CN110247399A - 一种基于蒙特卡洛模拟的配电网光伏最大消纳方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明专利涉及一种基于蒙特卡洛模拟的配电网光伏最大消纳方法，该方法利用配电网具体参数以及相关模型，对配电网光伏最大消纳量进行获取，并对光伏消纳过程中脆弱性节点进行分析，提高光伏最大消纳量。首先，采用蒙特卡洛模拟技术对配电网光伏接入进行选址定容模拟，之后利用Matpower潮流计算程序，获取各节点电压情况。通过不断提升光伏容量，探寻节点电压越线容量。其次，分析光伏最大消纳容量下配电网节点电压越线情况，获取脆弱节点，通过对光伏逆变器进行控制，提高配电网光伏消纳能力。该方法，缓解了配电网对新能源接入容量严格限制的问题，避免配电网中光伏接入脆弱节点，一定程度提高配电网光伏消纳能力。为国家清洁能源战略提供有力支撑。
Description
技术领域
本发明设计一种基于蒙特卡洛模拟的配电网光伏最大消纳方法，属于电力系新能源消纳向领域，尤其同时考虑负光伏逆变器控制策略，提升配电网光伏消纳能力的技术。
背景技术
随着人类对化石能源枯竭和环境恶化的担忧日益加重，可再生能源代替传统能源将不断提速。许多国家均已出台关于太阳能等新型清洁能源发电相关政策。因此，未来太阳能发电占比将会进一步扩大，配电网新能源含量将会逐步增加。
随着太阳能发电的不断提升，配电网会由传统的负荷型电网逐步向多源电网转变，太阳能发电的接入，会使得配电网出现潮流返送现象。高比例光伏发电的渗透会抬高配电网节点电压，从而降低电网运行的可靠性。如何获取配电网最大光伏消纳能力，并且在确保可靠性的前提下提升配电网光伏最大消纳能力则成为当前研究的重点。
发明内容
本发明目的在于解决当前配电网无法探知其具体光伏消纳容量的问题，提出一种基于蒙特卡洛模拟的配电网光伏最大消纳方法，通过对配电网光伏接入点与接入容量进行蒙特卡洛模拟，利用Matpower潮流计算程序获取不同模拟情况下配电网运行结果。通过对结果的分析，获取配电网脆弱节点以及光伏最大消纳容量。之后利用电压灵敏度矩阵理论，对光伏逆变器进行控制，提升配电网光伏消纳能力。
本发明提出一种基于蒙特卡洛模拟的配电网光伏最大消纳方法包括如下步骤：
首先，采用蒙特卡洛模拟方法对配电网不同光伏接入点和接入容量进行潮流计算
本发明首先需要根据配电网节点数目，设定光伏接入点上下限，通过蒙特卡洛模拟技术，对配电网不同接入节点以及不同接入负荷的情况进行基于Matpower的潮流计算。获取脆弱节点以及配电网最大消纳容量。脆弱节点获取公式如下：
气指向概率首先需要将负荷数据进行离散化，由于台区和上层变压器采集频率较高，所以需要将数据处理为以小时为单位的负荷数据，本发明通过对单位小时内的采集数据求取均值，获取其负荷数据。之后通过构造0-1规划模型，模型目标函数如下：
其中Ai＝1表示节点i为脆弱节点，N为蒙特卡洛模拟次数，Bj为第j次蒙特卡洛模拟潮流计算下，节点i电压越线情况，越线为1，不越线为0。T是一个常数，为判别脆弱节点的判别因子。
配电网最大消纳容量定义为在该容量下，无论光伏接入节点做何变化，配电网都会出现电压越线节点。
其次，通过对电压灵敏度矩阵进行分析，获取光伏逆变器控制策略。
本发明要获取电压灵敏度矩阵，首先需要对潮流计算方程进行分析，推理出对应电压灵敏度矩阵，具体过程如下所示。
潮流计算方程为：
其中n为配电网节点数，Gij,Bij分别为为节点电导、电纳代表矩阵。
推到出电压灵敏度矩阵为：
通过对其变形，获取最终形式：
光伏逆变器无功输出控制：
获取光伏接入节点电压越线差额：
ΔV＝Vi-Vbase (5)
其中，Vi为节点i的电压，Vbase为电压上限
其次根据电压灵敏度矩阵获取逆变器无功增量：
最后，提升光伏消纳能力
通过避免脆弱性节点接入光伏以及光伏逆变器控制策略提升配电网光伏消纳能力。
有益的技术效果
本文所提基于蒙特卡洛模拟的配电网光伏最大消纳方法，可探知配电脆弱性节点，通过基于电压灵敏度矩阵的光伏逆变器的调控，提升配电网最大光伏消纳容量。为电网发展清洁能源提供有力支撑。
附图说明
附图1是本方法的具体流程图，图2为配电网网架结构图，图3为蒙特卡洛模拟下的潮流计算散点图，图4为配电网电压情况图。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
