配电网分布式能源接入适应性评估方法及装置与流程

本发明涉及配电网新能源领域，尤其涉及配电网分布式能源接入适应性评估方法及装置。

背景技术：

随着中低压配电网中分布式能源系统的大规模接入，中低压配电网的现有拓扑与现行运行方式的局限性日益凸显，分布式能源系统接入带来的过/欠电压、电压波动、谐波问题对用户电能质量与电网安全运行带来了威胁。为了结合电力系统中分布式能源系统嵌入的大环境与新形势，一套通用的电网适应性评估方法的提出具有重要的理论价值与现实意义。

参考电网运行标准，为确保中低压配电系统的运行受到系统性限制，电网内部元件保护实时在线，保证配电网的安全稳定运行。现行的电网拓扑设计与运行准则，是在考虑当前配电网运行方式的前提下保留了一定裕度，以应对灾害性电网事件与负荷增长。而配电网末梢复杂的线路结构使得分布式能源系统接入后，电网潮流分布演化规律具有复杂性，分布式能源系统接入对配电网电能质量的影响的评价指标也具备多样性。现有的研究通常利用简化配电网与分布式能源系统接入模型，将配电网简化为单一支线馈线且设定分布式能源接入按照变电站距离现行列写分布函数，求取单一支路馈线源/荷可接入容量，但是，其研究结果一般高度公式化，但结果不够直观、对于复杂拓扑结构配网分布式能源接入问题无法给出通用的研究方法，往不具备实际配电网的适用性。

因此，在考虑现有设计裕度的情况下，选用适当的特征指标评价配电网分布式能源系统接入适应性，指导运行方式调整以保证负荷/潮流的合理分布，对中低压配电网则具备实用性。

技术实现要素：

本发明综合考虑电网内外部因素，兼顾分布式能源接入特点与现行配电网运行方式，提出一种配电网分布式能源接入适应性评估方法及装置，以为实际配网运行方式提供分布式能源容量边界。

根据本发明实施例的第一方面，提供了一种配电网分布式能源接入适应性评估方法，该方法包括：

对目标配电网络的原始潮流文件进行数据处理，构建所述目标配电网络的现行潮流分布模型；

对所述现行潮流分布模型中的各节点进行单一节点分布式能源接入边界和灵敏度计算；

根据所述目标配电网络的单一节点分布式能源接入边界和灵敏度的计算结果，构建可接入负荷节点点集；

通过对分布式能源系统的历史统计库进行数据处理，按照接入电压等级、相数、容量进行分类，构建所述分布式能源系统容量集；

根据所述目标配电网络的电能质量监测指标约束边界，随机抽取所述可接入负荷节点点集与所述分布式能源系统容量集中的元素，构建并网位置容量组合；

按照所述并网位置容量组合，将分布式能源系统以最大出力方式接入目标配电网，带入潮流运算；

根据所述分布式能源系统接入所述并网位置组合中各并网位置后，所述目标配电网运行状态是否逾越边界条件，确定所述目标配电网的分布式能源接入静态适应边界条件。

可选地，所述方法还包括：

获取所述目标配电网络的负荷日际变化、以及所述分布式能源系统的出力日际变化；

根据所述目标配电网络的小时负荷、以及对应所述分布式能源系统的小时出力，依次带入所述目标配电网中，验证所述目标配电网的分布式能源接入动态适应边界条件。

可选地，所述方法还包括：

根据所述动态适应边界条件，以及所述目标配电网络最大运行方式和最小运行方式下调压装置动作序列的调整，带入所述目标配电网中；

记录所述调压装置动作序列以及对应监测指标值。

可选地，对目标配电网络的原始潮流文件进行数据处理，还原所述目标配电网络的现行潮流分布模型，包括：

依照目标配电网络的原始潮流文件进行数据整理分类；

根据所述原始潮流文件数据在opendss配电网潮流运算文件内搭建模型，还原所述目标配电网络的现行潮流分布；

利用所述目标配电网络的gis信息实现配电网结构可视化，区分一二次配电层级并且标示区间潜在用户分布。

可选地，对所述现行潮流分布模型中的各节点进行单一节点分布式能源接入边界和灵敏度计算，包括：

根据所述目标配电网络的馈线结构与层级，选择接入点容量检验间隔与接入相，并且设置一次主干馈线点大容量与用户点小容量的校验规程与限制边界；

通过对所述现行潮流分布模型中的各节点线性增加分布式能源接入容量，求取单点集中的适应边界与灵敏度。

可选地，所述电能质量监测指标约束边界包括：

线路潮流约束：

节点电压约束：

二次配电网络负荷有功约束：

以及分布式能源单点容量约束：

其中，j为所述目标配电网络中全部节点的集合，为馈线ij上允许通过的最大电流，和分别为节点i电压幅值上下限，pli和△pdgi分别为节点i负荷、新增分布式能源有功功率，为节点i用户配变容量限制，为节点i单点分布式能源接入容量限制。

