本發(fā)明是一種基于儲(chǔ)能電池的光伏高滲透率電網(wǎng)電壓優(yōu)化方法。

背景技術(shù)：

分布式光伏發(fā)電作為可再生能源發(fā)電的一種形式，以其高效優(yōu)質(zhì)、清潔環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，截至2015年底，我國(guó)光伏發(fā)電累計(jì)裝機(jī)容量4318萬kW，成為全球光伏發(fā)電裝機(jī)容量最大的國(guó)家。其中，分布式光伏裝機(jī)606萬kW，占比14％。分布式光伏產(chǎn)業(yè)已列入我國(guó)“十三五”規(guī)劃重點(diǎn)發(fā)展對(duì)象，發(fā)展迅速、前景廣闊。

分布式光伏接入配電網(wǎng)后，使傳統(tǒng)的配電網(wǎng)由單電源輻射型網(wǎng)絡(luò)向雙電源、多電源復(fù)雜拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，給配電網(wǎng)帶來一系列的影響，如節(jié)點(diǎn)電壓越限問題，已成為制約分布式光伏廣泛應(yīng)用的嚴(yán)重障礙：一方面，電能質(zhì)量失優(yōu)、供電低效，甚至造成負(fù)荷運(yùn)行異常；另一方面容易引起分布式光伏系統(tǒng)脫網(wǎng)，能源利用率低下，經(jīng)濟(jì)性不佳。隨著分布式光伏接入配電網(wǎng)規(guī)模的迅速增大，研究如何改善分布式光伏高滲透配電網(wǎng)的電壓越限問題，對(duì)保證配電網(wǎng)安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行有重要的意義。

儲(chǔ)能電池作為一種儲(chǔ)能裝置應(yīng)用廣泛，必要時(shí)讓其參與配電網(wǎng)電壓調(diào)節(jié)的目的是可以考慮的。另外，儲(chǔ)能電池的充放電行為可以人為控制，且不受地區(qū)負(fù)荷消納能量的影響，在理論上是可以有效跟蹤分布式光伏電源對(duì)配電網(wǎng)的影響變化，及時(shí)消納光伏電源多發(fā)能量，實(shí)現(xiàn)改善配電網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)電壓水平的目的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提出一種科學(xué)合理，能夠充分考慮儲(chǔ)能電池參與配電網(wǎng)電壓調(diào)節(jié)運(yùn)行，以改善節(jié)點(diǎn)電壓水平為目標(biāo)，以儲(chǔ)能電池充電功率限值及系統(tǒng)功率平衡為約束，通過遺傳算法尋優(yōu)，獲得儲(chǔ)能電池的最優(yōu)充電功率調(diào)度值，進(jìn)而確定儲(chǔ)能電池最優(yōu)配置容量的基于儲(chǔ)能電池的光伏高滲透率電網(wǎng)電壓優(yōu)化方法。

解決其技術(shù)問題采用的技術(shù)方實(shí)施是：一種基于儲(chǔ)能電池的光伏高滲透率電網(wǎng)電壓優(yōu)化方法，其特征是，它包括：電壓越限機(jī)理與基于儲(chǔ)能電池改善電壓越限的機(jī)理分析、改善電壓越限的優(yōu)化模型及求解、儲(chǔ)能電池最優(yōu)配置容量的確定，具體步驟有：

