一种有源配电网分布式光伏消纳能力评估方法_仲泽天.pdf
《一种有源配电网分布式光伏消纳能力评估方法_仲泽天.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《一种有源配电网分布式光伏消纳能力评估方法_仲泽天.pdf(9页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、第39卷 第2期2023年2月电网与清洁能源Power System and Clean EnergyVol.39No.2Feb.2023清洁能源Clean Energy基金项目:国家自然科学基金项目(51607093)。Project Supported by the National Natural Science Foundation ofChina(51607093).ABSTRACT:Thedistributedphotovoltaicpowersupply(DPV)is both intermittent and fluctuant.due to changes ofsunligh
2、t.When it is connected to the active distributionnetwork,it brings a series of adverse effects to the stableoperation of the distribution network,therefore,it is veryimportant to study the photovoltaic capacity of the activedistribution network for the safe operation of the activedistribution networ
3、k.In this paper,the influence of distributedphotovoltaic power on the voltage deviation of active distributionnetwork and system loss is studied.The two objective functionsset are the maximum access power of distributed photovoltaicpower and the system loss respectively,taking the voltagedeviation a
4、s the constraint condition,a distributed photovoltaic(DPV)absorptive capability evaluation model for IEEE 33 busis established to evaluate the PV absorptive capability of activedistribution networks.According to the evaluation results,adynamic adaptive particle swarm optimization(Dapso)algorithmis p
5、roposed to solve the active distribution network,and thecorrectness of the model and the effectiveness of the algorithmare verified,the error is small.KEY WORDS:distributed photovoltaic power supply;activedistributionnetwork;photovoltaicconsumptioncapacity;dynamic adaptive particle swarm optimizatio
6、n摘要:受太阳光照变化的影响,分布式光伏电源存在间歇性和波动性的问题,其接入有源配电网后给配电网稳定运行带来了一系列不利影响,因此研究有源配电网的光伏消纳能力问题对维持有源配电网安全运行至关重要。通过对分布式光伏电源接入电网对有源配电网电压偏差和系统网损的影响进行研究,设置的 2 个目标函数分别是分布式光伏电源接入功率最大量和系统网损,以电压偏差作为约束条件,建立关于 IEEE33 节点的有源配电网分布式光伏消纳能力评估模型,用于评估有源配电网的光伏消纳能力。根据评估结果,提出动态自适应粒子群算法,对有源配电网进行求解,并且与传统的粒子群算法进行比较,结果表明,该算法求解结果更加精确,误差较小
