基于节点化计算的工业园区10kV线路光伏消纳能力分析方法与流程

基于节点化计算的工业园区10kv线路光伏消纳能力分析方法
技术领域
1.本发明涉及一种基于节点化计算的工业园区10kv线路光伏消纳能力分析方法。


背景技术：

2.分布式光伏的大规模接入，对传统配电网带来了新的挑战。对于10kv中压线路来说，分布式光伏的接入会引起电压的波动，升高接入点潮流，造成潮流越限，降低电网安全性。
3.现阶段研究机构对于常规线路消纳能力分析，通常采用“试探法”进行分析比较，以潮流检验和电压升高作为其约束条件，通过迭代方法将光伏最大消纳能力分布到低压出线。
4.随着整县光伏推进，分布式光伏将呈现迅速增长趋势，尤其以工业园区为代表的整县光伏推进重点区域，屋顶分布式光伏将“大规模”、“连片式”接入，常规“试探法”以线路最大消纳能力为边界限制光伏发展，已不适用于光伏迅速发展的现状。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种基于节点化计算的工业园区10kv线路光伏消纳能力分析方法，以精细化评估配电网各个节点下分布式光伏的消纳能力。
6.为此，本发明提供了一种基于节点化计算的工业园区10kv线路光伏消纳能力分析方法，包括以下步骤：根据负荷分布及分支线接入点，通过线路电气图，在10kv主干线上选取关键计算节点，获得主干线上各节点接入的企业用电需求及光伏出力的有功无功功率；按照节点电压计算公式和节点前有功功率计算公式，以线路末端电压un＝10kv为初始条件，各节点接入的企业用电需求及光伏出力的有功无功功率为已知条件，采用迭代法自下而上计算各个节点电压值，直至计算到首端电压为10.5kv默认值，选取此时各节点有功、无功功率作为线路各个节点的功率值，自上而下计算出从电源点至线路末端各个节点的目标电压值；根据主干线的电压指标边界条件判断各个节点的目标电压值是否越限，以及根据主干线输送有功功率边界条件判断各个节点的节点前有功功率是否越限，若二者均未越限，则判定未超出最大光伏消纳能力，否则判定超出。
7.进一步地，上述主干线为现状线路或规划线路。
8.本方法能够精细化评估电网分布式光伏消纳能力，结合企业所在地理及10千伏电网接入位置，在10千伏线路上选取关键计算节点，通过计算该节点下现状线路光伏报装出力大小、规划线路光伏最大安装容量、现状线路及规划线路企业用户用电负荷需求，分别对现状电网和规划电网进行潮流计算，基于节点化线路电压、功率为边界条件约束，分析出线路电压、有功功率是否越限，定点定容分析现状线路及规划线路分布式光伏消纳能力。
9.除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
10.构成本技术的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
11.图1是10kv主干线的节点分布图；
12.图2是10kv主干线上的任意前后两个节点的电压分布示意图；
13.图3是10kv主干线上的任意前后两个节点的向量关系图；
14.图4是10kv主干线上的任意前后两个节点的功率分布示意图；以及
15.图5是本发明的基于节点化计算的工业园区10kv线路光伏消纳能力分析方法的流程图。
具体实施方式
16.下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
17.如图1所示，本发明的工业园区10kv线路光伏消纳能力分析方法包括步骤s10-s30。
18.s10、根据负荷分布及分支线接入点，通过线路电气图，在10kv主干线上选取关键计算节点，获得主干线上各节点接入的企业用电需求及光伏出力的有功无功功率。
19.s10、按照节点电压计算公式和节点前有功功率计算公式，以线路末端电压un＝10kv为初始条件，各节点接入的企业用电需求及光伏出力的有功无功功率为已知条件，采用迭代法自下而上计算各个节点电压值，直至计算到首端电压为10.5kv默认值，选取此时各节点有功、无功功率作为线路各个节点的功率值，自上而下计算出从电源点至线路末端各个节点的目标电压值。
20.s30、根据主干线的电压指标边界条件判断各个节点的目标电压值是否越限，以及根据主干线输送有功功率边界条件判断各个节点的节点前有功功率是否越限，若二者均未越限，则判定未超出最大光伏消纳能力，否则判定超出。
21.下面对上述方法中的各步骤加以详细说明。
22.一、确定线路计算节点
23.根据负荷分布及分支线接入点，通过线路电气图，在主干线上选取关键计算节点，如图1所示。
24.二、统计各节点企业用电负荷需求
25.现状线路以接入企业、配变或配电室的位置作为节点，以节点为单位统计现状线路企业有功、无功功率值p
nl
、q
nl
。
26.规划线路空白区域以线路上距离企业最近的点作为节点，通过负荷预测统计节点规划线路负荷f。根据国家标准规定月平均功率因数不得低于0.9及工业园区功率因数大数据统计，本方法中企业用电功率因数设为0.99。
27.规划线路节点用电负荷需求有功无功功率计算公式如下：
[0028][0029][0030]
式中，p
fl
、q
fl
分别为规划线路企业用电有功、无功功率，f为规划线路企业用电报
装容量，为企业用电功率因数。
[0031]
