一种配电网短路风险评估方法、系统、设备及存储介质

1.本发明涉及电网风险评估领域，具体涉及一种配电网短路风险评估方法、系统、设备及存储介质。


背景技术：

2.短路电流计算是短路电流计算是电力系统规划、设计、运行中必须进行的计算分析工作。短路电流超标可能会破坏电网的安全性，甚至导致整个互联系统的崩溃。
3.近年来，随着分布式新能源技术的发展，分布式光伏电源在配电网中的渗透率逐渐提高，给电网的运行带来了新的挑战。同时，光伏的出力受到自然环境，用户的意愿，第三方决策和分散式规划的影响，其不确定性愈发凸显。为了评估分布式光伏接入在配电网中的风险，考虑分布式光伏的短路电流概率评估得到了广泛的应用。但是现有技术对分布式光伏的短路电流概率评估准确度较低。


技术实现要素：

4.为了解决现有技术对分布式光伏的短路电流概率评估准确度较低的问题，本发明提出了一种配电网短路风险评估方法，包括：
5.将采用拉丁超立方采样法根据预先构建的概率分布模型采样得到的光照强度带入预先构建的光伏电站出力模型，得到光伏电站出力；
6.基于获取的配电网状态进行分析确定故障位置和故障类型，并对所述故障位置和所述故障类型进行不平衡配电网短路电流计算，得到各支路短路电流；
7.由所述光伏电站出力和所述各支路短路电流得到各条支路短路电流裕度风险指标和系统短路电流裕度风险指标，并基于所述各条支路短路电流裕度风险指标和系统短路电流裕度风险指标对所述配电网短路电流裕度风险进行评估。
8.优选的，所述概率分布模型的构建包括：
9.获取光伏电站的太阳能电池板收集的小时平均光照强度数据作为分布式光伏的光照强度历史统计数据；
10.采用beta分布对分布式光伏的光照强度分布进行建模得到。
11.优选的，所述光伏电站出力模型的构建包括：
12.获取光伏电站的太阳能电池板收集的小时平均光照强度数据作为分布式光伏的光照强度和各分布式光伏电站出力历史统计数据；
13.由分布式光伏的光照强度和各分布式光伏电站出力历史统计数据得到光伏电站光伏出力与光照强度之间的关系；
14.由所述光伏电站光伏出力与光照强度之间的关系构建所述光伏电站出力模型。
15.优选的，所述光伏电站光伏出力与光照强度之间的关系如下式所示：
[0016][0017]
式中，p
r pvg
为光伏的额定容量，为光伏的功率因数角；p
pvg
为光伏有功出力；qpvg
为光伏无功出力。
[0018]
优选的，所述p
pvg
按下式计算：
[0019][0020]
式中，ir为额定的光照强度，i为表示一段时间内某时刻的实际光照强度。
[0021]
优选的，所述对所述故障位置和所述故障类型进行不平衡配电网短路电流计算，得到各支路短路电流，包括：
[0022]
s1根据故障位置和类型形成对应的相分量节点导纳矩阵；
[0023]
s2判断分布式光伏正序电压是否小于设定阈值，若小于所述设定阈值则进入s3，否则认为光伏有功电流故障前后不变，故障后光伏无功电流为0进入s5；
[0024]
s3基于分布式光伏正序电压计算光伏无功电流i
qi
，并计算所述光伏无功电流i
qi
和光伏有功电流初值i
di0
的平方和的开平方是否小于过载能力倍数的光伏额定电流i
ni0
，若小于则进入s5，否则进入s4；
[0025]
s4基于光伏无功电流i
qi
和光伏额定电流i
ni
分别计算光伏有功电流i
di
和分布式光伏等效三相故障电流源的参数；
[0026]
s5根据故障类型计算各节点的短路后电压；
[0027]
s6判断各节点的两次相电压计算值是否小于收敛标准，是则转s7，否则转s2；
[0028]
s7各条支路两端节点电压差除以支路阻抗得到各条支路短路电流。
[0029]
优选的，所述光伏无功电流i
qi
按下式计算：
[0030][0031]
式中，i
qi
为光伏无功电流，i
di
为光伏有功电流，i
ni
为光伏额定电流。
[0032]
优选的，所述由所述光伏电站出力和所述各支路短路电流得到各条支路短路电流裕度风险指标和系统短路电流裕度风险指标，包括：
[0033]
从所述各条支路电流中选择短路电流最大值；
[0034]
基于所述短路电流最大值结合短路电流裕度指标计算式得到支路短路电流裕度指标；
[0035]
基于所述光伏电站出力和所述短路电流裕度指标结合风险裕度指标计算式，得到每次采样中各支路短路电流风险裕度指标；
[0036]
基于所述支路短路电流风险裕度指标结合预先设定的各支路的重要程度得到每次采样中系统短路电流风险裕度指标；
[0037]
由n次采样得到的支路短路电流裕度指标的平均值作为支路短路电流风险裕度指标，其中n为正整数；
