含有分布式电源的主动配电网规划方法与流程

本发明具体涉及一种含有分布式电源的主动配电网规划方法。
背景技术：
：随着经济技术的发展和生活水平的提高，电能已经成为了人们生产和生活中必不可少的二次能源，给人们的生产和生活带来了无尽的便利。作为未来能源战略布局的重要组成部分，分布式电源(distributedgeneration，dg)以低碳环保、安装方式灵活多变等优点获得了快速的发展。大规模dg接入，改变了传统无源配电网单一潮流流动方式，转变为以多电源为特征的主动配电网(activedistributionnetwork，adn)，增加了配电系统运行与规划的不确定性和复杂性。传统的分布式电源安装方式使配电网的规划运行面临很大挑战。鉴于dg接入后给传统电网带来较大冲击，主动配电网(activedistributionnetworks，adn)应运而生，成为智能电网中一个重要的前沿分支。adn是指内部具有分布式电源并高度渗透，功率双向流动，具有主动控制和运行能力的配电网络。目前来看，含dg的adn面临着多种不确定性因素，特别在规划阶段，需要考虑电力需求的随机性、dg出力的波动性、网架拓扑对dg布点的影响等因素，因而如何在面临多种不确定因素情况下实现adn的合理规划设计是当前需要重点考虑的问题。随着市场的发展，用户对于电能质量的可靠性和经济性要求也在不断提高，如果单单只以增加建设资金的方式来提高供电可靠性必然会导致经济性失调；同样的，如果过度减少资金投入又必然会导致供电可靠性的下滑。传统的配电网规划模型只以经济性作为规划目标，可靠性作为约束条件，属于单目标规划，但是目前的这种方式在当前情况下已经不再实用。技术实现要素：本发明的目的在于提供一种适用于当前情况而且科学可靠的含有分布式电源的主动配电网规划方法。本发明提供的这种含有分布式电源的主动配电网规划方法，包括如下步骤：s1.获取主动配电网的项目参数，以及待接入的分布式电源的项目参数；s2.根据步骤s1获取的主动配电网的项目参数和待接入的分布式电源的项目参数，建立含有分布式电源的主动配电网规划模型；s3.对步骤s2建立的含有分布式电源的主动配电网规划模型进行求解，从而完成含有分布式电源的主动配电网规划。步骤s2所述的建立含有分布式电源的主动配电网规划模型，具体为采用如下算式建立模型minf＝wj(f1-f2-f3)+wk(f4-f5)，同时将配电网网络约束、节点电压约束、线路潮流约束和分布式电源接入容量约束作为约束条件；式中min表示取最小值，f1为配电网建设投资费用，f2为接入分布式电源后国家给予的财政补贴，f3为分布式发电量折算成标准煤时的环境效益，f4为用户停电损失费用，f5为用户在负荷高峰时自动停电所产生的经济效益，wj为经济性因素权重，wk为可靠性因素权重，且wj+wk＝1。所述的配电网建设投资费用，具体为采用如下算式计算配电网建设投资费用f1：f1＝cline+closs+ct+ctoss+cdgcloss＝αbelossctoss＝αb(β12pkτ+p0t1)式中cline为输电线路建设及运行维护费用的等年值，closs为每年线路损耗的电量费用，ct为变压器的建设及运行维护费用，ctoss为变压器损耗电能的费用，cdg为分布式电源建设及运行维护费用的等年值，i为线路编号，l为线路总数，ki表示第i条线路是否加入，fline,i为第i条线路的初始投资建设费用，r为年利率，n为经济使用年限，一般取为20年，αline为年运行费用折算系数，αb为电价且单位为万元/kwh，eloss为每年电能损耗量，g为配电变压器的编号，nt为配电变压器的台数，ft,g为第g台配电变压器初始投资费用，αt为配电变压器折旧维护率，β1为负载率，pk为配电变压器的负载损耗，τ为最大负荷利用小时数，p0为配电变压器的空载损耗，t1为变压器全年运行时间，v为分布式电源的编号，ndg为分布式电源的总数，av为第v个分布式电源单位容量造价，pdg,v为第v个分布式电源的容量，wdg,v为第v个分布式电源所需的运行维护费用。