面向运行优化需求的智能配电网关键节点快速匹配方法

张士杰

中国电建集团河南省电力勘测设计院有限公司 河南 郑州 450007

1 运行优化需求分析

智能配电网包含着多元化的电源以及负荷,包括分布式电源,柔性负荷以及电动汽车等等,具有非常明显的灵活性,但是因为分布式电源本身就具有一定的间歇性以及智能配电网存在着多元化的情况,所以说会导致出现不确定因素,智能配电网存在着节点电压越限以及线路重过载等等问题,会直接影响到整体的可靠运行,所以说我们有必要针对于智能配电网的不确定性所造成的影响进行分析并且确定好关键节点与相关的要素,使用针对性的优化措施,保障智能配电网在运行的过程当中的可靠性以及经济性。

配电网在发展的过程当中,随着分布式电源以及柔性负荷,包括电动汽车大规模的接入之后,其形态出现了非常明显的变化。各种各样的新的元素的增加,对于配电网的运行造成了很大的影响,但是因为配电网的源特性跟荷特性是不一样的,所以说对其造成的影响也是不尽相同的,就以分布式电源跟电动汽车负荷作为例子进行探讨,把分布式电源接入到配电网当中,改变的是配电网的网络结构,可以使配电网呈现出一个多元化的态势。分布式电源的处理会减少上级电网的供电需求,大幅度的降低线路的负载率,但是因为线路减少了相应的传输功能,会导致网点附近的电压出现提升,使节点存在着电压过高的风险,与之相反,电动汽车在接入配电网之后,其负荷率渗透过高的时候,会使过多的电压流经电路,导致最终电流增大,会使线路的负载过重,负载率明显升高,这严重影响了节点电压,会使末端电压出现下降的情况,引起电压低的问题,对于用户的正常用电会造成很大的影响。

另外一方面,因为配电网络当中存在着很多源节点以及荷节点,站在时间维度的角度来看,分布式电源的出力以及多元化负荷往往存在着非常明显的时序性。比方说夜间风力发电会非常的大,而光伏出力则是在白天可以达到高峰,同时负荷也有非常明显的峰谷期,每一个时间节点都会影响到配电网在发展的过程当中的状态,同时影响的要素也是不一样的,从时间维度来看,每一个地区的配电网的拓扑都不一样,网络节点的数量以及大小都有着明显的区别,有一部分地区的分布式电源或者是电动汽车的渗透率会非常的高,每一条馈线的工业以及商业,包括居民负荷,都存在着明显的比例差异。同一个时间的节点,不同地区,其影响要素也是不一样的,所以说我们必须要综合考虑,将时间维度跟空间纬度进行要素概括,深度的去挖掘影响到智能配电网和各个时间节点的具体的关联,并且进行调控以及优化。

2 快速匹配算法设计

2.1 基本思路

不同的源节点以及荷节点影响着配电网的运行,而且会使其网络负载率出现一定的变化,负载率可以侧面的反映出配电网在运行的时候的变化,因此在本篇文章当中所采取的方式就是利用负载率作为反应配电网运行状况的最为重要的一个指标,在计算的时候,如下所示。

在进行优化的时候,我们也需要考虑到影响配电网运行的关键节点,为了避免这些节点出现灵敏度较大所带来的电压越限的情况,配电网当中的各个节点还必须要满足相应的电压的约束。

首先我们需要针对于配电网的个节点以及负债率之间的关系进行分析,考虑到配电网的各个节点的不同时刻的功率都是不一样的以及对于负载变化的影响也不一样,因此在本篇文章当中主要会通过计算不同时刻点的功率所占系数以及相关的影响可以推算出每一个时刻点对于负载率变化产生的实施影响。

其次,在挖掘影响配电网变化的关键节点的时候,需要依据所得到的实时影响度选取待分析的时间段来计算好该时间段内的各个节点对于配件网所造成的综合性的影响,并且对综合影响度进行重新排序,寻找出负债率变化的关键节点。

最后需要针对于配电网的各节点的影响度进行排序,提出相应的优化控制建议,并且针对于优化之后的配电网进行电压校验。

2.2 基本流程

为了能够在进行研究的时候,显得更加的清晰透明,我们在进行算法设计的时候可以选择设计相关的匹配流程图,依据智能配电网的关键节点来进行流程的匹配,具体的实施步骤如下所示。

