一种基于机会约束规划考虑电压和环保指标的分布式电源布点定容优化的计算方法技术

本发明专利技术涉及电力系统及其自动化技术领域，更具体地，涉及一种基于机会约束规划考虑电压和环保指标的分布式电源布点定容优化的计算方法，包括计算光伏电池阵列工作温度、光伏电源阵列实际的工作开路电压、短路电流与填充系数、光伏发电系统输出电压与输出功率、风电机组基于风速影响因子下的输出功率，设置优化的目标函数；考虑电网安全运行需要满足的条件；引入机会约束条件；优化分布式电源的安装位置；确立目标函数F概率表示形式；采用MATLAB仿真器获得决策变量的运行策略，对三个优化指标进行数学建模。

A calculation method based on chance constrained programming considering voltage and environmental protection index for distributed generation point location and capacity optimization

【技术实现步骤摘要】
一种基于机会约束规划考虑电压和环保指标的分布式电源布点定容优化的计算方法
本专利技术涉及电力系统及其自动化
，更具体地，涉及一种基于机会约束规划考虑电压和环保指标的分布式电源布点定容优化的计算方法。
技术介绍
分布式电源(distributedgeneration，DG)的接入使配电网从简单辐射受电网络变成具有多电源的复杂网络，DG接入配电网运行，可节能减排，降低系统网损以及提高供电可靠性和灵活性，然而，DG出力受环境气候影响极大，具有明显的间歇性、不确定性和波动性，会影响电力系统的正常运行，且其影响程度与DG的位置和容量密切相关。因此在发展智能电网的研究中，如何安全、可靠地接入各种可再生能源电源和分布式能源电源，是该研究所面临的一大挑战。进入21世纪,世界各国正被能源安全和环境保护的问题所困扰。各国政府高度重视发展可再生能源，将其作为缓解能源供应矛盾、减少温室气体排放和应对气候变化的重要举措。近年来可再生能源在电网接入近年呈现快速增长趋势，其中光伏发电接入增长是最快的，年增长率为60％；其次是风力发电和生物燃料发电，年增长率分别为27％和18％。因此，分布式发电系统在城市配电网大规模接入是一种必然的趋势，其接入对配电网的影响将从多方面考虑。首先接入分布式电源后，在稳态情况下，会使得沿馈线的各负荷节点处的电压有所提高，甚至某些节点的电压会超过上限，对用户产生影响，但是分布式电源的退出，使得依靠分布式电源支撑的馈线电压下跌，带来电能质量问题，所以分布式电源接入配电网要考虑电压指标；其次，分布式电源接入后将在一定程度上改善配电网传统火力发电带来的环境污染问题，由于与传统火力发电相比，分布式发电排放很少量的污染气体，有较大的社会效益，所以分布式电源接入配电网需考虑其对环保指标；最后，DG的位置、容量以及运行方式对配电网的节点电压、线路潮流、短路电流、网络损耗等都有较大影响，故可考虑DG接入配电网后有功网损指标的改善情况，综合考虑有功网损、电压优化指标和环保指标这三个优化目标，进而把DG优化配置的确定性问题转化为一个多目标非线性规划问题。分布式电源接入对配电网有很大影响能够降低线路的传输功率，从而减小配电能损耗和提升电压。当包含的配电网与主配电网分离后，仍能继续向其所在的孤岛供电，从而可以提高配电网的可靠性，若接入位置和容量适宜可以改善网损；但若接入位置或容量不合理，不但会造成资金浪费，还会恶化配电网技术指标等。随着DG渗透率的增加，对配电网规划、运行控制等各方面的影响将越来越显著。分布式电源布点定容优化问题即考虑各种约束条件下确定分布式电源接入电网后的优化配置问题，可见，对分布式电源布点定容优化问题问题是一个大规模的多目标寻优问题,而各个子目标之间的优化存在着相互制约相互矛盾的可能性。因此为获得正确的决策，必须对分布式电源的影响做出准确的评估，即最优化工具必须能够准确评估分布式电源对所在电网的各种影响,给出分布式电源的最优位置和规模,使得分布式电源在电网的逐步渗透过程中不会破坏电网运行的安全性和经济性。而分布式电源优化配置问题在数学上通常是一个复杂的非线性、多目标,在离散、非凸空间上寻优的问题,理论上很难找到最优解。处理该问题的方法大致可分为经典的数学优化算法、启发式算法和人工智能算法。数学优化算法通过对目标函数内在数学信息的严格推导与转化，使之对离散、非凸空间的优化问题具有较好的适应能力,可被应用于配电网规划方面的研究。在节点有功、无功网损微增率基础上，通过负荷功率法将两者结合后的转化网损微增率方法已被证明能有效确定在放射型配网中分布式电源布点定容优化问题，有利于降低系统有功网损，改善系统的稳态运行的经济性。网损微增率反映出一定的系统运行方式下，节点i增加单位负荷引起的网损增量。如果节点的网损微增率数值为负，说明在此节点从电网汲取功率有利于降低网损；如果节点的网损微增率数值为正，则相反。在系统中选择节点安装DG时，可以通过等效网损微增率指标对节点进行排序，选出绝对值较大的节点安装。