所述的接入分布式电源后国家给予的财政补贴f2，具体为采用如下算式计算接入分布式电源后国家给予的财政补贴f2：式中β2为分布式电源每发出单位电量国家给予的财政补贴且取值为0.4元/kwh，v为分布式电源的编号，ndg为分布式电源的总数，edg,v为第v个分布式电源发出的电能且单位为kwh。所述的分布式发电量折算成标准煤时的环境效益f3，具体为采用如下算式计算分布式发电量折算成标准煤时的环境效益f3：式中h为污染物的编号，n为污染物的数目，wh为第h种污染物的环境价值且单位为元/kg，vh为第h种污染物减排所需付出的环境成本且单位为元/kg，pdg为分布式电源的实际有功出力且单位为kw，t2为分布式电源的最大负荷利用小时数，dh为传统发电模式下第h种污染物的产生量且单位为g/kwh，ch为分布式发电模式下第h种污染物的产生量且单位为g/kwh。所述的用户停电损失费用f4，具体为采用如下算式计算用户停电损失费用f4：f4＝(ensline+enst)·c式中ensline为由于线路故障导致的每年的缺供电量，enst为因变压器故障导致的停电损失，c为待规划地区的产电比且单位为元/kwh；其中由于线路故障导致的每年的缺供电量式中i为线路编号，l为线路总数，wi为线路i所连负荷大小，kij为网路中支路lij的状态，若lij连通则kij＝1，lij故障则kij＝0，ui为线路i故障导致的每年停电时长且单位为h/年，λi为线路i每年发生故障的概率且单位为次/100公里*年，ri为节点i负荷每次发生故障的停电时间且单位为h/次；因变压器故障导致的停电损失enst的计算规则如下：若变压器单独运行，则式中g为配电变压器的编号，nt为配电变压器的台数，p为变压器故障率，β为负载率，sn为变压器额定容量；若变压器为两台并联接入，则变压器故障导致的停电损失式中p为变压器故障率，z为变压器台数，β为负载率，kb为转接容量比例系数。所述的用户在负荷高峰时自动停电所产生的经济效益f5，具体为采用如下算式计算用户在负荷高峰时自动停电所产生的经济效益f5：式中c0为实施分时电价前的收益，c1为实施分时电价以后的收益，t为时段编号，pc为分时电价前的固定电价，ε为电力需求价格弹性系数，qb,t为分时电价前的t时段的基础负荷且为实际负荷去除分布式发电抵消的负荷量，qt为实施分时电价后t时段的负荷消减量且负荷减少时qt为正、负荷增长时qt为负，δqon为峰时期的电量的消减量，qon为峰时期的电量，δqmid为平时期的电量的消减量，qmid为平时期的电量，δqoff为谷时期的电量的消减量，qoff为谷时期的电量，e为弹性系数矩阵，δpon为峰时期的电价变化，pon为峰时期的电价，δpmid为平时期的电价变化，pmid为平时期的电价，δpoff为谷时期的电价变化，poff为谷时期的电价，εij为负荷自弹性系数，εij和εji为相关弹性系数。所述的将配电网网络约束、节点电压约束、线路潮流约束和分布式电源接入容量约束作为约束条件，具体为采用如下算式作为约束条件：配电网网络约束：主动配电网网络结构应满足辐射状运行条件，具体为采用如下算式表示：n＝m+1式中n为节点个数，m为支路数；节点电压约束：式中ud为节点电压，为节点电压下限，为节点电压上限，n为系统总结点数；线路潮流约束：式中pl为线路的潮流值，为线路潮流的极限值，i为线路标号，l为线路的总数；分布式电源接入容量约束：sdg,d≤sdmax；式中sdg,d为表示节点d处接入的分布式电源容量，sdmax为节点d处允许接入的分布式电源容量。