本發(fā)明屬于分布式電源規(guī)劃建設(shè)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種計及短路容量約束的分布式電源準(zhǔn)入容量計算方法。

背景技術(shù)：

在傳統(tǒng)化石能源短缺和環(huán)境污染的大背景下，投資成本低、清潔環(huán)保的分布式電源(DG)越來越受到重視。分布式電源大都分布在負(fù)荷附近，目前應(yīng)用以并入配電網(wǎng)運行為主。風(fēng)能和光伏發(fā)電作為分布式電源的兩種主要形式，發(fā)展?jié)摿薮螅b機容量逐年增加。但分布式風(fēng)機和光伏輸出功率受外界環(huán)境影響較大，不僅改變了潮流分布，也嚴(yán)重威脅到配電網(wǎng)的電壓質(zhì)量，引起電壓偏差和電壓波動等問題，影響電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。所以分布式電源的接入容量極限成了電網(wǎng)運行調(diào)度人員所關(guān)注的重要問題，也是配電網(wǎng)接納分布式電源研究中的熱點。

分布式電源的準(zhǔn)入容量是指在不違背系統(tǒng)正常運行技術(shù)指標(biāo)的約束的前提下，分布式電源能接入電網(wǎng)的最大容量極限值。影響分布式電源準(zhǔn)入容量的因素很多，近年來已有的文獻資料主要分析了電壓指標(biāo)、繼電保護動作、相間短路、諧波等約束條件下分布式電源的準(zhǔn)入容量，但考慮短路容量問題的研究相對較少。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提供了一種計及短路容量約束的分布式電源準(zhǔn)入容量計算方法。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案：

一種計及短路容量約束的分布式電源準(zhǔn)入容量計算方法，包括：

步驟1，以為目標(biāo)函數(shù)，以節(jié)點電壓偏差約束、節(jié)點電壓波動約束、短路容量約束和配電網(wǎng)潮流約束為約束函數(shù)，構(gòu)建分布式電源準(zhǔn)入容量的優(yōu)化模型；其中：

P_DG,m表示第m個分布式電源輸出的有功功率，M為分布式電源數(shù)量；

節(jié)點電壓偏差和節(jié)點電壓波動為分布式電源引起的節(jié)點的電壓偏差和電壓波動，均 基于含分布式電源的配電網(wǎng)潮流計算結(jié)果計算獲得；

短路容量為含分布式電源的配電網(wǎng)的短路容量，基于配電網(wǎng)線路的電阻和電抗計算獲得；

配電網(wǎng)潮流包括饋線過載約束和分布式電源輸出的有功功率，為含分布式電源的配電網(wǎng)的潮流計算結(jié)果；

步驟2，采用遺傳算法求解優(yōu)化模型，優(yōu)化結(jié)果即分布式電源準(zhǔn)入容量。

上述含分布式電源的配電網(wǎng)的潮流計算具體為：

將配電網(wǎng)中節(jié)點q分為3種情況等效：(1)當(dāng)P_DG,q＞P_L,q時，節(jié)點q等效為電源節(jié)點，等效電源的容量P_G＝P_DG,q-P_L,q；(2)當(dāng)P_DG,q＝P_L,q時，節(jié)點q等效為互聯(lián)節(jié)點，則配電網(wǎng)流入和流出節(jié)點q的有功功率相同；(3)當(dāng)P_DG,q＜P_L,q時，節(jié)點q等效為負(fù)荷節(jié)點，等效負(fù)荷的有功功率為P_L＝P_L,q-P_DG,q；其中，P_DG,q表示節(jié)點q連接的分布式電源的輸出有功功率；P_L,q表示節(jié)點q負(fù)荷的功率；

采用牛頓-拉夫遜法求解含配電網(wǎng)潮流。

上述含分布式電源的配電網(wǎng)的短路容量采用如下方法獲得：

計算不含分布式電源的配電網(wǎng)線路的電阻和電抗，并構(gòu)建不含分布式電源的配電網(wǎng)的節(jié)點導(dǎo)納矩陣Y_B；

將連接了分布式電源的節(jié)點的導(dǎo)納值增加到節(jié)點導(dǎo)納矩陣Y_B中對應(yīng)節(jié)點的導(dǎo)納值上，得節(jié)點導(dǎo)納矩陣Y′_B；

