含光伏配电网的储能容量配置方法与系统

摘要

本发明提供一种含光伏配电网的储能容量配置方法与系统，采集网架参数、上一时间段内最大运行方式日负荷以及光伏电站日有功出力，潮流计算获取每一采样时刻光伏并网点日运行电压数据，设定光伏并网点电压约束的上下限，根据光伏并网点的运行电压，采用并网点等步长功率注入法得到每一采样点的储能功率输出数组，并按时间步长积分得到储能配置容量。整个过程简单直观，考虑电压约束的储能容量配置，从避免光伏并网点电压越限的角度进行储能配置，配置指标直观易测有效，可用于储能容量的确定和优化考虑电压约束的储能容量配置。

说明书

技术领域

本发明涉及电力电网技术领域，特别是涉及含光伏配电网的储能容量配置 方法与系统。

背景技术

随着经济的快速发展，电力需求的持续增加，传统能源的日益匮乏和环境 的日趋恶化，光伏发电大规模并网成了发展趋势。

但光伏受自然资源条件和气候条件影响明显，具有波动性和间歇性的特点， 在一定程度上对接入的配电网造成扰动和冲击，甚至导致电压越限，影响电网 的安全可靠稳定运行。为了最大限度利用光照资源，光伏发电通常以单位功率 因数运行，而储能在平衡有功输出有其独特的优势，因此，在光伏并网点配置 储能能够有效的调节并网点电压，因此如何进行光伏配电网的储能容量配置又 称为了一个迫切需要解决的难题。

近年来，国内外有不少关于储能容量的配置方法，但一般方法存在储能配 置指标不够直观的问题以及操作复杂的缺点。

发明内容

基于此，有必要针对一般含光伏配电网的储能容量的配置方法存在储能配 置指标不够直观且复杂的问题，提供一种储能配置指标直观且简单的含光伏配 电网的储能容量配置方法与系统。

一种含光伏配电网的储能容量配置方法，包括步骤：

采集电网网架参数、上一时间段内最大运行方式日负荷以及光伏电站日有 功出力；

根据电网网架参数、上一时间段内最大运行方式日负荷以及光伏电站日有 功出力，采用配电网潮流计算，获取光伏并网点日运行电压数据；

根据电网安全运行要求，设定光伏并网点电压约束的上限值和下限值；

将光伏并网点日运行电压数据分别与光伏并网点电压约束的上限值和下限 值比较，并采用并网点等步长功率注入法得到储能输出功率；

将储能输出功率按时间步长积分得到含光伏配电网的储能配置容量。

一种含光伏配电网的储能容量配置系统，包括：

采集模块，用于采集电网网架参数、上一时间段内最大运行方式日负荷以 及光伏电站日有功出力；

电压数据获取模块，用于根据电网网架参数、上一时间段内最大运行方式 日负荷以及光伏电站日有功出力，采用配电网潮流计算，获取光伏并网点日运 行电压数据；

上下限值设定模块，用于根据电网安全运行要求，设定光伏并网点电压约 束的上限值和下限值；

储能输出功率计算模块，用于将光伏并网点日运行电压数据分别与光伏并 网点电压约束的上限值和下限值比较，并采用并网点等步长功率注入法得到储 能输出功率；

储能配置容量获取模块，用于将储能输出功率按时间步长积分得到含光伏 配电网的储能配置容量。

本发明含光伏配电网的储能容量配置方法与系统，采集网架参数、上一时 间段内最大运行方式日负荷以及光伏电站日有功出力，潮流计算获取每一采样 时刻光伏并网点日运行电压数据，设定光伏并网点电压约束的上下限，根据光 伏并网点的运行电压，采用并网点等步长功率注入法得到每一采样点的储能功 率输出数组，并按时间步长积分得到储能配置容量。整个过程简单，考虑电压 约束的储能容量配置，从避免光伏并网点电压越限的角度进行储能配置，配置 指标直观易测有效，可用于储能容量的确定和优化考虑电压约束的储能容量配 置。

