一種不同充電場景下光網充協同的配電網接納評估方法與流程
2024-04-13 14:52:05 1
1.本發明涉及配電網技術領域，尤其涉及一種不同充電場景下光網充協同的配電網接納評估方法。
背景技術：
2.電動汽車在緩解能源危機、改善環境等問題上具有較大優勢，發展電動汽車成為重點發展戰略之一，電動汽車作為一種可調度資源大規模接入電網，使得配電網負荷側出現了大量可中斷性負荷與雙向負荷，導致配電網潮流分布發生變化，傳統配電網的規劃方法可能己不再適用。當前的配電網，尤其是老舊居民小區配電網沒有考慮電動汽車的快速發展以及大規模接入，不能滿足大量電動汽車的充電需要。
技術實現要素：
3.本部分的目的在於概述本發明的實施例的一些方面以及簡要介紹一些較佳實施例。在本部分以及本技術的說明書摘要和發明名稱中可能會做些簡化或省略以避免使本部分、說明書摘要和發明名稱的目的模糊，而這種簡化或省略不能用於限制本發明的範圍。
4.鑑於上述現有存在的問題，提出了本發明。
5.因此，本發明提供了一種不同充電場景下光網充協同的配電網接納評估方法解決沒有考慮電動汽車的快速發展以及大規模接入，不能滿足電動汽車的電能需求的問題。
6.為解決上述技術問題，本發明提供如下技術方案：包括以下步驟：
7.獲取待評估線路現狀及規劃接入的充電設施位置及建設參數，根據不同充電場景下充電負荷預測方法計算得出充電負荷，並將電動汽車的充電負荷分配到相應的各節點；
8.將接入各配電節點的電動汽車充電負荷疊加到原始負荷上得到各配電節點總負荷，分別計算極端情況下的線路節點潮流分布；
9.通過評價指標評估配電網各節點對光伏、電動汽車充電設施的接納能力，若接納能力不滿足電壓偏差和功率任一指標要求，則該節點對光伏、電動汽車接納失敗，設置為線路薄弱節點，輸出消納結果。
10.作為本發明所述的不同充電場景下光網充協同的配電網接納評估方法的一種優選方案，其中：獲取待評估線路的配電網參數，在主幹線上選取關鍵計算節點，並以節點為單位計算接入節點的基礎電力用戶的有功、無功功率數據；
11.獲取待評估線路現狀及規劃接入的分布式光伏安裝容量及配置位置，計算得出分布式光伏的有功、無功功率數據，將功率數據分配到相應的各節點；
12.作為本發明所述的不同充電場景下光網充協同的配電網接納評估方法的一種優選方案，其中：根據獲取待評估線路的配電網參數，在主幹線上選取關鍵計算節點，並以節點為單位計算接入節點的基礎電力用戶的有功、無功功率數據，設計的配電網參數分析方法表達式為：
[0013][0014]
式中，z，r，x分別表示線路阻抗、電阻、電抗，r1、x1分別表示線路單位長度的電阻、電抗，l表示線路長度。
[0015]
作為本發明所述的不同充電場景下光網充協同的配電網接納評估方法的一種優選方案，其中：獲取待評估線路的配電網參數，在主幹線上選取關鍵計算節點，並以節點為單位計算接入節點的基礎電力用戶的有功、無功功率數據，包括配電網中各類基礎用電負荷，其功率表示為：
[0016]
p＝kd*pe[0017][0018]
式中，p、q分別表示基礎用電用戶有功功率、無功功率；kd表示需要係數，查表可知對應用電設備的需要係數；pe表示用電設備的設備功率；表示用電設備的功率因數對應的正切值。
[0019]
作為本發明所述的不同充電場景下光網充協同的配電網接納評估方法的一種優選方案，其中：根據獲取待評估線路現狀及規劃接入的分布式光伏安裝容量及配置位置，計算得出分布式光伏的有功、無功功率數據，將功率數據分配到相應的各節點，包括光伏組件功率因數即光伏組件出力功率表示為：
[0020][0021][0022]
式中，p
pv
、q
pv
分別表示光伏組件有功、無功功率；p
az
為光伏組件安裝容量；pr為光伏組件綜合效率係數。
