一种基于配电网安全域的分布式电源可信容量评估方法

：
1.本发明适用于主动配电网的分布式电源容量规划领域，尤其涉及一种基于配电网安全域的分布式电源可信容量评估方法。


背景技术：

2.越来越多的分布式风机和光伏设备接入中低压配电网，它们能够提高配电网承载负荷的能力。然而由于风光电源的出力具有随机性和间歇性，相同容量的可再生能源机组的带负荷能力与常规机组存在差距，为了评估可再生能源机组的容量价值，学术界提出了“可信容量”作为评价指标。从供电可靠性的角度，可信容量可定义为：等可靠性前提下，风光电源接入后系统可以增加供应的负荷量。
3.国内外专家学者在可信容量评估方面做了大量研究，提出了多种有效的计算方法。分布式电源可信容量评估主要包含风光电源出力建模、系统可靠性计算以及可信容量搜索3个环节。已有研究在各个环节采用了不同的方法与模型。从风光电源出力模型的角度，可分为多状态机组模型、概率密度模型、时序出力模拟等模型；从可靠性计算的角度，可分为卷积法、蒙特卡洛模拟法、通用生成函数法等方法；从可信容量的搜索方法角度，可分为二分法、截弦法、简化牛顿法、智能算法等方法。
4.分布式电源可信容量评估的核心在于电力系统的可靠性评估。传统的电力系统可靠性研究中均假定一次能源供应充足且稳定，但随着风能、太阳能等间歇性可再生能源大规模接入电网，这一假定将很难再成立。分布式电源广泛接入配电网，使得配电网转变为有源网络，负荷承载能力有所提升，但是这一提升作用具有概率性，需要开展配电系统分布式电源接入后的供电能力评估工作，即分布式电源的可信容量。此外，当分布式电源的渗透率很高时，配电网并不能完全消纳风光电能，如何在充裕性评估中制定合理的分布式电源消纳方案是一大难点。已有研究往往对大型风光电场开展可信容量评估，而分布式电源的分散控制、多点接入是一个难点，大型风光电场可信容量的评估方法并不完全适用；另外，已有研究在评估系统可靠性时往往只考虑系统因故障导致的缺供电情况，而忽略供电充裕性对可靠性的影响。
5.针对上述存在的问题，本专利提出了一种基于配电网安全域的分布式电源可信容量评估方法。首先，确定系统的拓扑结构，如果系统正常运行，保留现有的配电网拓扑结构；如果系统存在故障，根据电力系统调度规范切除故障区域，得到故障后的配电网辐射状拓扑。然后，对于每个时刻下的拓扑结构，建立基于配电网安全域的运行优化模型，快速制定合理的分布式电源消纳方案，得到每个负荷节点的缺供电结果。最后，计及配电馈线的容量上限，计算由根节点可用容量不充裕导致的缺供电情况，使可靠性计算的结果更加准确。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种基于配电网安全域的分布式电源可信容量评估方法，其核心是对于系统故障或者正常运行状态下的配电网拓扑结构，建
立基于静态安全域的运行优化模型，快速制定合理的分布式电源消纳方案。同时计及配电馈线的容量上限，计算由根节点可用容量不充裕导致的缺供电情况。最后，在等可靠性的前提下采用截弦法搜索分布式电源的可信容量。
7.本发明：
①
计及分布式电源和配电馈线的故障情况，针对不同元件发生的故障，重新生成相应的配电网辐射状拓扑；在系统正常运行时，不改变配电网拓扑结构。
②
建立基于配电网静态安全域的运行优化模型，快速制定合理的分布式电源消纳方案，得到每个负荷节点的缺供电结果。
③
计及配电馈线容量上限约束，计算由根节点可用容量不充裕导致的缺供电情况，使可靠性计算的结果更加准确。
④
计及负荷优先级，当发生停电时，先为重要负荷恢复供电，使得停电的损失降到最低。
⑤
在可信容量评估过程中，基于等可靠性原则，采用截弦法不断搜索逼近基准值，得到足够精度下的分布式电源可信容量。
8.本发明解决其现实问题是采取以下技术方案实现的：
9.一种基于配电网安全域的分布式电源可信容量评估方法，其特征在于，包括如下步骤：
10.步骤1、确定分布式电源的装机容量和配电馈线的容量上限，建立分布式电源出力和负荷优先级模型；
11.设置分布式电源风机和光伏的装机容量分别为pw和p
pv
，在计算可靠性指标基准值r0时，分布式电源装机容量设置为0；配电馈线的传输容量上限为p
max
，配电网能够从上级电网获得的电量用pg表示，令pg＝p
max
；构建风机和光伏的出力模型，根据风速、光照强度等因素得到分布式电源的时序出力曲线；根据负荷重要程度将其分为三类，并赋予不同的权重，依据权重大小决定负荷的恢复顺序，得到负荷优先级模型；