附图说明

图1为本发明含光伏配电网的储能容量配置方法第一个实施例的流程示意 图；

图2为本发明含光伏配电网的储能容量配置方法第二个实施例的流程示意 图。

图3为本发明含光伏配电网的储能容量配置方法其中一个应用实例中光伏 电站接入10kV配电网的简化模型示意图；

图4为本发明含光伏配电网的储能容量配置方法其中一个应用实例中光伏 电站的输出功率和负荷功率曲线图；

图5为本发明含光伏配电网的储能容量配置方法其中一个应用实例中未配 置储能各节点的日运行电压曲线图；

图6为本发明含光伏配电网的储能容量配置方法其中一个应用实例中各个 时刻储能功率的输出曲线图；

图7为按本发明含光伏配电网的储能容量配置方法配置储能后各节点的电 压曲线图；

图8为本发明含光伏配电网的储能容量配置系统第一个实施例的结构示意 图；

图9为本发明含光伏配电网的储能容量配置系统第二个实施例的结构示意 图。

具体实施方式

如图1所示，一种含光伏配电网的储能容量配置方法，包括步骤：

S100：采集电网网架参数、上一时间段内最大运行方式日负荷以及光伏电 站日有功出力。

电网网架参数、上一时间段内最大运行方式日负荷以及光伏电站日有功出 力这些数据可以基于电网历史数据获得。上一时间段具体可以为一个月、一个 季度或者一年等时间段。

如图2所示，在其中一个实施例中，步骤100包括步骤：

S120：确定单天的采样时间间隔△t。

确定一天的采样时间间隔△t，则一天共n个采样点。

S140：采集电网网架参数、上一时间段内最大运行方式日每一采样时刻i 各负荷点的负荷数据以及当天光伏电站一天中每一采样时刻i的有功出力。

采集电网网架线路阻抗、上一时间段内最大运行方式日每一采样时刻i各负 荷点的负荷数据以及当天光伏电站一天中每一采样时刻i的有功出力P_Vi。

S200：根据电网网架参数、上一时间段内最大运行方式日负荷以及光伏电 站日有功出力，采用配电网潮流计算，获取光伏并网点日运行电压数据。

电网网架参数主要包括电网网架线路阻抗，调用配电网潮流计算程序求解 各时刻光伏并网点电压U_i，(i＝1，2，……n)，得到一组日运行电压数组U＝(U₁， U₂，……,U_n)。根据光伏电站出力P_V及负荷数据P_L、Q_L，网架参数情况，调用 配电网潮流计算程序求解出各时刻光伏并网点电压U_i。

S300：根据电网安全运行要求，设定光伏并网点电压约束的上限值和下限 值。

电网安全运行要求可以基于电力行业的相关行业准则获知，不同配电网中 的安全运行要求不相同，例如10kV配电网中，允许运行的电压范围偏差为±7％， 从标幺值看，运行电压范围为0.93kV～1.07kV。

S400：将光伏并网点日运行电压数据分别与光伏并网点电压约束的上限值 和下限值比较，并采用并网点等步长功率注入法得到储能输出功率。

将光伏并网点日运行电压数据U中的每一个元素U_i(i＝1，2，...,n)分别与电 压约束的上限和下限U比较，并采用并网点等步长功率注入法得到储能输出功 率，第i个采样点的储能输出功率为p_si；将每个采样点的储能输出功率存到一 个数组中，称这个数组为p_S。并网点等步长功率注入法指在光伏的并网点等步 长地注入储能功率，直到光伏并网点的电压在约束范围内的方法。

具体来说，在其中一个实施例中，第i个采样点的储能输出功率p_si由如下 方法获得：

初始化储能输出功率p_si＝0，设定储能注入功率步长△P_s；若U_i<U，在光 伏并网点以步长为△P_s逐步注入储能功率，每注入一次功率进行一次配电网潮流 计算，求解光伏并网点电压U_i，直到光伏并网点电压大于U，设置p_si为此时储 能的注入功率；若在光伏并网点以步长为-△P_s逐步注入储能功率，每 注入一次功率进行一次配电网潮流计算，求解光伏并网点电压，直到光伏并网 点电压小于设置p_si为此时储能的注入功率；若设置p_si为0。

S500：将储能输出功率按时间步长积分得到含光伏配电网的储能配置容量。

在其中一个实施例中，步骤S500具体包括步骤：

判断储能输出功率值的正负；

将储能输出功率值为正的数值累加求和，记录求和结果为sum_pos，将储能输 出功率值为负的数值累加求和且取反，记录求和取反结果为sum_neg；

比较求和结果sum_pos与求和取反结果sum_neg的大小，当sum_pos>sum_neg时，设 置储能配置容量为sum_pos*△t，当sum_pos≤sum_neg时，设置储能配置容量为 sum_neg*△t。

