一种中低压配电网分布式光伏最大承载力的评估方法与流程

1.本发明属于太阳能发电技术领域，尤其涉及一种中低压配电网分布式光伏最大承载力的评估方法。


背景技术：

2.近年来，国家提出碳达峰碳中和的双碳目标，为了构建绿色低碳循环发展经济体系、提升能源利用效率和非化石能源的消费比重，风电、水电和太阳能等新能源发电得到大力发展。其中为了加快新能源发电的推进，于2021年6月，国家能源局发布了《关于报送整县（市、区）屋顶分布式光伏开发试点方案的通知》，随着国家政策对整县光伏的推动，分布式光伏装机规模迅猛增加。但大量的分布式光伏如何合理的接入中低压配电网，评估其分布式光伏的最大承载力成为目前研究的热点。
3.有学者针对中压配电网，以分布式光伏最大渗透率为目标，考虑多个约束条件进行求解，但其未考虑每个负荷节点都接入分布式光伏的情况，也未考虑低压配电网各个负荷节点分布式光伏的承载力。也有学者针对低压配电网，以分布式光伏最大接入容量为目标函数，考虑电压和短路容量等约束，计算低压配电网可接纳光伏的最大承载力，但其未考虑上级10kv馈线上对配变光伏承载力的约束，导致低压配电网计算出来的光伏承载力数值可能偏大。也有学者针对地区电网进行分布式光伏接纳能力的估算，其考虑了中低压不同电压等级的分布式光伏接纳能力及上级电网对低压配电网光伏承载力的约束，但其对低压配电网分布式光伏全部以三相光伏的接入情况进行分析，未考虑到低压配电网中大部分用户都是单相光伏接入电网所引起的三相不平衡问题。还有学者针对低压配电网中大多数单相用户接入分布式光伏的情况，考虑三相不平衡的约束条件来计算分布式光伏的承载力，但其未考虑上级电网对低压配电网分布式光伏承载力的约束，且其未考虑三相光伏和单相光伏都需接入该如何优化的问题。