12.步骤2、基于随机数抽样法对评估周期t内分布式电源及系统元件的时序状态进行抽样，得到系统元件的运行/故障两状态时序模型，根据分布式电源的运行/故障两状态时序模型，修正节点注入功率曲线生成系统时序运行状态；
13.步骤3、判断当前时刻系统状态，生成配电网辐射状拓扑结构，其中：
14.判断当前时刻t下，分布式电源和系统元件是否存在故障；若不存在故障，则保持配电网原始拓扑结构；否则，针对不同元件发生的故障，重新生成配电网辐射状拓扑；
15.步骤4、基于配电网安全域对拓扑结构进行校验，统计因供电充裕性导致的缺供电量
16.根据步骤s3中得到的拓扑结构，采用安全域的方法对配电网络进行校验，快速制定合理的分布式电源消纳方案，得到每个负荷节点的缺供电结果，计算配电网中负荷总的需求电量p
load
；
17.比较配电网能够从上级电网获得的电量pg与配电网负荷总的需求电量p
load
，若pg≥p
load
，则缺供电量为0；若pg《p
load
，则优先为重要负荷供电，得到考虑供电充裕性的电源恢复方案；
18.对上述得到的方案中含有孤岛的部分进行电压和潮流校核，根据校验结果计算每个负荷节点和系统的缺供电量；
19.步骤5、基于序贯蒙特卡洛方法计算评估周期内的可靠性指标；
20.将步骤s2-步骤s4重复1万次，统计每次模拟下的可靠性指标，对每次恢复供电方案下的缺供电量取平均值，将其作为系统的可靠性指标r；
21.步骤6、基于截弦法进行可信容量搜索获得到分布式电源的可信容量；
22.根据步骤1-5计算得到可靠性指标的基准值r0，基于截弦法改变系统负荷的大小，重复步骤1至步骤5计算系统的可靠性指标r，直到r逼近r0，得到分布式电源的可信容量。
23.进一步，所述步骤1中建立分布式电源出力模型过程：
24.建立分布式风机和光伏的出力模型，将风速、光照强度的历史数据分别代入该分布式电源的出力模型，得到各个节点风机和光伏在评估周期内的时序出力标幺值，并由该时序出力标幺值和更新后的分布式电源装机容量得到分布式风机和分布式光伏的时序出力所述风机和光伏出力模型如下：
[0025][0026][0027]
其中，a、b、c为风电机组出力模型中的常数；sw
t
表示t时刻下风机轮毂高度处对应的风速；v
ci
为切入的风速，v
co
为切出的风速，vr为风机的额定风速。t
c,t
表示t时刻下的电池温度；t
a,t
表示t时刻下的环境温度；sa表示平均太阳辐照度；kv表示电压温度系数；ki表示电流温度系数；n
ot
表示电池的标准工作温度；ff是填充因数；i
sc,t
表示t时刻下的短路电流；v
oc,t
表示t时刻下的开路电压；p
mpp
表示最大功率点的功率；i
mpp
表示最大功率点的电流；v
mpp
表示最大功率点的电压；p
pv,t
表示t时刻下光伏组件的输出功率；n表示光伏板的数量；
[0028]
在正常工作状态，风电机组出力的大小取决于气象状况，风机的出力可根据式(1)计算；光伏组件的输出功率取决于太阳辐照度、现场环境温度以及组件本身的特性，可以根据式(2)计算光伏电源的输出功率；
[0029]
将风速、光照强度的历史数据分别代入式(1)和(2)，可得第k个节点风机和光伏评估周期t内的时序出力标幺值，记为和根据更新后的pw和p
pv
，分别得到分布式风机和分布式光伏的时序出力和
[0030]
进一步，所述步骤2生成系统时序运行状态过程：
[0031]
201、假定元件在初始时为运行状态；
[0032]
202、对各个元件当前工作状态的持续时间进行抽样：以指数分布下的工作持续时间为例，假设λi是第i个元件的失效率，则该元件工作持续时间为：
[0033]
[0034]
其中，gi为[0,1]均匀分布中抽取的随机数，所得到的di值即为第i个元件的工作持续时长；类似地，假设μi是第i个元件的修复率，只需将公式(3)中的失效率λi变成修复率μi，计算得到的值即为第i个元件的故障修复持续时间；
[0035]
203、重复202步骤直到完成对研究时间跨度下的模拟；
[0036]
以第i个元件为例，令时间跨度为t，第j次模拟得到的元件工作持续时间为t
j,1
，第j次模拟得到的元件修复持续时间为t
j,2
；则完成第u次模拟后，模拟总时长tz可以用下式表示：
[0037][0038]
