本發(fā)明專利涉及一種考慮電能質(zhì)量問題的分布式光伏電源接入規(guī)劃方法。

背景技術(shù)：

隨著智能電網(wǎng)技術(shù)的迅速發(fā)展，越來越多的新能源或節(jié)能低損的分布式發(fā)電設(shè)備(dg)接入配電網(wǎng)，其中分布式光伏電源因其本身受太陽輻射強(qiáng)度的影響，具有隨機(jī)性和波動(dòng)性，接入后會(huì)改變系統(tǒng)的原拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和潮流，并對(duì)電網(wǎng)的電能質(zhì)量產(chǎn)生影響。隨著分布式光伏發(fā)電在配電網(wǎng)中的滲透率不斷上升，對(duì)配電網(wǎng)的電能質(zhì)量影響嚴(yán)重時(shí)會(huì)對(duì)電網(wǎng)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行構(gòu)成威脅。

傳統(tǒng)的含分布式光伏的電網(wǎng)規(guī)劃通常分為兩大類，一種是在已有配電網(wǎng)中進(jìn)行dg的選址定容規(guī)劃，另一種是考慮dg的配電網(wǎng)綜合擴(kuò)展規(guī)劃[7]。它們是以電源或電網(wǎng)規(guī)劃出發(fā)點(diǎn)，確定分布式電源的最佳安裝位置和容量，得到滿足電網(wǎng)安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的規(guī)劃方案。傳統(tǒng)的含dg的電能質(zhì)量綜合評(píng)估是在dg接入后根據(jù)電能質(zhì)量檢測(cè)裝置采集的數(shù)據(jù)，用適當(dāng)?shù)脑u(píng)估方法計(jì)算dg接入點(diǎn)的電能質(zhì)量水平。傳統(tǒng)的研究方法并沒有把分布式電源的規(guī)劃和電能質(zhì)量評(píng)估結(jié)合起來。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明解決的技術(shù)問題是提供一種考慮電能質(zhì)量問題的分布式光伏電源接入規(guī)劃方法，能更好的應(yīng)對(duì)分布式光伏電源接入后對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響，不僅能保證接入項(xiàng)目與電網(wǎng)自身設(shè)備的正常穩(wěn)定運(yùn)行，而且能為遠(yuǎn)期新能源或干擾性負(fù)荷的接入留下裕度。

本發(fā)明的所采用的技術(shù)方案是：

一種考慮電能質(zhì)量問題的分布式光伏電源接入規(guī)劃方法，其特征在于：包括：

步驟1：對(duì)待規(guī)劃地區(qū)進(jìn)行潮流分析計(jì)算，根據(jù)待規(guī)劃地區(qū)的光伏發(fā)展需求，選擇符合電壓偏差要求的可接入點(diǎn)，確定ndg的集合；根據(jù)目標(biāo)函數(shù)選最大容量解為目標(biāo)確定與ndg集合對(duì)應(yīng)的pdg(這個(gè)集合是根據(jù)待規(guī)劃地區(qū)的情況，自行給定的；)

基于目標(biāo)函數(shù)：

其中，目標(biāo)函數(shù)為待規(guī)劃地區(qū)分布式光伏發(fā)電接入容量最大解：ndg為待選光伏發(fā)電接入節(jié)點(diǎn)集合，為第i個(gè)接入點(diǎn)的光伏電源有功功率；

并基于約束條件：包括潮流約束條件和不等式約束條件：其中，

潮流約束條件：

不等式約束條件：

其中pi為節(jié)點(diǎn)有功功率，qi為節(jié)點(diǎn)無功功率；un為節(jié)點(diǎn)額定電壓；ldg、ldis分別為分布式光伏電源接入配電網(wǎng)前后的電壓水平指標(biāo)，ploss.dg、ploss.dis分別為分布式光伏電源接入配電網(wǎng)前后的有功損耗，ε1、ε2介于0和1之間；p1、plmax為配電網(wǎng)各支路實(shí)際的有功功率和最大的有功功率限值；ps為分布式光伏發(fā)電注入配電網(wǎng)的實(shí)際功率，ps.max為分布式光伏發(fā)電注入配電網(wǎng)的最大功率；步驟1：利用隨機(jī)粒子群算法對(duì)步驟1中的模型進(jìn)行求解；