技术实现要素：

4.发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，综上所述，针对以上研究中出现的不足，本发明提供一种中低压配电网分布式光伏最大承载力的评估方法。
5.技术方案：为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种中低压配电网分布式光伏最大承载力的评估方法，包括以下步骤：步骤s1，分布式光伏承载力潮流计算断面的选取：以典型符合日的负荷数据与光伏发电功率数据比较，以两者功率差值最大对应的时刻，作为评估中低压配电网分布式光伏承载力的潮流计算断面；步骤s2，馈线下各负荷点可接入最大分布式光伏容量获取：以馈线下各个负荷点可接入分布式光伏的最大容量之和为目标函数，以节点功率平衡、节点电压偏差、光伏发电容量、线路热稳定和短路容量为约束条件，基于粒子群优化算法得到馈线下各个负荷点可接入的最大分布式光伏容量；
步骤s3，低压台区分布式光伏承载力获取：在以节点功率平衡、节点电压偏差、光伏发电容量、线路热稳定和短路容量为约束条件之外，增加对变压器负载率的约束，电压三相不平衡度的约束及馈线分布式光伏承载力计算结果中对应的配变可接入分布式光伏承载力的约束，然后通过粒子群优化算法和低压三相潮流算法对低压台区各个用户可接入的分布式光伏的承载力进行计算；步骤s4，低压台区各用户的分布式光伏承载力修正：根据馈线承载力求得配变负荷点分布式光伏的承载力，并与台区承载力评估得到的分布式承载力进行比较，修正各个低压用户接入点的分布式光伏承载力和整条馈线的分布式光伏最大承载力。
6.进一步的，步骤s1中所述潮流计算断面的具体获取的具体步骤如下：首先，选取典型负荷日时间区间在上午11点至下午3点的负荷数据和全天整点光伏发电功率数据；然后，通过下式计算该时间区间内各个时刻对应的负荷数据与光伏发电功率的功率差，式中，为某时刻的光伏发电功率，为某时刻的负荷功率，最后，以负荷数据与光伏发电功率的功率差最大值时对应的时刻，作为评估中低压配电网分布式光伏承载力要选取的潮流计算断面。
7.进一步的，步骤s2中馈线下各负荷点可接入最大分布式光伏容量获取的具体步骤如下：首先，以馈线各个负荷点作为分布式光伏待接入位置，并以各负荷点可计入分布式光伏的最大容量之和为目标函数，如式（1）所示：式中，为第个负荷点可计入分布式光伏的最大容量，为馈线下负荷点的总个数；然后，确定各个负荷点的电压约束、短路电流约束、负荷率约束和线路传输容量的约束条件，约束条件如式（1），（1）节点功率平衡约束条件式中，为与第个负荷点相邻的所有负荷点的集合，为集合中负荷点的序号；和分别为第个负荷点处连接负荷的有功和无功功率；和分别为负荷点和的电压；为负荷点和之间的电导，为负荷点和之间的电纳；
（2）节点电压偏差约束条件（2）节点电压偏差约束条件为负荷点的电压，和分别为国标规定的电压允许下限值和上限值；（3）光伏发电容量约束条件式中，为负荷点的光伏接入容量，和分别为光伏接入容量的下限值和上限值；（4）线路热稳定约束条件式中，为该馈线中第条线段的实际功率，为该馈线中第条线段的上限值；（5）短路容量约束条件式中，为故障点的线电流有效值，为国标规定的短路电流最大值。
8.进一步的，步骤s3中所述增加的对变压器负载率的约束、电压三相不平衡度的约束，以及馈线分布式光伏承载力计算结果中的配变分布式光伏承载力的约束的具体约束条件如下：（1）变压器负载率约束条件（1）变压器负载率约束条件为变压器的视在功率，为变压器的额定功率；（2）电压三相不平衡度约束条件（2）电压三相不平衡度约束条件为配电网中负序电压不平衡度，为接于公共连接点的每个用户引起的该点负序电压不平衡度，和为配电网中的负序电压和正序电压，和为接于公共连接点的每个用户引起的负序电压和正序电压；（3）馈线分布式光伏承载力计算结果中的配变分布式光伏承载力约束条件如式（8）所示，馈线分布式光伏承载力计算出的配变分布式光伏承载力与台区分布式光伏承载力进行比较，对台区承载力进行调整得到得到调整后的各个
低压用户的分布式光伏承载力，，式中，为调整后的各个低压用户的分布式光伏承载力，为低压台区中第个低压用户的分布式光伏承载力，为台区低压用户承载力调整率，为馈线分布式光伏承载力计算出的配变分布式光伏承载力，为台区分布式光伏承载力，为低压台区接入的分布式光伏总个数。
9.进一步的，步骤s4后，通过式（9）对各个低压台区的分布式光伏承载力总和及整条馈线的分布式光伏承载力之和进行统计，进行统计，式中，为整条馈线的分布式光伏承载力，为第个低压台区的分布式光伏承载力，为第个中压用户接入点的分布式光伏承载力，为该条馈线的配变总个数，为该条馈线的中压用户接入点总个数。
10.有益效果：与现有技术相比，本发明方法可较为准确的评估计算出中低压配电网分布式光伏的最大承载力，对于指导中低压用户接入合适容量的分布式光伏，具有更好的工程实践和应用价值。
附图说明
11.图1为本发明所述中低压配电网分布式光伏承载力评估算法整体流程图；图2为本发明具体实施例所述10kv中压测试拓扑图；图3为本发明具体实施例所述配变t4对应的低压台区拓扑图；图4本发明具体实施例基于粒子群算法的配变t4台区总分布式光伏承载力的优化过程。
具体实施方式
12.下面结合附图对本发明作更进一步的说明。以下所述仅是本发明的优选实施方
式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
13.如图1所示，本发明所述一种中低压配电网分布式光伏最大承载力的评估方法的技术方案流程如下：首先以10kv馈线各个负荷点作为分布式光伏待接入位置，以各个负荷点（中压用户接入点和配变）可接入分布式光伏的最大容量之和为目标函数，以电压约束、短路电流约束、负载率约束和线路传输容量限制等约束，基于粒子群优化算法求解馈线下各个负荷点可接入的最大分布式光伏容量；然后分别计算该馈线下各个配变台区下各个低压用户可接入分布式光伏的最大容量，同样以各个低压用户接入点可接入分布式光伏容量之和为目标函数，以配变容量、配变负载率、低压线路传输容量和负载率，及低压线路的短路容量的约束、电压偏差约束及电压三相不平衡度约束，基于粒子群优化算法求解各个低压用户可接入的分布式光伏的容量；最后对各个配变台区各个低压用户的分布式光伏承载力进行修正，根据馈线承载力求出的配变分布式光伏的承载力，与台区承载力评估求出的分布式承载力进行对比，以修正各个低压用户接入点的分布式光伏承载力和整条馈线的分布式光伏最大承载力。
实施例
14.以某地实际10kv中低压配电网验证所提方法的有效性。10kv中压测试拓扑结构如图2所示。各个线段的型号及长度参数如下：表1 各个中压线段的型号及长度1、该馈线下典型日的负荷数据与光伏发电功率之差在13点时刻达到最小，此时配变负载率为15.6%。因此选取13点时刻对应的各个负荷数据作为潮流计算的断面数据。
15.2、然后基于pandapower库和粒子群优化算法，以10kv中压馈线各个接入点和配变为优化变量，进行分布式光伏最大承载力的全局最优解的计算。粒子群优化算法的学习因
子都取值为2.1，收缩因子。约束条件如上式（2）-（6），不等式约束转化为式（7）-（9）进行求解，得到馈线各个负荷点的分布式光伏承载力，求解得到的结果如表2所示。
16.表2 10kv馈线分布式光伏承载力评估结果3、低压台区各个用户分布式光伏承载力的计算然后以配变t4为例，说明低压台区各个用户分布式光伏承载力的评估步骤。配变t4对应的台区如图3所示。低压台区承载力采用三相潮流计算，以台区可接入的总的光伏容量为目标函数，约束条件为潮流功率约束、配变容量、配变负载率、线路传输容量及负载率、低压线路的短路容量、电压偏差及电压不平衡度。各个低压线段的型号及长度如表3所示。
17.表3 各个低压线段的型号及长度基于粒子群优化算法的配变t4台区总的分布式最大光伏承载力的优化过程如图4
所示，各个负荷点可接入的光伏容量如表4所示，表4 台区低压各个用户负荷可接入的分布式光伏承载力4、修正配变台区低压用户分布式承载力根据步骤2中计算得到的配变t4的分布式光伏承载力容量为228.6 kw，而步骤3中低压台区各个用户分布式光伏承载力之和为179.3 kw，根据上述式子（13）得到台区低压用户承载力调整率为1，因此调整后的各个低压用户分布式光伏承载力和调整前的相同。
18.5、同理得到配变t1-配变t3所在台区各个低压用户分布式光伏承载力的修正结果。修正后的馈线分布式光伏承载力结果如下表5所示。
19.表5 修正后的10kv馈线分布式光伏承载力评估结果最后，确定整条馈线可接入分布式光伏承载力总容量为1701.1 kw。