重复进行模拟，直到模拟总时长tz大于等于研究时间跨度t时停止模拟。生成该元件在时间跨度内的时序状态。
[0039]
204、重复步骤202～203直到完成系统中所有元件的模拟；
[0040]
在评估可靠性时需要同时计及配电馈线和分布式电源的停运情况，所以需要生成所有配电馈线以及分布式电源的时序状态；对于后者，风机和光伏电源具有一定的故障率，当设备处于修复状态时，输出为零。
[0041]
205、根据配电馈线和分布式电源的时序状态，修正节点注入功率曲线。
[0042]
进一步，所述步骤4中建立配电网静态安全域的运行优化模型过程：
[0043]
401、根据配电网拓扑结构生成安全域
[0044]
配电网静态安全域是指在节点注入空间上保证系统满足各种静态安全约束的所有运行点的集合；对于既定的网络拓扑结构和根节点电压，配电网静态安全域是唯一确定的，不随运行状态的变化而变化。基于静态电压安全域和热稳定安全域的限制条件，校验配电网各负荷节点和线路是否满足约束，对不满足安全域约束的情况进行处理。配电网安全域的生成方法如下：
[0045]
对于配电网中任一节点j，电压上限对应的静态电压安全域的超平面如下式所示：
[0046][0047]
式中，pi和qi分别为节点i的有功功率和无功功率；n为负荷节点数目；和分别为节点i的有功功率和无功功率注入在静态电压安全域超平面表达式中对应的系数，对于既定的网络拓扑结构和根节点电压，和是常数；
[0048]
节点功率注入空间上节点j电压上、下限约束所对应的静态电压安全域的超平面表达式可表示为：
[0049][0050]
其中，x
β
表示节点功率注入向量，其中x
β
＝(p
t
,q
t
)∈r
2n
，p＝(p1,p2,...,pn)
t q＝(q1,q2,...,qn)
t
；
[0051]
计及电网所有节点电压上、下限约束的静态电压安全域可表示为：
[0052][0053]
其中，n表示配电网中装有有功调压设备和无功调压设备的节点集合；静态安全域除了校验节点电压是否越限，同时还计及电网所有支路潮流上、下限约束的热稳定安全域；热稳定安全域的表达式如下：
[0054][0055]
式中，和分别为节点i有功功率和无功功率注入在热稳定安全域边界超平面表达式中对应的系数，对于既定的网络拓扑和根节点电压和是常数，与静态电压安全域的系数计算过程类似，在此不再赘述；b表示网络中所有线路的集合；l
i,j
表示节点i和节点j相连的线路；
[0056]
402、建立配电网安全域的运行优化模型，制定合适的分布式电源消纳方案
[0057]
构建以配电网安全域为运行约束的优化模型，该模型如下所示：
[0058][0059]
p(i,t)为负荷点i在t时刻下的负荷需求；p
ren,2
(i,t)为负荷点i在t时刻下接入分布式电源的实际出力；p
i,line
为节点净注入功率上限；n为负荷节点数目；p
ren,1
(i,t)为i节点在t时刻下接入分布式电源的出力上限。
[0060]
有益效果：
[0061]
①
对于每个时刻下的拓扑结构，建立基于配电网静态安全域的运行优化模型，快速制定合理的分布式电源消纳方案，得到每个负荷节点的缺供电结果；
[0062]
②
计及配电馈线的容量上限，综合故障和正常状态下系统的缺供电量，基于等供电可靠性准则评估分布式电源的可信容量，能够提升可靠性计算和可信容量评估结果的准确度；
[0063]
③
计及负荷优先级，上级电网和分布式电源将优先为配电网中的重要负荷恢复供电，显著降低停电造成的实际损失。
附图说明：
[0064]
图1是本发明一种基于配电网安全域的分布式电源可信容量评估方法流程图；
[0065]
图2是基于供电充裕性进行可靠性评估流程图；
[0066]
图3是截弦法搜索可信容量的示意图。
具体实施方式
[0067]
本发明中提出了一种基于配电网安全域的分布式电源可信容量评估方法，以下结合图1对本发明专利的实施过程做进一步详细说明。
[0068]
1.确定分布式电源的装机容量以及配电馈线容量上限，建立分布式电源时序出力、负荷优先级的系统模型
[0069]
(1)分布式电源风机和光伏的装机容量分别用pw和p
pv
表示，在计算可靠性指标基准值r0时，装机容量设置为0；
[0070]
(2)设置配电网能够从上级电网获得的电量pg[0071]
配电网中的负荷理论上能够从上级电网获得充足的电量，然而由于配电馈线具有一定的容量上限p
max