可选地，所述分布式能源系统的出力满足以下条件：

所述分布式能源系统采用整数功率因数控制；

所述分布式能源系统满出力，考虑标准外部环境条件且最大功率点跟踪技术在线；

所述目标配电网络的非主干馈线节点不接入分布式能源系统。

根据本发明实施的第二方面，还提供了一种配电网分布式能源接入适应性评估装置，该装置包括：

潮流分布模型构建模块：用于对目标配电网络的原始潮流文件进行数据处理，构建所述目标配电网络的现行潮流分布模型；

节点灵敏度计算模块：用于对所述现行潮流分布模型中的各节点进行单一节点分布式能源接入边界和灵敏度计算；

接入负荷节点选取模块：用于根据所述目标配电网络的单一节点分布式能源接入边界和灵敏度的计算结果，构建可接入负荷节点点集；

系统容量构建模块：用于通过对分布式能源系统的历史统计库进行数据处理，按照接入电压等级、相数、容量进行分类，构建所述分布式能源系统容量集；

并网位置容量组合构建模块：根据所述目标配电网络的电能质量监测指标约束边界，随机抽取所述可接入负荷节点点集与所述分布式能源系统容量集中的元素，构建并网位置容量组合；

潮流计算模块：用于按照所述并网位置容量组合，将分布式能源系统以最大出力方式接入目标配电网，带入潮流运算；

静态适应边界条件计算模块：用于根据所述分布式能源系统接入所述并网位置组合中各并网位置后，所述目标配电网运行状态是否逾越边界条件，确定所述目标配电网的分布式能源接入静态适应边界条件。

由以上技术方案可见，本发明实施例提供的一种配电网分布式能源接入适应性评估方法及装置，首先基于目标配电网络原始潮流文件的数据处理，选择特定电能质量监测指标以及构建目标配电网络的现行潮流分布模型，其次，对目标配电网络进行单点分布式能源接入模拟的单节点灵敏度校验；然后，构建分布式能源接入点集与机组容量集，确立配电网校验边界；最后，随机抽取接入点集与容量集合元素，构建并网位置容量组合，并按照新增并网位置容量组合在潮流文件中增加并网发电系统，以最大出力方式接入目标配电网，带入潮流运算，检验配电网运行状态是否逾越边界条件。本实施例提供的方法，利用随机模拟方法对配电网分布式能源适应性的评估，是将配电网分布式能源接入处理为随机过程，进行大量重复实验，并利用适当的统计数据处理方法，因此，评估结果更为逼近分布式能源接入方式的分布特征。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种配电网分布式能源接入适应性评估方法的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的对目标配电网络源文件数据分类处理的结果示意图；

图3为本发明实施例提供的另一种配电网分布式能源接入适应性评估方法的流程示意图；

图4为本发明实施例提供的基于随机模拟法的电网分布式能源接入可适应边界评估示意图；

图5为本发明实施例提供的目标配电网络系统拓扑结构示意图；

图6为本发明实施例提供的目标配电网络系统最小运行方式下接入容量对应节点电压最大值分布；

图7为本发明实施例提供的一种配电网分布式能源接入适应性评估装置的结构示意图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。

根据配电网分布式能源适应性的定义需要参考具体的特征指标进行定义，并且分布式能源接入使得配电网电能质量指标监测值发生变动，直至游离至电网正常运行范围外的特点，配电网适应性被定义为目标配电网接入分布式系统后电能质量监测指标的跟随变化。进一步的，对配电网分布式能源接入适应性的研究，是对现有电网运行裕度的时空维度的综合评估，是对并网系统带来的负面影响的累积效应的量度。

