一种基于间歇性分布式电源波动的配电网暂态分析方法
【专利摘要】本发明提出一种基于间歇性分布式电源波动的配电网暂态分析方法，包括采集引起间歇性分布式电源波动的变量信息；计算引起间歇性分布式电源波动的各变量变化率，定义变量变化类型；测量获取不同变化类型下的配电网母线电压幅值、配电网系统频率，以及间歇性分布式电源输出的有功/无功功率，定义稳定指标，获取影响配电网暂态稳定性的占比；并依据高渗透率对配电网暂态稳定性的影响，判断配电网渗透率；该方法操作简便，为配电网暂态的稳定性控制提供依据，有效提高了间歇性分布式电源波动对配电网暂态的影响的准确性。
【专利说明】
-种基于间歇性分布式电源波动的配电网誓态分析方法
技术领域
[0001] 本发明属于微电网与智能配电网应用研究领域，具体设及一种基于间歇性分布式 电源波动的配电网暂态分析方法。
【背景技术】
[0002] 随着各种形式分布式电源、储能装置、微网，及电动汽车充放电设施等的接入，配 电网由传统的无源网络变成有源网络，在推动能源发展转型升级，降低化石燃料的使用，减 少碳排放，促进节能减排的同时对配电网规划设计、运行调度、控制保护、仿真分析等方面 带来诸多挑战。与传统配电网相比，有源配电网采用了大量的电力电子装置、控制与保护设 备等，其系统结构更加复杂；另一方面，随着大量分布式电源的接入，有源配电网的运行状 态会随着外部条件、拓扑结构、负荷需求的变化W及故障或扰动的发生而不断变化，其暂态 特性更加复杂。因此，通过仿真手段研究有源配电网的各种暂态行为，进而为配电网规划设 计、优化调度、故障自动定位和排除、谐波分析、短路电流计算、保护装置整定、物理系统的 试验与验证等提供支持，具有十分重要的意义和工程价值。
[0003] 间歇性分布式电源接入配电网在缓解环境污染和能源短缺压力的同时，也会给配 电网的安全运行分析带来新的挑战。未来的配电系统必须能接纳不同类型的分布式发电并 能进行合理的调度与控制。分布式发电是指直接安装在配电网或分布的负荷附近的发电设 施，能够经济、高效、可靠、稳定地发电。目前在光伏风机中所占比例越来越大，间歇性分布 式电源孤岛运行时，需要与储能装置互相配合供电，联网运行时，可独立接入配电网。由于 间歇性分布式电源具有随机性和波动性等不同，因此随着分布式电源大量接入，导致配电 网的潮流、电压、继电保护与传统的单一电源的配电网系统有了很多的区别。分散的光伏电 站和风电站一般采用IlOkV出线接入配电网，当运些电源相对于配电网的容量足够大时，将 视配电网为有源网络，使配电网的稳定性变得更加复杂。因此，有必要对间歇性分布式电源 接入配电网进行暂态分析。
【发明内容】
[0004] 为了满足上述需求，本发明提出一种基于间歇性分布式电源波动的配电网暂态分 析方法，分析光伏光照强度、溫度和风机风速等变化情况时电压稳定指标、频率稳定指标和 有功功率和无功功率的暂态稳定指标，从而提升了配电网暂态影响分析结果的准确性，实 现了简化分析过程的目的。
[0005] 本发明的目标是采用下述技术方案实现的：
[0006] -种基于间歇性分布式电源波动的配电网暂态分析方法，所述方法包括：
[0007] (1)采集引起间歇性分布式电源波动的变量信息，包括风速、溫度和日照强度；
[000引（2)计算引起间歇性分布式电源波动的各变量变化率；
[0009] (3)定义变量变化类型；
[0010] (4)测量获取不同变化类型下的配电网母线电压幅值，定义电压稳定指标，根据电 压稳定指标判断配电网各节点电压稳定性，获取影响电压稳定性的占比；
[0011] (5)测量获取不同变化类型下的配电网系统频率，定义频率稳定指标，根据频率稳 定指标判断配电网各节点频率稳定性，获取影响频率稳定性的占比；
[0012] (6)测量获取不同变化类型下的间歇性分布式电源输出的有功功率和无功功率， 定义暂态响应指标，获取影响配电网暂态稳定性的占比；
[0013] (7)依据高渗透率对配电网暂态稳定性的影响，判断配电网渗透率。
[0014] 优选的，所述步骤(2)中，各变量变化率的计算方法包括：
[001引设额定风速为Vref,现慢当前风速V，通过^ 巧定风速的变化率；
[0016] 设额定溫度Tref，测量当前溫度T，通过公J 定溫度的变化率；
[0017] 设额定光照强度Sref,现慢当前光照强度S，通过公式
资定日照强度的 变化率。
[0018] 优选的，所述步骤(3)包括:定义风速、溫度和日照强度变化类型为i，ie[l，7];其 中，i = 1表示风速变化，i = 2表示溫度变化，i = 3表示光照强度变化，i = 4表示风速和溫度 同时变化，i = 5表示风速和光照强度同时变化，i = 6表示溫度和光照强度同时变化，i = 7表 示风速、溫度和光照强度同时变化。
