时刻t的电网负荷，PL_max为电网最大负荷，PL_min为电网最小负荷。

所述步骤1中，基于分布式电源出力特性模型与地区气候历史数据，通过蒙特卡洛仿真得到分布式电源的年出力特性曲线，确定分布式电源年出力特性的峰谷时段与日出力特性的峰谷时段，即完成对分布式电源出力特性的分析。

所述分布式电源年出力特性的峰谷时段与日出力特性的峰谷时段对应的分布式电源峰谷时段出力定义为：

PG_peak(t)＝PG(t)，且PG(t)＞PG_min+80%(PG_max-PG_min)   （3）

PG_valley(t)＝PG(t)，且PG(t)＜PG_min+20%(PG_max-PG_min)   （4）

其中，PG_peak(t)为分布式电源高峰时段出力，PG_valley(t)为分布式电源低谷时段出力，PG(t)为时刻t的分布式电源出力，PG_max为分布式电源最大出力，PG_min为分布式电源最小出力。

所述步骤2中，综合电网负荷特性与分布式电源出力特性分析结果，选择电网面临电气情况最恶劣的时刻，即选取分布式电源出力与电网负荷比值最大的时刻作为电网时间场景，具体选取方法如下：

$T=t,\frac{\mathrm{PG}\left(t\right)}{\mathrm{PL}\left(t\right)}=\max \left(\frac{\mathrm{PG}\left(t\right)}{\mathrm{PL}\left(t\right)}\right)---\left(5\right)$

其中，T为选取的时刻。

所述步骤3中，基于以上选取的电网时间场景，进行电网准入容量的分析；

所述电网准入容量满足：

$\left\{\begin{array}{c}{P}_{\mathrm{Line}}<P_{\mathrm{limit}}\\ V_{\mathrm{Limit}-\mathrm{Low}}<V_{\mathrm{Node}}<V_{\mathrm{Limit}-\mathrm{High}}\\ I_S<I_{\mathrm{Limit}}\end{array}\right.---\left(6\right)$

其中，P_Line为线路功率，P_Limit为线路最大传输功率，V_Node为节点电压，V_Limit-High和V_Limit-Low分别为电网电压的上限与下限值，I_S为***短路电流，I_Limit为短路电流限定值。

所述步骤4中，基于以上分析得到的电网时间场景下的电网准入容量，综合确定分布式电源的最大接纳容量，即分布式电源最大渗透率。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

（1）本发明提供的基于时间场景准入分析的分布式电源最大渗透率评估方法，提出了分布式电源渗透率评估的完整流程，该方法基于电网负荷特性、分布式电源出力特性的仿真分析与电网准入容量的分析计算，不仅评估了电网在不同时间断面的接纳能力，而且考虑了分布式电源与电网负荷的随机特性，渗透率评估结果适应性更强，解决了目前分布式电源渗透率评估过于依赖经验或根据技术导则一刀切的问题。

（2）本发明提供的基于时间场景准入分析的分布式电源最大渗透率评估方法，提出了电网时间场景的选取方法，即选择分布式电源出力与电网负荷比值最高的时刻，该方法与仿真全年8760小时电网电气情况的方法相比，在确保评估准确性的前提下大大减小了分析工作量。

附图说明

图1是基于时间场景准入分析的分布式电源最大渗透率评估方法流程图；

图2是本发明实施例中所选地区的年负荷特性示意图；

图3是本发明实施例中所选地区的典型日负荷特性示意图；

图4是本发明实施例中所选地区的年风功率曲线图；

图5是本发明实施例中所选地区的年光伏出力曲线图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

图1为基于时间场景准入分析的分布式电源最大渗透率评估方法流程图。

本实施例以北方某中等城市为例，选取某典型10kV线路，考虑未来可能接入光伏（逆变器型）与风机（同步机型）两种分布式电源，线路负荷特性与气候变化特性均参考该地区实际负荷数据与气候数据，针对该线路进行基于时间场景准入分析的分布式电源最大渗透率评估。

一、分析电网负荷特性

分析该地区的年负荷特性与典型日负荷特性，分别如附图2、附图3所示。

电网负荷特性分析可以得到，电网年负荷高峰时段发生在夏季（8月），电网年负荷的另一个高峰时段发生在冬季（2月），年负荷低谷时段发生在春季（4月）；电网日负荷高峰时段一般发生在夜间（20～21时），日负荷低谷时段一般发生在凌晨（4～5时），日负荷的日间低谷时段发生在午间（13时）。

二、分析分布式电源出力特性

利用分布式电源出力模型、装机规模以及当地气候数据，仿真得到光伏与风机的年出力特性，分别如附图4、附图5所示。

分布式电源出力特性分析可以得到，由于该地区春季风速较大，风功率的年高峰时段一般发生在春季的夜间；同样春季的太阳辐照强度最大，光伏出力的年高峰时段一般发生在春季的午间。

三、电网时间场景选取

根据以上负荷特性与电源出力特性的分析，选取电网准入容量分析的时间场景。当一定渗透率的分布式电源在该时间场景下不能通过电网电气约束时，即认为该渗透率水平超出了电网的接纳能力。时间场景选取结果如表1所示：