1)電壓越限機(jī)理與基于儲(chǔ)能電池改善電壓越限的機(jī)理分析

輻射式配電網(wǎng)在無分布式光伏電源接入時(shí)，系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的潮流流向總是從網(wǎng)絡(luò)的首端流向末端，隨著分布式光伏電源的接入，配電網(wǎng)潮流流向可能發(fā)生逆向流動(dòng)；配電網(wǎng)已不再是僅為負(fù)荷供電的被動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，而是變成了能與分布式光伏電源、受端負(fù)荷進(jìn)行互動(dòng)的交互網(wǎng)絡(luò)；當(dāng)分布式光伏電源向配電網(wǎng)注入功率時(shí)，相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)處的電壓有可能升高，這種情況更可能出現(xiàn)在高滲透分布式光伏電源接入配電網(wǎng)時(shí)；配電網(wǎng)中除接入負(fù)荷和分布式光伏電源之外，還配置了一定容量的儲(chǔ)能電池；當(dāng)分布式光伏電源的滲透率處于較低水平，無節(jié)點(diǎn)發(fā)生電壓越限時(shí)，此時(shí)儲(chǔ)能電池不參與調(diào)節(jié)電壓；當(dāng)分布式光伏電源的滲透率較高而使節(jié)點(diǎn)電壓發(fā)生越限時(shí)，電網(wǎng)允許儲(chǔ)能電池參與，對(duì)儲(chǔ)能電池的充電功率進(jìn)行調(diào)度，以改善節(jié)點(diǎn)電壓越限；通過對(duì)節(jié)點(diǎn)處儲(chǔ)能電池的充電功率進(jìn)行合理的調(diào)度，能夠解決配電網(wǎng)中因高滲透光伏電源的接入而引起的電壓越限問題；

2)改善電壓越限的優(yōu)化模型及求解

對(duì)儲(chǔ)能電池充電功率的合理調(diào)度能夠有效解決由高滲透光伏電源引起的配電網(wǎng)電壓越限問題；構(gòu)建基于對(duì)儲(chǔ)能電池充電功率最優(yōu)調(diào)度，以使得配電網(wǎng)中各節(jié)點(diǎn)電壓越限能夠得到良好改善的電壓優(yōu)化模型；其優(yōu)化模型如下：

每次遺傳算法迭代后每個(gè)種群各節(jié)點(diǎn)的電壓越限量之和達(dá)到最小；表達(dá)式為式(1)：

其中：V_k為每次迭代后越限節(jié)點(diǎn)k的電壓幅值；

V_N為設(shè)定的節(jié)點(diǎn)正常電壓幅值上限；

k為遺傳算法中每次迭代后每個(gè)種群節(jié)點(diǎn)電壓越限個(gè)數(shù)，非定值；

每次迭代后越限節(jié)點(diǎn)則根據(jù)每次潮流計(jì)算后對(duì)所有節(jié)點(diǎn)篩選搜索得來；

(a)功率平衡約束

配電網(wǎng)與分布式光伏電源、負(fù)荷、儲(chǔ)能電池的交互穩(wěn)定運(yùn)行需在功率平衡的約束下進(jìn)行；當(dāng)光伏電源與負(fù)荷功率失衡時(shí)，由儲(chǔ)能電池、配電網(wǎng)參與調(diào)節(jié)；配電網(wǎng)與分布式光伏電源、負(fù)荷、儲(chǔ)能電池的在節(jié)點(diǎn)i處的交互功率P_Gi滿足等式(2)：

其中：P_PVi為節(jié)點(diǎn)i處的分布式光伏電源輸出功率；

P_Li為節(jié)點(diǎn)i處的負(fù)荷功率；

η為儲(chǔ)能電池充放電效率；

P_BATi為儲(chǔ)能電池的充放電功率；

P_BATi<0表示儲(chǔ)能電池處于充電狀態(tài)；

P_BATi≥表示儲(chǔ)能電池處于放電狀態(tài)；

交互功率P_Gi的存在，說明配電網(wǎng)與分布式光伏電源、負(fù)荷、儲(chǔ)能電池之間功率有內(nèi)在的聯(lián)系，是節(jié)點(diǎn)處功率流動(dòng)避免失衡的保障；當(dāng)配電網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，各節(jié)點(diǎn)的潮流將按照等式(2)約束自動(dòng)調(diào)節(jié)功率流動(dòng)，以使配電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行在正常的狀態(tài)；