本发明提供的这种含有分布式电源的主动配电网规划方法，通过将经济性和可靠性都纳入考核范围，并且建立精确且科学可靠的模型对含有分布式电源的主动配电网进行规划，因此本发明能够更好的在电网规划期间描述经济性和可靠性之间的内在联系，适用于当前的电网运行情况，而且方法科学可靠。附图说明图1为本发明方法的方法流程图。图2为本发明方法的实施例的配电网测试系统结构示意图。具体实施方式如图1所示为本发明方法的方法流程图：本发明提供的这种含有分布式电源的主动配电网规划方法，包括如下步骤：s1.获取主动配电网的项目参数，以及待接入的分布式电源的项目参数；s2.根据步骤s1获取的主动配电网的项目参数和待接入的分布式电源的项目参数，建立含有分布式电源的主动配电网规划模型；具体为采用如下算式建立模型minf＝wj(f1-f2-f3)+wk(f4-f5)，同时将配电网网络约束、节点电压约束、线路潮流约束和分布式电源接入容量约束作为约束条件；式中min表示取最小值，f1为配电网建设投资费用，f2为接入分布式电源后国家给予的财政补贴，f3为分布式发电量折算成标准煤时的环境效益，f4为用户停电损失费用，f5为用户在负荷高峰时自动停电所产生的经济效益，wj为经济性因素权重，wk为可靠性因素权重，且wj+wk＝1；其中，采用如下算式计算配电网建设投资费用f1：f1＝cline+closs+ct+ctoss+cdgcloss＝αbelossctoss＝αb(β12pkτ+p0t1)式中cline为输电线路建设及运行维护费用的等年值，closs为每年线路损耗的电量费用，ct为变压器的建设及运行维护费用，ctoss为变压器损耗电能的费用，cdg为分布式电源建设及运行维护费用的等年值，i为线路编号，l为线路总数，ki表示第i条线路是否加入，fline,i为第i条线路的初始投资建设费用，r为年利率，n为经济使用年限，一般取为20年，αline为年运行费用折算系数，αb为电价且单位为万元/kwh，eloss为每年电能损耗量，g为配电变压器的编号，nt为配电变压器的台数，ft,g为第g台配电变压器初始投资费用，αt为配电变压器折旧维护率，β1为负载率，pk为配电变压器的负载损耗，τ为最大负荷利用小时数，p0为配电变压器的空载损耗，t1为变压器全年运行时间，v为分布式电源的编号，ndg为分布式电源的总数，av为第v个分布式电源单位容量造价，pdg,v为第v个分布式电源的容量，wdg,v为第v个分布式电源所需的运行维护费用；采用如下算式计算接入分布式电源后国家给予的财政补贴f2：式中β2为分布式电源每发出单位电量国家给予的财政补贴且取值为0.4元/kwh，v为分布式电源的编号，ndg为分布式电源的总数，edg,v为第v个分布式电源发出的电能且单位为kwh；采用如下算式计算分布式发电量折算成标准煤时的环境效益f3：式中h为污染物的编号，n为污染物的数目，wh为第h种污染物的环境价值且单位为元/kg，vh为第h种污染物减排所需付出的环境成本且单位为元/kg，pdg为分布式电源的实际有功出力且单位为kw，t2为分布式电源的最大负荷利用小时数，dh为传统发电模式下第h种污染物的产生量且单位为g/kwh，ch为分布式发电模式下第h种污染物的产生量且单位为g/kwh；采用如下算式计算用户停电损失费用f4：f4＝(ensline+enst)·c式中ensline为由于线路故障导致的每年的缺供电量，enst为因变压器故障导致的停电损失，c为待规划地区的产电比且单位为元/kwh；其中由于线路故障导致的每年的缺供电量式中i为线路编号，l为线路总数，wi为线路i所连负荷大小，kij为网路中支路lij的状态，若lij连通则kij＝1，lij故障则kij＝0，ui为线路i故