一种基于节点等效的有源配电网电压越限风险分析方法与流程

文档序号：11927824阅读：424来源：国知局

本发明涉及一种分析方法，具体涉及一种基于节点等效的有源配电网电压越限风险分析方法。

背景技术：

随着能源和环境问题的日益加剧，新能源和可再生能源发电技术获得了快速发展，促进利用可再生能源且为集中式发电有效补充的分布式发电技术也得到了越来越广泛的应用。作为分布式发电技术的重要代表，在有源配电网中，光伏发电系统以规模小、易装设、分散灵活、能源清洁等优势发展最为突出。但是随着光伏系统渗透率的不断升高，由于其受环境影响较大，功率输出具有很强的随机性和波动性，对用户带来一系列电能质量问题。尤其是高渗透率光伏系统可能造成有源配电网出现过电压状况，使得电压越限风险更加突出和复杂。

对于含负荷及光伏发电双重不确定因素的有源配电网来说，对其进行电压越限风险分析计算已由确定性计算问题转化为随机性计算问题，由概率潮流取代传统的确定性潮流计算完成含不确定性模型的分析计算。这种方法充分考虑了负荷和光伏系统的功率概率模型特性，相对于确定性模型特殊点对应的离散值，更能够表征电压在可能取值上的整体形态特征。求解概率潮流的方法主要包含模拟法、解析法和近似法。其中模拟法通过大量的抽样来模拟各种不确定因素及其组合，从理论上讲其可以使用准确的非线性潮流计算方法，且可以考虑不确定因素之间的相关性，因此计算准确性的局限性最小。但是其存在计算量过大、耗时长等问题，制约了其在实际运行中的应用。解析法需要在近似线性化的基础上进行大量的卷积运算。而近似法可直接求取目标函数的概率统计特征，但对正态概率分布之外的概率分布类型存在一定误差。

在有源配电网中若考虑到各节点负荷和多个光伏单元多维不确定模型时，并无法保证节点电压的电压分布规律一定满足正态分布。因此无论是采用更为准确的模拟法，还是选择具有一定局限性的解析法和近似法都不能避免计算量过大或是计算误差较大的缺陷。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种基于节点等效的有源配电网电压越限风险分析方法，充分考虑负荷和分布式电源的随机特性，进行有源配电网电压越限概率分析计算，在实际运行中对有源配电网进行电能质量评估，并依据评估分析结果进行相应控制。

为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：

本发明提供一种基于节点等效的有源配电网电压越限风险分析方法，所述分析方法包括以下步骤：

步骤1：建立节点等效负荷概率模型，并结合光伏系统光照强度随机模型，建立有源配电网等效状态模型；

步骤2：对各等效节点离散状态进行随机潮流计算，并根据随机潮流结果计算各等效节点离散状态下电压越限概率；

步骤3：在离线数据库中查找节点负荷实际运行状态下节点等效状态参数的相邻值，并计算节点负荷实际运行状态下的电压越限概率。

所述步骤1包括以下步骤：

步骤1-1：选取有源配电网中各节点最大负荷状态，建立节点等效负荷概率模型；

步骤1-2：结合光伏系统光照强度随机模型，建立有源配电网等效状态模型。

所述步骤1-1中，建立节点等效负荷概率模型包括：

假设节点h和节点k是任意两个相邻节点，节点h和节点k形成线路hk，有：

其中，表示节点h和节点k之间的压降矢量，表示线路hk的电流矢量，R_hk表示线路hk的电阻，X_hk表示线路hk的电抗，表示节点k电势矢量，表示流过节点k的复功率；

忽略线路损耗，则表示为：

其中，j＝1,2,…,N_k，N_k表示从线路hk首端看进去有源配电网中节点k之后的所有节点集合，表示节点j的负荷复功率；

假设表示有源配电网的额定电压矢量，E_n表示有源配电网的额定电压矢量幅值，于是又表示为：

其中，表示的共轭，表示线路hk的阻抗矢量；

因此，对于有源配电网中任一等效节点i，有：

其中，表示等效节点i与有源配电网中母线之间的压降矢量，L_i表示等效节点i与有源配电网中母线之间所有线路集合，表示的共轭；

如果有源配电网中只存在等效节点i带负荷，则又可表示为：

其中，表示等效节点i与有源配电网中母线之间的阻抗之和，表示的共轭，表示等效节点i的复功率；

由于负荷功率具有随机波动性，于是各节点负荷有功功率短期波动和无功功率短期波动均满足正态分布，于是由式(5)和(6)得到：

且有：

其中，a_hk表示的实部，b_hk表示的虚部；P_k表示有源配电网中节点k之后的所有节点有功负荷之和，即P_j表示节点j的有功负荷；Q_k表示有源配电网中节点k之后的所有节点无功负荷之和，即Q_j表示节点j的无功负荷；

