一种配电网分布式光伏承载力评估方法、系统及评估终端与流程

1.本发明属于分布式光伏技术领域，尤其涉及一种配电网分布式光伏承载力评估方法、系统及评估终端。


背景技术：

2.目前光伏发电已经成为了一种较为普及的新能源形式，其大量接入配电网，给电网的稳定运行带来严重的挑战。因此，亟需进行电网分布式光伏承载力研究，评估配电网分布式光伏承载力，从而确定配电网可接入的最大光伏容量，为电网规划提供参考，为减少主网运行负担提供新的思路。
3.随着分布式光伏在配电网中渗透率的提高，传统的配电网正在向新型有源配电网演化，合理评估配电网的承载能力，是指导分布式光伏等新能源有序并网、有效消纳的重要前提，也是进一步提升分布式新能源接入水平的关键基础。
4.现有技术在建立离线电网承载力分析应用中，主要针对配电网的分布式光伏进行仿真模型，利用寻优算法计算最优解，这种方式仿真建模复杂、计算量大，不适合广泛的工程应用。而且现有的技术方案采用离线构建仿真模型，由于分布式新能源并网、负荷接入及运行方式改变导致配电网网络模型及拓扑频繁发生变化，因此离线仿真模型需要根据电网最新模型、参数及拓扑进行维护，工作量大。
5.还有的方式是采用历史数据断面的方式进行计算，只能通过离线数据文件的方式获取某一时候的断面数据，尚未考虑未来态数据断面。


技术实现要素：

6.本发明提供一种配电网分布式光伏承载力评估方法，方法通过在调控云构建拓扑分析模块，实现光伏承载力的计算范围分析；通过潮流分析应用交互，获取潮流断面数据；利用平台设备参数信息及潮流数据断面，进行电网承载力的计算与评估，实现配电网分布式光伏承载力的评估，确定系统承载新能源的能力，为新能源接入提供科学数据。
7.方法包括以下步骤：s1：获取主配网一体化模型信息；s2：以母线、线路、主变为拓扑起始点，进行设备拓扑关系搜索；搜索方式为，向220kv变压器端进行的上方向搜索以及向10kv母线端进行的下方向搜索，形成待评估列表；s3：获取相关负荷日历史的潮流断面数据，或者未来态结合功率预测及负荷预测数据计算的断面数据；s4：依据设备拓扑关系搜索结果进行热稳定计算，得到反向负载率及可接入分布式光伏容量结果；s5：对配电网的短路电流、电压偏差、谐波、潮流进行安全校核，得出电网承载力评估信息，并进行统计输出。
8.进一步需要说明的是，步骤s1中的主配网一体化模型信息包括：母线的参数信息、
变压器及绕组的参数信息以及线路的参数信息；母线的参数信息包括：电压等级、大方式短路阻抗、小方式短路阻抗、电阻、短路电流限值、最大正电压偏差允许值以及最大负电压偏差允许值；线路的参数信息包括：电压等级以及电流限值；变压器及绕组的参数信息包括：电压等级、容量限值以及线路电流限值。
9.进一步需要说明的是，热稳定计算方式是基于n个负荷日96点运行数据信息，计算第i个负荷日96点线路及变压器绕组侧的反向负载率；反向负载率的计算方式为：其中，为变压器或线路分布式光伏出力，为同时刻负荷减去分布式光伏以为其他电源的等效用的负荷，为变压器或线路的运行限值。
10.结合从潮流计算获取断面数据及潮流方向，反向负载率计算方法可简化为：其中，为断面时刻点的有功功率。
11.根据各时刻点反向负载率计算获得最大值及最大值发生时刻信息，结合拓扑信息获取母线信息。
12.进一步需要说明的是，根据反向负载率计算每个负荷日新增分布式电源容量，其中，为设备运行裕度系统，；得到新增分布式光伏容量数组p：，表示数组中各个新增分布式光伏容量；根据最大反向负载率及新增分布式电源容量进行安全校核，根据安全校核结果进行等级评估并统计各母线载荷容量，得出各电压等级的可新增载荷容量的最大值pm：；为各电压等级的为满足安全校核的可新增容量值。
