本發(fā)明涉及一種配電網(wǎng)規(guī)劃領(lǐng)域，特別是一種含小水電配電網(wǎng)的規(guī)劃方法。

背景技術(shù)：

隨著新能源的開發(fā)利用力度不斷加大，小型水電站作為清潔能源的代表，進行適當開發(fā)不僅有解決用電需求的經(jīng)濟效益，還具有推廣節(jié)能減排，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的環(huán)境效益。截至目前，我國已經(jīng)建立小水電站約5萬座，裝機容量和發(fā)電量達到了75gw和200twh的水平，在水電裝機容量和發(fā)電量的25％和20％左右，農(nóng)村及偏遠山區(qū)的小水電站開發(fā)成為我國新能源的重要開發(fā)資源。

對于小水電具有的出力不穩(wěn)定，季節(jié)性明顯的特點，可能會造成配電網(wǎng)并網(wǎng)區(qū)域電壓質(zhì)量下降，穩(wěn)定性降低等問題。隨著配電網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，，應(yīng)用主動配電網(wǎng)(activedistributionnetwork,adn)，配電網(wǎng)重構(gòu)(distributionnetworkreconstruction)，無功設(shè)備配置等方法，可以有效地解決水電并網(wǎng)所帶來的問題。同時，在配電網(wǎng)規(guī)劃階段，充分考慮小水電的出力特性，對網(wǎng)架結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，考慮多種運行方式下的運行結(jié)果等。對于合理的線路配置，找到靈活可靠，滿足經(jīng)濟性和安全運行具有重要意義。

配電網(wǎng)作為直接面向用戶的低壓電網(wǎng)，隨著以小水電為代表的分布式電源不斷接入和滲透率不斷提高，其運行方式變得更加復(fù)雜。同時，從線路建設(shè)費用，電能質(zhì)量等多個角度作為電網(wǎng)規(guī)劃的評價指標，來評價方案的優(yōu)劣并選取合適的方案。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明的目的就是提供一種含小水電配電網(wǎng)的規(guī)劃方法，能夠在不同情景下對小水電出力和負荷進行預(yù)測；并且能夠針對不同的接線方式和不同的補償設(shè)備容量配置的運行情況進行仿真；還能夠辨別電壓越限情況嚴重的方案；在此基礎(chǔ)上，采用優(yōu)化算法計算得到綜合指標最小的方案作為可行的配電網(wǎng)規(guī)劃方式。

本發(fā)明的目的是通過這樣的技術(shù)方案實現(xiàn)的，一種含小水電配電網(wǎng)的規(guī)劃方法，它包括有：所述方法步驟如下：

s01：輸入歷史數(shù)據(jù)，并對歷史數(shù)據(jù)進行分析及預(yù)測；

s02：根據(jù)小水電的歷史運行數(shù)據(jù)建立小水電模型；

s03：針對用戶負荷種類和負荷未來的發(fā)展，在歷史數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，根據(jù)近期負荷和遠期負荷建立用戶模型；

s04：根據(jù)用戶模型與小水電模型形成運行電壓要求的方案；

s05：對s04中不滿足要求的方案的運行電壓進行電壓調(diào)整；

s06：采用前推回代潮流進行仿真，仿真豐水期高負荷和枯水期低負荷兩種條件下的電壓水平；

s07：計算可靠性和評價指標，將配電系統(tǒng)的設(shè)備中的元件故障所造成的停電損失以附加項的形式加入電壓調(diào)整中的目標函數(shù)。

進一步，所述步驟s01中的歷史數(shù)據(jù)包括：小水電豐水期最大出力為pmax，枯水期最小出力為pmin，用戶基本負荷為p1，未來短期時間內(nèi)的負荷為ksp1，長期內(nèi)的負荷為klp1，負荷用電最高時刻對應(yīng)的上限系數(shù)為kmax，用電最低時刻對應(yīng)的下限系數(shù)為kmin；所述數(shù)據(jù)分析包括小水電數(shù)據(jù)分析和負荷數(shù)據(jù)分析。