三、计算屋顶分布式光伏安装容量
[0032]
现状线路屋顶分布式光伏报装容量wn以各企业报装数据为准；
[0033]
规划线路屋顶分布式光伏最大安装预测容量wf以屋顶面积计算数据为准。
[0034]
工业企业建筑中大多是平面屋顶，此类建筑屋顶大致分为压型钢板屋面与混凝土屋面，安装分布式光伏时需要考虑建筑屋顶采光、通风设备遮挡、建筑自身女儿墙阴影遮挡等因素。下表为屋顶可利用系数α参考值。
[0035][0036][0037]
屋顶分布式光伏最大安装容量预测公式如下：
[0038]armax
＝α*ar[0039]npv
＝a
rmax
/a
pv
[0040]
式中，a
rmax
为屋顶最大可利用面积，ar为企业屋顶面积，α为屋顶可利用系数，n
pv
为光伏电池板数量，a
pv
为单块光伏板用地面积。
[0041]
光伏发电系统发电功率公式如下：
[0042]
wf＝w
pv
×npv
[0043]
式中，wf为屋顶分布式光伏最大发电功率(即分布式光伏最大安装预测容量)，w
pv
为单块光伏电池板发电功率，n
pv
为光伏电池板数量。
[0044]
由于光伏发电为直流电，光伏通过逆变器并网要求功率因数在0.98以上，因此本方法中默认分布式光伏功率因数cosσ为1，设定光伏出力效率85％。
[0045]
现状线路及规划线路分布式光伏有功无功功率计算公式如下：
[0046]
p
npv
＝wn*cosσ*85％＝0.85wn[0047]qnpv
＝0
[0048]
p
fpv
＝wf*cosσ*85％＝0.85wf[0049]qfpv
＝0
[0050]
式中，p
npv
、q
npv
分别为现状线路分布式光伏有功功率、无功功率，wn为现状线路分布式光伏报装容量，p
fpv
、q
fpv
分别为规划线路分布式光伏有功功率、无功功率，wf为规划线路分布式光伏最大安装预测容量，cosσ为分布式光伏功率因数。
[0051]
四、判断线路节点潮流是否越限
[0052]
判断现状线路及规划路线路节点潮流是否越限的计算公式相同，以下公式中将上述计算的现状线路及规划线路企业用电有功、无功功率统一表示为p
l
、q
l
，现状线路及规划线路分布式光伏发电有功、无功功率统一表示为p
pv
、q
pv
。
[0053]
1、计算节点电压
[0054]
根据《电能质量供电电压允许偏差》(gb12325-2008)中规定10kv线路三相供电电压允许偏差为标称电压的
±
7％，设置线路电压指标边界条件为10kv
±
7％。
[0055]
图2和图3中，为节点i处电压，为节点j处电压，p、q为考虑了分布式光伏后的节点有功、无功功率。设置为参考相量。
[0056]
节点i处电压计算公式如下：
[0057][0058]
p＝p
l-p
pv
[0059]
q＝q
l-q
pv
[0060]
式中，分别为节点前后电压向量，r、x分别为线路电阻、电抗，p、q分别为考虑了分布式光伏后的节点有功、无功功率，p
l
、q
l
为线路节点上企业用电有功、无功功率，p
pv
、q
pv
为线路节点上分布式光伏发电有功、无功功率，uj为节点j的电压向量在角度为零时的电压值。
[0061]
2、计算节点前有功功率
[0062]
图中，p
i1
、p
i2
分别为节点i的节点前、后有功功率，p
j1
为节点j的节点前有功功率。设置p
j1
、q
j1
为参考相量。
[0063]
节点i的节点前有功功率计算公式如下：
[0064][0065]
式中，p
i1
、p
i2
分别为节点i的节点前、后有功功率，p
j1
、q
j1
分别为节点j的节点前有功、无功功率，p为企业用电有功功率，uj为节点j的电压。
[0066]
3、计算10kv线路各个节点电压及有功功率
[0067]
设置线路首端电压u0＝10.5kv为默认值，利用上述节点计算公式，以线路末端电压un＝10kv为初始条件，各节点接入的企业用电需求及光伏出力的有功无功功率为已知条件，采用迭代法自下而上计算各个节点电压值，直至计算到首端电压为10.5kv的默认值，选取此时各节点有功、无功功率作为线路各个节点的功率值，自上而下计算出从电源点至线路末端各个节点的电压值(目标电压值)。
[0068]
4、校核节点电压值及节点前有功功率是否越限
[0069]
(1)判断节点电压值是否越限
[0070]
判断该节点电压是否越限，若电压值在10
±
0.7kv范围内，该节点电压未越限，反之则越限。
[0071]
(2)判断节点前有功功率是否越限
[0072]
设定线路电流超过允许电流的80％为重载，查询该线路型号对应的允许电流i0，10kv线路输送有功功率边界条件计算公式如下：
[0073][0074]
式中，p0为线路输送有功功率边界值，u为线路电压10kv，i0为线路额定电流，p
i1
为节点i的节点前有功功率。
[0075]
判断节点前有功功率p
i1
是否在边界条件之内，若p
i1
小于p0，该节点前有功功率未越限，反之则越限。
[0076]
若节点电压和节点前有功功率二者均未越限，则判定未超出最大光伏消纳能力，其余情况，判定为超出最大光伏消纳能力，即目前线路节点不能消纳已接入的光伏容量。
[0077]
以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。