13.进一步需要说明的是，方法中还设定电流限值、容量限值、各电压等级的短路电流限值以及电压波动限值。
14.本发明还提供一种配电网分布式光伏承载力评估系统，系统包括：人机交互模块、拓扑分析模块、断面计算模块、承载力计算模块以及安全校核模块；人机交互模块，用于获取主配网一体化模型信息；拓扑分析模块，用于以母线、线路、主变为拓扑起始点，进行设备拓扑关系搜索；搜索方式为，向220kv变压器端进行的上方向搜索以及向10kv母线端进行的下方向搜索，将搜索信息配置到待评估列表中；
断面计算模块，用于获取历史潮流断面数据及考虑功率预测和负荷预测的未来态潮流断面数据；承载力计算模块，用于依据设备拓扑关系搜索结果进行热稳定计算，得到反向负载率及可接入分布式光伏容量结果；安全校核模块，用于对配电网的短路电流、电压偏差、谐波、潮流进行安全校核，得出电网承载力评估信息，并进行统计输出。
15.本发明还提供一种评估终端，包括输入装置、输出装置、存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现配电网分布式光伏承载力评估方法的步骤。
16.从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：本发明提供的配电网分布式光伏承载力评估方法及系统涉及的运行数据可实时获取，还可实时与潮流计算进行交互获取实时及历史极限断面数据，也支持与功率预测、负荷预测应用进行交互获取未来态计算断面，助力承载力精准分析。本发明的安全校核从系统层面考虑潮流校核及静态安全分析校核，提高承载力评估的安全性及准确性。
17.本发明有效的解决现有技术中采用离线构建仿真模型，由于分布式新能源并网、负荷接入及运行方式改变导致配电网网络模型及拓扑频繁发生变化，使得分布式光伏承载力评估工作量大，评估不准确的问题。
18.本发明提出的配电网分布式光伏承载力评估方法利用调度系统资源，基于调控云主配一体化电网模型，构建配电网分布式光伏承载力评估应用，并与调控云潮流计算、功率预测等应用交互获取电网实时运行信息及未来态潮流信息，继而进行承载力评估计算，使得本发明能够适应当前电网调度支持系统发展趋势，具有广泛适应性和较高的推广价值。
19.本发明基于调控云平台构建配电网分布式光伏承载力应用，共用平台模型及参数信息，实现与平台潮流计算、功率预测、负荷预测及静态安全分析应用的联动，适用于工程化的实施及部署。
附图说明
20.为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
21.图1为配电网分布式光伏承载力评估方法流程图；图2为配电网分布式光伏承载力评估系统示意图；图3为评估终端示意图。
具体实施方式
22.本发明提供的配电网分布式光伏承载力评估方法可以基于人工智能技术对关联的配电网数据以及分布式光伏数据进行获取和处理。当然本发明的配电网分布式光伏承载力评估方法还具有机器学习功能，其中本发明方法中的机器学习和深度学习通常包括人工神经网络、置信网络、强化学习、迁移学习、归纳学习、式教学习等技术。
23.其中，本发明基于人机交互方式进行模型参数读取、计算范围选择、断面选取、启
动计算。本发明基于拓扑分析功能执行计算设备导入及计算范围拓扑搜索。基于承载力计算功能计算参数设置、热稳计算及结果统计。基于安全校核功能主要包含安全分析、与静态安全分析应用交互获取安全校核结果信息。进而能够对配电网承载力进行计算与评估，实现配电网分布式光伏承载力的评估，确定系统承载新能源的能力，为新能源接入提供科学数据。
24.下述对本发明中涉及的关键词进行解释。
25.电网承载力：在设备持续不过载和短路电流、电压偏差、谐波不超标条件下，电网接纳电源、负荷的最大容量。