對節(jié)點導(dǎo)納矩陣Y′_B求逆得節(jié)點阻抗矩陣Z′_B，節(jié)點阻抗矩陣Z′_B對角元素的倒數(shù)即節(jié)點接地時的短路電流值I′_f；

根據(jù)計算含分布式電源的配電網(wǎng)的短路容量值S′_f，U_N表示配電網(wǎng)額定電壓。

上述連接了分布式電源的節(jié)點的導(dǎo)納值采用如下方法獲得：

計算連接了分布式電源的節(jié)點的次暫態(tài)電抗，按配電網(wǎng)基準(zhǔn)值對次暫態(tài)電抗進行歸算，歸算后次暫態(tài)電抗的倒數(shù)即節(jié)點的導(dǎo)納值。

上述節(jié)點電壓偏差約束為ΔU_k％≤ΔU_max％，其中，ΔU_k％表示節(jié)點電壓偏差， ΔU_max％為國標(biāo)規(guī)定的最大電壓偏差值。

上述節(jié)點電壓波動約束為d_DG,k％≤d_max％，其中，d_DG,k％表示節(jié)點電壓波動，d_max％為國標(biāo)規(guī)定的最大電壓波動值。

上述短路容量約束為S′_f≤S′_fmax，其中，S′_f為含分布式電源的配電網(wǎng)的短路容量；S′_fmax為國標(biāo)規(guī)定的最大短路容量。

上述饋線過載約束為|I_s,r|≤I_s,rmax，其中，I_s,r表示饋線過載，I_s,rmax表示饋線能輸送電流的最大值。

上述分布式電源輸出的有功功率約束為0≤P_DG,m≤P_DGmax,m，其中，P_DG,m為分布式電源輸出的有功功率，P_DGmax,m為分布式電源有功出力的最大值。

本發(fā)明充分考慮電壓偏差、電壓波動以及網(wǎng)絡(luò)潮流的約束，同時兼顧配電網(wǎng)的短路容量約束，提出了以分布式電源接入容量最大為目標(biāo)函數(shù)的優(yōu)化模型，并分析了分布式電源的接入容量與配電網(wǎng)電壓質(zhì)量和短路容量等指標(biāo)的對應(yīng)關(guān)系，經(jīng)仿真得到不同輸出特性的分布式風(fēng)機和分布式光伏的接入容量極限，為分布式電源的合理并網(wǎng)提供科學(xué)的決策依據(jù)。

附圖說明

圖1為含分布式電源的配電網(wǎng)的等值網(wǎng)絡(luò)圖；

圖2為含分布式電源的配電網(wǎng)的短路容量計算等值網(wǎng)絡(luò)圖；

圖3為IEEE33節(jié)點測試系統(tǒng)單線圖。

具體實施方式

下面將結(jié)合附圖進一步說明本發(fā)明技術(shù)方案。

一、含分布式電源的配電網(wǎng)電壓指標(biāo)的計算。

圖1為含分布式電源的配電網(wǎng)的等效網(wǎng)絡(luò)圖。本步驟所述的電壓指標(biāo)包括分布式電源引起的節(jié)點的電壓偏差和電壓波動。

(1)電壓偏差的計算。

由分布式電源引起的節(jié)點電壓偏差采用公式(1)計算獲得：

式(1)中：

ΔU_k％表示分布式電源引起的節(jié)點k的電壓偏差；

U_N表示配電網(wǎng)額定電壓；

R_i和X_i分別表示饋線i的電阻和電抗；

P_DG,q+jQ_DG,q表示節(jié)點q連接的分布式電源的輸出功率；

P_L,q+jQ_L,q表示節(jié)點q負(fù)荷的功率；

n表示節(jié)點數(shù)量。

(2)電壓波動的計算。

分布式電源輸出功率具有明顯的波動特性，會對配電網(wǎng)的電壓質(zhì)量造成影響。假定負(fù)荷是恒定的，由分布式電源引起的電壓波動采用式(2)計算獲得：