，当负荷提升至一定水平时，配电网中的负荷无法从上级电网中获得足够的电量。故进行如下设定：配电网中的负荷能够从上级电网获得的电量为p
max
，即配电馈线的容量上限。
[0072]
(3)建立分布式电源出力模型
[0073]
建立分布式风机和光伏的出力模型，将风速、光照强度的历史数据分别代入该分布式电源的出力模型，得到各个节点风机和光伏在评估周期内的时序出力标幺值，并由该时序出力标幺值和更新后的分布式电源装机容量得到分布式风机和分布式光伏的时序出力。
[0074]
所述风机和光伏出力模型如下：
[0075][0076][0077]
其中，a、b、c为风电机组出力模型中的常数；sw
t
表示t时刻下风机轮毂高度处对应的风速；v
ci
为切入的风速，v
co
为切出的风速，vr为风机的额定风速。t
c,t
表示t时刻下的电池温度；t
a,t
表示t时刻下的环境温度；sa表示平均太阳辐照度；kv表示电压温度系数；ki表示电流温度系数；n
ot
表示电池的标准工作温度；ff是填充因数；i
sc,t
表示t时刻下的短路电流；voc,t
表示t时刻下的开路电压；p
mpp
表示最大功率点的功率；i
mpp
表示最大功率点的电流；v
mpp
表示最大功率点的电压；p
pv,t
表示t时刻下光伏组件的输出功率；n表示光伏板的数量。
[0078]
在正常工作状态，风电机组出力的大小取决于气象状况，风机的出力可根据式(1)计算；光伏组件的输出功率取决于太阳辐照度、现场环境温度以及组件本身的特性，可以根据式(2)计算光伏电源的输出功率。将风速、光照强度的历史数据分别代入式(1)和(2)，可得第k个节点风机和光伏评估周期t内的时序出力标幺值，记为和根据更新后的pw和p
pv
，分别得到分布式风机和分布式光伏的时序出力和
[0079]
(4)根据步骤1第(3)步获得的分布式风机和光伏的时序出力，结合各个节点的负荷数据，生成每个节点的净负荷曲线。
[0080]
根据和各个节点的负荷数据，生成每个节点的净负荷曲线。
[0081]
(5)考虑到不同负荷点的供电恢复价值不同，将负荷按照重要程度分为三类，并赋予不同的权重，依据权重大小决定负荷的恢复顺序，得到负荷优先级系统模型。
[0082]
当系统发生故障时，根据负荷的重要程度有序恢复供电。负荷被分为三类，其中一类负荷最重要，发生停电后分布式电源将优先为一类负荷供电。采用w(i)表示负荷点i的优先级权重，一类、二类和三类负荷的权重分别为w1，w2和w3(w1》w2》w3)，借以衡量负荷点的重要程度。负荷点优先级越高，则对应的权重越大。
[0083]
2.采用随机数抽样法对评估周期t内分布式电源及系统元件的时序状态进行抽样，得到系统元件的运行/故障两状态时序模型，根据分布式电源的运行/故障两状态时序模型，修正节点注入功率曲线
[0084]
(1)假定元件在初始时为运行状态。
[0085]
(2)对各个元件当前工作状态的持续时间进行抽样。以指数分布下的工作持续时间为例，假设λi是第i个元件的失效率，则该元件工作持续时间为：
[0086][0087]
其中，gi为[0,1]均匀分布中抽取的随机数，所得到的di值即为第i个元件的工作持续时长；类似地，假设μi是第i个元件的修复率，只需将公式(3)中的失效率λi变成修复率μi，计算得到的值即为第i个元件的故障修复持续时间。
[0088]
(3)重复步骤2第(2)步，直到完成对研究时间跨度下的模拟。
[0089]
以第i个元件为例，令时间跨度为t，第j次模拟得到的元件工作持续时间为t
j,1
，第j次模拟得到的元件修复持续时间为t
j,2
；则完成第u次模拟后，模拟总时长tz可以用下式表示：
[0090][0091]
重复进行模拟，直到模拟总时长tz大于等于研究时间跨度t时停止模拟。生成该元件在时间跨度内的时序状态。
[0092]
(4)重复步骤2第(1)-(3)步，直到完成系统中所有元件的模拟。
[0093]
在评估可靠性时需要同时计及配电馈线和分布式电源的停运情况，所以需要生成所有配电馈线以及分布式电源的时序状态。对于后者，风机和光伏电源具有一定的故障率，当设备处于修复状态时，输出为零。
[0094]
(5)根据配电馈线和分布式电源的时序状态，修正节点注入功率曲线。
[0095]
3.判断当前时刻t下的系统状态，根据系统状态生成配电网辐射状拓扑结构
[0096]
(1)判断当前时刻t下，分布式电源和系统元件是否均未出现故障。如果未故障，执行步骤3第(2)步；如果存在故障，执行步骤3第(3)步；