(b)儲(chǔ)能電池的充電功率上下限約束

將儲(chǔ)能電池等效為PQ型負(fù)荷，模型約束條件為各儲(chǔ)能電池充電功率的上下限容量，由式(3)表示：

P_BATimin≤P_BATi≤P_BATimax i＝1,...,N (3)

其中：N為配電網(wǎng)中配置的儲(chǔ)能電池的數(shù)目；

P_BATimin為儲(chǔ)能電池i的充電功率下限值；

P_BATimax為儲(chǔ)能電池i的充電功率上限值；

一般的，P_BATimin取0，而P_BATimax在遺傳算法初始化中先設(shè)為預(yù)定值；計(jì)算時(shí)，首先在預(yù)定值中尋找對(duì)各儲(chǔ)能電池充電功率的最優(yōu)調(diào)度值，待算法結(jié)束實(shí)現(xiàn)優(yōu)化目標(biāo)后再確立具體的各儲(chǔ)能電池的最優(yōu)配置容量值；

(c)利用遺傳算法求解

遺傳算法是一種隨機(jī)搜索全局最優(yōu)解的優(yōu)化方法，具有良好的全局尋優(yōu)能力，可實(shí)現(xiàn)解空間中快速尋優(yōu)，

利用遺傳算法求解的過程有：

①碼及初始化；

②構(gòu)造適應(yīng)度函數(shù)；對(duì)遺傳算法每次迭代后每個(gè)種群中所有越限節(jié)點(diǎn)的電壓幅值與電壓幅值上限之差的求和，所得和值作為適應(yīng)度函數(shù)；適應(yīng)度函數(shù)為式(4)：

其中：V_k為每次迭代后越限節(jié)點(diǎn)k的電壓幅值；

V_N為設(shè)定的節(jié)點(diǎn)正常電壓幅值上限，設(shè)為1.03pu；

k為遺傳算法中每次迭代后每個(gè)種群節(jié)點(diǎn)電壓越限個(gè)數(shù)，非定值；

③叉和變異；每次迭代時(shí)，適應(yīng)度函數(shù)都要對(duì)每次迭代的種群中所有個(gè)體，即儲(chǔ)能電池充電功率進(jìn)行評(píng)價(jià)，對(duì)種群中滿足條件的個(gè)體進(jìn)行選擇、交叉和變異操作，產(chǎn)生下一代種群；

④終止條件；當(dāng)?shù)_(dá)到最大遺傳代數(shù)時(shí)，迭代終止，輸出對(duì)儲(chǔ)能電池的最優(yōu)充電功率調(diào)度值；

3)儲(chǔ)能電池最優(yōu)配置容量的確定

利用已求解得到的最優(yōu)充電功率調(diào)度值，來確定儲(chǔ)能電池的最優(yōu)配置容量；按式(5)和式(6)計(jì)算；

其中：為節(jié)點(diǎn)i處儲(chǔ)能電池在t0至t1時(shí)段的充電電量；

為對(duì)節(jié)點(diǎn)i處儲(chǔ)能電池的最優(yōu)充電功率調(diào)度值；

t0為節(jié)點(diǎn)i處出現(xiàn)節(jié)點(diǎn)電壓越限的初始時(shí)刻；

t1為節(jié)點(diǎn)i處電壓越限得到改善恢復(fù)正常值時(shí)的截止時(shí)刻；

E_0i為節(jié)點(diǎn)i處儲(chǔ)能電池的初始荷電量，

為節(jié)點(diǎn)i處儲(chǔ)能電池的最優(yōu)配置容量值；

η為儲(chǔ)能電池的充電效率。

本發(fā)明基于儲(chǔ)能電池的光伏高滲透率電網(wǎng)電壓優(yōu)化方法，充分考慮了從用戶側(cè)角度切入，并結(jié)合了電壓越限機(jī)理和基于儲(chǔ)能電池改善電壓越限的機(jī)理，通過遺傳算法求解，實(shí)現(xiàn)改善系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)電壓水平，獲得儲(chǔ)能電池的最優(yōu)配置容量值，具有科學(xué)合理，應(yīng)用效果佳等優(yōu)點(diǎn)，可為配電網(wǎng)中儲(chǔ)能電池的定容、運(yùn)行控制等提供等提供依據(jù)。

