CN108376996B - 一种实用的配电网分布式光伏接纳能力估算方法 - Google Patents
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Abstract
一种实用的配电网分布式光伏接纳能力估算方法,将分布式光伏接纳能力分解成本地对分布式光伏的消纳能力和电网对分布式光伏的外送能力;估算出低压配变、中压线路和高压变电站基本单元设备对分布式光伏的接纳能力,并在满足上级供电设备容量约束条件下分电压等级进行累加,得出地区整体及各电压等级分布式光伏接纳能力;所述方法包括:(1)本地对分布式光伏消纳能力的计算;(2)电网对分布式光伏外送能力的计算;(3)基本单元设备对分布式光伏的接纳能力计算;(4)区域分布式光伏消纳能力计算;(5)分层级描述区域分布式光伏接纳能力。本发明方法无需大量的数据支撑,即可估算出地区的整体接纳能力,并同步给出各电压等级的接纳规模。
Description
技术领域
本发明涉及一种实用的配电网分布式光伏接纳能力估算方法,属电气工程规划技术领域。
背景技术
随着新型城镇建设及国家光伏扶贫政策的实施,大规模分布式光伏接入配电网。相对于传统的集中式线性发电,分布式光伏出力具有明显的波动性和间歇性,被认为是一种只提供电量价值、不提供容量价值的电源。分布式光伏规模化接入将影响配电网的电压分布、潮流和功率,这些因素成为制约准入容量的约束条件。因此,亟需对配电网可接纳的分布式光伏容量进行评估,以避免分布式光伏的无序发展。
目前,新能源接纳能力主要通过***调峰能力能否跟上净负荷的变化进行评估。如《电力建设》(2015年第36卷第8期49-54页)上发表的技术文献(“北京电网风电发展与消纳能力”);《水能经济》(2016年第16卷第12期56-57页)上发表的技术文献(“计算和评价电网消纳新能源能力的方法研究”)。但是,配电网接纳分布式光伏的能力主要受到节点电压、与上一级的交换功率、短路电流、支路载流量、保护设备整定值等因素的影响,与机组调峰并不相关,上述方法难以适用于分布式光伏接纳能力在配电网的评估。针对配电网,分布式光伏接纳能力主要通过仿真计算或优化方法解决。如《沈阳工程学院学报(自然科学版)》(2017年第13卷第1期1-5页)上发表的技术文献(“分布式风力发电接纳能力影响因素仿真分析”);《电测与仪表》(2016年第53卷第21期65-70页)上发表的技术文献(“分布式电源接入配电网的最佳位置和容量研究”);《IEEE Transactions on Power Systems》(2010年第25卷第1期296-304页)上发表的技术文献(“Network distributed generation capacityanalysis using OPF with voltage step constraints”)。但是,分布式光伏主要从中低压并网,接入点多,网架复杂,参数不全,通过搭建模型进行接纳能力计算或优化的方法不具有实际可操作性。此外,上述文献对接纳能力的计算大都集中在某一个电压等级,不能给出地区整体及各电压等级的接纳量。综上所述,目前尚无有效的方法来评估配电网对分布式光伏的接纳能力。本发明提供一种实用的分布式光伏接纳能力估算方法。
发明内容
本发明的目的是,针对现有分布式光伏接纳能力评估局限于某一相对独立区域(考虑电源调峰)或某一电压层级(考虑电网侧选址定容),计算复杂等问题,提出实用的配电网分布式光伏接纳能力估算方法。
本发明的技术方案是,一种实用的配电网分布式光伏接纳能力估算方法,所述方法将分布式光伏接纳能力分解成本地对分布式光伏的消纳能力和电网对分布式光伏的外送能力;估算出低压配变、中压线路和高压变电站基本单元设备对分布式光伏的接纳能力,并在满足上级供电设备容量约束条件下分电压等级进行累加,得出地区整体及各电压等级分布式光伏接纳能力。
所述方法包括以下步骤:
(1)本地对分布式光伏消纳能力的计算