[0019] 优选的，所述步骤(4)定义电压稳定指标包括:根据发生第i种变化前配电网节点j 的母线电压幅值t/i"，变量发生第i种变化后配电网节点j的母线电压幅值t/f，W及母线电压 幅值的额定值Uref,定义电压稳定指t
[0020] 并根据电压稳定指标判断配电网各节点电压稳定性，若所述电压稳定指标 ，则表示电压稳定;其中，e为预设阔值。 L0021J
进一步地，所述(4)获取影响电压稳定性的占比包括:将引起间歇性分布式电源波 动的各变量变化率和配电网母线电压幅值输入比例计算控制模块，利用比例计算控制器输 出各变量引起配电网母线压幅值变化的比例关系ki
，ru为第i种变化变量，iE
[1，7]。
[0022]优选的，所述(5)定义频率稳定指标包括:根据第i种变化前配电网系统频率Fia,第 i种变化后配电网系统频率Fib, W及配电网系统频率的额定值Fref,定义频率稳定指标
并根据频率稳定指标判断配电网各节点频率稳定性，若所i
，则频 率稳定。
[0023] 进一步地，所述步骤(5)获取影响频率稳定性的占比包括:将引起间歇性分布式电 源波动的变量变化率和配电网系统频率变化率输入比例计算控制模块，利用比例计算控制 器输出各变量对于配电网系统频率变化的比例关系。
[0024] 优选的，所述步骤(6)定义暂态响应指标包括:设与和公分别为发生第i种变化时， 间歇性分布式电源j输出的有功功率和无功功率；当间歇性分布式电源接入配电网影响暂 态因素发生变化时，输出的有功功率和无功功率的暂态变化或者稳态变化，并记录所述有 功功率和无功功率的暂态响应时间，将其作为暂态响应指标。
[0025] 进一步地，所述步骤(6)获取影响配电网暂态稳定性的占比包括:将引起间歇性分 布式电源波动的各变量变化率和间歇性分布式电源输出的有功功率和无功功率输入比例 计算控制模块，利用比例计算控制器输出各变量对于间歇性分布式电源输出有功功率和无 功功率变化的比例关系。
[0026] 优选的，所述步骤(7)判断配电网渗透率包括:根据各变量的变化率和电压稳定指 标，自定义增加配电网渗透率，分析增加配电网渗透率后配电网母线电压和频率变化，确定 电网母线电压和频率变化的稳定范围；
[0027] 将处于稳定范围内的各变量变化率和渗透率输入比例计算控制模块，利用比例计 算控制器输出各变量对于配电网系统渗透率变化的比例关系。
[0028] 与最接近的现有技术相比，本发明达到的有益效果是：
[0029] (1)该方法能提高间歇性分布式电源对配电网暂态影响分析结果准确性；
[0030] (2)根据间歇性分布式电源渗透率的增加对配电网暂态稳定的影响判断对配电网 合适的渗透率；
[0031] (3)能分析光伏光照强度、溫度和风机风速等变化情况，并且分析得到电压稳定指 标、频率稳定指标和有功功率和无功功率的暂态稳定指标；
[0032] (4)为配电网暂态的稳定性控制提供依据。
【附图说明】
[0033] 图1为基于间歇性分布式电源波动的配电网暂态分析方法流程图；
[0034] 图2为间歇性分布式电源接入配电网的结构示意图；
[0035] 图3为间歇性分布式电源并网系统结构示意图；其中，（a)为光伏发电系统并网系 统结构示意图；（b)为风力发电系统并网系统结构示意图。
【具体实施方式】
[0036] 下面结合附图对本发明的【具体实施方式】做进一步的详细说明。
[0037] 本发明图2所示，将间歇性分布式电源接入配电网搭建并仿真结构，进而分析间歇 性分布式电源波动对配电网的暂态影响。
[0038] 如图3所示，间歇性分布式电源的并网结构图包括(a)光伏发电系统并网结构图和 (b)风力发电系统并网结构；用于分析光伏光照强度、溫度和风机风速等变化情况。
[0039] 如图1所示，一种基于间歇性分布式电源波动的配电网暂态分析方法，包括：
[0040] (1)采集引起间歇性分布式电源波动的变量信息，包括风速、溫度和日照强度；
[0041] (2)计算引起间歇性分布式电源波动的各变量变化率；
[0042] 各变量变化率的计算方法包括：
[0043] 设额定风速为Vref，测量当前风速V，通过公 的变化率；
[0044] 设额定溫度Tref，测量当前溫度T，通过公式 变化率；
[0045] 设额定光照强度Sref,测量当前光照强度S I定日照强度的 变化率。