[0023]
作為本發明所述的不同充電場景下光網充協同的配電網接納評估方法的一種優選方案，其中：根據獲取待評估線路現狀及規劃接入的分布式光伏安裝容量及配置位置，計算得出分布式光伏的有功、無功功率數據，將功率數據分配到相應的各節點，光伏組件綜合效率係數表示為：
[0024][0025]
pr＝η1*η2*η3[0026]
式中，η1分別表示光伏陣列效率；pm表示光伏最大直流輸出功率；a
t
表示光伏組件總面積；p
in
取標準光強1000w/m2；η2表示逆變器轉換效率；η3表示交流併網效率。
[0027]
作為本發明所述的不同充電場景下光網充協同的配電網接納評估方法的一種優選方案，其中：根據獲取待評估線路現狀及規劃接入的充電設施位置及建設參數，根據不同充電場景下充電負荷預測方法計算得出充電負荷，並將電動汽車的充電負荷分配到相應的各節點，包括充電站內充電樁規劃數量表示為：
[0028]cev
＝c
p
*k1[0029]
式中，c
ev
表示充電站內充電樁規劃數量；c
p
表示待建充電站地點車位數量；k1表示
不同類型建設地點的充電樁配置比例，通過不同城市的充電設施建設文件可知對應的充電樁配置比例。
[0030]
作為本發明所述的不同充電場景下光網充協同的配電網接納評估方法的一種優選方案，其中：根據獲取待評估線路現狀及規劃接入的充電設施位置及建設參數，根據不同充電場景下充電負荷預測方法計算得出充電負荷，並將電動汽車的充電負荷分配到相應的各節點，包括充電站充電負荷表示為：
[0031]
p
ev
＝∑(pi*ki*c
ev
*η)*k
x
*k
t
[0032][0033]
式中，p
ev
、q
ev
分別表示充電設備負荷、無功功率；pi表示充電設備的額定功率；ki表示額定輸出功率為pi的充電設備的配置比例，參照下文不同充電場景下充電設施配置表；η表示充電設備的工作效率；；k
x
、k
t
分別表示充電設備需要係數、充電設備同時係數，取值參照如下所示表格；表示充電設備功率因數對應的正切值，功率因數一般取0.95。
[0034]
作為本發明所述的不同充電場景下光網充協同的配電網接納評估方法的一種優選方案，其中：根據通過評價指標評估配電網各節點對光伏、電動汽車充電設施的接納能力，若接納能力不滿足電壓偏差和功率任一指標要求，則該節點對光伏、電動汽車接納失敗，設置為線路薄弱節點，輸出配電網對光伏、電動汽車消納結果設計的電壓偏差表示為：
[0035][0036]
式中，δu％表示電壓偏差；ui表示節點實際電壓；ue表示系統額定電壓。
[0037]
作為本發明所述的不同充電場景下光網充協同的配電網接納評估方法的一種優選方案，其中：根據通過評價指標評估配電網各節點對光伏、電動汽車充電設施的接納能力，若接納能力不滿足電壓偏差和功率任一指標要求，則該節點對光伏、電動汽車接納失敗，設置為線路薄弱節點，輸出配電網對光伏、電動汽車消納結果設計的節點最大負載能力表示為：
[0038][0039]
式中，p
max
表示節點最大負載能力；u表示線路電壓，即10kv；i
max
表示線路允許最大電流；μ表示重載線路負載率；表示功率因數。
[0040]
設計的配電網節點接納能力評估方法表示為：
[0041][0042]
式中，δui表示節點電壓偏差；pi表示節點有功功率；p
max
表示節點最大負載能力。
[0043]
與現有技術相比，本發明的有益效果：本發明提出一種不同充電場景下光網充協同的配電網接納評估方法，在傳統配電網規劃方法基礎上，考慮了光伏、電動汽車隨機接入後線路節點電壓失穩、功率越線等一系列問題，以節點為單元開展潮流分析，精細化評估電網節點消納能力，為光伏、電動汽車協同策略優化提供依據，為配電網改造提升提供決策依據，更適用於當前光伏、電動汽車大規模發展的情景。