26.分布式光伏承载力：分布式光伏承载力即指在满足供电设备和线路不过载、系统各项性能参数不超标的条件下，配网接纳分布式光伏的最大容量。
27.电网拓扑分析：电网拓扑分析是电力仿真计算的基本功能，其本质就是通过一定的关联矩阵，来反映网络元件的连接关系。
28.潮流计算：潮流计算是指按照初始的电网结构和系统运行条件，计算其整体网络的运行数值，包括线路间的功率分布、母线电压大小、网络功率损耗值和各个线路的潮流值等，其本质上是求解一组非线性方程的解。
29.功率预测：功率预测是根据历史发电数据、天气预报、环境因素、运维状况以及其他相关因素，对未来一段时间内发电量进行预测的过程。功率预测可以使发电企业更好地调度发电能力，合理安排电力供给，提高发电效率和经济效益。
30.负荷预测：负荷预测是利用历史负荷数据、天气预报、季节性因素等信息来预测未来几个小时、几天或几周的负荷需求，并在实时掌控电力系统运行和调度中起到重要的作用。负荷预测可以提供准确的负荷需求预测，为电力系统的安全、可靠和高效运行提供支持。
31.调控云：电网调控云是指基于云计算、大数据、人工智能等技术手段构建的电力系统调度决策支持平台。电网调控云的主要功能包括电力市场交易、电量预测、电网状态监测、风电、光伏等新能源的接入调度等，通过对多种数据的整合和分析，为电力系统的调度与控制提供决策支持，以实现电网的智能化、自适应化和高效化。
32.需要说明的是，如图3所示，本发明提供的配电网分布式光伏承载力评估方法应用于一个或者多个评估终端中，所述评估终端是一种能够按照事先设定或存储的指令，自动进行数值计算和/或信息处理的设备，其硬件包括但不限于处理器401、专用集成电路(application specificintegratedcircuit，asic)、可编程门阵列(field－programmablegate array，fpga)、数字处理器(digitalsignalprocessor，dsp)、嵌入式设备等。当然评估终端还包括输入装置403、输出装置404、存储器402等元件。输入装置可以为鼠标键盘。输出装置可以为显示屏或者触摸显示屏等等。
33.评估终端旨在表示各种形式的数字计算机，诸如，膝上型计算机、台式计算机、工作台、个人数字助理、服务器、刀片式服务器、大型计算机和其它适合的计算机。评估终端所处的网络包括但不限于互联网、广域网、城域网、局域网、虚拟专用网络(virtual private network，vpn)等。
34.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于
本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
35.请参阅图1所示是一具体实施例中配电网分布式光伏承载力评估方法的流程图，方法包括：s1：获取主配网一体化模型信息；其中，主配网一体化模型信息包括：母线的参数信息、变压器及绕组的参数信息以及线路的参数信息；母线的参数信息包括：电压等级、大方式短路阻抗、小方式短路阻抗、电阻、短路电流限值、最大正电压偏差允许值以及最大负电压偏差允许值；线路的参数信息包括：电压等级以及电流限值；线路可以是变压器的输出测线路。
36.变压器及绕组的参数信息包括：电压等级、容量限值以及线路电流限值。
37.本发明所涉及的主配网一体化模型信息可以不仅仅只是上述信息，还可以根据评估需要获取其他配电信息来辅助配电网分布式光伏承载力评估所用。
38.对于获取方式可以是由评估人员输入至系统中，或者系统自动基于实际运行状态进行获取，还可以基于预设的方式，进行模拟相应的使用场景来进行主配网一体化模型信息的获取，具体形式不做限定。
