面向運行優化需求的智能配電網關鍵節點快速匹配方法

張士杰

中國電建集團河南省電力勘測設計院有限公司 河南 鄭州 450007

1 運行優化需求分析

智能配電網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存在著多元化的情況,所以說會導致出現不確定因素,智能配電網存在著節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的不確定性所造成的影響進行分析并且確定好關鍵節點與相關的要素,使用針對性的優化措施,保障智能配電網在運行的過程當中的可靠性以及經濟性。

配電網在發展的過程當中,隨著分布式電源以及柔性負荷,包括電動汽車大規模的接入之后,其形態出現了非常明顯的變化。各種各樣的新的元素的增加,對于配電網的運行造成了很大的影響,但是因為配電網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當中,改變的是配電網的網絡結構,可以使配電網呈現出一個多元化的態勢。分布式電源的處理會減少上級電網的供電需求,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,會導致網點附近的電壓出現提升,使節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之后,其負荷率滲透過高的時候,會使過多的電壓流經電路,導致最終電流增大,會使線路的負載過重,負載率明顯升高,這嚴重影響了節點電壓,會使末端電壓出現下降的情況,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,因為配電網絡當中存在著很多源節點以及荷節點,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,每一個時間節點都會影響到配電網在發展的過程當中的狀態,同時影響的要素也是不一樣的,從時間維度來看,每一個地區的配電網的拓撲都不一樣,網絡節點的數量以及大小都有著明顯的區別,有一部分地區的分布式電源或者是電動汽車的滲透率會非常的高,每一條饋線的工業以及商業,包括居民負荷,都存在著明顯的比例差異。同一個時間的節點,不同地區,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和各個時間節點的具體的關聯,并且進行調控以及優化。

2 快速匹配算法設計

2.1 基本思路

不同的源節點以及荷節點影響著配電網的運行,而且會使其網絡負載率出現一定的變化,負載率可以側面的反映出配電網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。

在進行優化的時候,我們也需要考慮到影響配電網運行的關鍵節點,為了避免這些節點出現靈敏度較大所帶來的電壓越限的情況,配電網當中的各個節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的個節點以及負債率之間的關系進行分析,考慮到配電網的各個節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以及相關的影響可以推算出每一個時刻點對于負載率變化產生的實施影響。

其次,在挖掘影響配電網變化的關鍵節點的時候,需要依據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的各個節點對于配件網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鍵節點。

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

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,我們在進行算法設計的時候可以選擇設計相關的匹配流程圖,依據智能配電網的關鍵節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絡的拓撲,然后分析具體的線路以及網絡的節點。

②計算出來某一個節點的功率所占總體負荷的比重,并且得出功率占比系數,同時需要計算出某一個時間的網絡節點的功率和負載率的發展趨勢,得出趨勢影響系數。

③依據所得到的網絡節點的功率占比系數以及趨勢影響系數,計算出網絡節點的某一個時刻的視在功率對于負載率所產生的變化。

④依據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,網絡節點對于負載率產生變化的綜合性的影響度。

⑤依據所得出來的各個網絡節點對于負載率變化產生的綜合影響度,對其進行綜合性的排序,并且針對于排序的結果,提出相應的優化建議。

2.3 算法實現

針對于上文當中所研究的基本的流程,可以進行算法實現,并且去計算各類參數。

①功率占比系數計算

在配電網絡當中節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的實際的負荷值的比重也會變得越大,那么影響配電網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,我們可以設置好功率占比系數,以功率的占比系數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趨勢影響系數計算

在配電網絡當中,雖然說有可能存在著某一節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,例如某一個地區的配電網絡的工業荷占比是非常的高的,它的農業荷占比比較低,但是因為工業負荷非常的平穩,農業負荷的波動卻非常的大,針對于這個地區的負載功率進行分析以及研究發現工業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業卻對負載率的變化影響非常大,所以說在本篇文章當中設置趨勢影響系數的時候,是根據配電網的節點來進行衡量的,依據波動的情況以及對于負載變化的趨勢產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:

在配電網路當中源節點以及荷節點對于負載率的變化影響的方向都是不一樣的,當負荷節點的功率升高的時候,那么配電網的負載率則也會呈現一個升高的趨勢,相反,當分布式電源出現升高的時候,配電網的負載率會呈現一個下降的趨勢,除此之外,因為配電網存在著非常多的節點,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生的變化趨勢的影響方向進行相關的研究。

經研究發現,配電網絡的負載變化跟負荷變化呈現的是正相關的關系和分布式電源則呈現著一個負相關的關系,對此在本篇文章當中會采取皮爾遜相關系數來量化某一個時刻的配電網絡的節點對于負載率變化趨勢所產生的影響。趨勢影響程度:在配電網絡當中,即便是同類的源、荷節點,對于負載率變化產生的影響是一樣的,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、荷節點,對于負載率變化趨勢所產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的建議

在選取了相應的時段進行分析了之后,我們可以發現,根據各個節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運行的最為重要的節點。以配電網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,容易出現配電網重過載,這個時候有關于負荷節點的配電網的功率變化呈現著正向相關影響比較大的情況,而分布式的電源節點對于負載變化的影響比較小,因此需要針對于關鍵節點進行調控,減少配電網出現的重過載。在本文當中,針對于匹配出的節點類型,提出了相應的優化建議。如果重過載時段,影響配電網運行的關鍵節點是負荷節點的話,那么負荷的類型是工業負荷或者是商業負荷,這個時候我們需要考慮到電網公司以及相關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的安全運行。如果重過載的時段影響配電網的關鍵為負荷節點,而且負荷屬于農業負荷或者是電動汽車負荷的話,則需要考慮在進行相關配置儲能的時候,用戶供電需求緊張時,向電網輸送電能,可以有效地吸收電網電能,并且達到負荷的需求,實現電網的穩定運行。

結束語

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