附圖說明
[0044]
為了更清楚地說明本發明實施例的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其它的附圖。其中：
[0045]
圖1為本發明一個實施例所述的不同充電場景下光網充協同的配電網接納評估方法的總體流程圖。
[0046]
圖2為本發明一個實施例所述的不同充電場景下光網充協同的配電網接納評估方法的等效電路圖。
[0047]
圖3為本發明一個實施例所述的不同充電場景下光網充協同的配電網接納評估方法的含光伏、充電設施接入的線路節點分布模型示意圖。
[0048]
圖4為本發明一個實施例所述的不同充電場景下光網充協同的配電網接納評估方法的配電網節點化潮流圖。
[0049]
圖5為本發明一個實施例所述的不同充電場景下光網充協同的配電網接納評估方法的線路各節點均滿足電壓偏差指標要求圖。
[0050]
圖6為本發明一個實施例所述的不同充電場景下光網充協同的配電網接納評估方法的線路節點6-20均不滿足電壓偏差指標要求圖。
[0051]
圖7為本發明一個實施例所述的不同充電場景下光網充協同的配電網接納評估方法的線路各節點均滿足節點功率指標要求圖。
[0052]
圖8為本發明一個實施例所述的不同充電場景下光網充協同的配電網接納評估方法的線路節點0-6均不滿足節點功率指標要求圖。
具體實施方式
[0053]
為使本發明的上述目的、特徵和優點能夠更加明顯易懂，下面結合說明書附圖對本發明的具體實施方式做詳細的說明，顯然所描述的實施例是本發明的一部分實施例，而不是全部實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都應當屬於本發明的保護的範圍。
[0054]
在下面的描述中闡述了很多具體細節以便於充分理解本發明，但是本發明還可以採用其他不同於在此描述的其它方式來實施，本領域技術人員可以在不違背本發明內涵的情況下做類似推廣，因此本發明不受下面公開的具體實施例的限制。
[0055]
其次，此處所稱的「一個實施例」或「實施例」是指可包含於本發明至少一個實現方式中的特定特徵、結構或特性。在本說明書中不同地方出現的「在一個實施例中」並非均指同一個實施例，也不是單獨的或選擇性的與其他實施例互相排斥的實施例。
[0056]
本發明結合示意圖進行詳細描述，在詳述本發明實施例時，為便於說明，表示器件結構的剖面圖會不依一般比例作局部放大，而且所述示意圖只是示例，其在此不應限制本發明保護的範圍。此外，在實際製作中應包含長度、寬度及深度的三維空間尺寸。
[0057]
同時在本發明的描述中，需要說明的是，術語中的「上、下、內和外」等指示的方位或位置關係為基於附圖所示的方位或位置關係，僅是為了便於描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此
不能理解為對本發明的限制。此外，術語「第一、第二或第三」僅用於描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。
[0058]
本發明中除非另有明確的規定和限定，術語「安裝、相連、連接」應做廣義理解，例如：可以是固定連接、可拆卸連接或一體式連接；同樣可以是機械連接、電連接或直接連接，也可以通過中間媒介間接相連，也可以是兩個元件內部的連通。對於本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。
[0059]
實施例1
[0060]
參照圖1-4，為本發明的一個實施例，提供了一種不同充電場景下光網充協同的配電網接納評估方法，包括：
[0061]