39.需要说明的是，本发明还可以基于电网模型动态更新，无需人工维护。本发明基于调控云主配一体化模型及数据，当电网模型发生变化时，承载力分析模型及参数随平台模型自动变更，无需单独维护。配电网运行数据在线获取，无需离线导出。
40.s2：以母线、线路、主变为拓扑起始点，进行设备拓扑关系搜索；搜索方式为，向220kv变压器端进行的上方向搜索以及向10kv母线端进行的下方向搜索，形成待评估列表；具体的说，本发明可以设计计算范围设备导入、拓扑搜索分析及拓扑结果输出的过程。计算范围设备导入功能从人机交互界面获取待拓扑的设备信息；拓扑搜索功能以母线、线路、主变为拓扑起始点，进行设备拓扑关系搜索，向上搜索至220kv变压器，向下搜索至10kv母线，形成待评估列表。本发明的拓扑结果输出用于保存待评估范围的拓扑分析结果并与承载力计算模块进行结果共享。
41.s3：获取与功率预测和负荷预测相关的潮流来计算断面数据，支持多断面同时计算；s4：依据设备拓扑关系搜索结果进行热稳定计算，得到反向负载率及可接入分布式光伏容量结果；本实施例中，预先设定电流限值、容量限值、各电压等级的短路电流限值以及电压波动限值。其中，短路电流限值220kv默认值50ka、110kv默认值40ka、35kv默认值25ka、10kv默认值20ka；电压波动最大正向偏差取6%，最大负电压允许值取4%。
42.热稳计算功能遵循dl/t2041-2019《分布式电源接入电网承载力评估导则》基于电网模型及指定负荷日96点运行数据信息，首先计算第i个负荷日96点线路及变压器绕组侧的反向负载率；反向负载率的计算方式为：
其中，为变压器或线路分布式光伏出力，为同时刻负荷减去分布式光伏以为其他电源的等效用的负荷，为变压器或线路的运行限值。
43.结合从潮流计算获取断面数据及潮流方向，反向负载率计算方法可简化为：其中，为断面时刻点的有功功率。
44.根据各时刻点反向负载率计算获得最大值及最大值发生时刻信息，结合拓扑信息获取母线的瓶颈母线或者线路。
45.其次，根据反向负载率计算每个负荷日新增分布式电源容量，其中，为设备运行裕度系统，；得到新增分布式光伏容量数组p：，表示数组中各个新增分布式光伏容量；然后，根据最大反向负载率及新增分布式电源容量进行安全校核，根据安全校核结果进行等级评估并统计各母线载荷容量，得出各电压等级的可新增载荷容量的最大值pm：；为各电压等级的为满足安全校核的可新增容量值。
46.s5：对配电网的短路电流、电压偏差、谐波、潮流进行安全校核，得出电网承载力评估信息，并进行统计输出。
47.根据本技术的实施例，电压偏差及短路电流校核依据参数设定值进行校核，根据电网规划运行方式、负荷预测数据及各电压等级母线节点新增分布式电源容量信息，进行潮流计算；在潮流计算基础上与静态安全分析应用交互，进行n-1安全交核，获取校核结果并调整新增分布式电源容量。
48.在一个示例性实施例中，本发明的运行数据在线获取，无需离线导出。还支持与潮流计算应用联动，获取实时断面及历史断面数据；支持进行运行方式调整及潮流计算，历史断面数据可获取潮流典型日断面数据，支持与功率预测、负荷预测应用进行交互获取未来态计算断面，支持多典型日断面数据切换与实时获取，无需离线导出。
49.可选的，本发明可以实现多层级、多约束安全校核，在短路电流及电压偏移等单约束校核基础上，与潮流计算应用及静态安全分析应用交互，从全网、跨域联络线等角度进行分布式光伏新增容量的安全校核。
50.如图2所示，以下是本公开实施例提供的配电网分布式光伏承载力评估系统的实
施例，该系统与上述各实施例的配电网分布式光伏承载力评估方法属于同一个发明构思，在配电网分布式光伏承载力评估系统的实施例中未详尽描述的细节内容，可以参考上述配电网分布式光伏承载力评估方法的实施例。