本发明含光伏配电网的储能容量配置方法，采集网架参数、上一时间段内 最大运行方式日负荷以及光伏电站日有功出力，潮流计算获取每一采样时刻光 伏并网点日运行电压数据，设定光伏并网点电压约束的上下限，根据光伏并网 点的运行电压，采用并网点等步长功率注入法得到每一采样点的储能功率输出 数组，并按时间步长积分得到储能配置容量。整个过程简单直观，考虑电压约 束的储能容量配置，从避免光伏并网点电压越限的角度进行储能配置，配置指 标直观易测有效，可用于储能容量的确定和优化考虑电压约束的储能容量配置。

在其中一个实施例中，所述将光伏并网点日运行电压数据分别与光伏并网 点电压约束的上限值和下限值比较，并采用并网点等步长功率注入法得到储能 输出功率具体包括步骤：

初始化储能输出功率p_s0＝0，设定储能注入功率步长△P_s；

将光伏并网点日运行电压U_i分别与光伏并网点电压约束的上限值和下 限值U比较；

当光伏并网点日运行电压U_i小于光伏并网点电压约束的下限值U时，在光 伏并网点以步长为△P_s逐步注入储能功率，每注入一次功率进行一次配电网潮流 计算，求解光伏并网点电压，直到光伏并网点电压大于光伏并网点电压约束的 下限值U，设置储能输出功率p_si为此时储能的注入功率；

当光伏并网点日运行电压U_i大于光伏并网点电压约束的上限值时，在光 伏并网点以步长为-△P_s逐步注入储能功率，每注入一次功率进行一次配电网潮 流计算，求解光伏并网点电压，直到光伏并网点电压小于光伏并网点电压约束 的上限值设置储能输出功率p_si为此时储能的注入功率；

当光伏并网点日运行电压U_i小于等于光伏并网点电压约束的上限值且 大于等于光伏并网点电压约束的下限值U时，设置储能输出功率p_si为零。

下面将采用一个具体实例，并结合图3、图4、图5对本发明含光伏配电网 的储能容量配置方法进行更进一步的解释说明。

图3为本具体实施例中中光伏电站接入10kV配电网的简化模型，图中1、 2、3、4分别表示节点编号。

步骤一：确定一天的采样时间间隔△t＝15min，则一天共n＝96个采样点；

步骤二：采集电网网架线路阻抗、上一时间段内最大运行方式日每一采样 时刻i各负荷点的负荷数据以及当天光伏电站一天中每一采样时刻i的有功出力 P_Vi；

节点1到节点2之间的线路阻抗Z₁₂、节点2到节点3之间的线路阻抗Z₂₃， 系统等值电抗X₀，由于10kV配电网中对地电纳非常小，因此忽略线路对地电 纳。以上参数分别为：

Z₁₂＝(0.63+j1.2)Ω，Z₂₃＝(1.26+j2.4)Ω，X₀＝j0.6Ω

无穷大系统节点电压标幺值为：V₄＝1.05

上一时间段内最大运行方式日每一采样时刻i各负荷点的负荷数据以及当 天光伏电站一天中每一采样时刻i的有功出力P_Vi如图4所示，光伏电站以单位 功率运行，即Q_V＝0，图4显示每一采样时刻构成的光伏电站的出力P_V及负荷有 功P_L无功Q_L曲线。

步骤三：调用配电网潮流计算程序求解各时刻光伏并网点电压U_i(i＝1， 2，……n)，得到一组日运行电压数组U＝(U₁，U₂，……,U_n)；根据光伏电站出 力P_V及负荷数据P_L、Q_L，网架参数情况，调用配电网潮流计算程序求解出各时 刻光伏并网点电压U_i，为更为直观的了解算例中不同节点的电压情况，图5给 出了算例中各个节点各时刻构成的日运行电压数组连成的电压曲线。