[0097]
(2)保持配电网原始拓扑结构，即断开所有联络开关，闭合分段开关；
[0098]
(3)针对不同元件发生的故障，重新生成相应的配电网辐射状拓扑。此拓扑方案需根据配电网的实际运行经验制定，在已知故障元件及故障发生位置后，得到运行经验下较为合适的配电网拓扑结构。
[0099]
4.基于配电网安全域对拓扑结构进行校验，统计因供电充裕性导致的缺供电量
[0100]
以下结合图2对步骤4的实施过程做进一步详细说明：
[0101]
(1)建立配电网静态安全域的运行优化模型
[0102]
采用配电网静态安全域的方法校验步骤3中得到的配电网络是否发生越限，制定分布式电源的消纳方案。步骤4第(1)步的具体实施过程如下：
[0103]
①
根据配电网拓扑结构生成安全域
[0104]
配电网静态安全域是指在节点注入空间上保证系统满足各种静态安全约束的所有运行点的集合；对于既定的网络拓扑结构和根节点电压，配电网静态安全域是唯一确定的，不随运行状态的变化而变化。基于静态电压安全域和热稳定安全域的限制条件，校验配电网各负荷节点和线路是否满足约束，对不满足安全域约束的情况进行处理。配电网安全域的生成方法如下：
[0105]
对于配电网中任一节点j，电压上限对应的静态电压安全域的超平面如下式所示：
[0106][0107]
式中，pi和qi分别为节点i的有功功率和无功功率；n为负荷节点数目；和分别为节点i的有功功率和无功功率注入在静态电压安全域超平面表达式中对应的系数，对于既定的网络拓扑结构和根节点电压，和是常数，它们的求解方法详见参考文献[1]。
[0108]
节点功率注入空间上节点j电压上、下限约束所对应的静态电压安全域的超平面表达式可表示为：
[0109][0110]
其中，x
β
表示节点功率注入向量，其中x
β
＝(p
t
,q
t
)∈r
2n
，p＝(p1,p2,...,pn)
t q＝(q1,q2,...,qn)
t
；
[0111]
计及电网所有节点电压上、下限约束的静态电压安全域可表示为：
[0112][0113]
其中，n表示配电网中装有有功调压设备和无功调压设备的节点集合。静态安全域除了校验节点电压是否越限，同时还计及电网所有支路潮流上、下限约束的热稳定安全域。热稳定安全域的表达式如下：
[0114][0115]
式中，和分别为节点i有功功率和无功功率注入在热稳定安全域边界超平面表达式中对应的系数，对于既定的网络拓扑和根节点电压和是常数，与静态电压安全域的系数计算过程类似，在此不再赘述；b表示网络中所有线路的集合；l
i,j
表示节点i和节点j相连的线路。
[0116]
②
建立配电网安全域的运行优化模型，制定合适的分布式电源消纳方案
[0117]
构建以配电网安全域为运行约束的优化模型，该模型如下所示：
[0118][0119]
p(i,t)为负荷点i在t时刻下的负荷需求；p
ren,2
(i,t)为负荷点i在t时刻下接入分布式电源的实际出力；p
i,line
为节点净注入功率上限；n为负荷节点数目；p
ren,1
(i,t)为i节点在t时刻下接入分布式电源的出力上限。
[0120]
上述优化模型属于线性规划模型，可通过cplex等商业软件进行快速求解，从而确定各个分布式电源的实际出力，制定合适的分布式电源消纳方案。
[0121]
(2)计算配电网络中总的需求电量p
load
[0122]
根据安全域的校验结果，制定合适的分布式电源消纳方案，得到因安全域越限导致的缺供电量p
ex
，配电网需要上级电网提供的电量p
load
可由下式表示：
[0123][0124]
其中，p(i,t)表示负荷节点i在t时刻下的出力；n为配电网负荷节点数目。
[0125]
(3)比较配电网能够从上级电网获得的电量pg与配电网负荷总的需求电量p
load
，判断配电网中是否有负荷发生停电
[0126]
若pg≥p
load
，则当前时刻t下系统的缺供电量为0，令t＝t+1，返回步骤3；若pg《p
load
，即负荷需求大于能够从上级电网获取的电量，部分负荷会发生停电，此时将优先为重要负荷供电，执行步骤4第(4)步计算系统的缺供电量。
[0127]
(4)计算当前时刻t下系统的缺供电量指标
[0128]
①
令电源剩余电量p
re
＝p
max
[0129]
恢复供电前，配电网负荷能够从上级电网获取的电量为p
