一种计及三相不平衡的农网低压台区屋顶光伏并网方法与流程

1.本发明涉及一种计及三相不平衡的农网低压台区屋顶光伏并网方法，属于电力系统技术领域。


背景技术：

2.新型电力系统是以新能源为主体的电力系统，电源结构从可控、连续出力的煤电装机主导向强不确定性、弱可控处理的新能源发电装机占主导转变。随着以新能源为主体的新型电力系统建设的推进，越来越多的分布式光伏接入农村电网，我国乡村分布式光伏发电还将逐年大幅增长，农村配电系统将由原来的放射状无源网络变为具有大量分布式电源的有源网络。乡村大规模发展分布式光伏发电，传统的农村电网将存在以下问题：
3.1.大规模分布式光伏接入后对低压台区电网电能质量的影响，如三相不平衡度、电压偏差等；
4.2.以农村电网为主的地区，由于区域负荷特性与光伏电源出力特性不匹配，导致消纳存在困难，需要进行改造提升或新增变电容量；
5.3.对电网自动化和继电保护的影响。例如在系统故障时，系统和光伏都会提供短路电流，可能导致继电装置误动等问题。
6.与此同时，由于低压配电网管理方式尚待完善和各用户负荷差异，大量低压配电网中存在系统负荷三相不平衡的问题，随着分布式光伏、尤其是单相光伏的广泛接入，将进一步加剧低压配电网的三相不平衡问题，为台区运行带来较大的风险。
7.现阶段，低压台区内的分布式光伏并网技术少有标准的研究方法，且不能解决三相不平衡的问题，不能适用农网低压台区屋顶光伏并网。


技术实现要素：

8.本发明目的是提供一种计及三相不平衡的农网低压台区屋顶光伏并网方法，以低压台区配电柜或杆塔作为评估节点，结合台区拓扑结构和用电历史行为实现了对屋顶光伏开发规模评估、逐节点精细化的并网需求预测和并网规划，在规划阶段即可最小化全村屋顶光伏开发对台区三相潮流不平衡度的影响，实现对实际工程规划的决策支撑，解决了背景技术中存在的问题。
9.本发明的技术方案是：
10.一种计及三相不平衡的农网低压台区屋顶光伏并网方法，包含如下步骤：
11.①
获取光伏典型日出力曲线，对台区屋顶光伏开发规模进行评估；
12.②
光伏并网相位优化需求评估，梳理屋顶光伏开发项目清单，进行并网节点规划，区分三相并网项目集和单相并网项目集，依据单相并网项目集各项装机规模，形成单相并网项目序列p；
13.③
采用三相不平衡潮流进行计算；
14.④
依序优化单相并网项目序列p项目并网相位。
15.具体步骤如下：
16.所述步骤
①
中，光伏典型日出力曲线评估，可依据本地分布式光伏项目历史发电数据进行聚类分析并获取标幺化的光伏典型日出力曲线，也可采用专业光伏资源评估软件或平台，依据气象数据分析获取标幺化的光伏典型日出力曲线；标幺化光伏典型日出力曲线区分24个时段，每个时段t包含一个数值，即单位装机(1kwp)屋顶光伏项目在时段t内的平均发电功率p
t
(kw)，取值范围为0到1。
17.所述台区屋顶光伏开发规模评估包含建筑屋顶光伏装机估算和建筑屋顶光伏并网节点分配。
18.所述步骤
②
以低压台区配电柜或杆塔为评估节点，评估低压台区屋顶光伏开发各节点和总体规模；
19.台区内共有m个评估节点，构成评估节点集b：
20.b:{b1,b2,
…
,bm,
…
,bm}
21.台区内共有x栋待评估建筑，构成待评估建筑集b：
22.b:{b1,b2,
…
,b
x
,
…
,b
x
}
23.以卫星高清地图，通过图像识别各建筑屋顶b
x
占地面积为考虑建筑屋顶承重构建、空调、水箱和农业生产功能所需面积，结合屋顶光伏可利用面积系数σ，估算各建筑屋顶光伏开发有效面积
[0024][0025]
单位屋顶面积(1m2)光伏装机为pu(kwp)，由此可得各建筑b
x
可安装屋顶光伏装机容量
[0026][0027]
全村光伏开发采用多点接入，逆变器出线多点就近t接至低压线路，参考低压台区地理接线图中评估节点集b中各评估节点bm的地理分布研究各建筑b
x
的屋顶光伏并网节点，以并网节点与建筑b
x
之间直线距离最短为标准，确定各建筑b
x
屋顶光伏对应并网节点；
[0028]
形成各建筑屋顶光伏装机并网节点分配结果后，以m