s1：獲取待評估線路的配電網參數，在主幹線上選取關鍵計算節點，並以節點為單位計算接入節點的基礎電力用戶的有功、無功功率數據；
[0062]
更進一步的，根據s1設計的配電網參數分析方法表達式為：
[0063]
通常，由於線路導線截面積的選擇，如前所述，以晴朗天氣不發生電暈為前提，而沿絕緣子的洩漏又很少，可設g＝0。同時，長度不超過100km的線路在線路電壓不高時，線路電納b的影響不大，可設b＝0。因此，10kv線路的等值電路可簡化為一種串聯的總阻抗，等效電路如圖2所示。
[0064]
10kv線路阻抗表示為：
[0065][0066]
式中，z，r，x分別表示線路阻抗、電阻、電抗，r1、x1分別表示線路單位長度的電阻、電抗，l表示線路長度。
[0067]
更進一步的，基礎用電用戶在配電網中存在商業、工業等各類基礎用電負荷，其功率表示為:
[0068]
p＝kd*pe[0069][0070]
式中，p、q分別表示基礎用電用戶有功功率、無功功率；kd表示需要係數，查表可知對應用電設備的需要係數；pe表示用電設備的設備功率；表示用電設備的功率因數對應的正切值，查表可知對應用電設備的功率因數。其中，需要係數和功率因數以實際情況為準。
[0071]
s2：獲取待評估線路現狀及規劃接入的分布式光伏安裝容量及配置位置，計算得出分布式光伏的有功、無功功率數據，將功率數據分配到相應的各節點；
[0072]
更進一步的，根據s2設計的光伏資源評估模型的表達式為：
[0073]
如果光伏併入電網時，其運行水平不超過額定的範圍，那麼進行含光伏的潮流計算就可將其作為pq節點。在一定的太陽輻射量和溫度下，光伏電池的輸出功率存在最大功率點。為了有效的利用太陽能，在實際應用中光伏電池始終工作在最大功率點附近，輸出有功和無功的數值變化趨於穩定。光伏組件功率因數一般取1，即光伏組件出力功率表示為：
[0074]
[0075][0076]
式中，p
pv
、q
pv
分別表示光伏組件有功、無功功率；p
az
為光伏組件安裝容量；pr為光伏組件綜合效率係數，一般取0.75～0.85，光伏組件綜合效率係數表示為：
[0077][0078]
pr＝η1*η2*η3[0079]
式中，η1分別表示光伏陣列效率；pm表示光伏最大直流輸出功率；a
t
表示光伏組件總面積；p
in
取標準光強1000w/m2；η2表示逆變器轉換效率，一般取0.97；η3表示交流併網效率，一般取0.96。
[0080]
s3：獲取待評估線路現狀及規劃接入的充電設施位置及建設參數，根據不同充電場景下充電負荷預測方法計算得出充電負荷，並將電動汽車的充電負荷分配到相應的各節點；
[0081]
更進一步的，根據s3設計的充電設施資源評估模型的表達式為：
[0082]
基於不同充電場景的充電設施配置方法，根據電動汽車的充電習慣，可以將配電網供電區域大致劃分為居民住宅區、商業服務區、行政商務區、工業倉儲區和公路沿線五個不同特徵的充電場景。其中，居民住宅區是指城市市民聚集居住的區域，包括住宅樓及其周邊為居民服務的公共場所；商業服務區是指城市內大型商貿區域；行政商務區是指便於進行行政商務活動的場所；工業倉儲區是指在不同性質的工業園區及各類倉儲及配套建築場所；公路沿線，包括各類道路及交通樞紐。不同充電場景下電動汽車充電負荷各有不同，以不同類型電動汽車的充電習慣為參考依據，不同充電場景下充電設施合理配置如下表所示。
[0083]
表1充電設施配置表
[0084][0085]
更進一步的，充電設施資源評估對於已知車位數量的充電設施待建設地點，給出充電設施充電負荷計算公式如下所示。
[0086]
充電站內充電樁規劃數量表示為：
[0087]cev
＝c
p
*k1[0088]
式中，c