针对分布式能源接入配电网的研究，一般将配电网简化为单一支线馈线且设定分布式能源接入按照变电站距离现行列写分布函数，研究结果一般高度公式化，但结果不够直观、对于复杂拓扑结构配网分布式能源接入问题无法给出通用的研究方法。本实施例通过随机模拟方法展开研究，将分布式能源的分布处理为主干馈线点与负荷点接入分布式系统的直观且负荷现实情境的问题，能为实际配网运行方式提供分布式能源容量边界。

图1为本发明实施例提供的一种配电网分布式能源接入适应性评估方法的流程示意图。如图1所示，该方法具体包括如下步骤：

步骤101：对目标配电网络的原始潮流文件进行数据处理，构建所述目标配电网络的现行潮流分布模型。

具体的，可以依照目标配电网络源文件数据进行数据分类，包括配网层级、负荷/配变容量、配网支路信息、原有分布式发电系统分布、原有辅助服务分布等配网静态数据，以及原有负荷日变化曲线、辅助服务设施动作序列等配网动态数据；此外，配网安装固有保护以及下挂负荷的特殊供电需求等辅助信息也应抽取备用，如图2所示，即为本发明实施例提供的对目标配电网络源文件数据分类处理的结果示意图。然后，借助目标配电网络源文件在opendss配电网潮流运算文件内搭建模型，还原配电网现行潮流分布。以及，利用配电网gis信息实现配电网结构可视化，区分一、二次配电层级，标示区间潜在用户分布，为分布式能源接入点选择提供立体数据支撑。

步骤102：对所述现行潮流分布模型中的各节点进行单一节点分布式能源接入边界和灵敏度计算。

具体的，可以借助配电网潮流运算软件进行单一节点分布式能源接入边界的计算。

首先，可以根据所述目标配电网络的馈线结构与层级，选择接入点容量检验间隔与接入相，并且设置一次主干馈线点大容量与用户点小容量的校验规程与限制边界。

然后，通过对所述现行潮流分布模型中的各节点线性增加分布式能源接入容量，求取单点集中的适应边界与灵敏度。

通过单一节点分布式能源接入边界和灵敏度计算，可以实现配电网分布式能源接入敏感点辨识，为随机模拟接入方式提供容量边界与信息支撑。依照计算结果的统计数据，为分布式能源布置方案规避有功灵敏点与低裕度点，完成目标配电网分布式能源接入适应性初步校验。

步骤103：根据所述目标配电网络的单一节点分布式能源接入边界和灵敏度的计算结果，构建可接入负荷节点点集。

根据单点灵敏度校验结果，并综合考虑配电网节点负荷分布与周边区位条件，依照配网需求，筛除低裕度接入点，对比配网已装备分布式能源统计结果，选择新增可接入负荷位置，确立可接入负荷节点点集。

步骤104：通过对分布式能源系统的历史统计库进行数据处理，按照接入电压等级、相数、容量进行分类，构建所述分布式能源系统容量集。

利用分布式能源历史统计库进行数据处理，梳理分布式能源系统并网基础信息，按照接入电压等级、相数、容量进行分类，构建分布式能源系统容量集。

步骤105：根据所述目标配电网络的电能质量监测指标约束边界，随机抽取所述可接入负荷节点点集与所述分布式能源系统容量集中的元素，构建并网位置容量组合。

依照配电网元件信息，根据配电网运行地域查阅节点电能质量监测指标，构建配电网分布式能源接入背景下电网运行约束条件，确立目标配电网普适边界条件。

其中，分布式能源接入背景下电网运行约束包括：

线路潮流约束：

节点电压约束：

二次配电网络负荷有功约束：

以及分布式能源单点容量约束：

上述公式中，j为所述目标配电网络中全部节点的集合，为馈线ij上允许通过的最大电流，和分别为节点i电压幅值上下限，pli和△pdgi分别为节点i负荷、新增分布式能源有功功率，为节点i用户配变容量限制，为节点i单点分布式能源接入容量限制。

其中，运行约束中前三项对全部模拟情景通用，根据电能质量监测指标的选择，对应单点容量约束条件同步列写，为后续检验步骤中确立了稳定的约束边界，便于针对配电网分布式能源接入适应性的定量分析。

步骤106：按照所述并网位置容量组合，将分布式能源系统以最大出力方式接入目标配电网，带入潮流运算。

通过分析极端情景下电网适应性，可以保证分布式能源接入方式满足全部电网运行方式下不逾越电网普适运行边界条件，因此考虑结合配网年负荷曲线，选取最小运行方式下配网运行水平进行静态校验；而在静态适应性研究情况下，电网辅助服务设施(调压装置)保持原始运行状态(不动作)。