進一步，所述步驟s05中的電壓調(diào)整過程所采用的調(diào)壓手段依次為：發(fā)電機勵磁調(diào)整、水電并網(wǎng)側(cè)采用無功補償設(shè)備、線路中間串聯(lián)調(diào)壓器和線路中間串聯(lián)調(diào)壓器；

所述發(fā)電機勵磁調(diào)整發(fā)出的無功功率：在豐水期低負荷采用進相運行，發(fā)出的無功功率為額定有功功率的1/kq1，枯水期高負荷采用滯相運行，發(fā)出的無功功率為額定有功功率的1/kq2；kq1為進相運行下的無功功率系數(shù)；kq2為滯相運行下的無功功率系數(shù)；

所述水電并網(wǎng)側(cè)采用無功補償設(shè)備容量的計算方法如下：

感性無功補償設(shè)備的容量計算公式為：

vkmax-vlimmax＝△vqqkllk

容性無功補償設(shè)備的計算公式為：

vlimmin-vkmin＝△vqqkclk

所述線路中間串聯(lián)調(diào)壓器：在每段線路1/2處假裝串聯(lián)調(diào)壓器，其調(diào)壓范圍為額定值的1±2.5％，在豐水期低負荷時1-2.5％，枯水期高負荷1+2.5％；比較線路各處串聯(lián)調(diào)壓器后的效果，選取發(fā)電機并網(wǎng)節(jié)點電壓質(zhì)量最好的作為調(diào)壓器串聯(lián)位置；

電壓質(zhì)量的判定指標為：

△v＝|ve-vkmin|+|vkmax-ve|

其中，vkmax為仿真出現(xiàn)的豐水期低負荷節(jié)點電壓最高值；vkmin為仿真出現(xiàn)的枯水期高負荷節(jié)點電壓最低值；δvq為單位長度線路傳輸單位無功功率所引起的壓降，lk為主干節(jié)點到并網(wǎng)節(jié)點的距離，qkl和qkc分別為投入的感性無功和容性無功容量；ve為額定電壓，δv越小說明電壓質(zhì)量越高；vlimmax和vlimmin分別為該節(jié)點電壓上限和下限值。

進一步，步驟s06中前推回代潮流中支路ij有功功率和無功功率損耗有下關(guān)系：

在上述求得的首末端功率分布和根節(jié)點電壓基礎(chǔ)上，由如下關(guān)系：

仿真易出現(xiàn)電壓下降的情景，即豐水期高負荷和枯水期低負荷兩種條件下的電壓水平；

其中，ei為各個節(jié)點i電壓的實部；fi為各個節(jié)點i電壓的虛部；rij為支路ij電阻；xij為支路電抗；pi為i節(jié)點負荷的有功功率；qi為i節(jié)點負荷的無功功率；根節(jié)點電壓為ei+jfi；首末端功率分布為pi，qi，pj，qj。

進一步，步驟s07中所述的可靠性和評價指標計算過程為：

電網(wǎng)元件利用兩狀態(tài)模型描述，對于狀態(tài)的持續(xù)時間滿足指數(shù)分布：

f(t)＝1-ei^-λt

將停電損失造成的費用作為評價指標的一部分加以修正，和經(jīng)濟性指標一起，表達式為：

其中，t為故障發(fā)生的時間；λ為各類元件服從的時間分布系數(shù)；z為電網(wǎng)建設(shè)規(guī)劃的總費用，包含電網(wǎng)建設(shè)投資c1，電網(wǎng)運行費用c2以及缺電成本費用c3；αi為電網(wǎng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化變量，βi為電網(wǎng)運行優(yōu)化變量，γ為可靠系數(shù)，根據(jù)可靠性要求一般取大于1的數(shù)；ri為第i個目標年的電網(wǎng)建設(shè)計劃。

進一步，步驟s07中還包括有評價指標的修正，在采用無功補償措施后各種運行方式下電壓均處于95％～105％范圍內(nèi)的方案，評價指標增加修正項△c1、△c2和△c3，評價指標的修正公式如下：