步驟2：根據(jù)步驟1得到的接入點(diǎn)的光伏接入容量，計(jì)算接入點(diǎn)的總電流諧波畸變率、電壓偏差、電壓波動(dòng)，具體包括：

所述總電流諧波畸變率基于：

并網(wǎng)前總電流諧波畸變率為

式七中：i1為基波電流；ih為高次諧波電流；

并網(wǎng)后總電流諧波畸變率為

式八中，ipv為光伏電源向配電網(wǎng)注入的基波電流；

由式七和式八可知

所述電壓偏差基于：

式十中ure表示節(jié)點(diǎn)實(shí)際電壓，un為系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)電壓；

所述電壓波動(dòng)基于

接入配網(wǎng)后在接入點(diǎn)處引起的電壓波動(dòng)δd為

式十一中un為額定電壓，δi為接入點(diǎn)處隨輸出功率變化引起的電流變化，z為在接入點(diǎn)處看二端口網(wǎng)絡(luò)配電網(wǎng)的等效阻抗；

假設(shè)光伏電源均處于單位功率因數(shù)的工作模式下，則式十一可寫成

式十二中δppv為分布式光伏發(fā)電有功功率輸出的變化值，sd為接入點(diǎn)處的系統(tǒng)短路容量，為電網(wǎng)阻抗角；

步驟4：用數(shù)據(jù)包絡(luò)分析的方法對(duì)接入點(diǎn)的電能質(zhì)量進(jìn)行評(píng)估；

假設(shè)有n個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象，每個(gè)dmu有m種類型的輸入指標(biāo)，q種類型的輸出指標(biāo)；構(gòu)造以下c²r模型：

式十三、十四中wj為相對(duì)生產(chǎn)效率；ur表示第r種類型投入的權(quán)重(i＝1,2,...,m)，vi表示第i種類型產(chǎn)出的權(quán)重(j＝1,2,...,n)；xrj表示第j個(gè)dmu中第i種類型投入的輸入指標(biāo)，yij表示第j個(gè)dmu中第r種類型產(chǎn)出的輸出指標(biāo)(r＝1,2,...,q)；

利用charnes-cooper變換，把分式規(guī)劃轉(zhuǎn)化為等價(jià)的線性規(guī)劃問題，利用對(duì)偶理論，得到對(duì)偶模型；

對(duì)式十四進(jìn)行charnes-cooper變換，得到等價(jià)線性規(guī)劃形式的模型如式十五：

式十五中xj和yj分別表示第j個(gè)dmu的“輸入”和“輸出”；是松弛變量；λj表示dmuj0的權(quán)重，θ是第j個(gè)dmu的效率值；ε實(shí)際中一般取ε＝10^-7；均用來調(diào)節(jié)松弛變量；

步驟5：根據(jù)電能質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)判定接入點(diǎn)的電能質(zhì)量水平，對(duì)電能質(zhì)量不合格的點(diǎn)采取以下方式修正，如電流總諧波畸變率不合格則在接入點(diǎn)增加消諧裝置；對(duì)電壓波動(dòng)不合格點(diǎn)增加儲(chǔ)能裝置；從而得到電能質(zhì)量水平良好的分布式光伏電源接入的規(guī)劃方案。

在上述的一種考慮電能質(zhì)量問題的分布式光伏電源接入規(guī)劃方法，所述步驟1中，采用隨機(jī)權(quán)重粒子群算法的分布式電源優(yōu)化配置求解步驟包括：

步驟1.1、輸入網(wǎng)絡(luò)原始參數(shù)與算法參數(shù)；

步驟1.2、隨機(jī)生成各個(gè)粒子的初始值和初始速度，運(yùn)用牛頓-拉夫遜法計(jì)算網(wǎng)絡(luò)潮流，然后求解目標(biāo)函數(shù)，記錄各粒子中的最大目標(biāo)函數(shù)pbest(dg最大并網(wǎng)容量)，各粒子的目標(biāo)函數(shù)值fpbest、以及最優(yōu)粒子的位置pos(各待選dg接入點(diǎn))；

步驟1.3、更新算法迭代次數(shù)，由式六計(jì)算權(quán)重ω，然后更新各粒子的速度與位置信息；

式六中：

rand(0,1)表示0-1之間的隨機(jī)數(shù)；n(0,1)表示標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布隨機(jī)數(shù)；μ表示隨機(jī)權(quán)重的平均值；μmin表示最小隨機(jī)權(quán)重平均值；μmax表示最大隨機(jī)權(quán)重的平均值；σ表示隨機(jī)權(quán)重方差；