7、。关键词:分布式光伏电源;有源配电网;光伏消纳能力;动态自适应粒子群随着全球变暖日益严重和化石燃料日益短缺,太阳能清洁、持续可再生的优势便体现了出来,其普遍受到世界各国的重视。目前,我国已出台许多相关政策来促进光伏产业的发展1-3。但太阳能受地球自转和天气等影响,导致分布式光伏电源出现不确定性和间歇性问题,其接入给低压配电网的电压控制、继电保护、电能质量及可靠性等带来很多不利影响4-6,限制了其大量并网和消纳,导致弃光现象严重。因此,有关低压配电网的光伏消纳能力的评估和提升,成为未来电力系统研究的重要内容。对于分布式光伏电源并网所产生的不利影响,目前,国内外的专家学者已在有源配电网分布式光伏消
8、纳能力评估方面做出了许多相应研究。针对有源配电网光伏消纳问题,文献7利用逆变器能够调节无功与储能能够调节有功的特性,让二者相协调,利用有功无功协调控制对低压配电网网络电压进行有效调节。文献8提出一种基于配电网动态重构的新型分布式光伏消纳策略对含光伏并网的配电网中光伏的消纳率进行有效提升。文献9针对光伏文章编号:1674-3814(2023)02-0060-09中图分类号:TM72文献标志码:A一种有源配电网分布式光伏消纳能力评估方法仲泽天,李梦月,王加澍,张健,马刚(南京师范大学电气与自动化工程学院,江苏 南京210042)An Assessment Method for Distribute
9、d Photovoltaic Absorption Capacity ofActive Distribution NetworksZHONG Zetian,LI Mengyue,WANG Jiashu,ZHANG Jian,MA Gang(School of Electrical and Automation Engineering,Nanjing Normal University,Nanjing 210042,Jiangsu,China)第39卷第2期电网与清洁能源清洁能源Clean Energy扶贫地区分布式光伏并网引发的电压偏差、设备和线路过载等问题,在分析光伏消纳能力的基础上提出基于
10、二分法的光伏消纳能力评估方法。文献10为了发挥分布式光伏发电系统给有源配电网带来的积极影响,在不影响分布式光伏发电系统有功输出的同时,利用其无功输出可控性参与配电网网损的优化来达到降低网络损耗的目的。上述文献对分布式光伏入网后有源配电网的光伏消纳能力评估进行充分的研究,但是未能对其接入后对有源配电网光伏消纳能力造成影响的规律进行研究,且缺少相应的算法进行分布式光伏消纳能力的优化。因此,本文建立关于有源配电网的分布式光伏消纳能力评估模型,以电压偏差作为约束条件,分析分布式光伏接入功率与电压偏差以及系统网损等指标的对应关系。在此基础上,提出动态自适应粒子群算法来对光伏消纳能力和系统网损进行进一步优
11、化,对有源配电网进行求解,计算出配电网能够接入的最大光伏功率和其对应的最小网损,对所建模型的正确性和算法的有效性进行验证。仿真结果表明,采用动态自适应粒子群算法后,光伏最大接入量显著提升,此时对应的系统网损也有所减小。1分布式光伏电源出力受气候条件的影响,分布式光伏电源的出力与光照强度关联密切,而光照强度本身存在着不确定性和间歇性,因此,随着一天时间内光照强度的改变,分布式光伏电源的输出功率也随之改变,具有随机性和波动性11-12。如图 1 所示是内蒙古某地区典型的平均光照强度与太阳辐射强度之间的关系。一天中中午光照最强,此时太阳辐射强度最高。清晨和傍晚光照较弱,此时太阳辐射强度较低。此外,太
12、阳辐射强度还受季节差异影响,一般而言夏季太阳辐射强度较大;冬季太阳辐射强度较小。一般光伏阵列接收的光照强度a决定分布式光伏电源输出功率的大小,其输出功率表示为Pm=am=1MAmm(1)式中:M 为光伏组件数;Am,m分别为这些光组件中第 m 个组件的面积和发电效率。根据所查阅的资料13得出,用 Beta 分布的概率密度曲线表示一天日照的光照强度,分布式光伏电源输出功率Pm的概率密度函数为f()Pm=()+()()|PmPM-1|1-PmPM-1(2)式中:PM是分布式光伏电源最大输出功率;,分别是 Beta 分布概率密度函数的 2 个参数,根据统计一天时间段内光照强度平均值和光照强度的方差来