max
。
[0130]
②
搜索与电源点或已恢复供电区域相连的负荷点，将负荷点编号放入待恢复集合r中集合r中存放着下一轮潜在被恢复的负荷点编号。
[0131]
③
从集合r中选择能够被电源恢复的负荷点编号
[0132]
选择集合r中优先级最高的负荷点，该如果优先级相同，则优先选择负荷较重的负荷点。设选择的负荷点编号为i，负荷点电量为p(i,t)。
[0133]
④
判断该负荷点电量p(i,t)和p
re
的大小
[0134]
如果p(i,t)》p
re
，则将负荷点i移出集合r，返回步骤4第(4)步的步骤
③
重新选择负荷点i；如果集合r为空集，表示已无可恢复负荷点，执行步骤4第(4)步的步骤
⑦
；如果p(i,t)≤p
re
，则将负荷点i纳入已恢复集合l，执行步骤4第(4)步的步骤
⑤
。
[0135]
①
更新电源剩余电量p
re
[0136]
p
re
＝p
re-p(i,t)
ꢀꢀ
(11)
[0137]
②
返回步骤4第(4)步的步骤
②
[0138]
③
节点电压和支路潮流校验
[0139]
判断电源恢复供电方案中是否含有孤岛部分，对配电网中的各个孤岛进行节点电压和支路潮流校验，计算因越限导致的负荷缺供电量，将不满足约束的负荷节点编号移除集合l。
[0140]
④
计算当前时刻t下系统的缺供电量指标e
t
。
[0141]et
的计算方式如下式所示：
[0142]
当前时刻t下配电网负荷被电源恢复的电量p
l
为：
[0143][0144]
其中，l为已恢复集合。
[0145]
则当前时刻t下的系统缺供电量e
t
的计算方式可如下式表示：
[0146]et
＝p
load-p
l
+p
ex
ꢀꢀ
(13)
[0147]
⑤
令t＝t+1，返回步骤3。
[0148]
5.基于序贯蒙特卡洛方法计算可靠性指标
[0149]
(1)统计第n次模拟下的可靠性指标，令n＝n+1，n表示迭代次数，设置迭代次数上限n＝10000。
[0150]
(2)判断是否满足n＝n。如果没有，返回步骤2；如果是，执行步骤5第(3)步。
[0151]
(3)统计系统缺供电量的平均值作为系统的可靠性指标，执行步骤6。
[0152]
6.基于截弦法进行可信容量搜索，得到分布式电源的可信容量
[0153]
根据步骤1-5计算得到可靠性指标的基准值r0，基于截弦法改变系统负荷的大小，重复步骤1至步骤5计算系统的可靠性指标r，直到r逼近r0，得到分布式电源的可信容量。
[0154]
在某系统中，设常规机组g容量为cg，d
t
为系统t时刻负荷水平，p
re
,t为分布式电源re在t时刻的出力，g表示常规机组集合，r{a,b}表示系统在机组容量a以及负荷水平b下系统的可靠性。设分布式电源的可信容量为cc，可信容量评估时间范围为t。分布式电源接入前后，系统在同一可靠性水平下能够供应负荷的差值占风电装机的比例即为风电容量可信度。该定义下分布式电源可信容量的计算准则可表示为：
[0155][0156]
基于截弦法的分布式电源可信容量评估的具体步骤如下：
[0157]
(1)根据步骤1-5计算得到可靠性指标的基准值r0；固定分布式电源的装机容量。
[0158]
(2)基于截弦法改变负荷水平，重复步骤1-5计算可靠性指标r，直到r逼近r0，得到分布式电源的可信容量。
[0159]
如图3所示，假想曲线h为系统可靠性随系统负荷量的变化曲线，横轴为系统负荷水平，纵轴为系统可靠性指标，可靠性指标r数值越大表示系统可靠性越高。当系统的负荷水平提升到pv时，此时系统的可靠性指标与原始水平r0一致。分布式电源的可信容量即曲线h上可靠性指标为r0点对应的负荷提升量。
[0160]
假设系统负荷需求量下限为0，上限为p0，计算容量上下限对应的可靠性指标，在图中找到对应的两点作连线，得到直线l1；令直线l1与r0交点对应的横轴坐标为p1，计算负荷水平为p1时系统的可靠性指标r，进而得到l2。如此往复迭代，分别得到p2,p3,p4,
…
直至满足式(15)时，得到满足等可靠性原则对应的点pv。
[0161]
|r-r0|＜ε
ꢀꢀ
(15)
[0162]
式中，ε表示供电可靠性的评估收敛判据，是一个很小的常数。
[0163]