附圖說明

圖1是IEEE33節(jié)點(diǎn)配電網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖；

圖2是系統(tǒng)原始電壓分布與極端場(chǎng)景下電壓分布對(duì)比示意圖；

圖3是光伏不同出力下系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)電壓分布示意圖；

圖4是系統(tǒng)電壓越限問題優(yōu)化前后對(duì)比示意圖。

具體實(shí)施方式

下面利用附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明一種基于儲(chǔ)能電池的光伏高滲透率電網(wǎng)電壓優(yōu)化方法作進(jìn)一步說明。

本發(fā)明的一種基于儲(chǔ)能電池的光伏高滲透率電網(wǎng)電壓優(yōu)化方法，包括：電壓越限機(jī)理與基于儲(chǔ)能電池改善電壓越限的機(jī)理分析、改善電壓越限的優(yōu)化模型及求解、儲(chǔ)能電池最優(yōu)配置容量的確定，具體步驟有：

1)電壓越限機(jī)理與基于儲(chǔ)能電池改善電壓越限的機(jī)理分析

輻射式配電網(wǎng)在無分布式光伏電源接入時(shí)，系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的潮流流向總是從網(wǎng)絡(luò)的首端流向末端，隨著分布式光伏電源的接入，配電網(wǎng)潮流流向可能發(fā)生逆向流動(dòng)；配電網(wǎng)已不再是僅為負(fù)荷供電的被動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，而是變成了能與分布式光伏電源、受端負(fù)荷進(jìn)行互動(dòng)的交互網(wǎng)絡(luò)；當(dāng)分布式光伏電源向配電網(wǎng)注入功率時(shí)，相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)處的電壓有可能升高，這種情況更可能出現(xiàn)在高滲透分布式光伏電源接入配電網(wǎng)時(shí)；配電網(wǎng)中除接入負(fù)荷和分布式光伏電源之外，還配置了一定容量的儲(chǔ)能電池；當(dāng)分布式光伏電源的滲透率處于較低水平，無節(jié)點(diǎn)發(fā)生電壓越限時(shí)，此時(shí)儲(chǔ)能電池不參與調(diào)節(jié)電壓；當(dāng)分布式光伏電源的滲透率較高而使節(jié)點(diǎn)電壓發(fā)生越限時(shí)，電網(wǎng)允許儲(chǔ)能電池參與，對(duì)儲(chǔ)能電池的充電功率進(jìn)行調(diào)度，以改善節(jié)點(diǎn)電壓越限；通過對(duì)節(jié)點(diǎn)處儲(chǔ)能電池的充電功率進(jìn)行合理的調(diào)度，能夠解決配電網(wǎng)中因高滲透光伏電源的接入而引起的電壓越限問題；

2)改善電壓越限的優(yōu)化模型及求解

對(duì)儲(chǔ)能電池充電功率的合理調(diào)度能夠有效解決由高滲透光伏電源引起的配電網(wǎng)電壓越限問題；構(gòu)建基于對(duì)儲(chǔ)能電池充電功率最優(yōu)調(diào)度，以使得配電網(wǎng)中各節(jié)點(diǎn)電壓越限能夠得到良好改善的電壓優(yōu)化模型；其優(yōu)化模型如下：