以基本单元设备接带的最大负荷Pmax为基准值,假设安装同容量的分布式光伏,比较各时刻负荷和分布式光伏出力值,按下式计算各时刻消纳能力标幺值CLTb,t:
式中:PLt和PDt分别为负荷和分布式光伏在时刻t的出力值;
从中选取最小值,作为本地负荷对分布式光伏的消纳能力标幺值CLTb;
CLTb=min{CLTb,t} (t=1,2,…,24) (2)
对于净负荷曲线类似地区,在本地消纳能力标幺值已知的条件下,根据下式可快速估算同类型基本单元的本地负荷对分布式光伏消纳能力CLT:
CLT=rTTpCLTb (3)
式中:Tp为同类型基本单元设备容量;rT为该设备典型日最大负载率;
(2)电网对分布式光伏外送能力的计算
在不接带负荷的条件下,计算变压器容量、接入线路容量和接入点电压偏差等约束下的分布式光伏最大接入容量,选取其中最小值作为供电设备对分布式光伏的外送能力COT,如下式所示:
COT=min{Pvmax,Ptmax,Plmax} (4)
Pvmax=Pv(Udi) (5)
Ptmax=atTp (6)
Plmax=alPl (7)
其中,Pvmax、Ptmax和Plmax分别为节点电压偏差、变压器容量和线路容量约束决定的分布式光伏最大接入容量;Udi为公共接入点电压,Pv(.)为公共接入点电压偏差决定的外送能力函数;Tp为变/配变设备容量,at为变压器安全传输能力系数;al为线路安全传输能力系数,Pl为线路最大输送功率;
(3)基本单元设备对分布式光伏的接纳能力计算
将本地对分布式光伏消纳能力和电网对分布式光伏外送能力相加,即可获得该基本单元设备对分布式光伏接纳能力FT,如下式所示:
FT=CLT+CoT (8)
(4)区域分布式光伏消纳能力计算
按上述方法分别求解辖区内所有配变、中压线路和变电站等基本单元设备的接纳能力,然后分类累加,取其与上级供电设备容量的最小值,即为区域内各电压层级的消纳能力:
其中,FS、FL、FT分别为区域配电网高压变电站、中压线路和低压配变台区的分布式光伏接纳能力;n,m,k分别为区域内110kV变电站、10kV主干线路和低压配变台区个数;FSi、FLi、FTi分别为变电站、线路和配变i的分布式光伏接纳能力;Ts为接带主干线路的变电站容量;TL为接带台区的中压主干线路容量;
(5)分层级描述区域分布式光伏接纳能力
地区110kV及以下电网共可接纳分布式光伏FS;其中,10kV及以下电网可接纳FL,公用配变台区可接纳FT;FS-FL即为可通过10kV专线上网的分布式光伏量;FL-FT即为可通过专用配变上网的分布式光伏量。
所述分布式光伏接纳能力是通过分解为本地消纳能力和外送能力进行求解的;其中,本地消纳能力指在分布式光伏不倒送的情况下,通过本地负荷可消纳的最大分布式光伏装机容量;外送能力指在不接带本地负荷的情况下,通过电网可外送的最大分布式光伏装机容量。
所述基本单元设备的本地消纳能力是通过设备容量、设备负载率和本地消纳能力标幺值的乘积获得,而本地消纳能力标幺值可直接采用具有相似净负荷曲线的同类型设备值,无须逐一进行计算。
所述区域分布式光伏消纳能力分低压台区、中压线路和高压变电站3个层级进行描述,不仅可给出各层级公用设备分布式光伏接纳能力,还可推算出通过专用设备可接纳的容量。
a)110kV及以下电网接纳能力
b)10kV及以下电网消纳能力
其中,Ts为接带上述线路的变电站容量约束。
c)低压台区消纳能力
其中,TL为接带上述台区的中压主干线路容量约束。
根据计算结果,按如下方式分电压层级描述地区分布式光伏接纳能力:
地区110kV及以下电网共可接纳分布式光伏FS。其中,10kV及以下电网可接纳FL,公用配变台区可接纳FT;FS-FL即为可通过10kV专线上网的分布式光伏量;FL-FT即为可通过专用配变上网的分布式光伏量。
本发明与现有技术比较的有益效果是,本发明方法无需大量的数据支撑,无需开展复杂的仿真和优化计算,即可估算出地区的整体接纳能力,并同步给出各电压等级的接纳规模。