[0038]
由n次采样得到的系统短路电流风险裕度指标的平均值作为系统短路电流风险裕度指标。
[0039]
优选的，所述短路电流裕度指标计算式如下式所示：
[0040][0041]
式中，i
dimax
为支路i短路电流限定值，i
dij
为在不同短路位置和不同短路故障类型下支路i的短路电流最大值，i
gij
为第j次采样中支路i短路电流裕度指标。
[0042]
优选的，所述风险裕度指标计算式如下式所示：
[0043]rij
＝pji
gij
；
[0044]
式中，pj为第j次采样中分布式光伏出力，i
gij
为第j次采样中支路i短路电流裕度指标，r
ij
为第j次采样中支路i短路电流风险裕度指标。
[0045]
优选的，所述系统第j次采样中短路电流风险裕度指标按下式计算：
[0046][0047]
式中，αi为支路i重要程度，r
sj
为第j次采样中系统短路电流风险裕度指标。
[0048]
再一方面，本发明还提供了一种配电网短路风险评估系统，包括：
[0049]
出力计算模块，用于将采用拉丁超立方采样法根据预先构建的概率分布模型采样得到的光照强度带入预先构建的光伏电站出力模型，得到光伏电站出力；
[0050]
电流计算模块，用于基于获取的配电网状态进行分析确定故障位置和故障类型，并对所述故障位置和所述故障类型进行不平衡配电网短路电流计算，得到各支路短路电流；
[0051]
评估模块，用于由所述光伏电站出力和所述各支路短路电流得到各条支路短路电流裕度风险指标和系统短路电流裕度风险指标，并基于所述各条支路短路电流裕度风险指标和系统短路电流裕度风险指标对所述配电网短路电流裕度风险进行评估。
[0052]
优选的，所述评估模块包括：
[0053]
选择子模块，用于从所述各条支路电流中选择短路电流最大值；
[0054]
第一计算子模块，用于基于所述短路电流最大值结合短路电流裕度指标计算式得到支路短路电流裕度指标；
[0055]
第二计算子模块，用于基于所述光伏电站出力和所述短路电流裕度指标结合风险裕度指标计算式，得到每次采样中各支路短路电流风险裕度指标，并由n次采样得到的支路短路电流裕度指标的平均值作为支路短路电流风险裕度指标，其中n为正整数；
[0056]
第三计算子模块，用于基于所述支路短路电流风险裕度指标结合预先设定的各支路的重要程度得到每次采样中系统短路电流风险裕度指标，并由n次采样得到的系统短路电流风险裕度指标的平均值作为系统短路电流风险裕度指标。
[0057]
再一方面，本发明还提供了一种计算设备，包括：一个或多个处理器；
[0058]
处理器，用于执行一个或多个程序；
[0059]
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，实现如上述所述的一种配电网短路风险评估方法。
[0060]
再一方面，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存有计算机程序，所述计算机程序被执行时，实现如上述所述的一种配电网短路风险评估方法。
[0061]
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
[0062]
本发明提供了一种配电网短路风险评估方法包括将采用拉丁超立方采样法根据
预先构建的概率分布模型采样得到的光照强度带入预先构建的光伏电站出力模型，得到光伏电站出力；基于获取的配电网状态进行分析确定故障位置和故障类型，并对所述故障位置和所述故障类型进行不平衡配电网短路电流计算，得到各支路短路电流；由所述光伏电站出力和所述各支路短路电流得到各条支路短路电流裕度风险指标和系统短路电流裕度风险指标，并基于所述各条支路短路电流裕度风险指标和系统短路电流裕度风险指标对所述配电网短路电流裕度风险进行评估。本发明针对分布式光伏接入配电网中产生的风险利用短路电流裕度进行了评估，准确的评估了配电网风险。
[0063]
本发明提供的技术方案准确的评估了配电网风险为电力系统运行和规划人员提供了参考，有效提高了电力系统运行的安全性和稳定性。
附图说明
[0064]
图1为本发明的一种配电网短路风险评估方法流程图；
[0065]
图2为本发明的一种配电网短路风险评估方法具体应用流程图。
具体实施方式
[0066]
