农村高密度屋顶光伏渗透率极限计算方法与流程

本发明涉及配电网中光伏并网，具体的说，是涉及农村高密度屋顶光伏渗透率极限计算方法。

背景技术

由于光照资源分布不均衡以及光照辐度变化的随机性、波动性、间歇性等因素，相比于传统可调度电厂，光伏电源具有可调可控性较差的特点。随着分布式光伏电源并网容量的迅速增加，光伏发电的这些问题将对电网在规划设计、调度运行等方面带来很大影响，从而提出了光伏渗透率概念。目前光伏渗透率定义一般有以下几种：

为分布式光伏电源装机容量与上级配电网装机容量的比值；

为分布式光伏电源全年最大小时发电量与系统负荷全年最大小时用电量的比值；

为分布式光伏电源装机容量与最大负荷的比值；

三种定义对光伏渗透率的理解与使用方向均有所不同，其中第一种定义在分布式光伏并网研究早期应用较广，但随着分布式光伏并网区域的不断扩大，公共并网点及就地平衡用户不再集中于工业用户后，不同类型用户配变负载水平差异较大，使单一渗透率指标无法有效指导不同类型区域分布式光伏装机容量，该定义局限性逐步凸显，目前基本已不再使用。

第二种和第三种定义是随着分布式光伏不断发展，相关研究逐步增加而产生，均可以起到指导区域光伏并网容量的作用，第二种定义直接与光伏发电量关联，在对光伏利用率、能量渗透率等方面研究使用较多，第三种定义是直接将分布式光伏出力与区域最大负荷关联，在并网容量引导、并网区域选择等规划、设计方面应用较多。

由此可见，光伏极限渗透率的极限计算将影响到整个系统的稳定和可靠性。现有技术中专利号为201610139424.5的发明专利《配电网分布式光伏极限渗透率分析方法及装置》中就公开了一种配电网分布式光伏极限渗透率分析方法及装置，其中方法包括：搭建配电网及配电网所在地区光伏发电系统的仿真模型；在仿真模型中输入极限渗透率分析时的负荷情况及光伏出力工况；在仿真模型中输入光伏发电数据进行潮流计算；判断变压器及线路是否越限，并确定电压波动及电压偏差；根据变压器及线路是否越限、电压波动及电压偏差，调整光伏发电系统的装机容量，直至获得最大光伏装机容量；根据最大光伏装机容量确定配电网的极限光伏渗透率和/或极限光功率渗透率。该发明可以准确计算配电分布式光伏发电准入容量，提高配电网分布式光伏极限渗透率分析结果的准确性，并适用于分布式光伏发电系统主动管理模式下配电网规划研究。

但是这样的方案实际存在问题，首先针对该专利中的仿真模型，在不同环境和条件下自然有不同的模型，但是不是所有模型都适用于该方法及装置，在对比文件中也没有公开生成模型的方式，因此其公开不充分，本领域技术人员其实没法在其基础上进行再现。

现有技术中杂志《可再生能源》与2015年12月第12期33卷中记载了基于高斯_赛德尔迭代法的光伏电池参数辨识与最大功率点基准曲线的研究。其中也记载了光伏接入的模型及其最大功率点的研究，但是整体模型复杂，运算量大。那样的模型在规范的城市中效果较好，但是不适合农村光伏用电的计算。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供农村高密度屋顶光伏渗透率极限计算方法，针对农村高密度屋顶光伏的现实状况建立模型，并进行最小负荷限制下的光伏渗透率极限分析，在此基础上再进行调整。

为实现所述目的，本发明农村高密度屋顶光伏渗透率极限计算方法，基于无源放射网络的新增分布式光伏发电系统并网方式采用就地消纳余量上网形式建立模型，建立基于时间的地区用电负荷坐标系，在该坐标系上绘制基于无源放射网络所承担的地区用电负荷线路图以及分布式光伏发电系统所承担的地区用电负荷线路图，将分布式光伏发电系统输出出现时系统负荷与输出消失时系统负荷间连线作为基准曲线，将系统负荷高于基准曲线部分表示为系统负荷正向波动曲线，系统负荷低于基准曲线部分表示为系统负荷逆向波动曲线，计算不同渗透率曲线与基准曲线不同时刻净负荷差值，将其形成若干集合，每个集合对应一个时间对应一个唯一的渗透率值，获取曲线午间净负荷为零时对应的渗透率值，进行离散度分析，即计算标准差，标准差最小对应的渗透率为推荐值上限，具体方法为：获取单一时间内1到n个渗透率x1,...,xn，其平均值为：

其中xi为1-n中第i个渗透率值，

求其标准差：

通过反复迭代计算，找出极限值。

优选的，预设分布式光伏发电系统输出出现时间为6:30-7:00，消失时间为19:00-20:00，预设午间的判定时间为11:00-14:00，判断所处季节，并通过所处季节调整分布式光伏发电系统输出出现时间和消失时间。由于后期模型的建立是基于当地用电习惯的，因此在新建立模型时需要根据农村中日出等时间因数预估光伏电板工作的时间。

优选的，获取光伏发电系统所在区域的时间信息，具体方式是：从冬至日起计算分布式光伏发电系统输出出现时间，该时间对应分布式光伏发电系统输出出现时间最迟的一个时间点，随后每周提前该时间点3分钟直至夏至，夏至起每周推迟该时间点3分钟直到下个冬至日。由于日出时间根据实际情况每天都在变化，因此需要对其进行调整。

进一步的，获取光伏发电系统所在区域的时间信息，具体方式是：从冬至日起计算分布式光伏发电系统输出消失时间，该时间对应分布式光伏发电系统输出消失时间最早的一个时间点，随后每周推迟该时间点3分钟直至夏至，夏至起每周提前该时间点3分钟直到下个冬至日。