每次遺傳算法迭代后每個(gè)種群各節(jié)點(diǎn)的電壓越限量之和達(dá)到最??；表達(dá)式為式(1)：

其中：V_k為每次迭代后越限節(jié)點(diǎn)k的電壓幅值；

V_N為設(shè)定的節(jié)點(diǎn)正常電壓幅值上限；

k為遺傳算法中每次迭代后每個(gè)種群節(jié)點(diǎn)電壓越限個(gè)數(shù)，非定值；

每次迭代后越限節(jié)點(diǎn)則根據(jù)每次潮流計(jì)算后對(duì)所有節(jié)點(diǎn)篩選搜索得來；

(a)功率平衡約束

配電網(wǎng)與分布式光伏電源、負(fù)荷、儲(chǔ)能電池的交互穩(wěn)定運(yùn)行需在功率平衡的約束下進(jìn)行；當(dāng)光伏電源與負(fù)荷功率失衡時(shí)，由儲(chǔ)能電池、配電網(wǎng)參與調(diào)節(jié)；配電網(wǎng)與分布式光伏電源、負(fù)荷、儲(chǔ)能電池的在節(jié)點(diǎn)i處的交互功率P_Gi滿足等式(2)：

其中：P_PVi為節(jié)點(diǎn)i處的分布式光伏電源輸出功率；

P_Li為節(jié)點(diǎn)i處的負(fù)荷功率；

η為儲(chǔ)能電池充放電效率；

P_BATi為儲(chǔ)能電池的充放電功率；

P_BATi<0表示儲(chǔ)能電池處于充電狀態(tài)；

P_BATi≥表示儲(chǔ)能電池處于放電狀態(tài)；

交互功率P_Gi的存在，說明配電網(wǎng)與分布式光伏電源、負(fù)荷、儲(chǔ)能電池之間功率有內(nèi)在的聯(lián)系，是節(jié)點(diǎn)處功率流動(dòng)避免失衡的保障；當(dāng)配電網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，各節(jié)點(diǎn)的潮流將按照等式(2)約束自動(dòng)調(diào)節(jié)功率流動(dòng)，以使配電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行在正常的狀態(tài)；

(b)儲(chǔ)能電池的充電功率上下限約束

將儲(chǔ)能電池等效為PQ型負(fù)荷，模型約束條件為各儲(chǔ)能電池充電功率的上下限容量，由式(3)表示：

P_BATimin≤P_BATi≤P_BATimax i＝1,...,N (3)

其中：N為配電網(wǎng)中配置的儲(chǔ)能電池的數(shù)目；

P_BATimin為儲(chǔ)能電池i的充電功率下限值；

P_BATimax為儲(chǔ)能電池i的充電功率上限值；

一般的，P_BATimin取0，而P_BATimax在遺傳算法初始化中先設(shè)為預(yù)定值；計(jì)算時(shí)，首先在預(yù)定值中尋找對(duì)各儲(chǔ)能電池充電功率的最優(yōu)調(diào)度值，待算法結(jié)束實(shí)現(xiàn)優(yōu)化目標(biāo)后再確立具體的各儲(chǔ)能電池的最優(yōu)配置容量值；

(c)利用遺傳算法求解

遺傳算法是一種隨機(jī)搜索全局最優(yōu)解的優(yōu)化方法，具有良好的全局尋優(yōu)能力，可實(shí)現(xiàn)解空間中快速尋優(yōu)，

利用遺傳算法求解的過程有：

①碼及初始化；

②構(gòu)造適應(yīng)度函數(shù)；對(duì)遺傳算法每次迭代后每個(gè)種群中所有越限節(jié)點(diǎn)的電壓幅值與電壓幅值上限之差的求和，所得和值作為適應(yīng)度函數(shù)；適應(yīng)度函數(shù)為式(4)：

其中：V_k為每次迭代后越限節(jié)點(diǎn)k的電壓幅值；

V_N為設(shè)定的節(jié)點(diǎn)正常電壓幅值上限，設(shè)為1.03pu；

k為遺傳算法中每次迭代后每個(gè)種群節(jié)點(diǎn)電壓越限個(gè)數(shù)，非定值；

③叉和變異；每次迭代時(shí)，適應(yīng)度函數(shù)都要對(duì)每次迭代的種群中所有個(gè)體，即儲(chǔ)能電池充電功率進(jìn)行評(píng)價(jià)，對(duì)種群中滿足條件的個(gè)體進(jìn)行選擇、交叉和變異操作，產(chǎn)生下一代種群；