本发明提出一种配电网短路风险评估方法，根据分布式光伏的光照强度历史统计数据，用beta分布对分布式光伏的光照强度分布进行建模；采用拉丁超立方采样法根据分布式光伏光照强度的概率分布模型对光照强度进行采样；建立分布式光伏的光照强度与光伏电站出力模型，根据拉丁超立方采样法抽样所得的分布式光伏光照强度获得配电网中各分布式光伏电站出力；对所确定的系统状态进行状态分析，给定故障位置和故障类型，进行不平衡配电网短路电流计算；根据多次循环结果进行系统短路电流越限风险评估，从而得到含分布式光伏系统中短路电流越限的风险。
[0067]
实施例1：
[0068]
一种配电网短路风险评估方法，如图1所示，包括：
[0069]
步骤i：将采用拉丁超立方采样法根据预先构建的概率分布模型采样得到的光照强度带入预先构建的光伏电站出力模型，得到光伏电站出力；
[0070]
步骤ii：基于获取的配电网状态进行分析确定故障位置和故障类型，并对所述故障位置和所述故障类型进行不平衡配电网短路电流计算，得到各支路短路电流；
[0071]
步骤iii：由所述光伏电站出力和所述各支路短路电流得到各条支路短路电流裕度风险指标和系统短路电流裕度风险指标，并基于所述各条支路短路电流裕度风险指标和系统短路电流裕度风险指标对所述配电网短路电流裕度风险进行评估。
[0072]
本发明提供一种配电网短路风险评估方法，解决分布式光伏接入配电网中短路电流越限的风险评估问题。如图2所示，具体包括以下步骤：
[0073]
步骤i具体如下：
[0074]
步骤a、根据分布式光伏的光照强度历史统计数据，用beta分布对分布式光伏的光照强度分布进行建模；
[0075]
所述分布式光伏光照强度历史统计数据来源于光伏电站的太阳能电池板收集的小时平均光照强度数据，所述的beta分布的表达式为：
[0076][0077]
式中：i表示一段时间内某时刻的实际光照强度，i
max
表示一段时间内的最大光照强度，α和β为beta分布的形状参数。
[0078]
所述光照强度beta分布的形状参数可以由一段时间内光照强度的均值μ和方差σ2计算得到，对应关系如下所示：
[0079][0080][0081]
步骤b、采用拉丁超立方采样法根据分布式光伏光照强度的概率分布模型对光照强度进行采样；
[0082]
进一步地，所述采用拉丁超立方采样法根据分布式光伏光照强度的概率分布模型对光照强度进行采样，通过历史数据获得光照强度的beta分布后，采用拉丁超立方采样法根据具体的beta分布对每个光伏电站的光照强度进行采样。
[0083]
步骤c、建立分布式光伏的光照强度与光伏电站出力模型，根据拉丁超立方采样法抽样所得的分布式光伏光照强度获得配电网中各分布式光伏电站出力；
[0084]
进一步地，所述建立分布式光伏的光照强度与光伏电站出力模型，具体如下：
[0085]
根据拉丁超立方采样法抽样所得的分布式光伏光照强度获得配电网中各分布式光伏电站出力。
[0086]
所述的光伏电站光伏出力与光照强度之间的关系如下：
[0087][0088][0089]
式中，p
r pvg
为光伏的额定容量，ir为额定的光照强度，φ
pvg
为光伏的功率因数角。
[0090]
步骤ii具体包括：
[0091]
步骤d、对所确定的系统状态进行状态分析，给定故障位置和故障类型，进行不平衡配电网短路电流计算；
[0092]
进一步地，所述对所确定的系统状态进行状态分析，给定故障位置和故障类型，进行不平衡配电网短路电流计算，具体如下：
[0093]
步骤1：给定故障位置和故障类型；
[0094]
步骤2：根据故障位置和类型形成对应的相分量节点导纳矩阵；
[0095]
步骤3：设置迭代次数k＝1；
[0096]
步骤4：判断分布式光伏正序电压是否小于0.9，若是则进入步骤5，否则给定i
di
＝i
di0
,i
qi
＝0到步骤7；
[0097]
步骤5：计算：
[0098][0099][0100]
满足进入步骤7，不满足进入步骤6。
[0101]
步骤6：计算
[0102][0103]
步骤7：计算分布式光伏等效三相故障电流源的参数；
[0104][0105][0106][0107]
其中为并网点i电压的相角，为分布式光伏等效三相故障电流源幅值，为分布式光伏等效三相故障电流源相角。
[0108]
步骤8：根据故障类型计算各节点的短路后电压；
[0109]
步骤9：判断各节点的两次相电压计算值是否小于收敛标准，若是则转步骤10，否则转步骤3；
[0110]
步骤10：计算各条支路短路电流。
[0111]
步骤iii具体如下：
[0112]
步骤e根据多次循环结果进行系统短路电流越限风险评估。
[0113]
进一步地，所述根据短路电流计算结果进行系统短路电流越限风险评估，具体如下：
[0114]
步骤1：在第j次采样中，将i
dij