障导致的每年停电时长且单位为h/年，λi为线路i每年发生故障的概率且单位为次/100公里*年，ri为节点i负荷每次发生故障的停电时间且单位为h/次；因变压器故障导致的停电损失enst的计算规则如下：若变压器单独运行，则式中g为配电变压器的编号，nt为配电变压器的台数，p为变压器故障率，β为负载率，sn为变压器额定容量；若变压器为两台并联接入，则变压器故障导致的停电损失式中p为变压器故障率，z为变压器台数，β为负载率，kb为转接容量比例系数；采用如下算式计算用户在负荷高峰时自动停电所产生的经济效益f5：式中c0为实施分时电价前的收益，c1为实施分时电价以后的收益，t为时段编号，pc为分时电价前的固定电价，ε为电力需求价格弹性系数，qb,t为分时电价前的t时段的基础负荷且为实际负荷去除分布式发电抵消的负荷量，qt为实施分时电价后t时段的负荷消减量且负荷减少时qt为正、负荷增长时qt为负，δqon为峰时期的电量的消减量，qon为峰时期的电量，δqmid为平时期的电量的消减量，qmid为平时期的电量，δqoff为谷时期的电量的消减量，qoff为谷时期的电量，e为弹性系数矩阵，δpon为峰时期的电价变化，pon为峰时期的电价，δpmid为平时期的电价变化，pmid为平时期的电价，δpoff为谷时期的电价变化，poff为谷时期的电价，εij为负荷自弹性系数，εij和εji为相关弹性系数；同时，约束条件为将配电网网络约束、节点电压约束、线路潮流约束和分布式电源接入容量约束作为约束条件：配电网网络约束：主动配电网网络结构应满足辐射状运行条件，具体为采用如下算式表示：n＝m+1式中n为节点个数，m为支路数；节点电压约束：式中ud为节点电压，为节点电压下限，为节点电压上限，n为系统总结点数；线路潮流约束：式中pl为线路的潮流值，为线路潮流的极限值，i为线路标号，l为线路的总数；分布式电源接入容量约束：sdg,d≤sdmax；式中sdg,d为表示节点d处接入的分布式电源容量，sdmax为节点d处允许接入的分布式电源容量；s3.对步骤s2建立的含有分布式电源的主动配电网规划模型进行求解，从而完成含有分布式电源的主动配电网规划。在对分布式电源进行计算时，分布式电源出力受外界环境影响较大，季节、昼夜、气候、地形等都会成为影响因素，由于在主动配电网规划过程中需要对电能的供需关系进行分析，故应对分布电源的出力情况进行分析和预测。本发明方法中，主要考虑风电和光伏；风力出力模型：风力发电受风速影响，随机性较大。目前对于风力出力模型的研究较多，最为常用的是采用蒙特卡洛模拟法来进行风机出力分析，其中每个小时的风速分布采用weibull模型来模拟，具体步骤如下1)首先根据已有的历史资料和数据，计算得风速的期望值σ和标准差μ，计算得出weibull模型中的两个关键参数，即风速的形状参数k和尺度参数c；式中k和c是weibull分布中最重要的两个参数，分别代表风速的形状参数和尺度参数；σ和μ分别表示风速的期望值和标准差，可由历史数据统计得出；γ为gamma函数，其值可通过查阅gamma表得出；2)根据得到的参数计算风速的概率密度分布函数：式中v为风速；3)然后计算出风力发电机出力的功率概率密度分布函数；式中vci、vcr和vco分别为风力发电机的切入、额定和切出风速，pr为风力发电机的额定功率；4)最后由得到的功率概率密度分布函数求风力发电机每年出力的期望值。光伏出力模型：类似于风力发电，光伏出力的功率和效率受光照强度影响较大，也具有很强的随机性。