④終止條件；當(dāng)?shù)_(dá)到最大遺傳代數(shù)時(shí)，迭代終止，輸出對(duì)儲(chǔ)能電池的最優(yōu)充電功率調(diào)度值；

3)儲(chǔ)能電池最優(yōu)配置容量的確定

利用已求解得到的最優(yōu)充電功率調(diào)度值，來確定儲(chǔ)能電池的最優(yōu)配置容量；按式(5)和式(6)計(jì)算；

其中：為節(jié)點(diǎn)i處儲(chǔ)能電池在t0至t1時(shí)段的充電電量；

為對(duì)節(jié)點(diǎn)i處儲(chǔ)能電池的最優(yōu)充電功率調(diào)度值；

t0為節(jié)點(diǎn)i處出現(xiàn)節(jié)點(diǎn)電壓越限的初始時(shí)刻；

t1為節(jié)點(diǎn)i處電壓越限得到改善恢復(fù)正常值時(shí)的截止時(shí)刻；

E_0i為節(jié)點(diǎn)i處儲(chǔ)能電池的初始荷電量，

為節(jié)點(diǎn)i處儲(chǔ)能電池的最優(yōu)配置容量值；

η為儲(chǔ)能電池的充電效率。

為驗(yàn)證所提方法的有效性，采用IEEE33節(jié)點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)作為算例測(cè)試系統(tǒng)。IEEE33節(jié)點(diǎn)配電網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。為便于分析，本實(shí)施例忽略6-19、7-13、10-20、16-31及23-27之間的聯(lián)絡(luò)開關(guān)，測(cè)試系統(tǒng)的基準(zhǔn)電壓設(shè)定為12.26kV，基準(zhǔn)功率為10MVA，有功負(fù)荷總量為3715kW，無功負(fù)荷總量為2300kVar。

為分析高滲透光伏電源對(duì)上述配電網(wǎng)系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)電壓的影響，在節(jié)點(diǎn)7、11、17、32處分別接入額定功率均為1MW的分布式光伏電源?？梢钥闯?，分布式光伏電源滲透率達(dá)到了40％。為解決高滲透光伏電源引起的節(jié)點(diǎn)電壓越限問題，隨機(jī)選取位置相鄰的四個(gè)節(jié)點(diǎn)，即7、8、9、10四個(gè)節(jié)點(diǎn)，作為儲(chǔ)能電池在配電網(wǎng)中的配置接入點(diǎn)，接入情況如圖1所示。

為確定儲(chǔ)能電池的最優(yōu)配置容量，取配電網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)電壓從開始越限到得以改善所用時(shí)間均為15min，取各配置節(jié)點(diǎn)處儲(chǔ)能電池的初始荷電狀態(tài)為0，充電效率均為90％。

另外，本實(shí)施例采用前推回代法輻射式配電網(wǎng)潮流計(jì)算方法計(jì)算IEEE33節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)的潮流，具有方法簡(jiǎn)單，計(jì)算速度快等優(yōu)點(diǎn)。

1.電壓越限機(jī)理與基于儲(chǔ)能電池改善電壓越限的機(jī)理分析

配電網(wǎng)系統(tǒng)中節(jié)點(diǎn)電壓能否發(fā)生越限現(xiàn)象取決于兩種因素的同時(shí)發(fā)生：一方面，分布式光伏電源需處在高出力狀態(tài)；另一方面，電力負(fù)荷的能量消耗處在低水平的狀態(tài)。只有在這兩種因素同時(shí)滿足的情況下，系統(tǒng)中節(jié)點(diǎn)電壓越限現(xiàn)象才有可能出現(xiàn)。然而，現(xiàn)實(shí)中，光伏出力的隨機(jī)性以及配電網(wǎng)中區(qū)域負(fù)荷的日變及季節(jié)性變化的難以捉摸，使得上述兩種因素在一年中何時(shí)同時(shí)出現(xiàn)變得難以把握，這給研究高滲透光伏接入配電網(wǎng)所帶來的電壓?jiǎn)栴}帶來了不便。