定义为在不同短路位置和不同短路故障类型下支路i的短路电流最大值，计算第j次采样的各条支路短路电流裕度指标和风险裕度指标以及系统短路电流风险裕度指标。
[0115]
第j次采样中支路i短路电流裕度指标i
gij
：
[0116][0117]
其中i
dimax
为支路i短路电流限定值。
[0118]
第j次采样中支路i短路电流风险裕度指标r
ij
：
[0119]rij
＝pji
gij
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(13)
[0120]
其中pj为第j次采样中分布式光伏出力的综合概率，i
gij
为第j次采样中支路i短路电流裕度指标。
[0121]
第j次采样中系统短路电流风险裕度指标r
sj
：
[0122][0123]
其中αi为支路i重要程度，r
sj
为第j次采样中系统短路电流风险裕度指标。
[0124]
步骤2：完成n次采样后，得到各条支路短路电流裕度风险指标和系统短路电流裕度风险指标。
[0125]
支路短路电流风险裕度指标ri：
[0126][0127]
系统短路电流裕度风险指标rs：
[0128][0129]
式中，r
sj
为第j次采样中系统短路电流风险裕度指标，n为采样次数，j为采样编号，s代表系统。
[0130]
本发明提出一种配电网短路风险评估方法，针对分布式光伏接入配电网中产生的风险利用短路电流裕度进行了评估，为电力系统运行和规划人员提供了参考，有效提高了电力系统运行的安全性和稳定性；
[0131]
本发明通用性高，可大范围推广，为分布式光伏接入配电网中合理有效地运行提供技术支撑。
[0132]
实施例2：
[0133]
基于同一发明构思的本发明还提供了一种配电网短路风险评估系统，包括：
[0134]
出力计算模块，用于将采用拉丁超立方采样法根据预先构建的概率分布模型采样得到的光照强度带入预先构建的光伏电站出力模型，得到光伏电站出力；
[0135]
电流计算模块，用于基于获取的配电网状态进行分析确定故障位置和故障类型，并对所述故障位置和所述故障类型进行不平衡配电网短路电流计算，得到各支路短路电流；
[0136]
评估模块，用于由所述光伏电站出力和所述各支路短路电流得到各条支路短路电流裕度风险指标和系统短路电流裕度风险指标，并基于所述各条支路短路电流裕度风险指标和系统短路电流裕度风险指标对所述配电网短路电流裕度风险进行评估。
[0137]
所述评估模块包括：
[0138]
选择子模块，用于从所述各条支路电流中选择短路电流最大值；
[0139]
第一计算子模块，用于基于所述短路电流最大值结合短路电流裕度指标计算式得到支路短路电流裕度指标；
[0140]
第二计算子模块，用于基于所述光伏电站出力和所述短路电流裕度指标结合风险裕度指标计算式，得到每次采样中各支路短路电流风险裕度指标，并由n次采样得到的支路短路电流裕度指标的平均值作为支路短路电流风险裕度指标，其中n为正整数；
[0141]
第三计算子模块，用于基于所述支路短路电流风险裕度指标结合预先设定的各支路的重要程度得到每次采样中系统短路电流风险裕度指标，并由n次采样得到的系统短路电流风险裕度指标的平均值作为系统短路电流风险裕度指标。
[0142]
第一计算子模块通过下式计算短路电流裕度指标：
[0143]
[0144]
式中，i
dimax
为支路i短路电流限定值，i
dij
为在不同短路位置和不同短路故障类型下支路i的短路电流最大值，i
gij
为第j次采样中支路i短路电流裕度指标。
[0145]
第二计算子模块通过下式计算第j次采样中支路i短路电流风险裕度指标：
[0146]rij
＝pji
gij
；
[0147]
式中，pj为第j次采样中分布式光伏出力，i
gij
为第j次采样中支路i短路电流裕度指标，r
ij
为第j次采样中支路i短路电流风险裕度指标。
[0148]
并通过下式计算支路短路电流风险裕度指标：
[0149][0150]
第三计算子模块通过下式计算第j次采样中系统短路电流风险裕度指标：
[0151][0152]
式中，αi为支路i重要程度，r
sj
为第j次采样中系统短路电流风险裕度指标。
[0153]
并通过下式计算系统短路电流风险裕度指标：
[0154][0155]
式中，r
sj
为第j次采样中系统短路电流风险裕度指标，n为采样次数，j为采样编号，s代表系统。
[0156]
一种配电网短路风险评估系统，还包括：光伏电站出力模型构建模块，用于构建光伏电站出力模型，具体如下：
[0157]