上述公式為對產(chǎn)生的附加運行費用、附加設(shè)備費用、附加設(shè)備與運行方式所可能產(chǎn)生的停電進行缺點成本修正；

其中，△c1為設(shè)備費用修正值；△c2為運行費用修正值；△c3為缺點成本修正。

進一步，步驟s04中的方案選擇包括選擇指標參數(shù)z最好的作為可行方案；對于與指標參數(shù)z相同的方案，對豐水期低負荷和枯水期低負荷兩種運行方式下的電壓水平進行評價，采用△v＝|ve-vkmin|+|vkmax-ve|進行評價；

其中，vkmax為豐水期低負荷節(jié)點電壓最高值；vkmin為枯水期高負荷節(jié)點電壓最低值；ve為額定電壓，δv越小說明電壓質(zhì)量越高；△v較小則作為優(yōu)先方案。

由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明具有如下的優(yōu)點：能夠在不同情景下對小水電出力和負荷進行預(yù)測；并且能夠針對不同的接線方式和不同的補償設(shè)備容量配置的運行情況進行仿真；還能夠辨別電壓越限情況嚴重的方案；在此基礎(chǔ)上，采用優(yōu)化算法計算得到綜合指標最小的方案作為可行的配電網(wǎng)規(guī)劃方式。

本發(fā)明的其他優(yōu)點、目標和特征在某種程度上將在隨后的說明書中進行闡述，并且在某種程度上，基于對下文的考察研究對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將是顯而易見的，或者可以從本發(fā)明的實踐中得到教導(dǎo)。本發(fā)明的目標和其他優(yōu)點可以通過下面的說明書和權(quán)利要求書來實現(xiàn)和獲得。

附圖說明

本發(fā)明的附圖說明如下：

圖1為本發(fā)明的整體流程圖。

圖2為本發(fā)明的電壓調(diào)整流程圖

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。

實施例1：如圖1和圖2所示；一種含小水電配電網(wǎng)的規(guī)劃方法，它包括有：方法步驟如下：

s01：輸入歷史數(shù)據(jù)，并對歷史數(shù)據(jù)進行分析及預(yù)測；

s02：根據(jù)小水電的歷史運行數(shù)據(jù)建立小水電模型；

s03：針對用戶負荷種類和負荷未來的發(fā)展，在歷史數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，根據(jù)近期負荷和遠期負荷建立用戶模型；

s04：根據(jù)用戶模型與小水電模型形成運行電壓要求的方案；

s05：對s04中不滿足要求的方案的運行電壓進行電壓調(diào)整；

s06：采用前推回代潮流進行仿真，仿真豐水期高負荷和枯水期低負荷兩種條件下的電壓水平；

s07：計算可靠性和評價指標，將配電系統(tǒng)的設(shè)備中的元件故障所造成的停電損失以附加項的形式加入電壓調(diào)整中的目標函數(shù)。

步驟s01中的歷史數(shù)據(jù)包括：小水電豐水期最大出力為pmax，枯水期最小出力為pmin，用戶基本負荷為p1，未來短期時間內(nèi)的負荷為ksp1，長期內(nèi)的負荷為klp1，負荷用電最高時刻對應(yīng)的上限系數(shù)為kmax，用電最低時刻對應(yīng)的下限系數(shù)為kmin；數(shù)據(jù)分析包括小水電數(shù)據(jù)分析和負荷數(shù)據(jù)分析。

對于滿足條件的電網(wǎng)改建規(guī)劃方案，若在豐水期低負荷和枯水期高負荷兩種情景存在電壓越限的情況，采用以下方法進行電壓調(diào)整：步驟s05中的電壓調(diào)整過程所采用的調(diào)壓手段依次為：發(fā)電機勵磁調(diào)整、水電并網(wǎng)側(cè)采用無功補償設(shè)備、線路中間串聯(lián)調(diào)壓器和線路中間串聯(lián)調(diào)壓器；