ev
表示充電站內充電樁規劃數量；c
p
表示待建充電站地點車位數量；k1表示不同類型建設地點的充電樁配置比例，通過不同城市的充電設施建設文件可知對應的充電樁配置比例。
[0089]
充電站充電負荷表示為：
[0090]
p
ev
＝∑(pi*ki*c
ev
*η)*k
x
*k
t
[0091][0092]
式中，p
ev
、q
ev
分別表示充電設備負荷、無功功率；pi表示充電設備的額定功率；ki表示額定輸出功率為pi的充電設備的配置比例，參照上文不同充電場景下充電設施配置表；η表示充電設備的工作效率，一般取0.9～0.95；k
x
、k
t
分別表示充電設備需要係數、充電設備同時係數，取值參照如下所示表格；表示充電設備功率因數對應的正切值，功率因數一般取0.95。
[0093]
表2充電設備係數取值參照表
[0094][0095]
s4：將接入各配電節點的電動汽車充電負荷疊加到原始負荷上得到各配電節點總負荷，分別計算極端情況下的線路節點潮流分布；在其他實施例中，極端情況包括最大負荷最小光伏出力、最小負荷最大光伏出力等，並不局限於此。
[0096]
更進一步的，根據s4設計的配電網節點化潮流分析的表達式為：
[0097]
本方法使用節點化線路接納能力分析模型，通過計算分布式光伏、充電設施接入配電網下的線路節點潮流，判斷線路接納能力。如圖3所示是含光伏、充電設施接入的線路節點分布模型示意圖，pv表示光伏組件，ev表示充電設備。
[0098]
配電網節點化潮流表示為：
[0099]
在典型的配電網絡中，一般僅有根節點的節點電壓固定不變，而其他節點都可視為pq節點。如圖所示，圖中線路有一條主幹饋線，4個節點，圖中，各節點間阻抗為zi＝ri+jxi，功率為其中，i＝a，b，c表示線路各節點；ri、xi表示各節點電阻、電抗；pi、qi為各節點有功功率、無功功率。
[0100]
以如圖4線路為例，通過由已知點向未知點逐段遞推計算的方法可以得到線路各節點電壓和功率分布。
[0101]
更進一步的，已知首端電壓和功率，求各節點電壓和功率。
[0102]
1、節點電壓
[0103]
忽略橫向量的影響，節點電壓表示為：
[0104][0105]
ua＝u
0-δua[0106]
式中，ua、δua、ra、xa分別為節點a電壓、節點0、a間電壓偏差、電阻、電抗；p0、q0、u0分別為節點0有功功率、無功功率、電壓。以此類推計算可得各節點的電壓及電壓偏差。
[0107]
2、節點功率
[0108][0109]
[0110][0111]
式中，分別表示節點0、a間的功率損耗、節點a的節點前功率和節點後功率；ra、xa分別表示節點0、a間的電阻、電抗；p0、q0、u0分別表示節點0的功率、有功功率、無功功率、節點電壓。以此類推計算可得各節點功率。
[0112]
更進一步的，已知末端電壓和功率，求各節點電壓和功率。
[0113]
1、節點電壓
[0114]
忽略橫分量的影響，則節點電壓表示為：
[0115][0116]
ub＝uc+δuc[0117]
式中，ub表示節點b電壓；uc、δuc、rc、xc分別為節點c電壓、節點c、b間電壓偏差、電阻、電抗；pc、qc分別為節點c有功功率、無功功率。以此類推計算可得各節點的電壓及電壓偏差。
[0118]
2、節點功率
[0119][0120][0121][0122]
式中，分別表示節點b、a間的功率損耗、節點b的節點前功率和節點後功率；rc、xc分別表示節點c、b間的功率損耗、電阻、電抗；pc、qc、uc分別表示節點c的功率、有功功率、無功功率、節點電壓。以此類推計算可得各節點功率。
[0123]
更進一步的，已知末端功率和首端電壓，求各節點電壓和功率。
[0124]
