面向運行優(yōu)化需求的智能配電網(wǎng)關(guān)鍵節(jié)點快速匹配方法

張士杰

中國電建集團河南省電力勘測設(shè)計院有限公司 河南 鄭州 450007

1 運行優(yōu)化需求分析

智能配電網(wǎng)包含著多元化的電源以及負荷,包括分布式電源,柔性負荷以及電動汽車等等,具有非常明顯的靈活性,但是因為分布式電源本身就具有一定的間歇性以及智能配電網(wǎng)存在著多元化的情況,所以說會導致出現(xiàn)不確定因素,智能配電網(wǎng)存在著節(jié)點電壓越限以及線路重過載等等問題,會直接影響到整體的可靠運行,所以說我們有必要針對于智能配電網(wǎng)的不確定性所造成的影響進行分析并且確定好關(guān)鍵節(jié)點與相關(guān)的要素,使用針對性的優(yōu)化措施,保障智能配電網(wǎng)在運行的過程當中的可靠性以及經(jīng)濟性。

配電網(wǎng)在發(fā)展的過程當中,隨著分布式電源以及柔性負荷,包括電動汽車大規(guī)模的接入之后,其形態(tài)出現(xiàn)了非常明顯的變化。各種各樣的新的元素的增加,對于配電網(wǎng)的運行造成了很大的影響,但是因為配電網(wǎng)的源特性跟荷特性是不一樣的,所以說對其造成的影響也是不盡相同的,就以分布式電源跟電動汽車負荷作為例子進行探討,把分布式電源接入到配電網(wǎng)當中,改變的是配電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),可以使配電網(wǎng)呈現(xiàn)出一個多元化的態(tài)勢。分布式電源的處理會減少上級電網(wǎng)的供電需求,大幅度的降低線路的負載率,但是因為線路減少了相應的傳輸功能,會導致網(wǎng)點附近的電壓出現(xiàn)提升,使節(jié)點存在著電壓過高的風險,與之相反,電動汽車在接入配電網(wǎng)之后,其負荷率滲透過高的時候,會使過多的電壓流經(jīng)電路,導致最終電流增大,會使線路的負載過重,負載率明顯升高,這嚴重影響了節(jié)點電壓,會使末端電壓出現(xiàn)下降的情況,引起電壓低的問題,對于用戶的正常用電會造成很大的影響。

另外一方面,因為配電網(wǎng)絡(luò)當中存在著很多源節(jié)點以及荷節(jié)點,站在時間維度的角度來看,分布式電源的出力以及多元化負荷往往存在著非常明顯的時序性。比方說夜間風力發(fā)電會非常的大,而光伏出力則是在白天可以達到高峰,同時負荷也有非常明顯的峰谷期,每一個時間節(jié)點都會影響到配電網(wǎng)在發(fā)展的過程當中的狀態(tài),同時影響的要素也是不一樣的,從時間維度來看,每一個地區(qū)的配電網(wǎng)的拓撲都不一樣,網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的數(shù)量以及大小都有著明顯的區(qū)別,有一部分地區(qū)的分布式電源或者是電動汽車的滲透率會非常的高,每一條饋線的工業(yè)以及商業(yè),包括居民負荷,都存在著明顯的比例差異。同一個時間的節(jié)點,不同地區(qū),其影響要素也是不一樣的,所以說我們必須要綜合考慮,將時間維度跟空間緯度進行要素概括,深度的去挖掘影響到智能配電網(wǎng)和各個時間節(jié)點的具體的關(guān)聯(lián),并且進行調(diào)控以及優(yōu)化。

2 快速匹配算法設(shè)計

2.1 基本思路

不同的源節(jié)點以及荷節(jié)點影響著配電網(wǎng)的運行,而且會使其網(wǎng)絡(luò)負載率出現(xiàn)一定的變化,負載率可以側(cè)面的反映出配電網(wǎng)在運行的時候的變化,因此在本篇文章當中所采取的方式就是利用負載率作為反應配電網(wǎng)運行狀況的最為重要的一個指標,在計算的時候,如下所示。