表1

DG类型	日期	时刻	线路负载率	DG出力系数
					风机	春季（4月20日）	4时	20%	90%
光伏	春季（4月20日）	13时	40%	100%

四、分析电网准入容量

分别对风机与光伏在对应的时间场景下进行电网准入分析，通过试探分析不同渗透率下的电网约束情况，仿真结果如表2所示（只列出了最大渗透率临界值附近的两种情况）：

表2

由上表结果可以看到：

（1）风机接入电网渗透率达到65%后，当接入位置位于线路末端时，风机并网点（U3）的电压越限（10.7kV），短路电流与线路负载在约束之内。风机接入电网渗透率为60%时，各种接入方式下均不会突破电网约束。

（2）光伏接入电网渗透率达到95%后，当接入位置位于线路末端时，光伏并网点（U3）的电压越限（10.7kV），短路电流与线路负载在约束之内。光伏接入电网渗透率为90%时，各种接入方式下均不会突破电网约束。

五、综合确定分布式电源最大渗透率

根据以上时间场景下的电网准入容量分析：

（1）风机接入电网渗透率为60%时，各种接入方式下均不会突破电网约束，因此可以确定本实施例中风机接入电网的最大渗透率为60%；

（2）光伏接入电网渗透率达到90%后，各种接入方式下均不会突破电网约束，因此可以确定本实施例中光伏接入电网的最大渗透率为90%。

六、结论

（1）由于评估分析基于对该地区分布式电源与电网负荷随机特性的仿真，因此渗透率评估的科学性与适应性更强。

（2）通过选择电网负荷较小而分布式电源出力较大的电气情况恶劣时刻，不仅能够很好的反映分布式电源对配电网的影响，而且与仿真全年8760小时电网电气情况的方法相比，可以大大减小了分析的工作量。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.基于时间场景准入分析的分布式电源最大渗透率评估方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

步骤1：对电网负荷特性和分布式电源出力特性进行分析；

步骤2：选取电网时间场景；

步骤3：分析电网时间场景下的电网准入容量；

步骤4：综合确定分布式电源的最大渗透率；

所述步骤1中，所述电网负荷特性包括年负荷特性和日负荷特性；基于电网负荷历史数据，分析电网年负荷特性与电网日负荷特性，确定电网年负荷特性的峰谷时段与电网日负荷特性的峰谷时段，即完成对电网负荷特性的分析；

所述电网年负荷特性的峰谷时段和电网日负荷特性的峰谷时段对应的峰谷时段负荷定义为：

PL_peak(t)＝PL(t)，且PL(t)＞PL_min+80％(PL_max-PL_min)           (1)

PL_valley(t)＝PL(t)，且PL(t)＜PL_min+20％(PL_max-PL_min)           (2)

其中，PL_peak(t)为电网高峰时段负荷，PL_valley(t)为电网低谷时段负荷，PL(t)为时刻t的电网负荷，PL_max为电网最大负荷，PL_min为电网最小负荷。

2.根据权利要求1所述的基于时间场景准入分析的分布式电源最大渗透率评估方法，其特征在于：所述步骤1中，基于分布式电源出力特性模型与地区气候历史数据，通过蒙特卡洛仿真得到分布式电源的年出力特性曲线，确定分布式电源年出力特性的峰谷时段与日出力特性的峰谷时段，即完成对分布式电源出力特性的分析。

3.根据权利要求2所述的基于时间场景准入分析的分布式电源最大渗透率评估方法，其特征在于：所述分布式电源年出力特性的峰谷时段与日出力特性的峰谷时段对应的分布式电源峰谷时段出力定义为：

PG_peak(t)＝PG(t)，且PG(t)＞PG_min+80％(PG_max-PG_min)           (3)

PG_valley(t)＝PG(t)，且PG(t)＜PG_min+20％(PG_max-PG_min)           (4)

其中，PG_peak(t)为分布式电源高峰时段出力，PG_valley(t)为分布式电源低谷时段出力，PG(t)为时刻t的分布式电源出力，PG_max为分布式电源最大出力，PG_min为分布式电源最小出力。

4.根据权利要求1所述的基于时间场景准入分析的分布式电源最大渗透率评估方法，其特征在于：所述步骤2中，综合电网负荷特性与分布式电源出力特性分析结果，选择电网面临电气情况最恶劣的时刻，即选取分布式电源出力与电网负荷比值最大的时刻作为电网时间场景，具体选取方法如下：

$T=t,\frac{\mathrm{PG}\left(t\right)}{\mathrm{PL}\left(t\right)}=\max \left(\frac{\mathrm{PG}\left(t\right)}{\mathrm{PL}\left(t\right)}\right)---\left(5\right)$

其中，T为选取的时刻。

5.根据权利要求1所述的基于时间场景准入分析的分布式电源最大渗透率评估方法，其特征在于：所述步骤3中，基于以上选取的电网时间场景，进行电网准入容量的分析；

所述电网准入容量满足：

$\left\{\begin{array}{c}{P}_{\mathrm{Line}}<P_{\mathrm{Limit}}\\ V_{\mathrm{Limit}-\mathrm{Low}}<V_{\mathrm{Node}}<V_{\mathrm{Limit}-\mathrm{High}}\\ I_S<I_{\mathrm{Limit}}\end{array}\right.---\left(6\right)$

其中，P_Line为线路功率，P_Limit为线路最大传输功率，V_Node为节点电压，V_Limit-High和V_Limit-Low分别为电网电压的上限与下限值，I_S为***短路电流，I_Limit为短路电流限定值。

6.根据权利要求1所述的基于时间场景准入分析的分布式电源最大渗透率评估方法，其特征在于：所述步骤4中，基于以上分析得到的电网时间场景下的电网准入容量，综合确定分布式电源的最大接纳容量，即分布式电源最大渗透率。