1、假設各節點電壓等於其額定電壓
[0125]
uc＝u
cn
，ub＝u
bn
，ua＝u
an
[0126]
2、代入情況二求出功率分布
[0127]
uc＝u
cn
，
[0128]
3、代入情況一求出各節點電壓分布
[0129][0130]
式中，u0、ua、ub、uc分別表示節點0、a、b、c的節點電壓；u
an
、u
bn
、u
cn
分別表示節點a、b、c的額定電壓；分別表示節點0、a的節點功率。
[0131]
s5：通過評價指標評估配電網各節點對光伏、電動汽車充電設施的接納能力，若接納能力不滿足電壓偏差和功率任一指標要求，則該節點對光伏、電動汽車接納失敗，設置為線路薄弱節點，輸出消納結果。
[0132]
更進一步的，根據s5設計的評價指標中的節點電壓偏差指標判斷的電壓偏差表示
為：
[0133][0134]
式中，δu％表示電壓偏差；ui表示節點實際電壓；ue表示系統額定電壓。
[0135]
需要說明的是，配電網中節點負荷以及運行方式的變化均會導致各節點的電壓產生變化，當節點電壓偏移過大時會造成電壓越限問題，不利於電力系統的安全可靠運行，因此該指標為決定性指標。20kv及以下三相供電電壓偏差表示為標稱電壓的
±
7％。
[0136]
更進一步的，節點功率指標判斷中節點最大負載能力表示為：
[0137][0138]
式中，p
max
表示節點最大負載能力；u表示線路電壓，即10kv；i
max
表示線路允許最大電流；μ表示重載線路負載率，一般取0.8；表示功率因數，100kva及以上高壓供電的用戶功率因數應不小於0.9。
[0139]
需要說明的是，最大負載能力是線路考慮一定裕度之後的最大承載負荷的能力，線路過載或長期運行在較高負載率時對線路的壽命產生嚴重影響，不利於電力系統的安全供電。因此，該指標為決定性指標。若節點功率超過節點最大負載能力，即該節點功率越限，反之則未越限。
[0140]
更進一步的，配電網節點接納能力評估方法如下所示：
[0141][0142]
式中，δui表示節點電壓偏差；pi表示節點有功功率；p
max
表示節點最大負載能力。當節點電壓偏差與有功功率均滿足指標要求時，該節點未超過最大接納能力，仍可以接納電動汽車與光伏接入；其他情況下節點為薄弱節點，無法消納電動汽車與光伏的接入，需要進行線路升級改造或者電動汽車與光伏接入位置的調整，並在調整方案後重新進行配電網節點接納能力評估。
[0143]
實施例2
[0144]
參照圖5-8，為本發明的一個實施例，提供了一種不同充電場景下光網充協同的配電網接納評估方法，為了驗證其有益效果，提供了兩種方案的對比結果。
[0145]
如圖所示為不同線路的節點電壓圖，其中虛線表示電壓偏差指標要求，實線表示線路節點電壓曲線，圖5中線路各節點均滿足電壓偏差指標要求；圖6所示線路節點6-20均不滿足電壓偏差指標要求，為薄弱節點，無法消納電動汽車與光伏的接入，需要進行線路升級改造或者電動汽車與光伏接入位置的調整，並在調整方案後重新進行電壓偏壓指標評估。
[0146]
如圖所示為不同線路的節點功率圖，其中虛線表示最大負載能力，實線表示線路節點有功功率曲線，圖7中線路各節點均滿足節點功率指標要求；圖8所示線路節點0-6均不滿足節點功率指標要求，存在功率越線情況為薄弱節點，無法消納電動汽車與光伏的接入，需要進行線路升級改造或者電動汽車與光伏接入位置的調整，並在調整方案後重新進行節點功率指標評估。
[0147]
應說明的是，以上實施例僅用於說明本發明的技術方案而非限制，儘管參照較佳實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發明技術方案的精神和範圍，其均應涵蓋在本發明的權利要求範圍當中。