步骤四：根据安全运行要求设定光伏并网点电压约束的上下限：U；

10kV配电网中，允许运行的电压范围偏差为±7％，从标幺值看，运行电 压范围为0.93kV～1.07kV。考虑一定的裕度，设定U＝0.95，即把光伏 并网点电压约束在0.95kV～1.06kV之间。

步骤五：将并网点日运行电压数组U中的每一个元素U_i(i＝1，2，……n)分 别与电压约束的上限和下限U比较，并采用并网点等步长功率注入法得到储 能输出功率，第i个采样点的储能输出功率为p_si；将每个采样点的储能输出功 率存到一个数组中，称这个数组为p_s。

第i个采样点的储能输出功率p_si由如下方法获得：

初始化储能输出功率p_s0＝0，设定储能注入功率步长△P_s；若U_i<U，在 光伏并网点以步长为△P_s逐步注入储能功率，每注入一次功率进行一次配电网 潮流计算，求解光伏并网点电压U_i，直到光伏并网点电压大于U，设置p_si为此 时储能的注入功率；若在光伏并网点以步长为-△P_s逐步注入储能功 率，每注入一次功率进行一次配电网潮流计算，求解光伏并网点电压，直到光 伏并网点电压小于设置p_si为此时储能的注入功率；若设置 p_si为0。在本具体实施例中，光伏并网点电压出现了越上限和越下限情况，查 找到光伏并网点U越上限的时刻为：11:00～14:45这个时间段，越下限的时刻 为：18:00～23:00这个时间段。从日运行电压数组U中，即为第44～59个元素出 现了越上限，第72～92个元素出现了越下限，共16个采样时刻越上限，21个采 样时刻越下限，设定△P_S＝0.05MW；若Ui<U，在光伏并网点以步长为△P_s逐步 注入储能功率，每注入一次功率进行一次配电网潮流计算，求解光伏并网点电 压U_i，直到光伏并网点电压大于U，设置Psi为此时储能的注入功率；若 在光伏并网点以步长为-ΔPs逐步注入储能功率，每注入一次功率进行 一次配电网潮流计算，求解光伏并网点电压，直到光伏并网点电压小于设 置p_si为此时储能的注入功率；若设置p_si为0；图6显示了各个时 刻储能功率的输出曲线，p_si>0表示储能处于放电状态，p_si<0表示储能处于 充电状态。

步骤六：对p_si的元素进行求和、积分得到储能配置容量。

对p_s的元素进行求和、积分得到储能配置容量，储能配置容量由如下方法 确定：判断储能输出功率值的正负，将储能输出功率值为正的数值累加求和， 记录求和结果为sum_pos，将储能输出功率值为负的数值累加求和且取反，记录求 和取反结果为sum_neg，比较求和结果sum_pos与求和取反结果sum_neg的大小，当 sum_pos>sum_neg时，设置储能配置容量为sum_pos*△t，当sum_pos≤sum_neg时，设置 储能配置容量为sum_neg*△t。

在本具体实施例中，p_s中所有大于0的元素共21个，p_s中所有小于0的元 素共16个；对p_s中所有大于0的元素求和，求和结果用sum_pos表示；则： sum_pos＝33；对p_s中所有小于0的元素求和并取反，求和、取反结果用sum_neg表 示；则：sum_neg＝41.05；

因为sum_neg<sum_neg，△t＝15min＝0.25h，则配置的储能容量为：

C＝sum_neg*△t＝41.05MW*0.25h＝10.2625MWgh

因此，在本具体实施例中，储能的配置容量C＝10.2625MWgh。

为直观检验采用本发明含光伏配电网的储能容量配置方法后的效果，图7 给出了采用本发明含光伏配电网的储能容量配置方法配置储能后，各节点的日 运行电压曲线。

如图7所示，节点1的电压，即光伏并网点的电压被准确的约束在0.96kV ～1.06kV之间，这证明该方法计算出来的储能输出功率的准确性与有效性。在 图5中，光伏并网点所在的节点1、负荷所在的节点2电压出现了均出现了越上 下限，而采用本发明含光伏配电网的储能容量配置方法配置储能后，节点1、