×
x矩阵mx表示，若建筑b
x
的屋顶光伏将并网至节点bm，对应光伏装机为则矩阵中第m
×
x项为否则为0；一个建筑b
x
的屋顶光伏仅能有且有一个并网节点；
[0029][0030]
依据光伏并网项目装机规模，在考虑光伏装机和逆变器容配比的条件下，可区分三相并网项目集和单相并网项目集。
[0031]
所述逆变器容配比γ由典型日出力曲线确定：
[0032][0033]bx
的屋顶光伏组件装机为则可以对应项目逆变器额定容量为
[0034][0035]
依据各个建筑b
x
的逆变器额定装机容量大于8kw则属于三相并网项目集，则属于单相并网项目集；三相并网的光伏并网需求无需优化，以三相四线制并网并且三相均衡输出功率参与潮流模拟计算，单相并网项目集中各项目将依据逆变器装机容量由大到小进行排序，形成单相并网项目序列p；
[0036]
p:{p1,p2,
…
,pn,
…
,pn}
[0037]
光伏并网优化对单相并网项目序列p中各个项目的光伏并网相位进行依序优化，以求改善台区三相不平衡问题。
[0038]
所述步骤
③
中，以负序电压不平衡度作为主要指标：
[0039][0040]
依托opendss软件，参考台区网架拓扑结构、各用户典型场景三相不平衡负荷曲线和已有分布式发电设施出力曲线，采用三相不平衡潮流进行计算；
[0041]
场景s区分24个时段、每时段1小时，从而可计算各评估节点bm对应时段t的负序电压不平衡度并由场景s下节点bm所有时段t的负序电压不平衡度的方均根值作为节点bm的负序电压不平衡度
[0042][0043]
场景s的负序电压不平衡度
[0044][0045]
则等于各节点负序电压不平衡度之和。
[0046]
所述步骤
④
依序优化单相并网项目序列p项目并网相位分为两个阶段：
[0047]
阶段一：以枚举法优化单相并网项目序列p中装机容量中位数以上项目并网相位，获取场景下综合不平衡度最低的并网策略，作为相应项目并网相位；
[0048]
阶段二：考虑阶段一并网策略条件下，以枚举法优化单相并网项目序列p中装机容量中位数及以下项目并网相位，获取场景下综合不平衡度最低的并网策略，作为相应项目
并网相位。
[0049]
本发明的有益效果是：以低压台区配电柜或杆塔作为评估节点，结合台区拓扑结构和用电历史行为实现了对屋顶光伏开发规模评估、逐节点精细化的并网需求预测和并网规划，在规划阶段即可最小化全村屋顶光伏开发对台区三相潮流不平衡度的影响，实现对实际工程规划的决策支撑。
附图说明
[0050]
图1为本发明流程图；
[0051]
图2为本发明光伏典型日出力曲线图。
具体实施方式
[0052]
以下结合附图，通过实施例对本发明做进一步的说明。
[0053]
一种计及三相不平衡的农网低压台区屋顶光伏并网方法，包含如下步骤：
[0054]
①
获取光伏典型日出力曲线，对台区屋顶光伏开发规模进行评估；
[0055]
②
光伏并网相位优化需求评估，梳理屋顶光伏开发项目清单，进行并网节点规划，区分三相并网项目集和单相并网项目集，依据单相并网项目集各项装机规模，形成单相并网项目序列p；
[0056]
③
采用三相不平衡潮流进行计算；
[0057]
④
依序优化单相并网项目序列p项目并网相位。
[0058]
具体步骤如下：
[0059]
所述步骤
①
中，光伏典型日出力曲线评估，可依据本地分布式光伏项目历史发电数据进行聚类分析并获取标幺化的光伏典型日出力曲线，也可采用专业光伏资源评估软件或平台，依据气象数据分析获取标幺化的光伏典型日出力曲线；标幺化光伏典型日出力曲线区分24个时段，每个时段t包含一个数值，即单位装机(1kwp)屋顶光伏项目在时段t内的平均发电功率p
t
(kw)，取值范围为0到1。
[0060]
所述台区屋顶光伏开发规模评估包含建筑屋顶光伏装机估算和建筑屋顶光伏并网节点分配。
[0061]
所述步骤
②
以低压台区配电柜或杆塔为评估节点，评估低压台区屋顶光伏开发各节点和总体规模；
[0062]
台区内共有m个评估节点，构成评估节点集b：
[0063]
b:{b1,b2,