式(2)中：

d_DG,k％為由分布式電源引起的節(jié)點k的電壓波動；

U_N表示配電網(wǎng)額定電壓；

R_i和X_i分別表示饋線i的電阻和電抗；

ΔP_DG,q+jΔQ_DG,q表示節(jié)點q連接的分布式電源的輸出功率瞬間變化率；

n為節(jié)點數(shù)量。

配電網(wǎng)電壓指標(biāo)根據(jù)配電網(wǎng)潮流計算結(jié)果進行計算。配電網(wǎng)潮流計算時，將節(jié)點q分為3種情況等效，然后采用牛頓-拉夫遜法求解含分布式電源的配電網(wǎng)潮流。

(1)當(dāng)P_DG,q＞P_L,q時，節(jié)點q等效為電源節(jié)點，等效電源的容量P_G＝P_DG,q-P_L,q。

(2)當(dāng)P_DG,q＝P_L,q時，節(jié)點q等效為互聯(lián)節(jié)點，則配電網(wǎng)流入和流出節(jié)點q的有功功率相同。

(3)當(dāng)P_DG,q＜P_L,q時，節(jié)點q等效為負(fù)荷節(jié)點，等效負(fù)荷的有功功率為P_L＝P_L,q-P_DG,q。

步驟2，含分布式電源的配電網(wǎng)的短路容量值計算。

圖2為含分布式電源的配電網(wǎng)的短路容量計算等值網(wǎng)絡(luò)圖。本步驟進一步包括：

2.1計算不含分布式電源的配電網(wǎng)線路的電阻和電抗，根據(jù)電網(wǎng)線路的電阻和電抗構(gòu)建不含分布式電源的配電網(wǎng)的節(jié)點導(dǎo)納矩陣Y_B。

2.2判斷節(jié)點是否連接了分布式電源，計算連接了分布式電源的節(jié)點的導(dǎo)納值，并更新步驟2.1所得節(jié)點導(dǎo)納矩陣Y_B，得更新后的節(jié)點導(dǎo)納矩陣Y′_B，即含分布式電源的配電網(wǎng)的節(jié)點導(dǎo)納矩陣。

本步驟中，連接了分布式電源的節(jié)點的導(dǎo)納值采用如下方法計算：

計算連接了分布式電源的節(jié)點的次暫態(tài)電抗，按配電網(wǎng)基準(zhǔn)值對次暫態(tài)電抗進行歸算，歸算后次暫態(tài)電抗的倒數(shù)即該節(jié)點的導(dǎo)納值。

本子步驟中，更新步驟2.1所得節(jié)點導(dǎo)納矩陣Y_B具體為：

將連接了分布式電源的節(jié)點的導(dǎo)納值增加到節(jié)點導(dǎo)納矩陣Y_B中對應(yīng)節(jié)點的導(dǎo)納值上。

2.3對節(jié)點導(dǎo)納矩陣Y′_B求逆得節(jié)點阻抗矩陣Z′_B，節(jié)點阻抗矩陣Z′_B對角元素的倒數(shù)即節(jié)點接地時的短路電流值I′_f。

2.4根據(jù)計算含分布式電源的配電網(wǎng)的短路容量值S′_f。

步驟3，構(gòu)建分布式電源準(zhǔn)入容量的優(yōu)化模型。

本步驟將計及短路容量約束的分布式電源準(zhǔn)入容量計算問題轉(zhuǎn)化為非線性約束優(yōu)化問題。

優(yōu)化模型的目標(biāo)函數(shù)如下：

式(3)中：P_DG,m表示第m個分布式電源輸出的有功功率；M為分布式電源數(shù)量。

優(yōu)化模型的約束函數(shù)如下：

(1)節(jié)點電壓偏差ΔU_k％約束：

ΔU_k％≤ΔU_max％ (4)

式(4)中：ΔU_max％為國標(biāo)規(guī)定的最大電壓偏差值。

(2)節(jié)點電壓波動d_DG,k％約束：

d_DG,k％≤d_max％ (5)