[0046] (3)定义变量变化类型;包括:定义风速、溫度和日照强度变化类型为i，ie[l，7]; 其中，i = 1表示风速变化，i = 2表示溫度变化，i = 3表示光照强度变化，i = 4表示风速和溫 度同时变化，i = 5表示风速和光照强度同时变化，i=6表示溫度和光照强度同时变化，i = 7 表示风速、溫度和光照强度同时变化。
[0047] (4)测量获取不同变化类型下的配电网母线电压幅值，定义电压稳定指标，根据电 压稳定指标判断配电网各节点电压稳定性，获取影响电压稳定性的占比；步骤(4)中，定义 电压稳定指标包括:根据发生第i种变化前配电网节点j的母线电压幅值巧°，变量发生第i 种变化后配电网节点j的母线电压幅值K&，W及母线电压幅值的额定值Uref,定义电压稳定
指^ 村良据电压稳定指标判断配电网各节点电压稳定性，若所述电压稳定 指^ W表示电压稳定;其中，e为预设阔值。
[0048] 如表1所示，获取影响电压稳定性的占比包括:将引起间歇性分布式电源波动的各 变量变化率和配电网母线电压幅值输入比例计算特制橫块，利用比例计算控制器输出各变 量引起配电网母线压幅值变化的比例关系ki:
化为第i种变化变量，iE[l，7]。
[0049] 表1:各变量影响配电网各母线电压变化所占比例结果 [(K)加 ]
「nn。I
[0052] (5)测量获取不同变化类型下的配电网系统频率，定义频率稳定指标，根据频率稳 定指标判断配电网各节点频率稳定性，获取影响频率稳定性的占比，如表2所示。
[0053] 表2:各变量影响系统频率变化所占比例和频率稳定指标
L0055」步纖（5)定义频率髓定指标包括:根据第巧中变化前配电N奈统频率pa，第巧中变化 后配电网系统频率Fib，W及配电网系统频率的额定值Fref，定义频率稳定指标 ~ '，并 根据频率稳定指标判断配电网各节点频率稳定性，若所3
则频率稳定。
[0056] 获取影响频率稳定性的占比包括:将引起间歇性分布式电源波动的变量变化率和 配电网系统频率变化率输入比例计算控制模块，利用比例计算控制器输出各变量对于配电 网系统频率变化的比例关系。
[0057] 如表3所示，（6)测量获取不同变化类型下的间歇性分布式电源输出的有功功率和 无功功率，定义暂态响应指标，获取影响配电网暂态稳定性的占比；
[005引表3电压稳定指标和功率暂态响应时间判断间歇性分布式电源波动对配电网暂态 影响
[0化9]
^pn/.n1
[0061] 步骤(6)定义暂态响应指标包括:设马和终分别为发生第i种变化时，间歇性分布 式电源j输出的有功功率和无功功率；当间歇性分布式电源接入配电网影响暂态因素发生 变化时，输出的有功功率和无功功率的暂态变化或者稳态变化，如表4所示，并记录所述有 功功率和无功功率的暂态响应时间，将其作为暂态响应指标。
[0062] 表4:各变量影响间歇性分布式电源输出有功功率和无功功率变化所占比例结果
[00631
[0064] 获取影响配电网暂态稳定性的占比包括:将引起间歇性分布式电源波动的各变量 变化率和间歇性分布式电源输出的有功功率和无功功率输入比例计算控制模块，利用比例 计算控制器输出各变量对于间歇性分布式电源输出有功功率和无功功率变化的比例关系。
[0065] (7)依据高渗透率对配电网暂态稳定性的影响：根据各变量的变化率和电压稳定 指标，自定义增加配电网渗透率，分析增加配电网渗透率后配电网母线电压和频率变化，确 定电网母线电压和频率变化的稳定范围；例如:第一次将配电网渗透率提升到24%~59%， 检测增加配电网渗透率后配电网母线电压和频率变化，判断是否处于稳定范围内；若是，贝U 第二次将配电网渗透率提升到59%~79%，再次检测配电网母线电压和频率变化，再次判 断是否处于稳定范围内。
[0066] 将处于稳定范围内的各变量变化率和渗透率输入比例计算控制模块，利用比例计 算控制器输出各变量对于配电网系统渗透率变化的比例关系，其比例结果如表5所示。
[0067] 表5:各变量影响渗透率增加所占比例结果 「nOARl
[0069]最后应当说明的是：W上实施例仅用W说明本申请的技术方案而非对其保护范围 的限制，尽管参照上述实施例对本申请进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当 理解:本领域技术人员阅读本申请后依然可对申请的【具体实施方式】进行种种变更、修改或 者等同替换，运些变更、修改或者等同替换，其均在其申请待批的权利要求范围之内。
【主权项】