…
,bm,
…
,bm}
[0064]
台区内共有x栋待评估建筑，构成待评估建筑集b：
[0065]
b:{b1,b2,
…
,b
x
,
…
,b
x
}
[0066]
以卫星高清地图，通过图像识别各建筑屋顶b
x
占地面积为考虑建筑屋顶承重构建、空调、水箱和农业生产功能所需面积，结合屋顶光伏可利用面积系数σ，估算各建筑屋顶光伏开发有效面积
[0067]
[0068]
单位屋顶面积(1m2)光伏装机为pu(kwp)，由此可得各建筑b
x
可安装屋顶光伏装机容量
[0069][0070]
全村光伏开发采用多点接入，逆变器出线多点就近t接至低压线路，参考低压台区地理接线图中评估节点集b中各评估节点bm的地理分布研究各建筑b
x
的屋顶光伏并网节点，以并网节点与建筑b
x
之间直线距离最短为标准，确定各建筑b
x
屋顶光伏对应并网节点；
[0071]
形成各建筑屋顶光伏装机并网节点分配结果后，以m
×
x矩阵mx表示，若建筑b
x
的屋顶光伏将并网至节点bm，对应光伏装机为则矩阵中第m
×
x项为否则为0；一个建筑b
x
的屋顶光伏仅能有且有一个并网节点；
[0072][0073]
依据光伏并网项目装机规模，在考虑光伏装机和逆变器容配比的条件下，可区分三相并网项目集和单相并网项目集。
[0074]
所述逆变器容配比γ由典型日出力曲线确定：
[0075][0076]bx
的屋顶光伏组件装机为则可以对应项目逆变器额定容量为
[0077][0078]
依据各个建筑b
x
的逆变器额定装机容量大于8kw则属于三相并网项目集，则属于单相并网项目集；三相并网的光伏并网需求无需优化，以三相四线制并网并且三相均衡输出功率参与潮流模拟计算，单相并网项目集中各项目将依据逆变器装机容量由大到小进行排序，形成单相并网项目序列p；
[0079]
p:{p1,p2,
…
,pn,
…
,pn}
[0080]
光伏并网优化对单相并网项目序列p中各个项目的光伏并网相位进行依序优化，以求改善台区三相不平衡问题。
[0081]
所述步骤
③
中，以负序电压不平衡度作为主要指标：
[0082]
[0083]
依托opendss软件，参考台区网架拓扑结构、各用户典型场景三相不平衡负荷曲线和已有分布式发电设施出力曲线，采用三相不平衡潮流进行计算；
[0084]
场景s区分24个时段、每时段1小时，从而可计算各评估节点bm对应时段t的负序电压不平衡度并由场景s下节点bm所有时段t的负序电压不平衡度的方均根值作为节点bm的负序电压不平衡度
[0085][0086]
场景s的负序电压不平衡度
[0087][0088]
则等于各节点负序电压不平衡度之和。
[0089]
所述步骤
④
依序优化单相并网项目序列p项目并网相位分为两个阶段：
[0090]
阶段一：以枚举法优化单相并网项目序列p中装机容量中位数以上项目并网相位，获取场景下综合不平衡度最低的并网策略，作为相应项目并网相位；
[0091]
阶段二：考虑阶段一并网策略条件下，以枚举法优化单相并网项目序列p中装机容量中位数及以下项目并网相位，获取场景下综合不平衡度最低的并网策略，作为相应项目并网相位。
[0092]
本实施例中，一种计及三相不平衡的农网低压台区屋顶光伏并网方法，包含如下步骤：
[0093]
(1)光伏典型日出力曲线评估
[0094]
本发明不规定光伏典型日出力曲线评估方法，可依据本地分布式光伏项目历史发电数据进行聚类分析并获取标幺化的光伏典型日出力曲线，亦可采用专业光伏资源评估软件或平台，依据气象数据分析获取标幺化的光伏典型日出力曲线。
[0095]
本发明所用的标幺化光伏典型日出力曲线区分24个时段，每个时段t包含一个数值，即单位装机(1kwp)屋顶光伏项目在时段t内的平均发电功率p
t
(kw)，取值范围为0到1。
[0096]
(2)屋顶光伏开发项目清单梳理和并网节点规划，并形成单相并网项目序列
[0097]
本发明以低压台区配电柜或杆塔作为评估节点，评估低压台区屋顶光伏开发各节点和总体规模。
[0098]
台区内共有m个评估节点，构成评估节点集b：