s051：發(fā)電機勵磁調(diào)整發(fā)出的無功功率：在豐水期低負荷采用進相運行，發(fā)出的無功功率為額定有功功率的1/kq1，枯水期高負荷采用滯相運行，發(fā)出的無功功率為額定有功功率的1/kq2；kq1為進相運行下的無功功率系數(shù)；kq2為滯相運行下的無功功率系數(shù)。當調(diào)節(jié)后在豐水期低負荷和枯水期低負荷兩種情境下，各個節(jié)點的電壓范圍處于額定值的95％～105％外則進入下一步驟s052，處于范圍內(nèi)則進行步驟s07的指標評價。

s052：水電并網(wǎng)側(cè)采用無功補償設(shè)備：包括感性無功補償設(shè)備和容性無功補償設(shè)備，典型代表為晶閘管控并聯(lián)電感(tcr)和晶閘管控并聯(lián)電容(tcs)，補償容量采用下方法計算：

根據(jù)線路的等效電路，首端電壓u1和末端電壓u2滿足關(guān)系：

其中，p2、q2為線路末端負荷的有功無功需求，r、x為線路的等效電阻、電抗，△u、δu分別為電壓降落的縱分量、橫分量。線路的電抗x>>r，發(fā)電機端電壓維持不變情況下，隨著發(fā)電機輸送功率增大電壓不斷升高，電壓最高出現(xiàn)在豐水期(發(fā)電機功率最大)低負荷(用戶用電最小)情況下，而電壓最低出現(xiàn)在枯水期高負荷情況下，對這兩種方式進行仿真潮流計算可以得到出現(xiàn)的節(jié)點電壓最高值vkmax和vkmin。

水電并網(wǎng)側(cè)采用無功補償設(shè)備容量的計算方法如下：

感性無功補償設(shè)備的容量計算公式為：

vkmax-vlimmax＝△vqqkllk

容性無功補償設(shè)備的計算公式為：

vlimmin-vkmin＝△vqqkclk

線路中間串聯(lián)調(diào)壓器：在每段線路1/2處假裝串聯(lián)調(diào)壓器，其調(diào)壓范圍為額定值的1±2.5％，在豐水期低負荷時1-2.5％，枯水期高負荷1+2.5％；比較線路各處串聯(lián)調(diào)壓器后的效果，選取發(fā)電機并網(wǎng)節(jié)點電壓質(zhì)量最好的作為調(diào)壓器串聯(lián)位置；

電壓質(zhì)量的判定指標為：

△v＝|ve-vkmin|+|vkmax-ve|

其中，vkmax為仿真出現(xiàn)的豐水期低負荷節(jié)點電壓最高值；vkmin為仿真出現(xiàn)的枯水期高負荷節(jié)點電壓最低值；δvq為單位長度線路傳輸單位無功功率所引起的壓降，lk為主干節(jié)點到并網(wǎng)節(jié)點的距離，qkl和qkc分別為投入的感性無功和容性無功容量；ve為額定電壓，δv越小說明電壓質(zhì)量越高；vlimmax和vlimmin分別為該節(jié)點電壓上限和下限值。

考慮到小水電運行方式的變化以及變壓器的無功損耗，集中吸納方式下，并聯(lián)配置容量上限一般低于主干線小水電容量30％。當調(diào)節(jié)后在豐水期低負荷和枯水期低負荷兩種情境下，各個節(jié)點的電壓范圍處于額定值的95％～105％外則進入步驟s053，處于范圍內(nèi)則進行步驟s07的指標評價。

s053：線路中間串聯(lián)調(diào)壓器；分別在每段線路1/2處假裝串聯(lián)調(diào)壓器，其調(diào)壓范圍為額定值的1±2.5％，在豐水期低負荷時1-2.5％，枯水期高負荷1+2.5％。比較線路各處串聯(lián)調(diào)壓器后的效果，選取發(fā)電機并網(wǎng)節(jié)點電壓質(zhì)量最好的作為調(diào)壓器串聯(lián)位置。電壓質(zhì)量的判定指標為：

△v＝|ve-vkmin|+|vkmax-ve|

其中，ve為額定電壓，δv越小說明電壓質(zhì)量越高。當調(diào)節(jié)后在豐水期低負荷和枯水期低負荷兩種情境下，各個節(jié)點的電壓范圍處于額定值的95％～105％外則加以排除。