同时，分布式能源出力满足以下假设：

1)分布式能源系统采用整数功率因数控制；

2)分布式能源系统满出力，考虑标准外部环境条件且最大功率点跟踪技术在线；

3)非主干馈线节点不接入分布式能源系统。

基于假设1)至3)，利用步骤103中统计的负荷可接入点点集(用户集)，按等比例划定用户渗透层，用户渗透层层宽越宽，后续单次添加分布式发电系统数量越多，计算量越小。

利用步骤105中确立的电能质量监测指标边界，按照用户渗透层层宽，随机抽取接入点集与容量集合元素，构建并网位置容量组合，逐层构建分布式能源接入情景。具体的，按照新增并网位置容量组合在目标配电网潮流文件中增加并网发电系统，以最大出力方式接入目标配电网，带入潮流运算，检验配电网运行状态是否逾越边界条件，特别检查电能质量监测指标限制是否过限。重复进行上述步骤，直至全部可接入节点完成分布式能源渗透，重复该模拟过程k次，统计用户层i对应接入分布式能源总容量dgi以及电能质量指标之间关联。

步骤107：根据所述分布式能源系统接入所述并网位置组合中各并网位置后，所述目标配电网运行状态是否逾越边界条件，确定所述目标配电网的分布式能源接入静态适应边界条件。

根据统计接入容量与监测指标测量值之间对应关系，以散点图的形式标注基本分布，定义概率学意义下的k次模拟过程下可适应边界(设为ab)

abmin,k＝min{dgi|p(cond＝1)＝1/k}，

abmax,k＝min{dgi|p(cond＝1)＝1}

式中，cond＝1代表条件监测指标超过规定范围成立，最小可适应边界abmin,k代表统k次模拟过程结果中首次出现监测指标越限情景对应接入的分布式能源总容量，最大可适应边界abmax,k代表统计k次模拟过程结果中全部情景监测指标越限。

上述通过随机模拟法，重现配电网中依照用户变容量限制随机安装分布式能源的过程，在不考虑时间变化的条件下，以最坏情景还原分布式能源空间布点过程，考察电网静态适应性，得到的静态适应边界。

进一步的，由于配电网运行状态以及分布式能源系统发电存在明显的时间变化，基于此种现象，本发明实施例还根据时间推演电网运行状态以校验静态适应性在时间维度上的延续性。具体的，分布式能源系统出力由于环境变动可能存在较强的波动性与随机性，但依照短期天气预报可以得出日际处理变动，尤其是分布式光伏由于每日规律性的光照变化而具备强烈的日际特性，因此，本发明实施例在完成上述配网静态适应性校验后，还根据分布式能源与电网负荷日际变化，进行动态适应性校验。

图3为本发明实施例提供的另一种配电网分布式能源接入适应性评估方法的流程示意图。图4为本发明实施例提供的基于随机模拟法的电网分布式能源接入可适应边界评估示意图。如图3所示和4所示，本实施例与上述实施例的主要区别在于，在步骤207之后还包括如下步骤：

步骤208：获取所述目标配电网络的负荷日际变化、以及所述分布式能源系统的出力日际变化。

其中日负荷曲线数据参考步骤201中统筹年小时负荷曲线中最小平均负荷日曲线进行校验，表示为分布式能源系统日时序产出比可根据具体并网系统环境条件推导，反映一日内分布式系统由启动至满发再到0出力的变化过程，具体小时出力可根据公式：

进行推导。

步骤209：根据所述目标配电网络的小时负荷、以及对应所述分布式能源系统的小时出力，依次带入所述目标配电网中，验证所述目标配电网的分布式能源接入动态适应边界条件。

根据小时负荷/分布式能源出力一一对应带入目标配电网中，其中分布式光伏能源系统由于昼发夜伏的出力特性，选择夏季标准温度条件下晴日出力曲线，推演日间潮流变动即可；分布式风电能源系统由于随机负荷特性，选择固定的日典型出力曲线进行全天性校验，还原0出力开始0出力结束的日际过程。

其中，期间调压装置动作序列与原始配电网运行情况设定一致，监测约束条件是否过限，记录电能质量监测指标数值，验证静态适应性边界是否在日际动态推演过程中有延续性，相较静态适应性定义更为严苛，且增加了数据点数量。利用上述动态推演步骤，确保了配网中布置分布式能源利用率最大化。