本发明并不限于上文描述的实施方式。以上对具体实施方式的描述旨在描述和说明本发明的技术方案，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的。在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，本领域的普通技术人员在本发明的启示下还可做出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种基于配电网安全域的分布式电源可信容量评估方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1、确定分布式电源的装机容量和配电馈线的容量上限，建立分布式电源出力和负荷优先级模型；设置分布式电源风机和光伏的装机容量分别为p
w
和p
pv
，在计算可靠性指标基准值r0时，分布式电源装机容量设置为0；配电馈线的传输容量上限为p
max
，配电网能够从上级电网获得的电量用p
g
表示，令p
g
＝p
max
；构建风机和光伏的出力模型，根据风速、光照强度等因素得到分布式电源的时序出力曲线；根据负荷重要程度将其分为三类，并赋予不同的权重，依据权重大小决定负荷的恢复顺序，得到负荷优先级模型；步骤2、基于随机数抽样法对评估周期t内分布式电源及系统元件的时序状态进行抽样，得到系统元件的运行/故障两状态时序模型，根据分布式电源的运行/故障两状态时序模型，修正节点注入功率曲线；步骤3、判断当前时刻系统状态，生成配电网辐射状拓扑结构，其中：判断当前时刻t下，分布式电源和系统元件是否存在故障；若不存在故障，则保持配电网原始拓扑结构；否则，针对不同元件发生的故障，重新生成配电网辐射状拓扑；步骤4、基于配电网安全域对拓扑结构进行校验，统计因供电充裕性导致的缺供电量；根据步骤s3中得到的拓扑结构，采用安全域的方法对配电网络进行校验，快速制定合理的分布式电源消纳方案，得到每个负荷节点的缺供电结果，计算配电网中负荷总的需求电量p
load
；比较配电网能够从上级电网获得的电量p
g
与配电网负荷总的需求电量p
load
，若p
g
≥p
load
，则缺供电量为0；若p
g
<p
load
，则优先为重要负荷供电，得到考虑供电充裕性的电源恢复方案；对上述得到的方案中含有孤岛的部分进行电压和潮流校核，根据校验结果计算每个负荷节点和系统的缺供电量；步骤5、基于序贯蒙特卡洛方法计算评估周期内的可靠性指标；将步骤s2-s4重复1万次，统计每次模拟下的可靠性指标，对每次恢复供电方案下的缺供电量取平均值，将其作为系统的可靠性指标r；步骤6、基于截弦法进行可信容量搜索获得到分布式电源的可信容量；根据步骤s1-s5计算得到可靠性指标的基准值r0，基于截弦法改变系统负荷的大小，重复步骤s1至步骤s5计算系统的可靠性指标r，直到r逼近r0，得到分布式电源的可信容量。2.根据权利要求1所述的一种基于配电网安全域的分布式电源可信容量评估方法，其特征在于，所述步骤步骤1中建立分布式电源出力模型过程：建立分布式风机和光伏的出力模型，将风速、光照强度的历史数据分别代入该分布式电源的出力模型，得到各个节点风机和光伏在评估周期内的时序出力标幺值，并由该时序出力标幺值和更新后的分布式电源装机容量得到分布式风机和分布式光伏的时序出力，所述风机和光伏出力模型如下：
其中，a、b、c为风电机组出力模型中的常数；sw
t
表示t时刻下风机轮毂高度处对应的风速；v
ci
为切入的风速，v
co
为切出的风速，v
r
为风机的额定风速。t
c,t
表示t时刻下的电池温度；t
a,t
表示t时刻下的环境温度；s
a
表示平均太阳辐照度；k
v
表示电压温度系数；k
i
表示电流温度系数；n
ot
表示电池的标准工作温度；ff是填充因数；i
sc,t
表示t时刻下的短路电流；v
oc,t
表示t时刻下的开路电压；p
mpp
表示最大功率点的功率；i
mpp
表示最大功率点的电流；v
mpp
表示最大功率点的电压；p
pv,t
表示t时刻下光伏组件的输出功率；n表示光伏板的数量；在正常工作状态，风电机组出力的大小取决于气象状况，风机的出力可根据式(1)计算；光伏组件的输出功率取决于太阳辐照度、现场环境温度以及组件本身的特性，可以根据式(2)计算光伏电源的输出功率；将风速、光照强度的历史数据分别代入式(1)和(2)，可得第k个节点风机和光伏评估周期t内的时序出力标幺值，记为和根据更新后的p
w
和p
pv
