[发明专利]一种农村配电网对“煤改电”最大接纳能力的分析方法

摘要

本发明涉及一种农村配电网对“煤改电”最大接纳能力的分析方法，包括以下步骤：⑴、用户热需求特性分析；⑵、煤改电负荷运行特性分析；⑶、“煤改电”项目对配电网运行和规划的影响分析；⑷、农村配电网对“煤改电”最大接纳能力分析。本发明能够为“煤改电”设备大量接入地区配电网的影响评估工作提供指导，为配电网在“煤改电”新形势下的规划和运行提供理论指导，有利于促进清洁供暖在乡村地区的进一步推广，推动乡村微能源网的发展。

主权项

1.一种农村配电网对“煤改电”最大接纳能力的分析方法，其特征在于：包括以下步骤：⑴、用户热需求特性分析用户热需求特性可通过建立热平衡模型来计算，建筑热平衡模型用下列等式来表示：Q(t)＝Q1(t)+Q2(t)‑Q3(t)‑Q4(t)   (1)式中，Q(t)为建筑温升耗热量；Q1(t)为采暖设备散热量；Q2(t)为内热源(照明、炊事、人体等)散热量；Q3(t)为围护结构的传热耗热量；Q4(t)为门窗渗透耗热量；⑵、煤改电负荷运行特性分析通过搭建热平衡模型可得到煤改电负荷的热需求曲线，通过以下计算可得到煤改电负荷的电负荷曲线：P(t)＝Q(t)/COP   (7)式中，P(t)为煤改电负荷的电负荷曲线，COP为设备的能效比，即制热功率与所耗电功率的比值；⑶、“煤改电”项目对配电网运行和规划的影响1)“煤改电”负荷接入对配电网电压偏差的影响整体计算思路是从用户的角度出发，通过不同类型用户在“煤改电”负荷接入后的用电负荷曲线变化，得到区域的整体负荷变化情况，然后利用叠加得到的整体煤改电负荷曲线，计算“煤改电”负荷接入对电压偏差的影响，其中“煤改电”负荷接入对电压偏差的影响可由下列公式计算得到：配电网系统的负荷均匀分布在线路馈线点端，负荷功率大小设为Pl+jQl，接在节点i处的“煤改电”负荷容量以PM+jQM表示，不含“煤改电”负荷的理想配电网在节点j处的电压偏差△Uj′表达式如下所示：在“煤改电”负荷接入之后，当单独考虑“煤改电”负荷作用于配电网时，先将配电网的系统电源侧短路，配电网线路中的阻抗相对于负荷而言比较小，故“煤改电”负荷对电压偏差的作用主要表现在“煤改电”负荷到系统电源这一段，也就是i点之前的线路；而对于i点之后的线路，“煤改电”负荷对电压偏差没有直接的影响，但由于“煤改电”负荷的接入，可能对电压有再次降低的作用，从而会间接的影响i点后的各点电压偏差，故在此规定“煤改电”负荷对电压降的作用为正；故，在“煤改电”负荷单独作用下，节点j的电压降落为：利用电路叠加定理：△Vj＝△V0,j+△VM，得到配电网中任意一点j处同时在系统电源和“煤改电”负荷作用下的电压降：由前面可知，此配电网的线路端电压是V0，则线路中任意一点j的电压是：则，“煤改电”负荷接入的理想配电网在节点j处的电压偏差△Uj表达式如下所示：由方程式(12)可知，“煤改电”负荷的接入容量、接入位置均会影响到配电网节点的电压偏差；令时，将方程式(11)进行简化，如下式所示：根据方程式(13)以节点j的位置为变量，将j∈[1,i]定义为配电网线路前半段，将j∈[i+1,N]定义为配电网线路后半段，分别进行具体的阐述：当j∈[1,i]时，可将△Vj＝‑j(2N‑j+1)X/2‑jY+(V0‑VN)/VN整理得：上式是关于j的二次函数，由于△Uj>0，在区间[0,N+Y/X+1/2]上，△Uj是单调递增的，而j≤(N+Y/X+1/2)，故配电网前半段的线路电压偏差幅度呈逐渐递增的趋势；当j∈[i+1,N]时，可将△Uj＝‑j(2N‑j+1)X/2‑iY+(V0‑VN)/VN整理得：由上式可知，当j∈[i+1,N]时，△Uj是单调递增的，即对于配电网线路后半段的线路，其线路节点电压偏差幅度呈逐渐递增的趋势，而在“煤改电”负荷接入点其电压偏差最小；2)“煤改电”负荷接入对配电网三相不平衡的影响整体计算思路是从用户的角度出发，通过不同类型用户在“煤改电”负荷接入其中一相后的用电负荷曲线变化，从而得到每个节点不同相的电压，由此来计算其正序和负序电压，计算得到“煤改电”负荷接入对配电网三相不平衡的影响，其中“煤改电”负荷接入对配电网三相不平衡的影响可由下列公式计算得到：首先通过Fortescue变换矩阵S得到三相电压的分量，S的表达式如下：其中而对称分量公式为：电压不平衡度能利