式(5)中：d_max％為國標(biāo)規(guī)定的最大電壓波動值。

(3)短路容量約束：

S′_f≤S′_fmax (6)

式(6)中：S′_f為含分布式電源的配電網(wǎng)的短路容量；S′_fmax為國標(biāo)規(guī)定的最大短路容量。

(4)饋線過載I_s,r約束：

|I_s,r|≤I_s,rmax (7)

式(7)中：I_s,rmax表示節(jié)點s和節(jié)點r饋線能輸送電流的最大值。

(5)分布式電源輸出有功功率P_DG,m約束：

0≤P_DG,m≤P_DGmax,m (8)

式(8)中：P_DGmax,m為分布式電源有功出力的最大值。

饋線過載I_s,r和分布式電源輸出的有功功率P_DG,m通過潮流計算獲得。上述目標(biāo)函數(shù)和約束條件即構(gòu)成優(yōu)化模型。

步驟4，采用遺傳算法求解優(yōu)化模型，優(yōu)化結(jié)果即分布式電源準(zhǔn)入容量。

所獲得的分布式電源準(zhǔn)入容量可用于指導(dǎo)分布式電源的規(guī)劃，為分布式電源的建設(shè)提供參考。

實施例

以圖3所示的IEEE33節(jié)點配電系統(tǒng)為例，計算分布式電源準(zhǔn)入容量。IEEE33節(jié)點饋線系統(tǒng)一共有5個聯(lián)絡(luò)開關(guān)，本實施例中均斷開。系統(tǒng)總有功負(fù)荷為3.72MW，無功負(fù)荷為2.3MVar，系統(tǒng)電壓等級為12.66kV。系統(tǒng)內(nèi)接入兩種分布式電源：分布式風(fēng)機和分布式光伏。分布式風(fēng)機直接并入配電網(wǎng)，分布式光伏通過逆變器并入配電網(wǎng)。

步驟1，選定分布式風(fēng)機和分布式光伏的并網(wǎng)點，見表1。

表1 DG并網(wǎng)點

步驟2，含分布式電源的配電網(wǎng)電壓指標(biāo)的計算。

電壓偏差ΔU_k％采用公式(1)計算。

由分布式風(fēng)機和分布式光伏引起的電壓波動計算公式如下：

其中：d_w,k表示風(fēng)機引起的節(jié)點k處電壓波動；d_pv,k表示光伏引起的節(jié)點k處電壓波動。假設(shè)分布式電源額定功率是其受環(huán)境變化引起的瞬間功率變化幅度的λ倍，分別用λ_w和λ_p來指代風(fēng)機和光伏的倍數(shù)。

電壓偏差和電壓波動的計算基于配電網(wǎng)潮流計算結(jié)果進行。進行潮流計算時，將連接分布式電源的節(jié)點進行等效，然后采用牛頓—拉夫遜法求解含分布式風(fēng)機和分布式光伏的配電網(wǎng)潮流。

步驟3，計算不含分布式電源和含分布式電源的配電網(wǎng)的短路容量值。

步驟4，將計及短路容量約束的分布式電源準(zhǔn)入容量計算問題轉(zhuǎn)化為非線性約束優(yōu)化問題，構(gòu)建公式(3)～(8)所示的優(yōu)化模型。

步驟5，采用遺傳算法求解優(yōu)化模型，優(yōu)化結(jié)果即分布式電源準(zhǔn)入容量。

本實施例中，令λ_w＝3/5、λ_p＝1/2，經(jīng)優(yōu)化獲得的分布式電源準(zhǔn)入容量為2.124MW，滲透率水平為57.1％，各節(jié)點對應(yīng)的分布式電源的裝機容量見表2。

表2 DG裝機容量

本文中所描述的具體實施例僅僅是對本發(fā)明精神作舉例說明。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域 的技術(shù)人員可以對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或采用類似的方式替代，但并不會偏離本發(fā)明的精神或者超越所附權(quán)利要求書所定義的范圍。