步驟1.4、計(jì)算新的潮流與各粒子目標(biāo)函數(shù)值，并與前次迭代結(jié)果比較，更新并記錄各粒子中的最大目標(biāo)函數(shù)值與粒子位置；

步驟1.5、判斷是否達(dá)到最大迭代次數(shù)kmax；，若到達(dá)，則進(jìn)入步驟1.6，反之則重復(fù)步驟1.3至步驟1.4；

步驟1.6、輸出dg最大并網(wǎng)容量pbest與最優(yōu)接入位置pos。

因此，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)有：1.在光伏接入配網(wǎng)的規(guī)劃期考慮可能帶來的電能質(zhì)量問題，與傳統(tǒng)的接入后再治理的方法比起來，更具有經(jīng)濟(jì)性；2.結(jié)合隨機(jī)粒子群算法和數(shù)據(jù)包絡(luò)分析法，用更加先進(jìn)的算法來處理該問題，使規(guī)劃方法更具有科學(xué)性；3.該方法是在規(guī)劃階段考慮光伏接入后的電能質(zhì)量問題，不僅能保證接入項(xiàng)目與電網(wǎng)自身設(shè)備的正常穩(wěn)定運(yùn)行，而且能為遠(yuǎn)期光伏電源接入留下裕度，具有遠(yuǎn)景性。

附圖說明

圖1是節(jié)點(diǎn)配電系統(tǒng)圖。

圖2是系光伏發(fā)電規(guī)劃方法流程圖。

圖3是光伏電源在某日的有功功率輸出。

圖4是各接入點(diǎn)一天內(nèi)的總諧波電流畸變率。

圖5是各接入點(diǎn)一天內(nèi)的電壓偏差。

圖6是各接入點(diǎn)一天內(nèi)的電壓波動(dòng)。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明所述的規(guī)劃方法是如圖1在該ieee-33節(jié)點(diǎn)的配電系統(tǒng)圖上對(duì)光伏電源接入的規(guī)劃方法具體流程如圖2。

下面通過實(shí)施例，并結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步具體的說明。

實(shí)施例:

一、首先介紹本發(fā)明的所采用的技術(shù)方案：

步驟1：對(duì)待規(guī)劃地區(qū)進(jìn)行潮流分析計(jì)算，根據(jù)待規(guī)劃地區(qū)的光伏發(fā)展需求，選擇符合電壓偏差要求的可接入點(diǎn)，確定ndg的集合。

選取待規(guī)劃地區(qū)分布式光伏發(fā)電接入容量最大作為目標(biāo)函數(shù)：

式一中：

ndg為待選光伏發(fā)電接入節(jié)點(diǎn)集合，為第i個(gè)接入點(diǎn)的光伏電源有功功率。

確定約束條件，給出潮流約束方程和不等式約束條件：

式二至式四是潮流約束方程，其中pi為節(jié)點(diǎn)有功功率，qi為節(jié)點(diǎn)無功功率。

式五中，un為節(jié)點(diǎn)額定電壓；ldg、ldis分別為分布式光伏電源接入配電網(wǎng)前后的電壓水平指標(biāo)，ploss.dg、ploss.dis分別為分布式光伏電源接入配電網(wǎng)前后的有功損耗，ε1、ε2介于0和1之間；p1、plmax為配電網(wǎng)各支路實(shí)際的有功功率和最大的有功功率限值；ps為分布式光伏發(fā)電注入配電網(wǎng)的實(shí)際功率，ps.max為分布式光伏發(fā)電注入配電網(wǎng)的最大功率。

步驟2：利用隨機(jī)粒子群算法對(duì)步驟1中的模型進(jìn)行求解。

采用隨機(jī)權(quán)重粒子群算法的分布式電源優(yōu)化配置求解步驟如下所述：

(1)輸入網(wǎng)絡(luò)原始參數(shù)與算法參數(shù)。

(2)隨機(jī)生成各個(gè)粒子的初始值和初始速度，運(yùn)用牛頓-拉夫遜法計(jì)算網(wǎng)絡(luò)潮流，然后求解目標(biāo)函數(shù)，記錄各粒子中的最大目標(biāo)函數(shù)pbest(dg最大并網(wǎng)容量)，各粒子的目標(biāo)函數(shù)值fpbest、以及最優(yōu)粒子的位置pos(各待選dg接入點(diǎn))；