应该注意的是，系统中有些节点不能够或者不适宜安装DG，应将其从系统中剔除，再对其他节点重新排序、选择。DG的安装位置选定，还需要考虑众多的因素，如系统效益、系统电压分布、自然资源的分布、负荷的分布、系统网架结构、环境保护等，可将这些因素作为DG最优容量确定问题中的优化约束处理来考虑。考虑到各节点位于不同地理区域，由于各区域的设备差异、风能资源、风速特性等因素造成风电机组出力的不确定性，以及各区域环境温度、日照强度、日照时间、日照阴影、日照偏角等因素造成光伏电源出力的随机性，使得配电网分布式电源优化配置增加了难度。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于机会约束规划考虑电压和环保指标的分布式电源布点定容优化的计算方法，可以计算调度周期内分布式电源环境下配电网中无功补偿电容器组的投切容量、储能设备的吸放功率、电动汽车的充放电功率。反映了采风高度、地理位置、空气密度以及环境温度、日照强度、日照时间、日照阴影、日照偏角等环境因素对分布式风力和分布式光伏发电系统输出功率的影响机理，反映了等效网损微增率指标对分布式发电优化布置的适用性与有效性，反映了分布式电源并网发电对电力运营中污染气体产生及排放的较好的改善作用，为分布式新能源发电及智能电网安全运行提供可靠的技术支撑。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种基于机会约束规划考虑电压和环保指标的分布式电源布点定容优化的计算方法，包括以下步骤：S1：计算光伏电池阵列工作温度；S2：计算光伏电源阵列实际的工作开路电压、短路电流与填充系数；S3：计算光伏发电系统输出电压与输出功率；S4：计算风电机组基于风速影响因子下的输出功率；S5：设置基于机会约束规划考虑电压和环保指标的分布式电源布点定容优化的目标函数；S6：考虑电网安全运行需要满足的条件；S7：引入基于机会约束规划考虑电压和环保指标的分布式电源布点定容的机会约束条件；S8：利用等效网损微增率概念优化分布式电源的安装位置；S9：确立基于机会约束规划考虑电压和环保指标的分布式电源布点定容优化的目标函数F概率表示形式；S10：采用MATLAB仿真器利用机会约束规划方法来求解多目标优化模型获得决策变量的运行策略。进一步的，在步骤S1中：从公共气象数据平台获取光伏电源所在地一定周期内各时段的相关环境数据信息，包括当地辐照强度Spvi、实时环境气温TAIRi，可计算光伏电池阵列工作温度Tpvi为：Tpvi＝λ·Spvi+TAIRi式中，λ为光伏电池工作温度与当地光伏辐照强度的影响系数，工程上取其值为0.03(℃·m2)/W。进一步的，在步骤S2中：从光伏发电监控中心获取光伏电池阵列的开路电压值Vpv-OCi、短路电流值Ipv-SCi、对应最大功率点电压Vpvm以及电流Ipvm，计算一定温度和辐照强度下光伏电源阵列的实际开路电压V'pv-OCi、短路电流I'pv-SCi与填充系本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于机会约束规划考虑电压和环保指标的分布式电源布点定容优化的计算方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1：计算光伏电池阵列工作温度；/nS2：计算光伏电源阵列实际的工作开路电压、短路电流与填充系数；/nS3：计算光伏发电系统输出电压与输出功率；/nS4：计算风电机组基于风速影响因子下的输出功率；/nS5：设置基于机会约束规划考虑电压和环保指标的分布式电源布点定容优化的目标函数；/nS6：考虑电网安全运行需要满足的条件；/nS7：引入基于机会约束规划考虑电压和环保指标的分布式电源布点定容的机会约束条件；/nS8：利用等效网损微增率概念优化分布式电源的安装位置；/nS9：确立基于机会约束规划考虑电压和环保指标的分布式电源布点定容优化的目标函数F概率表示形式；/nS10：采用MATLAB仿真器利用机会约束规划方法来求解多目标优化模型获得决策变量的运行策略。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于机会约束规划考虑电压和环保指标的分布式电源布点定容优化的计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：计算光伏电池阵列工作温度；
S2：计算光伏电源阵列实际的工作开路电压、短路电流与填充系数；
S3：计算光伏发电系统输出电压与输出功率；
S4：计算风电机组基于风速影响因子下的输出功率；
S5：设置基于机会约束规划考虑电压和环保指标的分布式电源布点定容优化的目标函数；
S6：考虑电网安全运行需要满足的条件；
S7：引入基于机会约束规划考虑电压和环保指标的分布式电源布点定容的机会约束条件；
S8：利用等效网损微增率概念优化分布式电源的安装位置；
S9：确立基于机会约束规划考虑电压和环保指标的分布式电源布点定容优化的目标函数F概率表示形式；
S10：采用MATLAB仿真器利用机会约束规划方法来求解多目标优化模型获得决策变量的运行策略。