51.系统包括：人机交互模块、拓扑分析模块、断面计算模块、承载力计算模块以及安全校核模块；人机交互模块，用于获取主配网一体化模型信息；人机交互模块读取的主配网一体化模型信息包括母线、变压器及绕组、线路信息，母线参数包含电压等级、大方式短路阻抗、小方式短路阻抗、电阻、短路电流限值、最大正电压偏差允许值、最大负电压偏差允许值。
52.线路参数包含电压等级、电流限值。
53.变压器绕组参数包含电压等级及容量限值；这样本发明的计算范围选择依托获取的模型信息，支持按照场站、母线、变压器及线路分类进行计算范围选择。
54.而本发明的断面选取包含实时态、未来态及历史数据的选择，断面选取与潮流计算应用进行交互可获取最大负荷日等典型历史断面数据，未来态支持与功率预测及负荷预测应用交互获取指定时间段的发电及负荷信息，本发明还提供所选态下的指定负荷日的96点数据；启动计算功能调用承载力计算模块并提供拓扑信息、模型及参数信息及运行断面数据。
55.拓扑分析模块，用于以母线、线路、主变为拓扑起始点，进行设备拓扑关系搜索；搜索方式为，向220kv变压器端进行的上方向搜索以及向10kv母线端进行的下方向搜索，将搜索信息配置到待评估列表中；可选地，拓扑分析模块可以保存待评估范围的拓扑分析结果并与承载力计算模块进行结果共享。
56.断面计算模块，用于获取与功率预测和负荷预测相关的潮流来计算断面数据；承载力计算模块，用于依据设备拓扑关系搜索结果进行热稳定计算，得到反向负载率及可接入分布式光伏容量结果；安全校核模块，用于对配电网的短路电流、电压偏差、潮流进行安全校核，得出电网承载力评估信息，并进行统计输出。
57.这样，本发明可实时与潮流计算进行交互获取实时及历史极限断面数据，也支持与功率预测、负荷预测应用进行交互获取未来态计算断面，助力承载力精准分析。解决了安全校核上现有技术仅考虑短路电流及电压偏移等单约束校核，并未考虑全网潮流及n-1分析等多约束校核的问题。
58.本发明提供的配电网分布式光伏承载力评估系统中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
59.本发明提供的配电网分布式光伏承载力评估系统是结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为
了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
60.本发明提供的评估终端包括但不限于面向对象的程序设计语言—诸如java、smalltalk、c++，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“c”语言或类似的程序设计语言。
61.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

技术特征：
1.一种配电网分布式光伏承载力评估方法，其特征在于，方法包括以下步骤：s1：获取主配网一体化模型信息；s2：以母线、线路、主变为拓扑起始点，进行设备拓扑关系搜索；搜索方式为，向220kv变压器端进行的上方向搜索以及向10kv母线端进行的下方向搜索，形成待评估列表；s3：获取相关负荷日历史的潮流断面数据，或者未来态结合功率预测及负荷预测数据计算的断面数据；s4：依据设备拓扑关系搜索结果进行热稳定计算，得到反向负载率及可接入分布式光伏容量结果；s5：对配电网的短路电流、电压偏差、谐波、潮流进行安全校核，得出电网承载力评估信息，并进行统计输出。2.根据权利要求1所述的配电网分布式光伏承载力评估方法，其特征在于，步骤s1中的主配网一体化模型信息包括：母线的参数信息、变压器及绕组的参数信息以及线路的参数信息；母线的参数信息包括：电压等级、大方式短路阻抗、小方式短路阻抗、电阻、短路电流限值、最大正电压偏差允许值以及最大负电压偏差允许值；线路的参数信息包括：电压等级以及电流限值；变压器及绕组的参数信息包括：电压等级、容量限值以及线路电流限值。