本发明适用于对地区可接纳分布式光伏规模的简单估算,指导分布式光伏在何处、采用何电压层级并网。
附图说明
图1为本发明配电网分布式光伏接纳能力估算方法步骤框图;
图2典型日负荷和分布式光伏出力曲线;
图3为杨梅塘台区典型日各时刻消纳能力标幺值曲线;
图4为杨梅塘线典型日各时刻消纳能力标幺值曲线;
图5为园区变典型日各时刻消纳能力标幺值曲线。
具体实施方式
本发明具体实施方式如图1所示。
先估算出各电压等级电网对分布式光伏接纳能力,然后给出区域整体的接纳能力。
本实施例通过以下步骤进行实施:
I、计算低压台区接纳能力
根据式(1)-(3)计算得到单个台区本地负荷消纳能力;根据式(4)-(7)计算得到单个台区分布式电源外送能力;根据式(11)得到区域低压台区整体接纳能力。
II、计算中压线路接纳能力
根据式(1)-(3)计算得到单条主干线路本地负荷消纳能力;根据式(4)-(7)计算得到单条主干线路分布式电源外送能力;根据式(10)得到区域中压线路整体接纳能力。
III、计算高压变电站接纳能力
根据式(1)-(3)计算得到单座变电站本地负荷消纳能力;根据式(4)-(7)计算得到单座变电站分布式电源外送能力;根据式(9)得到区域高压变电站整体接纳能力。
IV、给出区域整体接纳能力
根据计算结果,分电压层级给出区域分布式光伏接纳能力。
本实施例通过某地区实际配电网验证所提方法的有效性,验证环境设置为:区域共有110kV变电站3座,中压线路17条,配变180台。
1、低压台区接纳能力计算
以杨梅塘台区为例,该台区典型负荷日的最大负荷57.61kW,变压器容量125kVA,负载率为46.09%;低压主干线型号为LGJ-120,主干线长400米。
1)本地消纳能力估算
根据典型日负荷和分布式光伏出力情况,给出负荷-光伏出力曲线,如图2所示。并根据式(1)计算各时刻消纳能力的标幺值CLTb,t,如图3所示。由图可知,在出光伏出力最大时刻(13点)本地消纳能力标幺值为最小值,即CLTb=0.85。因此,杨梅塘公变本地消纳能力CL=rTpCLb=0.4609*125*0.85=49kW。
2)外送能力的计算
考虑低压线路容量、配变容量和低压接入点电压波动等约束。
杨梅塘公变低压主干线型号为LGJ-120,载流量约束下分布式电源最大外送容量Plmax=250kW。
低压三相电压允许波动范围为标准电压的±7%,杨梅塘公变低压主干线长400米,则电压约束下的分布式电源最大外送容量Pvmax=74.8kW。
变压器容量125kVA,配变容量约束下的分布式电源最大外送容量Ptmax=125kW。
根据式(4),选取最小值作为杨梅塘公变的外送能力COT=75kW。
3)基本单元设备接纳能力计算
根据式(8),杨梅塘公变的分布式光伏接纳能力FT=49+75=124kW。
4)区域整体低压台区接纳能力计算
为便于计算,按低压主干线对台区进行分类统计估算。区域内低压主干线共分JKLYJ-120、JKLYJ-240和YJV22-3*300等3类,对应的台区总数分别为120、40和20个,配变容量分别为15.25MVA、7.2MVA和3.64MVA,典型日负载率平均值分别为42.79%、45%和48%。根据式(11),得出低压台区分布式光伏接纳能力FT=29.27MW,计算结果如下表所示。
表1区域内低压台区分布式光伏接纳能力计算结果
2、中压线路接纳能力计算
以10kV杨梅塘线为例,典型负荷日该线路的最大负荷Pmax为4250kW;线路型号JKLYJ-240(载流量为8.7MW),线路长度为4公里,负载率为48.8%。
1)本地消纳能力估算
根据典型日负荷和分布式光伏出力情况,给出负荷-光伏出力曲线,并根据式(1)计算各时刻消纳能力的标幺值CLTb,t,如图4所示。由图可知,在出光伏出力最大时刻(13点)本地消纳能力标幺值为最小值,即CLTb=0.76。因此,杨梅塘线路本地消纳能力CL=rTpCLb=8.7*0.488*0.76=3.23MW。
