一种考虑光伏接入的配电网模型构建方法

本发明涉及一种电力系统建模领域，特别涉及一种考虑光伏接入的配电网模型构建方法。

背景技术：

1、在分布式能源发电中，光伏发电占有非常重要的比例，光伏发电具有低成本，潜力大，环保等特点，在低碳能源发展中占据优势。相比于城市来说，我国农村地区有大量的闲置房屋，适合建设光伏电站。江亿院士指出农村各类闲置屋顶可安装1970gw光伏，年发电量2.95万亿kwh，可满足农村各类用能还有余量。巨大的潜力使得人们把目光都投向了农村光伏安装，然而，农村地区电力系统相对薄弱，很多落后村镇的电网设施难以满足日益增长的电力需求量，且农网布置错综复杂，多级电网共存，配线不规范，缺少必要保护，电线乱拉乱接，给分布式光伏的并网带来了很大的困难。不仅如此，分布式光伏的接入改变了传统电网单电源潮流分布特性，因为光伏出力的随机性、间歇性、波动性等问题对原本薄弱的农村配电网电能质量问题影响较大，电压越限和网损较高是影响电能质量的突出问题。

2、应对光伏接入农网引发的诸多问题，国内外有不少学者进行了研究，但目前多数光伏接入电网的研究只针对影响电能质量的单一问题，欠缺多种电能质量问题的综合考量，也缺乏对用户侧用能的精确计算和合理分析。除此以外，大多数电学模型，都是未考虑实际情况的理论模型，较少有根据真实台区状况建立的实际模型，这些都会造成电能质量分析结果的误差，进而影响优化结果的合理性。

技术实现思路

1、本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种考虑光伏接入的配电网模型构建方法。本发明旨在应对分布式光伏电源大量并入农村台区电网所引发的电能质量问题，通过构建合理的仿真模型，以此来获得各节点电压电流等相关电学参数，为后续优化算法的运行和结果的合理性说明提供相应基础。

2、本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种考虑光伏接入的配电网模型构建方法，包括：建筑电负荷建模、光伏组件建模、变压器建模、光伏逆变器建模和模型连接。

3、将台区内农村住宅依据建筑构造、围护结构类型的差异分类。采用热舒适度期望值进行能耗分析人员密度根据用户面积和实际人口数情况进行计算，设置内扰量指标，总结人员、设备、照明随时间变化情况。

4、考虑到农村地区已经逐渐摒弃了利用燃烧煤碳、秸秆等传统方法生产生活热水。大多数生活热水的产生来源于电加热，将生活热水纳入建筑负荷的计算之中。建筑生活热水负荷下式计算：

5、

6、上式中：qh——农村建筑生活热水设计小时耗热量(kj/h)；

7、kh——农村建筑生活热水小时变化系数；

8、m——农村单体建筑人数；

9、qr——生活热水单人用水量[l/(人·d)]；

10、tr——农村用生活热水水温(℃)，取值60℃；

11、c——水的比热容[kj/(kg·℃)]，取值4.2kj/(kg·℃)；

12、t1——冷水水温(℃)，取值15℃；

13、ρr——农村用生活热水密度(kg/l)，取值0.98kg/l；

14、t——日用水小时数(h)，取值24h；

15、cγ——系统热损系数，取值1.1；

16、进一步地，光伏组件建模方法为：

17、光伏组件发电量按下式计算：

18、

19、上式中：ppv，s——光伏组件的实际发电量，w/块；

20、pstc——测试工况下，光伏组件的峰值发电量，w/块；

21、φ——光伏组件温度系数，℃-1；

22、tb——光伏组件实际工况下温度，℃；

23、tstc——测试工况下，光伏组件表面温度，℃；

24、iθ——光伏表面接收的实际太阳辐照度，计算式见下式，w/m2；

25、istc——测试工况下的太阳辐照度，一般取1000，w/m2；

26、iθ＝idθ+idθ+irθ

27、上式中：iθ——光伏斜面上接收的总辐照度，w/m2；

28、idθ——光伏斜面上接收的直射辐照度，w/m2；

29、idθ——光伏斜面上接收的散射辐照度，w/m2；

30、irθ——光伏斜面上接收的地面反射辐照度，w/m2；

31、光伏斜面上接收的直射辐照度idθ按下式计算：

32、

33、上式中：in——太阳垂直直射辐照度，w/m2；

34、θ——太阳光线入射角，°；

35、δ——赤纬角，°；

36、φ——纬度，°；

37、s——分布式光伏倾角，同当地地理纬度取值为40°；

38、ω——时角，°；

39、γf——太阳方位角，°；

40、n——日期序号；

41、idh——太阳水瓶直射辐照度，w/m2；

42、αs——太阳高度角，°。

43、光伏斜面上的散射辐照度按下式计算：

44、idθ＝idh(1+cos s)/2

45、上式中：idh——水平面上的散射辐照度，w/m2。

46、光伏斜面上接收的地面反射辐照度按下式计算：

47、irθ＝ρg(idh+idh)(1-cos s)/2

48、上式中：ρg——地面反射率，本文取0.2。

49、光伏组件实际温度难以直接测量，因此一般取估测值，经验式由下式所示：

50、tb＝ta+0.03iθ

51、上式中：tb——实际工况下的环境温度，℃；

52、iθ——光伏斜面上接收的总辐照度，w/m2。

53、分布式光伏系统由多块光伏组件并列而成，其形成的光伏阵列并列发电向区域供能，光伏阵列总发电量由下式计算：

54、ppv＝npvppv，s/1000

55、式中：ppv，s——每块分布式光伏发电量，kw；

56、npv——每户分布式光伏系统组件块数，块。

57、进一步地，变压器建模方法为：

58、变压器低压电网侧输出总电流值应按下式计算：

59、

60、上式中：u1——高压侧电压，kv；

61、i1——高压侧电流，a；

62、u2——低压侧电压，kv。

63、进一步地，光伏逆变器建模方法为：

64、光伏逆变器输出电压电流关系式应按照下式计算：

65、ugrid＝un+jωlri2

66、上式中：ugrid——光伏逆变器输出电压，v；

67、un——逆变器内部逆变桥输出电压，v；

68、lr——滤波电压，v；

69、i2——输出电流，a。

70、进一步地，模型连接方法为：

71、基于上述组件及设备模型，按照拓扑结构将各节点负荷与分布式电源进行连接，建立系统仿真模型。

72、同一变压器下可分为多个分支；设置各支路线路模型，输入各支路阻抗和电抗；观测各用户发电及电气数据；为计算节点相关数据，需设置求解器，为减小影响，功率设置为总功率的千分之一，频率与配网相同(50hz)；电网使用无穷大电源等效。

73、在每个支路下建立用户，各分支用户数量可自定义，并同样设置求解器进行用户侧求解。

74、设置每户用户模型。负荷侧输入用户逐时电负荷，光伏侧输入光伏发电负荷，以流出电网方向为正，故光伏侧取负值。右侧对所得电压、电流值计算有功、无功功率，由于本方法不考虑相角影响，故只取单相电压，输出相应的电压及功率值。

75、示波器中可以查看各用户不同节点的电学参数，包括负荷和光伏侧的电压值、电流值、有功功率、无功功率、相位角等。