13、计算这 2 个参数,其表达式为=|()1-2-1(3)=()1-|()1-2-1(4)为了描述光伏出力的不确定性,可将光伏输出功率 PS表示为式(5)所示含机会约束的区间变量。Pl=()PdSPSPuS=PdSPuSf()PSdPS=1-(5)式中:1-表示置信区间;PSu和 PSd分别作为置信区间上、下限;Pl为概率。因此,在确定 f(PS)后,置信水平 1-下的光伏出力不确定集合即可确定。由于通过光伏机组中电容器的自动投切可使功率因数保持在一定的范围之内12,因此若有功功率确定,则其无功功率也就可以确定。若无功功率因数为tan,此时无功功率的标幺值QS为QS=PS/tan(6)2分布式光伏
14、电源接入对有源配电网的影响由于分布式光伏电源本身存在着不确定性和间歇性,其接入有源配电网后给配电网的安全稳定运行造成一定的影响。有源配电网在其大量接入后,会给配电网带来一定的电压偏差和相应的系统网损,会不可避免地给电力系统安全运行和经济性图1内蒙古某地平均光照强度Fig.1Average illumination intensity of a certain place inInner Mongolia61清洁能源Clean Energy带来很多负面影响。2.1有源配电网电压偏差理论分析根据文献14-15,我国大部分地区的有源配电网是开环运行的,采用的大多是闭环设计。因此对能够正常运行的有源配
15、电网均可将其视为单电源辐射性网络。馈线的导纳可以忽略不计,采用三相对称恒功率负载模型。在光伏电源并网系统中,在调峰、调频和光伏电源出力大于消纳能力以及线路重载等相关情况下,系统调度需要光伏电源在一定时间内、在定功率输出模式下运行,因此分布式光伏电源通常在定功率控制模式进行工作16。本文采取具有恒功率因数的 PQ 节点的分布式光伏电源进行分析,如图 2 所示。图2分布式光伏电源接入低压配电网示意图Fig.2Schematic diagram of distributed photovoltaicpower supply connected to low-voltage distributionn
16、etwork在如图 2 所示的单电源辐射性有源配电网中,有源配电网跟上层输电网络之间的公共连接处用 0节点表示,1n 是有源配电网中的节点。在图 2 所示的模型中,每个节点都接入分布式光伏电源和负荷,将某一节点的分布式光伏电源和负荷功率设为0,表示该节点上没有分布式光伏电源和负荷接入。R 是馈线的电阻;X 是馈线的电抗;PDG+jQDG表示分布式光伏电源接入节点上的输出功率;PL+jQL表示负荷的功率;Pj+jQj表示馈线 ij 流过的功率。分布式光伏电源通常与负荷节点相连接,跟负荷潮流是反方向的,因此其能够抵消一定的负荷。可以将负荷看成具有负值,分布式光伏电源在接入负荷后,此时节点 k 处的
17、电压偏差为Uk%=i=0k(Rij=inPDG,j+Xij=inQDG,j)-i=0k(Rij=inPL,j+Xij=inQL,j)/U2N100%(7)2.2对有源配电网网损的影响负荷接入有源配电网后,配电网电流从电源处开始出发,流经输电线路进入负荷。在此电流传递过程中,会产生相应电能损耗,有源配电网上网损幅值跟电网线路上流经的电流以及线路上的阻抗幅值成正相关,流经的电流和线路阻抗越大,低压配电网上网损也就越大17-18。一般而言,线路参数是恒定不变的,因此,可以减小线路上流经的电流来减少低压配电网系统所产生的网损。若分布式光伏电源接入到负荷侧一端,此时电网中有源配电网所吸收的功率会相应减少
18、,从而流经支路上的电流幅值会变小,系统网损会相应减少。根据图 2 进行具体的网损分析。假定有源配电网上接入的负荷为SL=PL+jQL(8)式中:PL表示有功负荷,W;QL表示无功负荷,var。每相负荷吸收的电流计算表达式为IL=PL-jQL3V(9)式中:V 是输电线相电压,V。分布式光伏电源未接入有源配电网之前,有源配电网所产生网损的计算表达式为Ploss1=rL()P2L+Q2L3V2(10)式中:每千米长度的单相电阻用 r 表示,单位为/km。在其接入有源配电网之后,结合式(1)、式(6),分布式光伏电源发电单相电流计算表达式为IL=rm=1MAmm-jrm=1MAmmtan3V(11)
19、PPV=rm=1MAmm(12)QPV=rm=1MAmmtan(13)式中:PPV为有源配电网系统上分布式光伏电源发出的有功功率;QPV为有源配电网系统上分布式光伏电源发出的无功功率。由式(5)可知,由于分布式光伏电源功率输出具有不确定性,其接入有源配电网会影响到其中部分线路的电压分布和系统网损,因此根据其接入位置,可将馈线上的功率划分成 2 个部分:一是系统等效电源;二是分布式光伏电源发电系统间所产生的网损功率 PlossA,以及分布式光伏电源发电系统与负荷之间所产生的的网损功率 PlossB。由图 2 可知,在第一部分系统等效电源上的网仲泽天,等:一种有源配电网分布式光伏消纳能力评估方法V