进一步的，对于中低压配电网由于本网乃至上级网络负荷的日际变化，其辅助服务(调压装置)也跟随电压变动进行了相应动作。分布式能源接入后，由于分布式能源峰谷分布与传统配网负荷峰谷分布有着明显差异，且分布式能源的加入带来的新增有功功率明显改变了电网的潮流分布，原有调压装置动作序列可能不能满足现行要求。因此，本发明实施例还提供了考虑动态适应性边界条件下，对调压装置动作序列进行修改的步骤，具体如下：

步骤210：根据所述动态适应边界条件，以及所述目标配电网络最大运行方式和最小运行方式下调压装置动作序列的调整，带入所述目标配电网中。

修改动作序列的过程基于步骤209中动态适应性边界情景，考虑最大运行方式/最小运行方式下动作序列的调整，其中出力曲线参照步骤208中日际出力曲线，带入目标配电网中。

步骤211：记录所述调压装置动作序列以及对应监测指标值。

具体的，允许调压装置根据实际调整需求改变动作序列，记录整体动作序列以及对应监测指标值。

本发明基于随机模拟方法的中低压配电网分布式能源接入适应性的评估方法，用随机模拟方法，结合时序推演电网潮流变化，评估新能源接入配电网适应边界，并记录典型接入情景电网运行方式调整情况，同时，综合考虑了分布式能源分布的时空多样性，所得结果更贴近分布式能源并网实际，能为实际配网运行方式提供分布式能源容量边界，提供调整意见。

下面以ieee123节点配电网为例，进行配电网适应性分析，其系统拓扑示意图如图5所示：

在考虑单点接入容量的情境下，选择接入容量间隔为50kw，其全部节点/末端点单点可接入容量如表1、2所示：

表1：不同监测指标下的单点可接入容量(kw)

表2：不同监测指标条件下末端点单点可接入容量(kw)

考虑随机模拟方法多节点接入情景的可适应边界，如图6、表3结果所示：

表3：不同监测指标下分布式能源接入可适应边界

基于上述评估方法，本发明实施例还提供了一种配电网分布式能源接入适应性评估装置，如图7所示，该装置包括：

潮流分布模型构建模块701：用于对目标配电网络的原始潮流文件进行数据处理，构建所述目标配电网络的现行潮流分布模型；

节点灵敏度计算模块702：用于对所述现行潮流分布模型中的各节点进行单一节点分布式能源接入边界和灵敏度计算；

接入负荷节点选取模块703：用于根据所述目标配电网络的单一节点分布式能源接入边界和灵敏度的计算结果，构建可接入负荷节点点集；

系统容量构建模块704：用于通过对分布式能源系统的历史统计库进行数据处理，按照接入电压等级、相数、容量进行分类，构建所述分布式能源系统容量集；

并网位置容量组合构建模块705：根据所述目标配电网络的电能质量监测指标约束边界，随机抽取所述可接入负荷节点点集与所述分布式能源系统容量集中的元素，构建并网位置容量组合；

潮流计算模块706：用于按照所述并网位置容量组合，将分布式能源系统以最大出力方式接入目标配电网，带入潮流运算；

静态适应边界条件计算模块707：用于根据所述分布式能源系统接入所述并网位置组合中各并网位置后，所述目标配电网运行状态是否逾越边界条件，确定所述目标配电网的分布式能源接入静态适应边界条件。

本发明实施例提供的基于随机模拟方法的配电网分布式能源接入适应性评估装置，首先基于目标配电网络原始潮流文件的数据处理，选择特定电能质量监测指标以及构建目标配电网络的现行潮流分布模型，其次，对目标配电网络进行单点分布式能源接入模拟的单节点灵敏度校验；然后，构建分布式能源接入点集与机组容量集，确立配电网校验边界；最后，随机抽取接入点集与容量集合元素，构建并网位置容量组合，并按照新增并网位置容量组合在潮流文件中增加并网发电系统，以最大出力方式接入目标配电网，带入潮流运算，检验配电网运行状态是否逾越边界条件。本实施例提供的装置，利用随机模拟方法对配电网分布式能源适应性的评估，是将配电网分布式能源接入处理为随机过程，进行大量重复实验，利用适当的统计数据处理方法，因此，评估结果更为逼近分布式能源接入方式的分布特征。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的系统及系统实施例仅仅是示意性的，其中作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

以上仅是本发明的具体实施方式，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。