下面以IEEE33节点配网系统为例，结合图1具体介绍本发明。
图2为33节点网架结构图，通过蒙特卡洛模拟技术对不同接入节点不同接入光伏容量下配电网进行基于Matpower的潮流计算，获取脆弱节点以及配电网最大光伏消纳容量。
图3为10000次蒙特卡洛模拟下的潮流计算结果，横坐标为光伏整体接入量，纵坐标为电压标幺值，图中的每个点都为一次潮流计算后，配电网电压最高节点所对应电压，在国家电网的《电力系统电压质量和无功电力管理规定》中，针对10kV线路，要求其电压偏差应小于±7％，因此图3获得当前配电网最消纳大容量为9.2MW，通过蒙特卡洛模拟下的潮流计算，我们获取脆弱节点，设定T值为0.9，结果如表1所示：
表1脆弱节点编号
通过避免对脆弱节点接入光伏，同时引入逆变器控制策略，将光伏总体接入量提高到9.5MW，利用Matpower进行潮流计算，获取电压结果如图4所示。
从图4中可以看出，在9.5MW接入的情况下，通过避免脆弱性节点的接入以及控制接入光伏逆变器的无功输出，最终保证电网电压可靠性。从而提升配电网光伏消纳能力。
以上所述仅为用以解释本发明的较佳实施例，并非企图据以对本发明做任何形式上的限制，因此，凡有在相同的创作精神下所作有关本发明的任何修饰或变更，皆仍应包括在本发明意图保护的范畴。
Claims (11)
1.一种基于蒙特卡洛模拟的配电网光伏最大消纳方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤1：对配电网光伏接入点及容量进行蒙特卡洛模拟；
步骤2：采用Matpower潮流计算程序对接入光伏的配电网进行潮流计算；
步骤3：根据蒙特卡洛模拟下的潮流计算结果，获取脆弱节点以及配电网光伏最大消纳容量；
步骤4：采用电压灵敏度矩阵理论，对光伏逆变器提出相应控制策略，通过避免脆弱性节点接入光伏以及光伏逆变器的控制，最终提高配电网光伏消纳能力。
2.根据权利要求1所述的基于蒙特卡洛模拟的配电网光伏最大消纳方法，其特征在于，所述步骤1中需对配电网光伏多个接入位置进行模拟。
3.根据权利要求2所述的基于蒙特卡洛模拟的配电网光伏最大消纳方法，其特征在于，所述步骤1中需对配电网光伏接入容量进行模拟。
4.根据权利要求1所述基于蒙特卡洛模拟的配电网光伏最大消纳方法，其特征在于，在实施步骤2需利用Matpower进行潮流计算。
5.根据权利要求1要求所述的基于蒙特卡洛模拟的配电网光伏最大消纳方法，其特征在于，步骤3需分析步骤2结果，获取配电网脆弱节点，脆弱节点获取模型为：
其中Ai＝1表示节点i为脆弱节点，N为蒙特卡洛模拟次数，Bj为第j次蒙特卡洛模拟潮流计算下，节点i电压越线情况，越线为1，不越线为0，T是一个常数，为判别脆弱节点的判别因子。
6.根据权利要求4所述的基于蒙特卡洛模拟的配电网光伏最大消纳方法，其特征在于，步骤3需分析步骤2结果，获取配电网光伏最大消纳容量。
7.根据权利要求1所述的基于蒙特卡洛模拟的配电网光伏最大消纳方法，其特征在于，所述步骤4需对电压灵敏度矩阵进行分析，而电压灵敏度矩阵的分析需用到步骤2中Matpower所用到的潮流计算方程：
其中n为配电网节点数，Gij,Bij分别为为节点电导、电纳代表矩阵。
8.根据权利要求1所述的基于蒙特卡洛模拟的配电网光伏最大消纳方法，其特征在于，所述步骤4需对电压灵敏度矩阵进行分析，需对潮流计算方程进行推到获取电压灵敏度矩阵：
9.根据权利要求1所述的基于蒙特卡洛模拟的配电网光伏最大消纳方法，其特征在于，所述步骤4需对电压灵敏度矩阵进行变形：
10.根据权利要求1所述的基于蒙特卡洛模拟的配电网光伏最大消纳方法，其特征在于，所述步骤4需对光伏做出相应控制策略，具体控制模型如下：
首先获取电压越线量
ΔV＝Vi-Vbase
其中，Vi为节点i的电压，Vbase为电压上限，
其次根据电压灵敏度矩阵获取逆变器无功增量：
最终实现对越线节点电压的控制，提高配电网光伏消纳能力。
11.根据权利要求1所述的基于蒙特卡洛模拟的配电网光伏最大消纳方法，其特征在于，所述步骤4通过避免配电网脆弱节点接入光伏和调控光伏逆变器两步策略来提升配电网的光伏消纳能力。
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