于是由正态分布的线性定律可得：

其中，E(P_eqi)表示等效节点i的等效有功负荷期望，E(Q_eqi)表示等效节点i的等效无功负荷期望，P_eqi表示等效节点i的等效有功负荷，Q_eqi表示等效节点i的等效无功负荷，E(P_j)表示节点j的有功负荷期望，E(Q_j)表示节点j的无功负荷期望；

由于式(10)不满足随机变量独立性，将其变形为：

且有：

其中，N_node表示有源配电网中负荷节点集合，m＝1,2,…,N_node；表示的共轭，表示负荷节点m的复功率；L_m表示负荷节点m所在线路与L_i上存在距负荷节点m最近的交点时母线到该交点之间所有线路集合；P_m表示负荷节点m的有功负荷，Q_m表示负荷节点m的无功负荷；c_m和d_m分别表示的实部和虚部；

于是有：

其中，σ(P_eqi)表示等效节点i的等效有功负荷标准差，σ(Q_eqi)表示等效节点i的等效无功负荷标准差，D(P_eqi)表示等效节点i的等效有功负荷方差，D(Q_eqi)表示等效节点i的等效无功负荷方差，D(P_m)表示负荷节点m的有功负荷方差，D(Q_m)表示负荷节点m的无功负荷方差。

所述步骤1-2中，光伏系统光照强度随机模型中，太阳光照强度服从Beta分布，太阳光照强度期望用E(S)表示，于是有源配电网等效状态模型表示为：

{E(S),E(P_eqi),σ(P_eqi),E(Q_eqi),σ(Q_eqi)} (14)

其中，σ(P_eqi)表示等效节点i的等效有功负荷标准差，σ(Q_eqi)表示等效节点i的等效无功负荷标准差，E(P_eqi)表示等效节点i的等效有功负荷期望，E(Q_eqi)表示等效节点i的等效无功负荷期望。

所述步骤2包括以下步骤：

步骤2-1：选取有源配电网中各等效节点离散状态；

步骤2-2：采用拉丁超立方采样对各等效节点离散状态进行随机潮流计算，得到随机潮流结果；

步骤2-3：根据随机潮流结果，并采用大数定理计算各等效节点离散状态下电压越限概率；

步骤2-4：将各等效节点离散状态下电压越限概率保存至离线数据库。

所述步骤3包括以下步骤：

步骤3-1：获取各节点负荷实际运行状态和光伏系统实际运行状态；

步骤3-2：在离线数据库中查找节点负荷实际运行状态下节点等效状态参数的相邻值；

步骤3-3：采用多维Lagrange插值法计算节点负荷实际运行状态下的电压越限概率，并对电压越限风险进行分析。

所述步骤3-2中，节点等效状态参数包括太阳光照强度期望E(S)、等效节点i的等效有功负荷期望E(P_eqi)、等效节点i的等效有功负荷标准差σ(P_eqi)、等效节点i的等效无功负荷期望E(Q_eqi)和等效节点i的等效无功负荷标准差σ(Q_eqi)。

所述步骤3-3包括以下步骤：

步骤3-3-1：采用多维Lagrange插值法计算节点负荷实际运行状态下电压越限概率，包括：

假设E(S),E(P_eqi),σ(P_eqi),E(Q_eqi),σ(Q_eqi)在离线数据库中查找到的下行相邻数分别为E⁰(S),E⁰(P_eqi),σ⁰(P_eqi),E⁰(Q_eqi),σ⁰(Q_eqi)，在离线数据库中查找到的上行相邻数分别为E¹(S),E¹(P_eqi),σ¹(P_eqi),E¹(Q_eqi),σ¹(Q_eqi)，则获得相邻数对应的电压越限概率f，有：