2)外送能力的计算
考虑中压线路容量和接入点电压波动等约束。
杨梅塘线路主干线型号为JKLYJ-240,载流量约束下分布式电源最大外送容量Plmax=8.7MW。
中压三相电压允许波动范围为标准电压的±7%,杨梅塘中压主干线长4公里,则电压约束下的分布式电源最大外送容量Pvmax=13.3MW。
根据式(4),选取最小值作为杨梅塘公变的外送能力COT=8.7MW。
3)基本单元设备接纳能力计算
根据式(8),杨梅塘中压线路分布式光伏接纳能力FT=3.23+8.7=11.93MW。
4)区域整体中压线路接纳能力计算
区域内中压共有线路17条,型号均为JKLYJ-240。根据式(10),得出中压线路分布式光伏接纳能力FL=172.6MW,计算结果如下表所示。
表2区域内中压线路分布式光伏接纳能力计算结果
3、高压变电站接纳能力计算
以110kV园区变为例,该站典型负荷日的最大负荷27.1MW,变压器容量100MVA,负载率为27.1%;电源线路110kV前园线为LGJ-240,线长3.1公里,载流量为116MW。
1)本地消纳能力估算
根据典型日负荷和分布式光伏出力情况,给出负荷-光伏出力曲线,并根据式(1)计算各时刻消纳能力的标幺值CLTb,t,如图5所示。由图可知,在出光伏出力最大时刻(13点)本地消纳能力标幺值为最小值,即CLTb=0.84。因此,园区变变本地消纳能力CL=rTpCLb=0.271*100*0.84=22.8MW。
2)外送能力的计算
考虑高压电源线路容量、变电站容量和高压线路接入点电压波动等约束。
前园线型号为LGJ-240,载流量约束下分布式电源最大外送容量Plmax=116MW。
高压三相电压允许波动范围为标准电压的±5%,前园线长度3.1公里,则电压约束下的分布式电源最大外送容量Pvmax=1478MW。
变电站容量100MVA,变电容量约束下的分布式电源最大外送容量Ptmax=100MW。
根据式(4),选取最小值作为杨梅塘公变的外送能力COT=100MW。
3)基本单元设备接纳能力计算
根据式(8),杨梅塘公变的分布式光伏接纳能力FT=22.8+100=122.8MW。
4)区域整体高压变电站接纳能力计算
区域共有110kV变电站3座,主变容量均为100MVA,负载率分别为50.9%、27.1%和2.71%。根据式(9),得出高压变电站分布式光伏接纳能力FS=367.8MW,计算结果如下表所示。
表3区域内高压变电站分布式光伏接纳能力计算结果
4、区域整体接纳能力计算
根据上述计算结果,该区域整体分布式光伏接纳能力描述如下:110kV以下电网共可消纳分布式光伏367.8MW。其中,10kV及以下公用电网可消纳172.6MW,通过10kV专线上网的分布式光伏量195.2MW;公用配变台区可消纳29.27MW,可通过专用配变上网的分布式光伏量为143.33MW。
Claims (2)
1.一种配电网分布式光伏接纳能力估算方法,其特征在于,所述方法将分布式光伏接纳能力分解成本地对分布式光伏的消纳能力和电网对分布式光伏的外送能力;估算出低压配变、中压线路和高压变电站基本单元设备对分布式光伏的接纳能力,并在满足上级供电设备容量约束条件下分电压等级进行累加,得出地区整体及各电压等级分布式光伏接纳能力;所述方法包括:
(1)本地对分布式光伏消纳能力的计算
以基本单元设备接带的最大负荷Pmax为基准值,假设安装同容量的分布式光伏,比较各时刻负荷和分布式光伏出力值,按下式计算各时刻消纳能力标幺值CLTb,t:
式中:PLt和PDt分别为负荷和分布式光伏在时刻t的出力值;
从中选取最小值,作为本地对分布式光伏的消纳能力标幺值CLTb;
CLTb=min{CLTb,t}t=1,2,…,24
对于净负荷曲线类似地区,在本地对分布式光伏消纳能力标幺值已知的条件下,根据下式可快速估算同类型基本单元设备的本地对分布式光伏消纳能力CLT:
CLT=rTTpCLTb