获取光伏电站的太阳能电池板收集的小时平均光照强度数据作为分布式光伏的光照强度和各分布式光伏电站出力历史统计数据；
[0158]
由分布式光伏的光照强度和各分布式光伏电站出力历史统计数据得到光伏电站光伏出力与光照强度之间的关系；
[0159]
由所述光伏电站光伏出力与光照强度之间的关系构建所述光伏电站出力模型。
[0160]
光伏电站出力模型如下：
[0161][0162]
式中，p
r pvg
为光伏的额定容量，φ
pvg
为光伏的功率因数角；p
pvg
为光伏有功出力；q
pvg
为光伏无功出力。
[0163][0164]
式中，ir为额定的光照强度，i为表示一段时间内某时刻的实际光照强度。
[0165]
还包括：概率分布模型构建模块，用于构建概率分布模型，具体包括：
[0166]
获取光伏电站的太阳能电池板收集的小时平均光照强度数据作为分布式光伏的光照强度历史统计数据；
[0167]
采用beta分布对分布式光伏的光照强度分布进行建模得到。
[0168]
所述的beta分布的表达式为：
[0169][0170]
式中：i表示一段时间内某时刻的实际光照强度，i
max
表示一段时间内的最大光照强度，α和β为beta分布的形状参数。
[0171]
所述光照强度beta分布的形状参数可以由一段时间内光照强度的均值μ和方差σ2计算得到，对应关系如下所示：
[0172][0173][0174]
为了描述方便，以上装置的各部分以功能分为各模块或单元分别描述。当然，在实施本发明时可以把各模块或单元的功能在同一个或多个软件或硬件中实现。
[0175]
实施例3：
[0176]
基于同一发明构思，本发明再一个实施例中，提供了一种计算设备，该计算设备包括处理器以及存储器，所述存储器用于存储计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述处理器用于执行所述计算机存储介质存储的程序指令。处理器可能是中央处理单元(central processing unit，cpu)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(digital signal processor、dsp)、专用集成电路(application specific integrated circuit，asic)、现成可编程门阵列(field-programmable gatearray，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等，其是终端的计算核心以及控制核心，其适于实现一条或一条以上指令，具体适于加载并执行计算机存储介质内一条或一条以上指令从而实现相应方法流程或相应功能；本发明实施例所述的处理器可以用于执行一种配电网短路风险评估方法的步骤。
[0177]
实施例4：
[0178]
基于同一发明构思，本发明再一个实施例中，本发明还提供了一种存储介质，具体为计算机可读存储介质(memory)，所述计算机可读存储介质是计算机设备中的记忆设备，用于存放程序和数据。可以理解的是，此处的计算机可读存储介质既可以包括计算机设备中的内置存储介质，当然也可以包括计算机设备所支持的扩展存储介质。计算机可读存储介质提供存储空间，该存储空间存储了终端的操作系统。并且，在该存储空间中还存放了适于被处理器加载并执行的一条或一条以上的指令，这些指令可以是一个或一个以上的计算机程序(包括程序代码)。需要说明的是，此处的计算机可读存储介质可以是高速ram存储器，也可以是非不稳定的存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。可由处理器加载并执行计算机可读存储介质中存放的一条或一条以上指令，以实现上述实施例中一种配电网短路风险评估方法的相应步骤。
[0179]
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产
品的形式。
[0180]
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0181]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0182]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0183]
以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在发明待批的本发明的权利要求范围之内。