(3)更新算法迭代次數(shù)，由式六計(jì)算權(quán)重ω，然后更新各粒子的速度與位置信息；

式六中：

rand(0,1)表示0-1之間的隨機(jī)數(shù)；n(0,1)表示標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布隨機(jī)數(shù)；μ表示隨機(jī)權(quán)重的平均值；μmin表示最小隨機(jī)權(quán)重平均值；μmax表示最大隨機(jī)權(quán)重的平均值；σ表示隨機(jī)權(quán)重方差。

(4)計(jì)算新的潮流與各粒子目標(biāo)函數(shù)值，并與前次迭代結(jié)果比較，更新并記錄各粒子中的最大目標(biāo)函數(shù)值與粒子位置；

(5)判斷是否達(dá)到最大迭代次數(shù)kmax。，若到達(dá)，則進(jìn)入(6)，反之則重復(fù)(3)(4)；

(6)輸出dg最大并網(wǎng)容量pbest與最優(yōu)接入位置pos。

步驟3：根據(jù)步驟2得到的接入點(diǎn)的光伏接入容量，計(jì)算接入點(diǎn)的總電流諧波畸變率、電壓偏差、電壓波動(dòng)：

(1)總電流諧波畸變率的計(jì)算

并網(wǎng)前總電流諧波畸變率為

式七中：i1為基波電流；ih為高次諧波電流。

并網(wǎng)后總電流諧波畸變率為

式八中，ipv為光伏電源向配電網(wǎng)注入的基波電流。

由式七和式八可知

(2)電壓偏差的計(jì)算

式十中ure表示節(jié)點(diǎn)實(shí)際電壓，un為系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)電壓。

(3)電壓波動(dòng)的計(jì)算

接入配網(wǎng)后在接入點(diǎn)處引起的電壓波動(dòng)δd為

式十一中un為額定電壓，δi為接入點(diǎn)處隨輸出功率變化引起的電流變化，z為在接入點(diǎn)處看二端口網(wǎng)絡(luò)配電網(wǎng)的等效阻抗。

假設(shè)光伏電源均處于單位功率因數(shù)的工作模式下，則式十一可寫成

式十二中δppv為分布式光伏發(fā)電有功功率輸出的變化值，sd為接入點(diǎn)處的系統(tǒng)短路容量，為電網(wǎng)阻抗角。

步驟4：用數(shù)據(jù)包絡(luò)分析的方法對(duì)接入點(diǎn)的電能質(zhì)量進(jìn)行評(píng)估。

假設(shè)有n個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象，每個(gè)dmu有m種類型的輸入指標(biāo)，q種類型的輸出指標(biāo)。構(gòu)造以下c²r模型：

式十三、十四中wj為相對(duì)生產(chǎn)效率；ur表示第r種類型投入的權(quán)重(i＝1,2,...,m)，vi表示第i種類型產(chǎn)出的權(quán)重(j＝1,2,...,n)；xrj表示第j個(gè)dmu中第i種類型投入的輸入指標(biāo)，yij表示第j個(gè)dmu中第r種類型產(chǎn)出的輸出指標(biāo)(r＝1,2,...,q)。

利用charnes-cooper變換，把分式規(guī)劃轉(zhuǎn)化為等價(jià)的線性規(guī)劃問題，利用對(duì)偶理論，得到對(duì)偶模型。

對(duì)式十四進(jìn)行charnes-cooper變換，得到等價(jià)線性規(guī)劃形式的模型如式十五：

式十五中xj和yj分別表示第j個(gè)dmu的“輸入”和“輸出”；是松弛變量；λj表示dmuj0的權(quán)重，θ是第j個(gè)dmu的效率值；ε實(shí)際中一般取ε＝10^-7；均用來調(diào)節(jié)松弛變量。

步驟五：根據(jù)電能質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)判定接入點(diǎn)的電能質(zhì)量水平，對(duì)電能質(zhì)量不合格的點(diǎn)采取以下方式修正，如電流總諧波畸變率不合格則在接入點(diǎn)增加消諧裝置；對(duì)電壓波動(dòng)不合格點(diǎn)增加儲(chǔ)能裝置。從而得到電能質(zhì)量水平良好的分布式光伏電源接入的規(guī)劃方案。

二、下面是具體案例。

假設(shè)待規(guī)劃地區(qū)的光伏資源相似，即日照溫度等情況相差不大。各光伏電源的有功出力在同一天的變化相同，其大小跟接入容量大小成正比。

按照附圖2的規(guī)劃流程：

第一步：首先，對(duì)待規(guī)劃地區(qū)進(jìn)行潮流分析計(jì)算，根據(jù)待規(guī)劃地區(qū)的光伏發(fā)展需求，選擇符合電壓偏差要求的可接入點(diǎn)，確定ndg的集合；