式中:Tp为同类型基本单元设备容量;rT为该设备典型日最大负载率;
(2)电网对分布式光伏外送能力的计算
在不接带负荷的条件下,计算变压器容量、接入线路容量和接入点电压偏差约束下的分布式光伏最大接入容量,选取其中最小值作为电网对分布式光伏的外送能力COT,如下式所示:
COT=min{Pvmax,Ptmax,Plmax}
Pvmax=Pv(Udi)
Ptmax=atTp
Plmax=alPl
其中,Pvmax、Ptmax和Plmax分别为接入点电压偏差、变压器容量和接入线路容量约束决定的分布式光伏最大接入容量;Udi为公共接入点电压,Pv(.)为公共接入点电压偏差决定的外送能力函数;Tp为配变设备容量,at为变压器安全传输能力系数;al为线路安全传输能力系数,Pl为线路最大输送功率;
(3)基本单元设备对分布式光伏的接纳能力计算
将本地对分布式光伏消纳能力和电网对分布式光伏外送能力相加,即可获得该基本单元设备对分布式光伏接纳能力FT,如下式所示:
FT=CLT+COT
(4)区域分布式光伏消纳能力计算
按上述方法分别求解辖区内所有低压配变、中压线路和高压变电站基本单元设备对分布式光伏的接纳能力,然后分类累加,取其与上级供电设备容量的最小值,即为区域内各电压层级的消纳能力:
其中,FS、FL、FT分别为区域配电网高压变电站、中压线路和低压配变的分布式光伏接纳能力;n,m,k分别为区域内110kV变电站、10kV主干线路和低压配变个数;Fsi、FLi、FTi分别为高压变电站、中压线路和低压配变i的分布式光伏接纳能力;TS为接带主干线路的变电站容量;TL为接带低压配变的中压主干线路容量;
(5)分层级描述区域分布式光伏接纳能力
地区110kV及以下电网共可接纳分布式光伏FS;其中,10kV及以下电网可接纳FL,低压配变可接纳FT;FS-FL即为可通过10kV专线上网的分布式光伏量;FL-FT即为可通过专用配变上网的分布式光伏量。
2.根据权利要求1所述的一种配电网分布式光伏接纳能力估算方法,其特征在于,所述分布式光伏接纳能力是通过分解为本地对分布式光伏消纳能力和电网对分布式光伏外送能力进行求解的;其中,本地对分布式光伏消纳能力指在分布式光伏不倒送的情况下,通过本地负荷可消纳的最大分布式光伏装机容量;电网对分布式光伏外送能力指在不接带本地负荷的情况下,通过电网可外送的最大分布式光伏装机容量。
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CN106712079A (zh) * | 2016-12-13 | 2017-05-24 | 国网江西省电力公司经济技术研究院 | 一种区域电网的新能源消纳能力计算方法 |
CN107103433A (zh) * | 2017-05-16 | 2017-08-29 | 国家电网公司 | 一种基于分层分区思想的分布式电源消纳能力计算方法 |
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2018
- 2018-03-19 CN CN201810223138.6A patent/CN108376996B/zh active Active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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Non-Patent Citations (1)
Title |
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大型分布式光伏发电消纳数据的智能调度方法研究;程虹等;《现代电子技术》;20170501;第40卷(第9期);正文第152-155页 * |
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