20、ol.39No.262第39卷第2期电网与清洁能源清洁能源Clean Energy损功率计算表达式为IS=IL-IPV(14)PlossA=3rl1I2S=rl1(P2L+Q2L+P2PV-2PLPPV-2QLQPV)3V2(15)分布式光伏电源并网前后,系统的负荷侧电流IL和PlossB保持不变。PlossB=3rl2I2L=rl2(P2L+Q2L)3V2(16)由式(15)、式(16)可得,在其接入有源配电网之后原输电线 L 上的所产生的网损计算表达式为Ploss2=PlossA+PlossB(17)从而分布式光伏电源并网前、后的整体网损变化量计算表达式为Ploss=Ploss1+Plos
21、s2=rl12PLPPV+2QLQPV-()P2PV+Q2PV/3V2(18)根据式(16)可知,当Ploss0 时,分布式光伏电源的接入会使有源配电网上产生的系统损耗减少;当Ploss0 时,分布式光伏电源的接入会使有源配电网产生的系统损耗增加。从而可得网损的变化率为Plossate=PlossPloss1=l1L()2PLPPV+2QLQPV-P2PV-Q2PV()P2L+Q2L(19)由于本文采取具有恒定功率因数的 PQ 节点的分布式光伏电源进行分析,因此导致有源配电网系统网损发生变化的 2 个因素主要是分布式光伏电源的接入位置以及分布式光伏电源的接入容量。具体表现在:随着其接入容量逐渐
22、增加,系统有功网损先减小后增加,当其接入量等于系统总有功负荷时,此时系统网损最小。3分布式光伏电源消纳评估模型为了进一步分析分布式光伏电源接入对有源配电网的光伏消纳能力的影响,本文通过建立关于有源配电网的光伏消纳评估模型,分析其接入后有源配电网上的电压偏差和系统网损变化19-21。通过自适应动态粒子群算法来实现对光伏消纳能力和系统网损的进一步优化,计算出有源配电网上的最大光伏接入功率和最小网损。3.1目标函数为了对光伏消纳能力以及系统网损进行充分研究,本文综合考虑分布式光伏电源接入量和位置这 2 种因素,采用随机加权法12对多目标问题进行单目标化处理。1)本文将光伏消纳能力用接入有源配电网的光
23、伏容量之和表示,即:f1=m=1NPVPPV,m(20)式中:NPV为系统中接入光伏的节点总数;PPV,m为第m 个节点的光伏接入量。2)在其接入有源配电网之后,其上面所产生的有功损耗为f2=i,jNBP2ij+Q2ijU2iRij(21)式中:NB表示系统中所有节点构成的集合;Pij,Qij分别为支路 ij 上流过的有功功率、无功功率值;Ui为节点 i 的电压值;Rij为节点 i 和 j 之间的线路电阻值。考虑到有源配电网光伏消纳能力和其运行经济性这 2 种因素,本文采用随机加权法来进行处理,其函数表达式为maxf=1f1-2f2(22)式中:1,2为随机数,且1+2=1,01,21。3.2
24、约束条件1)考虑到系统节点前后有功、无功和电压之间的关系,其系统潮流约束如下:|Pi+1=Pi-Ri+1P2i+Q2iU2i-1-PLi+PPViQi+1=Qi-Xi+1P2i+Q2iU2i-1-QLiU2i+1=U2i-2()RiPi+XiQi+()P2i+Q2iP2i+Q2iU2i-1(23)式中:Pi,Pi+1和 Qi,Qi+1分别为流过节点 i 和节点 i+1的有功功率和无功功率;PPVi,PLi分别为节点 i 处分布式光伏电源的有功出力、负荷功率;QLi为节点 i 的负荷无功功率;Ri,Ri+1和 Xi,Xi+1分别为节点 i-1、i 之间及节点 i、i+1 之间的线路电阻与电抗值;
25、Ui-1,Ui+1分别为节点 i-1,i+1 的电压值。2)考虑电压偏差上、下限和光伏发电容量,其约束表达式为UN()1-1UiUN()1+20SPV,iSPV,imax(24)式中:UN为系统的标称电压;1,2为国标规定的63清洁能源Clean Energy允许电压偏差率;SPV,i为第 i 个节点的光伏发电容量;SPV,imax为第i个节点光伏接入容量上限。3.3动态自适应粒子群算法优化在以往光伏中对自适应动态粒子群算法的利用中,仅是单纯的计算光伏发电中所产生的网损和光伏消纳能力,并未进行相应的优化22-24。为了进一步对有源配电网上的光伏消纳能力和系统网损进行优化,以光伏接入容量和位置作
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 一种 有源 配电网 分布式 光伏消纳 能力 评估 方法 仲泽天
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。