①首先需要读取配电网络的拓扑,然后分析具体的线路以及网络的节点。

②计算出来某一个节点的功率所占总体负荷的比重,并且得出功率占比系数,同时需要计算出某一个时间的网络节点的功率和负载率的发展趋势,得出趋势影响系数。

③依据所得到的网络节点的功率占比系数以及趋势影响系数,计算出网络节点的某一个时刻的视在功率对于负载率所产生的变化。

④依据计算出来的实时影响度选取时间段来进行综合性的分析,计算出在某一个时间段当中,网络节点对于负载率产生变化的综合性的影响度。

⑤依据所得出来的各个网络节点对于负载率变化产生的综合影响度,对其进行综合性的排序,并且针对于排序的结果,提出相应的优化建议。

2.3 算法实现

针对于上文当中所研究的基本的流程,可以进行算法实现,并且去计算各类参数。

①功率占比系数计算

在配电网络当中节点的某一时刻的视在功率如果越大的话,那么它所占的配电网的实际的负荷值的比重也会变得越大,那么影响配电网的负载变化的可能性也会越来越高,所以说在本篇文章当中,我们可以设置好功率占比系数,以功率的占比系数来去衡量某一个时刻对于负载率变化存在着的潜在可能性。

②趋势影响系数计算

在配电网络当中,虽然说有可能存在着某一节点的时刻的视在功率的占比比较高,但是没有办法,因此说明对于负载率变化的影响大小,例如某一个地区的配电网络的工业荷占比是非常的高的,它的农业荷占比比较低,但是因为工业负荷非常的平稳,农业负荷的波动却非常的大,针对于这个地区的负载功率进行分析以及研究发现工业负荷对于负载力的变化影响是非常小的,但是波动率非常大的农业却对负载率的变化影响非常大,所以说在本篇文章当中设置趋势影响系数的时候,是根据配电网的节点来进行衡量的,依据波动的情况以及对于负载变化的趋势产生的影响进行的研究。具体主要包括趋势影响方向以及趋势影响程度。

趋势影响方向:

在配电网路当中源节点以及荷节点对于负载率的变化影响的方向都是不一样的,当负荷节点的功率升高的时候,那么配电网的负载率则也会呈现一个升高的趋势,相反,当分布式电源出现升高的时候,配电网的负载率会呈现一个下降的趋势,除此之外,因为配电网存在着非常多的节点,一旦其负载率升高,那么不排除存在着视在功率下降的情况,所以说我们有必要针对于源以及荷对于负载率所产生的变化趋势的影响方向进行相关的研究。

经研究发现,配电网络的负载变化跟负荷变化呈现的是正相关的关系和分布式电源则呈现着一个负相关的关系,对此在本篇文章当中会采取皮尔逊相关系数来量化某一个时刻的配电网络的节点对于负载率变化趋势所产生的影响。趋势影响程度:在配电网络当中,即便是同类的源、荷节点,对于负载率变化产生的影响是一样的,但是对其影响的程度也是不一样的,所以说需要深入地对同类的源、荷节点,对于负载率变化趋势所产生的影响程度进行研究,考虑到了源、荷对于负载率的变化,趋势的影响仅仅是方向的不同。但是整体的程度是比较类似的,所以说研究的时候可以主要以荷节点作为例子,来针对于负载变化的趋势进行深入性的研究。

③综合影响度排序以及相关的建议

在选取了相应的时段进行分析了之后,我们可以发现,根据各个节点的综合性影响度来看,可以对其进行排序,并且寻找出影响配电网运行的最为重要的节点。以配电网的重过载时段作为例子进行研究,负荷功率上升以及分布式电源下降的时候,容易出现配电网重过载,这个时候有关于负荷节点的配电网的功率变化呈现着正向相关影响比较大的情况,而分布式的电源节点对于负载变化的影响比较小,因此需要针对于关键节点进行调控,减少配电网出现的重过载。在本文当中,针对于匹配出的节点类型,提出了相应的优化建议。如果重过载时段,影响配电网运行的关键节点是负荷节点的话,那么负荷的类型是工业负荷或者是商业负荷,这个时候我们需要考虑到电网公司以及相关的用户是否需要进行谈判,并且签订相应的合约,使其成为可中断负荷,这样能够更好的保证电网的安全运行。如果重过载的时段影响配电网的关键为负荷节点,而且负荷属于农业负荷或者是电动汽车负荷的话,则需要考虑在进行相关配置储能的时候,用户供电需求紧张时,向电网输送电能,可以有效地吸收电网电能,并且达到负荷的需求,实现电网的稳定运行。

结束语

总而言之,在本篇文章中,主要围绕着配电网的运行优化需求进行了相关的探讨,并且研究了如何对其进行快速匹配,为下一步的优化提供了相映的方向,希望能够为相关人员提供一定的帮助。