其中，j₁,j₂,...,j₅分别表示E(S),E(P_eqi),σ(P_eqi),E(Q_eqi),σ(Q_eqi)的状态索引，取值均为0或1，即：

j₁,j₂,...,j₅取0时，分别表示E(S),E(P_eqi),σ(P_eqi),E(Q_eqi),σ(Q_eqi)的下行相邻数；

j₁,j₂,...,j₅取1时，分别表示E(S),E(P_eqi),σ(P_eqi),E(Q_eqi),σ(Q_eqi)的上行相邻数；

用表示E(S)的第j₁个插值基函数，即j₁取0时，表示E(S)的第0个插值基函数l₀(E(S))；j₁取1时，表示E(S)的第1个插值基函数l₁(E(S))；l₀(E(S))和l₁(E(S))分别表示为：

用表示E(P_eqi)的第j₂个插值基函数，即j₂取0时，表示E(P_eqi)的第0个插值基函数l₀(E(P_eqi))；j₂取1时，表示E(P_eqi)的第1个插值基函数l₁(E(P_eqi))；l₀(E(P_eqi))和l₁(E(P_eqi))分别表示为：

用表示σ(P_eqi)的第j₃个插值基函数，即j₃取0时，表示σ(P_eqi)的第0个插值基函数l₀(σ(P_eqi))；j₃取1时，表示σ(P_eqi)的第1个插值基函数l₁(σ(P_eqi))；l₀(σ(P_eqi))和l₁(σ(P_eqi))分别表示为：

用表示E(Q_eqi)的第j₄个插值基函数，即j₄取0时，表示E(Q_eqi)的第0个插值基函数l₀(E(Q_eqi))；j₄取1时，表示E(Q_eqi)的第1个插值基函数l₁(E(Q_eqi))；l₀(E(Q_eqi))和l₁(E(Q_eqi))分别表示为：

用表示σ(Q_eqi)的第j₅个插值基函数，即j₅取0时，表示σ(Q_eqi)的第0个插值基函数l₀(σ(Q_eqi))；j₅取1时，表示σ(Q_eqi)的第1个插值基函数l₁(σ(Q_eqi))；l₀(σ(Q_eqi))和l₁(σ(Q_eqi))分别表示为：

于是，得到节点负荷实际运行状态下的电压越限概率，有：

其中，f(E(S),E(P_eqi),σ(P_eqi),E(Q_eqi),σ(Q_eqi))表示节点负荷实际运行状态下的电压越限概率；

步骤3-3-2：根据f(E(S),E(P_eqi),σ(P_eqi),E(Q_eqi),σ(Q_eqi))对电压越限风险进行分析，具体有：f(E(S),E(P_eqi),σ(P_eqi),E(Q_eqi),σ(Q_eqi))越大，电压越限风险越大。

与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有以下有益效果：

1)本发明利用节点等效方法简化了考虑负荷和光伏系统随机特性的有源配电网运行状态参数，利用单个节点的等效负荷概率模型来表征整个系统负荷综合作用对该节点电压的影响；

2)本发明利用简化后的各节点等效状态参数数量较少且能够表征系统各种运行状态对该节点电压综合影响效果的特点，提出可根据节点特性选取有源配电网中各等效节点离散状态进行离线计算并生成相应数据库，为在线快速分析提供参考计算样本；

3)本发明提出在配电网实际运行中，利用节点等效原理计算应此的各节点随机参数，即可在离线数据库中查找相邻值，形成多组离散状态从而进行快速多维Lagrange插值法计算获得节点电压越限概率，与利用各类随机潮流方法且同时考虑多个随机变量的直接求解方法比较，本方法更有利于快速在线分析计算，且具有较高准确性；

4)本发明有效解决在实际运行时快速准确的计算有源配电网各节点电压越限概率的问题。

附图说明

图1是本发明实施例中采用大数定理计算各等效节点离散状态下电压越限概率流程图；

图2是本发明实施例中采用多维Lagrange插值法计算节点负荷实际运行状态下电压越限概率流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

本发明提供一种基于节点等效的有源配电网电压越限风险分析方法，采用离线计算和在线分析相结合的方法，解决在实际运行时快速准确的计算配电网各节点电压越限概率的问题。

(1)简化考虑负荷和分布式电源随机特性的配电系统运行状态参数，使其有利于离线计算时典型状态的选取和在线分析时实际运行状态的映射；

(2)根据简化后的配电系统运行状态参数，通过对典型离散状态进行选取和基于模拟法的随即潮流计算，形成离线的典型状态与电压越限概率分析结果数据库，为在线运行时的快速计算奠定基础；

(3)根据节点等效原理将实际运行特性等效为简化后的运行参数，并在离线数据库中查找各等效运行参数相邻值，最终通过多维插值的方式快速计算实际运行时的电压越限概率。