采用蒙特卡洛仿真法生成光伏出力场景，利用beta分布来表示光伏出力的概率密度，具体步骤如下：(1)根据待规划地区历史资料和数据，计算得出光照强度的均值和标准差，计算光伏出力的形态参数α和β；式中μ和σ分别表示光照强度的均值和标准差；(2)将上述得到的形状参数计算光照强度的概率密度分布函数，然后对该函数进行积分即可得到光照强度r的函数：式中r表示实际光照强度；rmax表示最大光照强度；(3)由于光伏发电输出功率与光照强度r近似成正比，所以可以得到光伏发电的出力概率密度分布函数；pm＝raη式中pm为光伏发电功率，a为光伏电池的总面积，η为光伏电池的额定转换效率；潮流计算方法：配电网中各支路潮流以及节点电压的计算一直是进行配电网规划中的重点工作，目前常用的方法牛顿-拉夫逊法(包括直角坐标和极坐标)、高斯-赛德尔法、前推回代法、p-q分解法均方根电流法、等值电阻法以及回路阻抗法等，此处采用的是前推回代法。以下结合一个具体实施例对本发明方法进行进一步说明：本实施例是采用ieee33节点配电网测试系统(其结果如图2所示)进行算例仿真分析：其中，节点1为变电站节点，该系统共有32条普通支路，1个电源首端基准电压为12.66kv，三相功率基准值取10mva，网络总有功负荷为3715.0kw，总无功负荷为2300.0kvar。该系统中具体各支路阻抗和节点负荷参数参照表1所示：表1ieee33节点配电网测试系统支路阻抗和节点负荷参数参数设置：变电站采用四台型号为s11-1600/10的10kv变压器，单台额定容量为1600kva，空载损耗为1.65kw，负载损耗为14.5kw，单台价格为15.5万元，折旧维护率at＝0.1，故障率为0.64次/百台年，每两台变压器之间的联络线转供比例系数为30％，每次停电时长为200小时。10kv架空线路，例如lgl-185的初始投资费用为21万元/公里，每年所需的运行费用为1万元/公里，电阻值为0.17ω/km，电抗值为0.365ω/km，故障率为0.24次/年*公里，每次停电时长为4个小时。线路通过的最大电流不允许超过400a。分布式电源安装的安装位置如表2所示。对于风力分布式电源，设vci＝3.5m/s，vcr＝12m/s，vco＝20m/s，c＝8.92，初始投资费用取0.7万元/kw，运行维护费用取0.06元/kwh。对于光伏分布式电源，光照强度取1kw/m2，最大光电转换效率17％，α＝β＝0.85，单晶硅0.25kw/1.63m2，初始投资费用为1.1万元/kw，维护运行费用为0.06元/kwh。功率因数均取λ＝0.9，每年最大负荷利用小时数和损耗小时数取τmax＝τmin＝4200h。政府、工业和居民用电负荷所占比例分别为0.3、0.4和0.3。表2分布式电源安装位置、类型及容量计算结果及分析：根据潮流计算结果可知，未接入分布式电源前，该系统网络有功损耗为190.89kw，而当接入分布式电源以后，有功损耗为161.17kw，有功损耗下降了15.57％，这说明分布式电源的接入有利于系统降低网损。下表3是在未接入和接入了分布式电源两种情况下配电网建设的经济性数据对比。表3分布式电源接入前后配电网建设费用对比费用(万元)未接入分布式电源接入分布式电源线路建设维护费用47.071347.0713线路网损费用39.285133.1696变压器建设维护费用13.482513.4825变压器网损费用1.85501.7766dg建设维护费用-28.6343分布式发电财政补贴-27.8452分布式发电环境效益-1.7689总投资费用101.723994.5202从表中可以看出，接入分布式电源虽然增加了投资建设费用，但是分布式电源助于降低系统负荷，进而减少线路损耗以及变压器损耗费用，并且可再生式分布式电源的环境效益显著，国家给予的财政补贴也很可观，因而分布式电源的综合效益较好。值得注意的是，在这里还尚未考虑分布式电源发电减少了配电网向上级的购电费用，所以在配电网规划中适当加入一定比例的分布式电源可以有效提高系统的经济性。当前第1页12