在進行優(yōu)化的時候,我們也需要考慮到影響配電網(wǎng)運行的關(guān)鍵節(jié)點,為了避免這些節(jié)點出現(xiàn)靈敏度較大所帶來的電壓越限的情況,配電網(wǎng)當中的各個節(jié)點還必須要滿足相應的電壓的約束。

首先我們需要針對于配電網(wǎng)的個節(jié)點以及負債率之間的關(guān)系進行分析,考慮到配電網(wǎng)的各個節(jié)點的不同時刻的功率都是不一樣的以及對于負載變化的影響也不一樣,因此在本篇文章當中主要會通過計算不同時刻點的功率所占系數(shù)以及相關(guān)的影響可以推算出每一個時刻點對于負載率變化產(chǎn)生的實施影響。

其次,在挖掘影響配電網(wǎng)變化的關(guān)鍵節(jié)點的時候,需要依據(jù)所得到的實時影響度選取待分析的時間段來計算好該時間段內(nèi)的各個節(jié)點對于配件網(wǎng)所造成的綜合性的影響,并且對綜合影響度進行重新排序,尋找出負債率變化的關(guān)鍵節(jié)點。

最后需要針對于配電網(wǎng)的各節(jié)點的影響度進行排序,提出相應的優(yōu)化控制建議,并且針對于優(yōu)化之后的配電網(wǎng)進行電壓校驗。

2.2 基本流程

為了能夠在進行研究的時候,顯得更加的清晰透明,我們在進行算法設(shè)計的時候可以選擇設(shè)計相關(guān)的匹配流程圖,依據(jù)智能配電網(wǎng)的關(guān)鍵節(jié)點來進行流程的匹配,具體的實施步驟如下所示。

①首先需要讀取配電網(wǎng)絡(luò)的拓撲,然后分析具體的線路以及網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點。

②計算出來某一個節(jié)點的功率所占總體負荷的比重,并且得出功率占比系數(shù),同時需要計算出某一個時間的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的功率和負載率的發(fā)展趨勢,得出趨勢影響系數(shù)。

③依據(jù)所得到的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的功率占比系數(shù)以及趨勢影響系數(shù),計算出網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的某一個時刻的視在功率對于負載率所產(chǎn)生的變化。

④依據(jù)計算出來的實時影響度選取時間段來進行綜合性的分析,計算出在某一個時間段當中,網(wǎng)絡(luò)節(jié)點對于負載率產(chǎn)生變化的綜合性的影響度。

⑤依據(jù)所得出來的各個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點對于負載率變化產(chǎn)生的綜合影響度,對其進行綜合性的排序,并且針對于排序的結(jié)果,提出相應的優(yōu)化建議。

2.3 算法實現(xiàn)

針對于上文當中所研究的基本的流程,可以進行算法實現(xiàn),并且去計算各類參數(shù)。

①功率占比系數(shù)計算

在配電網(wǎng)絡(luò)當中節(jié)點的某一時刻的視在功率如果越大的話,那么它所占的配電網(wǎng)的實際的負荷值的比重也會變得越大,那么影響配電網(wǎng)的負載變化的可能性也會越來越高,所以說在本篇文章當中,我們可以設(shè)置好功率占比系數(shù),以功率的占比系數(shù)來去衡量某一個時刻對于負載率變化存在著的潛在可能性。

②趨勢影響系數(shù)計算

在配電網(wǎng)絡(luò)當中,雖然說有可能存在著某一節(jié)點的時刻的視在功率的占比比較高,但是沒有辦法,因此說明對于負載率變化的影響大小,例如某一個地區(qū)的配電網(wǎng)絡(luò)的工業(yè)荷占比是非常的高的,它的農(nóng)業(yè)荷占比比較低,但是因為工業(yè)負荷非常的平穩(wěn),農(nóng)業(yè)負荷的波動卻非常的大,針對于這個地區(qū)的負載功率進行分析以及研究發(fā)現(xiàn)工業(yè)負荷對于負載力的變化影響是非常小的,但是波動率非常大的農(nóng)業(yè)卻對負載率的變化影響非常大,所以說在本篇文章當中設(shè)置趨勢影響系數(shù)的時候,是根據(jù)配電網(wǎng)的節(jié)點來進行衡量的,依據(jù)波動的情況以及對于負載變化的趨勢產(chǎn)生的影響進行的研究。具體主要包括趨勢影響方向以及趨勢影響程度。