用获得的对称分量成分进行计算，电压三相不平衡度定义为负序电压分量和正序电压分量的比值，如下式：其中，VUF表示电压不平衡度，U2为负序电压分量，U1为正序电压分量；在“煤改电”负荷接入之前，配电网三相不平衡度为0，当“煤改电”负荷接入A相时，三相之间的负荷不再相等，而三相相电压UA和UB与UC也不再相等，由此可以计算出正序和负序电压分别为：可以通过上式求得“煤改电”负荷接入时的三相不平衡度；在“煤改电”负荷接入三相的其中一相时，会导致配电网出现三相不平衡的情况，由此可能导致线路的电能损耗增加，配电变压器的电能损耗增加，配变出力减少，产生零序电流从而产生磁滞和涡流损耗，从而影响用电设备的安全运行；3)“煤改电”负荷项目对配电网规划的影响规划时所采用的数据中有容载比这一指标，容载比这一指标的计算需要由不同配电变压器负载率计算得到，对于“煤改电”项目对配电网规划影响的计算即是计算“煤改电”负荷接入后配电变压器负载率的变化情况；在规划中，必须要在不降低安全可靠性并且满足负载率的前提下进行变电站容量选取和线路改造工作，因此，变电站负载能力情况是进行变电站容量规划时需要重点考虑的问题，而变电站负载率又是一个反映单个变电站负载能力的指标，可以通过对负载率的限制来完成每一个变电站容量的规划问题；整体计算思路是从变电站的角度出发，通过不同类型用户在“煤改电”负荷接入后的用电负荷曲线变化，得到各个变电站的有功负荷最大值，然后利用得到的数据来计算“煤改电”负荷接入对配电变压器负载率的影响，计算“煤改电”负荷接入后配电变压器负载率的变化情况的公式如下所示：负载率则是面向单个变电站的指标，它描述的是每一个变电站所带有功负荷与变压器容量的比值，在进行变电站容量规划时采用负载率指标来进行计算，变电站负载率的计算公式如下：式中，β为变电站负载率，Pi为变电站所带负荷有功功率最大值，Sb为变电站容量；对于不同电压等级的变电站，其容载比有着不同的范围取值，根据容载比的取值不同可以得出区域平均负载率的取值范围，具体的计算公式如下所示：式中，为功率因数，R为容载比，为区域平均负载率；当获得了区域的平均负载率之后，将区域平均负载率作为此电压等级下的所有变电站的负载率，通过下式来计算不同配变的容量，即可以得到我们所规划过后的配变容量；(4)、计算农村配电网对“煤改电”最大接纳能力计算最大接纳能力之前，首先要构建最大接纳能力模型，在此基础上选取合适的求解算法进行求解；1)最大接纳能力模型本专利所述的最大接纳能力是指考虑电压不越限，三相不平衡度不超约束和配变不重载的情况下，配电网所能接入的“煤改电”负荷有功功率最大值；在《电能质量供电电压允许偏差》GB12325‑90中规定，10kV及以下三相供电电压允许偏差为额定电压的7％；在《电能质量‑三相不平衡》GB/T15543‑2008中规定，电网正常运行时，负序电压不平衡度不超过2％，短时不超过4％；对于配变负载率的规定为需要满足负载率小于70％；目标函数为配电网对“煤改电”负荷接入最大：式中，Ni为系统中节点数，PA,i为节点i在A相接入的“煤改电”负荷容量，PB,i为节点i在B相接入的“煤改电”负荷容量，PC,i为节点i在C相接入的“煤改电”负荷容量；约束条件包括电压偏差约束、三相不平衡度约束和配变负载率约束，具体公式如下：(1)电压偏差约束：(2)三相不平衡度约束：(3)配变负载率约束：式中，ΔUj为节点电压偏差，VUF为三相不平衡度，β则是配变负载率；2)模型求解算法本文采用粒子群算法进行模型的求解，农村配电网对“煤改电”接入最大接纳能力分析是一个非线性单目标优化问题，该模型的优化变量包括各个节点的不同相的“煤改电”负荷接入容量；设粒子的位置矢量为zi＝(zi1,zi2,…,zid,…,ziD)，每个坐标即是优化变量，即为“煤改电”负荷接入容量，计算流程如下：(1)初始化算法中的粒子群，设定粒子群中粒子的数目m，并且设置每个粒子的初值；(2)根据适应度函数，即式(23)来计算每个粒子的适应度函数值；(3)根据适应度函数值来更新个体极值pi和全局极值pg；(4)根据式(27)和式(28)来更新粒子的位置；式中：d＝1,2,…,D；w为惯性权重；k为迭代次数；r1和r2为[0,1]之间的随机数；c1和c2为学习因子；(5)判断是否满足迭代停止条件，若满足停止条件，则迭代停止，找到全局最优；否则返回(2)。