进一步的，工作人员每月进行一次输出功率对比，将实际分布式光伏发电系统输出出现时间和输出消失时间与预设值进行对比，并进行记录和手动调整。这样对模型参数不断优化，使其更准确。

优选的，所述n的数量不少于20个。过多的取样会影响计算效率，而太少的数量则会导致模型不准确。

优选的，所述系统净负荷标记值不小于零，防止出现负荷倒送情况。

优选的，分布式光伏并网后平抑系统负荷峰值，使得分布式光伏正常出力时的净负荷标幺值处于稳定状态。

与现有技术相比，例如“基于高斯_赛德尔迭代法的光伏电池参数辨识与最大功率点基准曲线的研究”一文相比本发明的优点是：针对农村用电中总用电量小且不稳定的特性，通过时间特性来判断渗透值的极限，计算方法简单有效，并且可以给予长期跟踪和纠正。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明：

图1为采用了光伏并网后地区用电负荷示意图。

具体实施方式

如图1所示，受光资源时间分布不均衡和气象变化的影响，光伏电源的输出具有随机性、波动性、间歇性的特点，因此其可调可控性较差.属于不可调度的发电机组。传统发电机组调节能力主要从电力平衡的稳态要求出发，要求发电系统负荷跟随能力对光伏渗透率极限的限制。本发明从配电网的角度考虑，分析配电网内部的限制因素，对配电网的最小允许负荷进行评估，并计算配电网中的光伏渗透率极限。具体方法为：农村高密度屋顶光伏渗透率极限计算方法，基于无源放射网络的新增分布式光伏发电系统并网方式采用就地消纳余量上网形式建立模型，其特征在于：建立基于时间的地区用电负荷坐标系，在该坐标系上绘制基于无源放射网络所承担的地区用电负荷线路图以及分布式光伏发电系统所承担的地区用电负荷线路图，将分布式光伏发电系统输出出现时系统负荷与输出消失时系统负荷间连线作为基准曲线，将系统负荷高于基准曲线部分表示为系统负荷正向波动曲线，系统负荷低于基准曲线部分表示为系统负荷逆向波动曲线，计算不同渗透率曲线与基准曲线不同时刻净负荷差值，将其形成若干集合，每个集合对应一个时间对应一个唯一的渗透率值，获取曲线午间净负荷为零时对应的渗透率值，进行离散度分析，即计算标准差，标准差最小对应的渗透率为推荐值上限，具体方法为：获取单一时间内1到n个渗透率x1,...,xn，其平均值为：

其中xi为1-n中第i个渗透率值，

求其标准差：

通过反复迭代计算，找出极限值。

预设分布式光伏发电系统输出出现时间为6:30-7:00，消失时间19:00-20:00，预设午间的判定时间为11:00-14:00，判断所处季节，并通过所处季节调整分布式光伏发电系统输出出现时间和消失时间。从冬至日起计算分布式光伏发电系统输出出现时间，该时间对应分布式光伏发电系统输出出现时间最迟的一个时间点，随后每周提前该时间点3分钟直至夏至，夏至起每周推迟该时间点3分钟直到下个冬至日。获取光伏发电系统所在区域的时间信息，具体方式是：从冬至日起计算分布式光伏发电系统输出消失时间，该时间对应分布式光伏发电系统输出消失时间最早的一个时间点，随后每周推迟该时间点3分钟直至夏至，夏至起每周提前该时间点3分钟直到下个冬至日。工作人员每月进行一次输出功率对比，将实际分布式光伏发电系统输出出现时间和输出消失时间与预设值进行对比，并进行记录和手动调整。所述n的数量不少于20个。所述系统净负荷标记值不小于零，防止出现负荷倒送情况。分布式光伏并网后平抑系统负荷峰值，使得分布式光伏正常出力时的净负荷标幺值处于稳定状态。

在配电网中，需要通过短期和长期的负荷分析和预测，合理安排机组开机方式进行电源规划。当光伏发电系统并网后，考虑到光伏发电的不可调节性，通常将其视为一种特殊的负荷.传统负荷减去该负荷就得到系统的净负荷。本次理论分析模型是通过净负荷标幺值的变化情况，判断光伏渗透率对配电网影响。

以秋季为例，集中于午间时段的光伏出力可以有效降低系统日峰值负荷的大小，渗透率为21％时标准差最小，系统的日峰值负荷已经转移至晚高峰时段(21：00左右)，光伏电源容量的增长不再能降低系统峰值负荷。

通过计算可得知当系统中光伏容量继续增加(渗透率大于28％)，日间负荷开始下降，系统负荷出现逆向波动，当接入光伏的容量渗透率达到63％时，午间时段就出现日净负荷峰谷值，日间的净负荷为零。

当光伏渗透率超过64％时，系统的净负荷在正午时段降至零值以下，即光伏发电大于配电网中的负荷，进一步向上级电网供电，根据公式计算最后得出光伏渗透率超过77％时，系统净负荷在光伏电站有出力时(上午7时)即出现负值，负荷全面倒送，由此获取极限值。

随着光伏容量渗透率的增加，光伏发电对系统净负荷的影响逐渐增强。由于光伏发电的随机性和波动性，大量光伏电源并网不仅会增加净负荷的波动范围，还会降低负荷预测的准确性，使净负荷的波动具有较大的不确定性。而通过本发明记载的方式尽可能减少这些误差，采用较为简单的方式获取渗透值的极限。

以上所述仅为本发明的具体实施例，但本发明的结构特征并不局限于此，任何本领域的技术人员在本发明的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本发明的专利范围之中。