針對形成的電網(wǎng)改造建設(shè)方案，仿真易于出現(xiàn)電壓質(zhì)量下降的情景(豐水期高負荷和枯水期低負荷兩種)下的電壓水平，對結(jié)果進行分析，對于明顯超出范圍的方案進行排除。潮流仿真采用前推回代潮流，步驟s06中前推回代潮流中支路ij有功功率和無功功率損耗有下關(guān)系：

在上述求得的首末端功率分布和根節(jié)點電壓基礎(chǔ)上，由如下關(guān)系：

仿真易出現(xiàn)電壓下降的情景，即豐水期高負荷和枯水期低負荷兩種條件下的電壓水平；

其中，ei為各個節(jié)點i電壓的實部；fi為各個節(jié)點i電壓的虛部；rij為支路ij電阻；xij為支路電抗；pi為i節(jié)點負荷的有功功率；qi為i節(jié)點負荷的無功功率；根節(jié)點電壓為ei+jfi；首末端功率分布為pi，qi，pj，qj。

二者交替迭代，直到滿足了收斂條件停止。對于方案是否滿足合格的方案電壓條件為：各個節(jié)點的電壓范圍為額定值的95％～105％，處于該范圍外為電壓不合格。對于嚴重不合格方案的電壓判別條件為：存在節(jié)點電壓范圍低于85％或高于115％，則判斷為嚴重電壓不合格發(fā)難，直接排除。

步驟s07中的可靠性和評價指標計算過程為：對于配電系統(tǒng)的設(shè)備如變壓器，饋線，分支線等元件，利用兩狀態(tài)模型描述，即工作狀態(tài)和故障狀態(tài)，并且對于狀態(tài)的持續(xù)時間滿足指數(shù)分布，累積概率分布函數(shù)為：

f(t)＝1-ei^-λt

在此基礎(chǔ)上，計算得到停電的預(yù)期時間，將停電損失造成的費用作為評價指標的一部分加以修正，和經(jīng)濟性指標一起，表達式為：

其中，t為故障發(fā)生的時間；λ為各類元件服從的時間分布系數(shù)；z為電網(wǎng)建設(shè)規(guī)劃的總費用，包含電網(wǎng)建設(shè)投資c1，電網(wǎng)運行費用c2以及缺電成本費用c3；αi為電網(wǎng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化變量，βi為電網(wǎng)運行優(yōu)化變量，γ為可靠系數(shù)，根據(jù)可靠性要求一般取大于1的數(shù)；ri為第i個目標年的電網(wǎng)建設(shè)計劃。

步驟s07中還包括有評價指標的修正，在采用無功補償措施后各種運行方式下電壓均處于95％～105％范圍內(nèi)的方案，評價指標增加修正項△c1、△c2和△c3，評價指標的修正公式如下：

上述公式為對產(chǎn)生的附加運行費用、附加設(shè)備費用、附加設(shè)備與運行方式所可能產(chǎn)生的停電進行缺點成本修正；

其中，△c1為設(shè)備費用修正值；△c2為運行費用修正值；△c3為缺點成本修正。

步驟s04中的方案選擇包括選擇指標參數(shù)z最好的作為可行方案；對于與指標參數(shù)z相同的方案，對豐水期低負荷和枯水期低負荷兩種運行方式下的電壓水平進行評價，采用△v＝|ve-vkmin|+|vkmax-ve|進行評價；

其中，vkmax為豐水期低負荷節(jié)點電壓最高值；vkmin為枯水期高負荷節(jié)點電壓最低值；ve為額定電壓，δv越小說明電壓質(zhì)量越高；△v較小則作為優(yōu)先方案。

本發(fā)明具有的有益效果：能夠在不同情景下對小水電出力和負荷進行預(yù)測；并且能夠針對不同的接線方式和不同的補償設(shè)備容量配置的運行情況進行仿真；還能夠辨別電壓越限情況嚴重的方案；在此基礎(chǔ)上，采用優(yōu)化算法計算得到綜合指標最小的方案作為可行的配電網(wǎng)規(guī)劃方式。

最后說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當理解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進行修改或者等同替換，而不脫離本技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當中。