第二步：按照基于最大準(zhǔn)入容量的光伏電源優(yōu)化配置模型，采用隨機(jī)粒子群算法計(jì)算出光伏電源接入配網(wǎng)的接入點(diǎn)和接入容量；

第三步：用數(shù)據(jù)包絡(luò)分析(dea)的電能質(zhì)量評(píng)估方法對(duì)接入方案中的各接入點(diǎn)進(jìn)行電能質(zhì)量評(píng)估；

第四步：如果接入方案中有接入點(diǎn)的電能質(zhì)量評(píng)估指標(biāo)不合格，則給出修正方案，最后給出電能質(zhì)量水平良好的分布式光伏電源接入的規(guī)劃方案。

為了防止潮流倒送，本文規(guī)定各待選節(jié)點(diǎn)接入的dg容量至少為0.1mw，并低于該節(jié)點(diǎn)負(fù)荷。該規(guī)劃方案規(guī)定ε1和ε2為0.7。對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行潮流計(jì)算后，選定待選接入節(jié)點(diǎn)集合為{4、5、6、7、8、24、25、26、27、28}。采用隨機(jī)權(quán)重粒子群算法，取種群規(guī)模為80，μmin＝0.5,μmax＝0.8,σ＝0.2，對(duì)2.2節(jié)中的優(yōu)化配置模型進(jìn)行求解，得到優(yōu)化配置結(jié)果如表1，總接入的容量為1.36mw。接入前后系統(tǒng)的潮流計(jì)算結(jié)果對(duì)比如表2。

表1分布式光伏電源優(yōu)化配置結(jié)果

表2分布式光伏電源接入前后的節(jié)點(diǎn)電壓

選用大中型逆變器的諧波參數(shù)，根據(jù)春秋季節(jié)的光照角度變化預(yù)測(cè)光伏一天內(nèi)的有功功率輸出如圖3。按式(1)～式(6)分別計(jì)算接入節(jié)點(diǎn)在當(dāng)日的電能質(zhì)量各項(xiàng)質(zhì)量指標(biāo)，分別計(jì)算各項(xiàng)指標(biāo)的平均值，結(jié)果如表3。在該天內(nèi)總諧波電流畸變率、電壓偏差、電壓波動(dòng)的變化圖如圖(5)～圖(6)。

將各接入點(diǎn)的電能質(zhì)量指標(biāo)相對(duì)于各個(gè)等級(jí)的效率值分別與決策單元做差，記為δq，取δq的絕對(duì)值最小的等級(jí)為評(píng)估等級(jí)。

表3電能質(zhì)量各指標(biāo)數(shù)據(jù)

表4各決策單元與標(biāo)準(zhǔn)單元綜合有效率接近度

由表4的對(duì)比可以看出未接入分布式光伏電源前，配電網(wǎng)的整體電壓水平較差，有較多節(jié)點(diǎn)的電壓與標(biāo)準(zhǔn)電壓之間的偏差>7％。本文為保證在光伏電源出力最小時(shí)，接入點(diǎn)的電壓偏差能滿足光伏電源接入配電網(wǎng)7％以內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)，以此來確定待選接入點(diǎn)的集合，進(jìn)而進(jìn)行光伏電源的優(yōu)化配置。

用數(shù)據(jù)包絡(luò)分析的方法對(duì)各接入點(diǎn)進(jìn)行電能質(zhì)量評(píng)估的結(jié)果，由圖5,6分析可知，接入點(diǎn)的電壓偏差和電壓波動(dòng)值都在國標(biāo)規(guī)定的范圍內(nèi)。由圖4分析可知，接入點(diǎn)24,25號(hào)點(diǎn)因接入容量隨光照強(qiáng)度的增大而增大時(shí)，會(huì)出現(xiàn)總諧波畸變率超標(biāo)的情況。可在接入點(diǎn)24,25號(hào)增加消諧裝置以抑制諧波。除了8號(hào)接入點(diǎn)的電能質(zhì)量評(píng)估等級(jí)是4級(jí)偏差的水平，大多接入等級(jí)都在3級(jí)中等的水平，沒有接入點(diǎn)的評(píng)估等級(jí)是5級(jí)不合格，說明該接入方案可行，接入點(diǎn)的各項(xiàng)指標(biāo)都能達(dá)到規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。