[0099]
b:{b1,b2,
…
,bm,
…
,bm}
[0100]
台区内共有x栋待评估建筑，构成待评估建筑集b：
[0101]
b:{b1,b2,
…
,b
x
,
…
,b
x
}
[0102]
以卫星高清地图，通过图像识别各建筑屋顶b
x
占地面积为考虑建筑屋顶承重构建、空调、水箱、农业生产等功能所需面积，结合屋顶光伏可利用面积系数σ，估算各建筑
屋顶光伏开发有效面积屋顶光伏开发有效面积
[0103]
单位屋顶面积(1m2)光伏装机为pu(kwp)，由此可得各建筑b
x
可安装屋顶光伏装机容量
[0104][0105]
全村光伏开发多采用多点接入，逆变器出线多点就近t接至低压线路。参考低压台区地理接线图中评估节点集b中各评估节点bm的地理分布研究各建筑b
x
的屋顶光伏并网节点，以并网节点与建筑b
x
之间直线距离最短为标准，确定各建筑b
x
屋顶光伏对应并网节点。
[0106]
上述方法可形成各建筑屋顶光伏装机并网节点分配结果，以m
×
x矩阵mx表示，若建筑b
x
的屋顶光伏将并网至节点bm，对应光伏装机为则矩阵中第m
×
x项为否则为0。一个建筑b
x
的屋顶光伏仅能有且有一个并网节点。
[0107][0108]
8kw以下并网需求以220v并网，8kw至20kw并网需求以380v三相并网，单个20kw以上的并网需求，可考虑以380v三相并网或选择公用柱上变压器低压专线接入方案。因此，依据光伏并网项目装机规模，在考虑光伏装机和逆变器容配比的条件下，可区分三相并网项目集和单相并网项目集。
[0109]
本地逆变器容配比γ参考(1)中典型日出力曲线确定：
[0110][0111]bx
的屋顶光伏组件装机为则可以对应项目逆变器额定容量为
[0112][0113]
依据各个建筑b
x
的逆变器额定装机容量大于8kw则属于三相并网项目集，则属于单相并网项目集。三相并网的光伏并网需求无需优化，以三相四线制并网并且三相均衡输出功率参与潮流模拟计算。单相并网项目集中各项目将依据逆变器装机容量由大到小进行排序，形成单相并网项目序列p。
[0114]
p:{p1,p2,
…
,pn,
…
,pn}
[0115]
光伏并网优化对单相并网项目序列p中各个项目的光伏并网相位进行依序优化，以求改善台区三相不平衡问题。
[0116]
(3)台区三相不平衡水平方法
[0117]
三相不平衡评估方法参照《gb/t 15543-2008电能质量三相电压不平衡》，以负序电压不平衡度作为主要指标：
[0118][0119]
潮流计算依托opendss软件，参考台区网架拓扑结构、各用户典型场景三相不平衡负荷曲线和已有分布式发电设施出力曲线，采用三相不平衡潮流进行计算。
[0120]
场景s区分24个时段、每时段1小时，从而可计算各评估节点bm对应时段t的负序电压不平衡度并由场景s下节点bm所有时段t的负序电压不平衡度的方均根值作为节点bm的负序电压不平衡度
[0121][0122]
场景s的负序电压不平衡度则等于各节点负序电压不平衡度之和。
[0123][0124]
(4)依序优化单相并网项目序列p项目并网相位
[0125]
阶段一：
[0126]
对p1至p
n/2
(向下取整)并网需求的并网相位进行全局优化，任意单相光伏并网需求可并网相位为a相、b相或c相，方法以枚举法梳理p1至p
n/2
项目可能并网策略，共个并网策略，以策略sz下场景负序电压不平衡度作为个策略主要比较参数。p1至p
n/2
并网需求的最优并网策略s
opt
,则为z个策略中最小的策略，至此确定p1至p
n/2
项目并网相位。
[0127]
阶段二：
[0128]
在阶段一成果基础上，首先完成对p1至p
n/2
(向下取整)并网建模，再对至pn并网相位进行全局优化。任意单相光伏并网需求可并网相位为a相、b相或c相，方法以枚举法梳理至pn项目可能并网策略，共个并网策略，以策略sz下各节点负序电压不平衡度作为个策略主要比较参数。至pn并网需求的最优并网策略s
opt
,则为z个策略中最小的策略，至此完成p1至pn所有项目并网相位优化。