节点2均不会出现越限。可见，采用本发明含光伏配电网的储能容量配置方法 配置储能能够有效的解决光伏接入后引起的局部节点电压越限的问题。

在其中一个实施例中，所述将储能输出功率按时间步长积分得到含光伏配 电网的储能配置容量之后还有步骤：

将含光伏配电网的储能配置容量数据存储。

将计算获得的含光伏配电网的储能配置容量数据存储，一方面避免意外情 况导致数据丢失，另一方面也又便于操作人员后续进行查验。

如图8所示，一种含光伏配电网的储能容量配置系统，包括：

采集模块100，用于采集电网网架参数、上一时间段内最大运行方式日负荷 以及光伏电站日有功出力；

电压数据获取模块200，用于根据电网网架参数、上一时间段内最大运行方 式日负荷以及光伏电站日有功出力，采用配电网潮流计算，获取光伏并网点日 运行电压数据；

上下限值设定模块300，用于根据电网安全运行要求，设定光伏并网点电压 约束的上限值和下限值；

储能输出功率计算模块400，用于将光伏并网点日运行电压数据分别与光伏 并网点电压约束的上限值和下限值比较，并采用并网点等步长功率注入法得到 储能输出功率；

储能配置容量获取模块500，用于将储能输出功率按时间步长积分得到含光 伏配电网的储能配置容量。

本发明含光伏配电网的储能容量配置系统，采集模块100采集网架参数、 上一时间段内最大运行方式日负荷以及光伏电站日有功出力，电压数据获取模 块200潮流计算获取每一采样时刻光伏并网点日运行电压数据，上下限值设定 模块300设定光伏并网点电压约束的上下限，储能输出功率计算模块400根据 光伏并网点的运行电压，采用并网点等步长功率注入法得到每一采样点的储能 功率输出数组，储能配置容量获取模块500按时间步长积分得到储能配置容量。 整个过程简单直观，考虑电压约束的储能容量配置，从避免光伏并网点电压越 限的角度进行储能配置，配置指标直观易测有效，可用于储能容量的确定和优 化考虑电压约束的储能容量配置。

如图9所示，在其中一个实施例中，所述采集模块100具体包括：

采样间隔确定单元120，用于确定单天的采样时间间隔△t；

采集单元140，用于采集电网网架参数、上一时间段内最大运行方式日每一 采样时刻i各负荷点的负荷数据以及当天光伏电站一天中每一采样时刻i的有功 出力。

在其中一个实施例中，所述储能输出功率计算模块400具体包括：

初始单元，用于初始化储能输出功率p_s0＝0，设定储能注入功率步长△P_s；

比较单元，用于将光伏并网点日运行电压U_i分别与光伏并网点电压约束的 上限值和下限值U比较；

第一处理单元，用于当光伏并网点日运行电压U_i小于光伏并网点电压约束 的下限值U时，在光伏并网点以步长为△P_s逐步注入储能功率，每注入一次功 率进行一次配电网潮流计算，求解光伏并网点电压，直到光伏并网点电压大于 光伏并网点电压约束的下限值U，设置储能输出功率p_si为此时储能的注入功 率；

第二处理单元，用于当光伏并网点日运行电压U_i大于光伏并网点电压约束 的上限值时，在光伏并网点以步长为-△P_s逐步注入储能功率，每注入一次功 率进行一次配电网潮流计算，求解光伏并网点电压，直到光伏并网点电压小于 光伏并网点电压约束的上限值设置储能输出功率p_si为此时储能的注入功 率；

第三处理单元，用于当光伏并网点日运行电压U_i小于等于光伏并网点电压 约束的上限值且大于等于光伏并网点电压约束的下限值U时，设置储能输 出功率p_si为零。

在其中一个实施例中，所述储能配置容量获取模块500具体包括：

判断单元，用于判断储能输出功率值的正负；

储能配置容量计算单元，用于将储能输出功率值为正的数值累加求和，记 录求和结果为sum_pos，将储能输出功率值为负的数值累加求和且取反，记录求和 取反结果为sum_neg；

储能配置容量获取单元，用于比较求和结果sum_pos与求和取反结果sum_neg的 大小，当sum_pos>sum_neg时，设置储能配置容量为sum_pos*△t，当sum_pos≤sum_neg时， 设置储能配置容量为sum_neg*△t。

在其中一个实施例中，所述含光伏配电网的储能容量配置系统还包括：

存储模块，用于将含光伏配电网的储能配置容量数据存储。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细， 但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的 普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改 进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权 利要求为准。