2.根据权利要求1所述的一种基于机会约束规划考虑电压和环保指标的分布式电源布点定容优化的计算方法，其特征在于，在步骤S1中：
从公共气象数据平台获取光伏电源所在地一定周期内各时段的相关环境数据信息，包括当地辐照强度Spvi、实时环境气温TAIRi，可计算光伏电池阵列工作温度Tpvi为：
Tpvi＝λ·Spvi+TAIRi
式中，λ为光伏电池工作温度与当地光伏辐照强度的影响系数，工程上取其值为0.03(℃·m2)/W。


3.根据权利要求1所述的一种基于机会约束规划考虑电压和环保指标的分布式电源布点定容优化的计算方法，其特征在于，在步骤S2中：
从光伏发电监控中心获取光伏电池阵列的开路电压值Vpv-OCi、短路电流值Ipv-SCi、对应最大功率点电压Vpvm以及电流Ipvm，计算一定温度和辐照强度下光伏电源阵列的实际开路电压V′pv-OCi、短路电流I'pv-SCi与填充系数ΓF：









式中，a、b分别为电流、电压温度系数，其典型值取为0.0025℃、0.5℃。


4.根据权利要求1所述的一种基于机会约束规划考虑电压和环保指标的分布式电源布点定容优化的计算方法，其特征在于，在步骤S3中：
根据分布式光伏发电系统输出功率与环境因素之间的特征关系，采用上述光伏发电模型模拟的方法计算光伏发电系统输出的电压Vpv和功率Ppv为：
Vpv＝Npvs·Vpv-OCi



式中，Npvs为光伏电源阵列的总光照面积。


5.根据权利要求1所述的一种基于机会约束规划考虑电压和环保指标的分布式电源布点定容优化的计算方法，其特征在于，在步骤S4中：
由风力发电场所在地监控中心获取一定周期内各时段的相关环境数据信息，包括近地表面的不同时段风速Voi、风电机组发电环境的空气密度ρWG、风电机组调度周期内不同时间段所扫描的面积NTx，风能利用效率参数CPWG以及考虑了风速预测误差的瞬时风速值(VWG-Δv)，根据分布式风力发电系统功率与环境因素的内在联系，可计算风电机组基于风速影响因子下的输出功率：






式中，Voi为调度周期内参考高度H处各时段风速值；VWG为调度周期内目标高度H处各时段风速实测值；Δv为一个服从均值为0、标准差为σv的正态分布的风速预测误差；α为地面粗糙度因子，通常取1/7。


6.根据权利要求1所述的一种基于机会约束规划考虑电压和环保指标的分布式电源布点定容优化的计算方法，其特征在于，步骤S5中：
为满足系统运行的稳定性、经济性、环境条件的制约，将考虑环境因素的DG优化配置问题转化为有等式约束和不等式约束的多目标规划问题，其目标函数为：
F＝max(fvbi,fplbi,febi)
式中，为fvbi电压优化指标，fplbi为网损优化指标，febi为环保指标；
目标函数的子目标fvbi、fplbi、febi的计算步骤分别为:
S5.1：子目标fvbi为电压优化指标，计算公式为：
fvbi＝Vviw/Vviwo



式中，Vviwo、Vviw...

【专利技术属性】
技术研发人员：简俊威，刘建辉，罗航宇，杨辉，陈方正，
申请(专利权)人：广东电网有限责任公司，广东电网有限责任公司肇庆供电局，
类型：发明
国别省市：广东;44