3.根据权利要求1所述的配电网分布式光伏承载力评估方法，其特征在于，热稳定计算方式是基于n个负荷日96点运行数据信息，计算第i个负荷日96点线路及变压器绕组侧的反向负载率；反向负载率的计算方式为：其中，为变压器或线路分布式光伏出力，为同时刻负荷减去分布式光伏以为其他电源的等效用的负荷，为变压器或线路的运行限值；结合从潮流计算获取断面数据及潮流方向，反向负载率计算方法可简化为：其中，为断面时刻点的有功功率；根据各时刻点反向负载率计算获得最大值及最大值发生时刻信息，结合拓扑信息获取母线信息。4.根据权利要求3所述的配电网分布式光伏承载力评估方法，其特征在于，根据各时刻点反向负载率计算获得最大值及最大值发生时刻信息，结合拓扑信息获取母线信息。5.根据权利要求4所述的配电网分布式光伏承载力评估方法，其特征在于，根据反向负载率计算每个负荷日新增分布式电源容量，
其中，为设备运行裕度系统，；得到新增分布式光伏容量数组p：，表示数组中各个新增分布式光伏容量；根据最大反向负载率及新增分布式电源容量进行安全校核，根据安全校核结果进行等级评估并统计各母线载荷容量，得出各电压等级的可新增载荷容量的最大值p
m
：；为各电压等级的为满足安全校核的可新增容量值。6.根据权利要求4所述的配电网分布式光伏承载力评估方法，其特征在于，方法中还设定电流限值、容量限值、各电压等级的短路电流限值以及电压波动限值。7.一种配电网分布式光伏承载力评估系统，其特征在于，系统采用如权利要求1至6任意一项所述的配电网分布式光伏承载力评估方法；系统包括：人机交互模块、拓扑分析模块、断面计算模块、承载力计算模块以及安全校核模块；人机交互模块，用于获取主配网一体化模型信息；拓扑分析模块，用于以母线、线路、主变为拓扑起始点，进行设备拓扑关系搜索；搜索方式为，向220kv变压器端进行的上方向搜索以及向10kv母线端进行的下方向搜索，将搜索信息配置到待评估列表中；断面计算模块，用于获取历史潮流断面数据及考虑功率预测和负荷预测的未来态潮流断面数据；承载力计算模块，用于依据设备拓扑关系搜索结果进行热稳定计算，得到反向负载率及可接入分布式光伏容量结果；安全校核模块，用于对配电网的短路电流、电压偏差、谐波、潮流进行安全校核，得出电网承载力评估信息，并进行统计输出。8.一种评估终端，包括输入装置、输出装置、存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至6任一项所述配电网分布式光伏承载力评估方法的步骤。

技术总结
本发明提供一种配电网分布式光伏承载力评估方法、系统及评估终端，本发明属于分布式光伏技术领域，方法包括：获取主配网一体化模型信息；以母线、线路、主变为拓扑起始点，进行设备拓扑关系搜索；获取与功率预测和负荷预测相关的潮流来计算断面数据；依据设备拓扑关系搜索结果进行热稳定计算，得到反向负载率及可接入分布式光伏容量结果；对配电网的短路电流、电压偏差、潮流进行安全校核，得出电网承载力评估信息，并进行统计输出。本发明可实时与潮流计算进行交互获取实时及历史极限断面数据，支持与功率预测、负荷预测应用进行交互获取未来态计算断面，助力承载力精准分析，提高承载力评估的安全性及准确性。承载力评估的安全性及准确性。承载力评估的安全性及准确性。


技术研发人员：高丽媛 明萌 李春阳 崔明涛 刘玉民 张沛尧 马红月 杨旭昕 肖钧浩 李加浩 林静雯
受保护的技术使用者：国网信息通信产业集团有限公司
技术研发日：2023.05.17
技术公布日：2023/9/22