為此，本實(shí)施例設(shè)定一種極端場(chǎng)境來分析高滲透分布式光伏電源接入配電網(wǎng)對(duì)系統(tǒng)電壓的影響。此種情境下，光伏電源出力足夠高，而負(fù)荷能量消耗水平足夠低，此時(shí)配電網(wǎng)中各節(jié)點(diǎn)更易發(fā)生電壓越限。令節(jié)點(diǎn)6、12、18、33處的分布式光伏電源發(fā)出其額定功率90％(由充電效率、晴天同時(shí)率等決定)有功功率；配電網(wǎng)中所有節(jié)點(diǎn)處的負(fù)荷縮減至其額定容量的25％(由配電網(wǎng)低谷負(fù)荷比例決定)，則使得上述兩種因素同時(shí)得到滿足，進(jìn)而模擬研究配電網(wǎng)中各節(jié)點(diǎn)的電壓越限行為。

本實(shí)施例設(shè)置極限場(chǎng)景的目的是利用儲(chǔ)能電池合理改善此場(chǎng)境下的電壓越限行為之后實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能電池容量的最優(yōu)配置容量，使得系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行時(shí)儲(chǔ)能電池容量能夠有足夠裕度改善各種場(chǎng)景下節(jié)點(diǎn)電壓越限問題。

配電網(wǎng)在無分布式光伏電源接入時(shí)，配電網(wǎng)中的潮流將由首端流向末端，系統(tǒng)中各節(jié)點(diǎn)電壓幅值將沿饋線逐漸減小。運(yùn)用前推回代潮流計(jì)算方法，在MATLAB環(huán)境下編寫程序可得IEEE33節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)電壓的原始分布，系統(tǒng)原始電壓分布與極端場(chǎng)景下電壓分布對(duì)比如圖2所示。

由圖2可知，配電網(wǎng)中節(jié)點(diǎn)1至18的電壓幅值沿饋線逐漸降低。同樣地，節(jié)點(diǎn)18至33的電壓幅值也是呈沿饋線逐漸降低的趨勢(shì)分布，滿足輻射式配電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)電壓幅值沿配電網(wǎng)饋線逐漸遞減分布的特性。

而當(dāng)本實(shí)施例系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)電壓幅值正常范圍上限值設(shè)定為1.03pu時(shí)，那么在上述極端場(chǎng)景下，配電網(wǎng)系統(tǒng)在高滲透分布式光伏電源滲透下各節(jié)點(diǎn)電壓分布情況如圖2所示。可知，此場(chǎng)景下，全網(wǎng)中大多數(shù)節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)電壓越限。

2.改善電壓越限的優(yōu)化模型及求解

實(shí)際上，由于分布式光伏電源的波動(dòng)性，不只是光伏電源出力為其額定容量90％的情況才能使系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)發(fā)生越限。光伏不同出力下系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)電壓分布情況如圖3所示，由圖3看出，光伏出力越高，系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)電壓越限情況越惡劣，對(duì)分布式光伏的接納能力越弱，系統(tǒng)越不穩(wěn)定。而光伏出力出力較低時(shí)，比如，如圖3所示出力達(dá)到其額定容量的40％，系統(tǒng)中無節(jié)點(diǎn)發(fā)生電壓越限?？梢?，高滲透光伏導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)電壓質(zhì)量失優(yōu)，幅值超出正常范圍，影響系統(tǒng)正常運(yùn)行與過多的光伏出力導(dǎo)致產(chǎn)生的剩余能量不能被系統(tǒng)及時(shí)地消納有關(guān)。