趨勢影響方向:

在配電網(wǎng)路當中源節(jié)點以及荷節(jié)點對于負載率的變化影響的方向都是不一樣的,當負荷節(jié)點的功率升高的時候,那么配電網(wǎng)的負載率則也會呈現(xiàn)一個升高的趨勢,相反,當分布式電源出現(xiàn)升高的時候,配電網(wǎng)的負載率會呈現(xiàn)一個下降的趨勢,除此之外,因為配電網(wǎng)存在著非常多的節(jié)點,一旦其負載率升高,那么不排除存在著視在功率下降的情況,所以說我們有必要針對于源以及荷對于負載率所產(chǎn)生的變化趨勢的影響方向進行相關(guān)的研究。

經(jīng)研究發(fā)現(xiàn),配電網(wǎng)絡(luò)的負載變化跟負荷變化呈現(xiàn)的是正相關(guān)的關(guān)系和分布式電源則呈現(xiàn)著一個負相關(guān)的關(guān)系,對此在本篇文章當中會采取皮爾遜相關(guān)系數(shù)來量化某一個時刻的配電網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點對于負載率變化趨勢所產(chǎn)生的影響。趨勢影響程度:在配電網(wǎng)絡(luò)當中,即便是同類的源、荷節(jié)點,對于負載率變化產(chǎn)生的影響是一樣的,但是對其影響的程度也是不一樣的,所以說需要深入地對同類的源、荷節(jié)點,對于負載率變化趨勢所產(chǎn)生的影響程度進行研究,考慮到了源、荷對于負載率的變化,趨勢的影響僅僅是方向的不同。但是整體的程度是比較類似的,所以說研究的時候可以主要以荷節(jié)點作為例子,來針對于負載變化的趨勢進行深入性的研究。

③綜合影響度排序以及相關(guān)的建議

在選取了相應的時段進行分析了之后,我們可以發(fā)現(xiàn),根據(jù)各個節(jié)點的綜合性影響度來看,可以對其進行排序,并且尋找出影響配電網(wǎng)運行的最為重要的節(jié)點。以配電網(wǎng)的重過載時段作為例子進行研究,負荷功率上升以及分布式電源下降的時候,容易出現(xiàn)配電網(wǎng)重過載,這個時候有關(guān)于負荷節(jié)點的配電網(wǎng)的功率變化呈現(xiàn)著正向相關(guān)影響比較大的情況,而分布式的電源節(jié)點對于負載變化的影響比較小,因此需要針對于關(guān)鍵節(jié)點進行調(diào)控,減少配電網(wǎng)出現(xiàn)的重過載。在本文當中,針對于匹配出的節(jié)點類型,提出了相應的優(yōu)化建議。如果重過載時段,影響配電網(wǎng)運行的關(guān)鍵節(jié)點是負荷節(jié)點的話,那么負荷的類型是工業(yè)負荷或者是商業(yè)負荷,這個時候我們需要考慮到電網(wǎng)公司以及相關(guān)的用戶是否需要進行談判,并且簽訂相應的合約,使其成為可中斷負荷,這樣能夠更好的保證電網(wǎng)的安全運行。如果重過載的時段影響配電網(wǎng)的關(guān)鍵為負荷節(jié)點,而且負荷屬于農(nóng)業(yè)負荷或者是電動汽車負荷的話,則需要考慮在進行相關(guān)配置儲能的時候,用戶供電需求緊張時,向電網(wǎng)輸送電能,可以有效地吸收電網(wǎng)電能,并且達到負荷的需求,實現(xiàn)電網(wǎng)的穩(wěn)定運行。

結(jié)束語

總而言之,在本篇文章中,主要圍繞著配電網(wǎng)的運行優(yōu)化需求進行了相關(guān)的探討,并且研究了如何對其進行快速匹配,為下一步的優(yōu)化提供了相映的方向,希望能夠為相關(guān)人員提供一定的幫助。