，分别得到分布式风机和分布式光伏的时序出力和3.根据权利要求1所述的一种基于配电网安全域的分布式电源可信容量评估方法，其特征在于，所述步骤2生成系统时序运行状态过程：201、假定元件在初始时为运行状态；202、对各个元件当前工作状态的持续时间进行抽样：以指数分布下的工作持续时间为例，假设λ
i
是第i个元件的失效率，则该元件工作持续时间为：其中，g
i
为[0,1]均匀分布中抽取的随机数，所得到的d
i
值即为第i个元件的工作持续时长；类似地，假设μ
i
是第i个元件的修复率，只需将公式(3)中的失效率λ
i
变成修复率μ
i
，计算得到的值即为第i个元件的故障修复持续时间；203、重复202步骤直到完成对研究时间跨度下的模拟；以第i个元件为例，令时间跨度为t，第j次模拟得到的元件工作持续时间为t
j
,1，第j次模拟得到的元件修复持续时间为t
j,2
；则完成第u次模拟后，模拟总时长t
z
可以用下式表示：
重复进行模拟，直到模拟总时长t
z
大于等于研究时间跨度t时停止模拟。生成该元件在时间跨度内的时序状态。204、重复步骤202～203直到完成系统中所有元件的模拟；在评估可靠性时需要同时计及配电馈线和分布式电源的停运情况，所以需要生成所有配电馈线以及分布式电源的时序状态；对于后者，风机和光伏电源具有一定的故障率，当设备处于修复状态时，输出为零。205、根据配电馈线和分布式电源的时序状态，修正节点注入功率曲线。4.根据权利要求1所述的一种基于配电网安全域的分布式电源可信容量评估方法，其特征在于，所述步骤4中建立配电网静态安全域的运行优化模型过程：401、根据配电网拓扑结构生成安全域配电网静态安全域是指在节点注入空间上保证系统满足各种静态安全约束的所有运行点的集合；对于既定的网络拓扑结构和根节点电压，配电网静态安全域是唯一确定的，不随运行状态的变化而变化。基于静态电压安全域和热稳定安全域的限制条件，校验配电网各负荷节点和线路是否满足约束，对不满足安全域约束的情况进行处理。配电网安全域的生成方法如下：对于配电网中任一节点j，电压上限对应的静态电压安全域的超平面如下式所示：式中，p
i
和q
i
分别为节点i的有功功率和无功功率；n为负荷节点数目；和分别为节点i的有功功率和无功功率注入在静态电压安全域超平面表达式中对应的系数，对于既定的网络拓扑结构和根节点电压，和是常数；节点功率注入空间上节点j电压上、下限约束所对应的静态电压安全域的超平面表达式可表示为：其中，x
β
表示节点功率注入向量，其中x
β
＝(p
t
,q
t
)∈r
2n
，p＝(p1,p2,...,p
n
)
t
q＝(q1,q2,...,q
n
)
t
；计及电网所有节点电压上、下限约束的静态电压安全域可表示为：其中，n表示配电网中装有有功调压设备和无功调压设备的节点集合；静态安全域除了
校验节点电压是否越限，同时还计及电网所有支路潮流上、下限约束的热稳定安全域；热稳定安全域的表达式如下：式中，和分别为节点i有功功率和无功功率注入在热稳定安全域边界超平面表达式中对应的系数，对于既定的网络拓扑和根节点电压和是常数，与静态电压安全域的系数计算过程类似，在此不再赘述；b表示网络中所有线路的集合；l
i,j
表示节点i和节点j相连的线路；402、建立配电网安全域的运行优化模型，制定合适的分布式电源消纳方案构建以配电网安全域为运行约束的优化模型，该模型如下所示：p(i,t)为负荷点i在t时刻下的负荷需求；p
ren,2
(i,t)为负荷点i在t时刻下接入分布式电源的实际出力；p
i,line
为节点净注入功率上限；n为负荷节点数目；p
ren,1
(i,t)为i节点在t时刻下接入分布式电源的出力上限。

技术总结
本发明公开了一种基于配电网安全域的分布式电源可信容量评估方法，包括如下步骤：S1、确定分布式电源的装机容量和配电馈线的容量上限，建立分布式电源出力和负荷优先级模型；S2、生成系统时序运行状态；S3、判断当前时刻系统状态，生成配电网辐射状拓扑结构；S4、基于配电网安全域对拓扑结构进行校验，统计因供电充裕性导致的缺供电量；S5、基于序贯蒙特卡洛方法计算评估周期内的可靠性指标；S6、基于截弦法进行可信容量搜索获得到分布式电源的可信容量；本发明对于系统故障或者正常运行状态下的配电网拓扑结构，建立基于静态安全域的运行优化模型，快速制定合理的分布式电源消纳方案。案。案。


技术研发人员：陈家浩 孙冰 李云飞 景锐鹏
受保护的技术使用者：天津大学
技术研发日：2022.04.22
技术公布日：2022/7/5