為此，本實(shí)施例考慮利用用戶側(cè)的儲(chǔ)能電池消納分布式光伏電源產(chǎn)生的多余電能，改變系統(tǒng)潮流，進(jìn)而改善系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)電壓越限，保障供電可靠性。利用上述優(yōu)化模型可得光伏不同出力下各儲(chǔ)能電池的最優(yōu)充電功率,再根據(jù)式(5)、式(6)求得各儲(chǔ)能電池在光伏不同出力下的最優(yōu)配置容量值，具體結(jié)果如表1所示。優(yōu)化模型中各配置節(jié)點(diǎn)處儲(chǔ)能電池充電功率上限均設(shè)為700kW。

表1光伏不同出力下各儲(chǔ)能電池最優(yōu)配置容量

分析表1數(shù)據(jù)可得，隨著系統(tǒng)光伏出力的遞增，各儲(chǔ)能電池的最優(yōu)配置容量也呈現(xiàn)出遞增的趨勢(shì)。當(dāng)光伏出力達(dá)到額定容量的90％時(shí)，各儲(chǔ)能電池的最優(yōu)配置容量也達(dá)到了最大

3.儲(chǔ)能電池最優(yōu)配置容量的確定

由圖3可知，光伏不同出力場(chǎng)景下，系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)電壓越限程度不同，使得能量剩余量有高有低。那么，利用儲(chǔ)能電池消納多余能量而得到相應(yīng)最優(yōu)充電功率也會(huì)有大有小，其相應(yīng)配置容量也會(huì)因出力場(chǎng)景不同而產(chǎn)生差異，結(jié)果可由表1所示。相對(duì)于其他出力場(chǎng)景，當(dāng)光伏出力達(dá)到其額定容量的90％時(shí)，系統(tǒng)未能消納的能量最多，電壓越限程度最惡劣，需要的最優(yōu)配置容量值當(dāng)然也是最大的。因此本實(shí)施例選擇光伏出力達(dá)到其額定容量的90％時(shí)對(duì)應(yīng)的儲(chǔ)能電池配置容量作為最終配置容量。之所以選擇這樣選擇，是因?yàn)楫?dāng)光伏出力小于其額定容量的90％時(shí)，儲(chǔ)能電池能夠有足夠的裕量予以應(yīng)對(duì)不同場(chǎng)景下的電壓越限問題，將其予以改善。

在7、8、9、10四個(gè)節(jié)點(diǎn)處所有儲(chǔ)能電池的充電功率限值均為700kW時(shí)，極端場(chǎng)景下利用上述優(yōu)化模型并經(jīng)過遺傳算法對(duì)目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行尋優(yōu)求解，可得上述儲(chǔ)能電池在配電網(wǎng)系統(tǒng)控制下的充電功率分別為465kW、508kW、515kW及631kW。配電網(wǎng)控制下各儲(chǔ)能電池按最優(yōu)充電功率完成充電之后，系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)電壓在優(yōu)化前后的分布情況如圖4所示?？梢姼髟较薰?jié)點(diǎn)電壓均回到正常水平，節(jié)點(diǎn)電壓改善率達(dá)到90％以上，電壓越限得到良好的改善。此時(shí)，根據(jù)各配置節(jié)點(diǎn)處儲(chǔ)能電池最優(yōu)充電功率并保證一定的裕量的基礎(chǔ)上，根據(jù)式(5)、式(6)兩式則可得各節(jié)點(diǎn)儲(chǔ)能電池的最優(yōu)配置容量，最終結(jié)果如表1相應(yīng)部分所示。把此時(shí)得到的最優(yōu)配置容量作為儲(chǔ)能電池的最終配置容量。

本發(fā)明實(shí)施例中的計(jì)算條件、圖例等僅用于對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明，并非窮舉，并不構(gòu)成對(duì)權(quán)利要求保護(hù)范圍的限定，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例獲得的啟示，不經(jīng)過創(chuàng)造性勞動(dòng)就能夠想到其它實(shí)質(zhì)上等同的替代，均在本發(fā)明保護(hù)范圍內(nèi)。