1. 一种基于间歇性分布式电源波动的配电网暂态分析方法，其特征在于，所述方法包 括： (1) 采集引起间歇性分布式电源波动的变量信息，包括风速、溫度和日照强度； (2) 计算引起间歇性分布式电源波动的各变量变化率； (3) 定义变量变化类型； (4) 测量获取不同变化类型下的配电网母线电压幅值，定义电压稳定指标，根据电压稳 定指标判断配电网各节点电压稳定性，获取影响电压稳定性的占比； (5) 测量获取不同变化类型下的配电网系统频率，定义频率稳定指标，根据频率稳定指 标判断配电网各节点频率稳定性，获取影响频率稳定性的占比； (6) 测量获取不同变化类型下的间歇性分布式电源输出的有功功率和无功功率，定义 暂态响应指标，获取影响配电网暂态稳定性的占比； (7) 依据高渗透率对配电网暂态稳定性的影响，判断配电网渗透率。2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)中，各变量变化率的计算方法包 括： 设额定风速为Vref，测量当前风速V，通过公式I定风速的变化率； 设额定溫度Tref，测量当前溫度T，通过公式确定溫度的变化率； 设额定光照强度Sref，测量当前光照强度S，通过公式巧定日照强度的变化 率。3. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(3)包括:定义风速、溫度和日照强 度变化类型为i，ie[l，7];其中，i = 1表示风速变化，i = 2表示溫度变化，i = 3表示光照强 度变化，i = 4表示风速和溫度同时变化，i = 5表示风速和光照强度同时变化，i = 6表示溫度 和光照强度同时变化，i = 7表示风速、溫度和光照强度同时变化。4. 如权利要求1或3所述的方法，其特征在于，所述步骤(4)定义电压稳定指标包括:根 据发生第i种变化前配电网节点j的母线电压幅值t/j^，变量发生第i种变化后配电网节点j 的母线电压幅值[<';6，^及母线电压幅值的额定值Uref，定义电压稳定指标并根据电压稳定指标判断配电网各节点电压稳定性，若所述电压稳定指标，则表示电压稳定;其中，ε为预设阔值。5. 如权利要求1或3所述的方法，其特征在于，所述(4)获取影响电压稳定性的占比包 括:将引起间歇性分布式电源波动的各变量变化率和配电网母线电压幅值输入比例计算控 制模块，利用比例计算控制器输出各变量引起配电网母线压幅值变化的比例关系ki，巧i为第i种变化变量，i E [ 1，7 ]。6. 如权利要求1或3所述的方法，其特征在于，所述(5)定义频率稳定指标包括:根据第i 种变化前配电网系统频率Fia，第i种变化后配电网系统频率Fib，W及配电网系统频率的额 定值Fref，定义频率稳定指标并根据频率稳定指标判断配电网各节点频率稳定 性，若所过，则频率稳定。7. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(5)获取影响频率稳定性的占比包 括:将引起间歇性分布式电源波动的变量变化率和配电网系统频率变化率输入比例计算控 制模块，利用比例计算控制器输出各变量对于配电网系统频率变化的比例关系。8. 如权利要求1或3所述的方法，其特征在于，所述步骤(6)定义暂态响应指标包括:设 巧和巧分别为发生第i种变化时，间歇性分布式电源j输出的有功功率和无功功率；当间歇 性分布式电源接入配电网影响暂态因素发生变化时，输出的有功功率和无功功率的暂态变 化或者稳态变化，并记录所述有功功率和无功功率的暂态响应时间，将其作为暂态响应指 标。9. 如权利要求1、3或8所述的方法，其特征在于，所述步骤(6)获取影响配电网暂态稳定 性的占比包括:将引起间歇性分布式电源波动的各变量变化率和间歇性分布式电源输出的 有功功率和无功功率输入比例计算控制模块，利用比例计算控制器输出各变量对于间歇性 分布式电源输出有功功率和无功功率变化的比例关系。10. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(7)判断配电网渗透率包括:根据 各变量的变化率和电压稳定指标，自定义增加配电网渗透率，分析增加配电网渗透率后配 电网母线电压和频率变化，确定电网母线电压和频率变化的稳定范围； 将处于稳定范围内的各变量变化率和渗透率输入比例计算控制模块，利用比例计算控 制器输出各变量对于配电网系统渗透率变化的比例关系。
【文档编号】G06Q50/06GK105846433SQ201610273951
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年4月28日
【发明人】刘科研, 贾东梨, 盛万兴, 孟晓丽, 胡丽娟, 何开元, 叶学顺, 刁赢龙, 唐建岗, 李雅洁, 董伟杰
【申请人】中国电力科学研究院, 国家电网公司, 国网北京市电力公司