一种负荷分布不均衡的电网发展协调性分析方法

摘要

公开一种负荷分布不均衡的电网发展协调性分析方法，包括：(1)给定系统的负荷水平；(2)确定各个负荷点的分配系数；(3)根据负荷分配系数将负荷分配到各个负荷点；(4)对系统进行潮流计算；(5)判断支路是否存在过负荷，是则执行步骤(6)，否则执行步骤(8)；(6)调整各负荷点出力；(7)令K＝K+1，判断K≤N是否成立，是则执行步骤(3)，否则执行步骤(10)；(8)判断系统中是否有剩余出力，是则执行步骤(9)，否则执行步骤(10)；(9)增大系统负荷，跳转到步骤(2)；(10)输出系统总负荷；(11)确定系统最大供电能力；(12)求取系统的峰谷差；(13)形成评估报告；(14)结束。

说明书

技术领域

本发明属于配电网规划的技术领域，具体地涉及一种负荷分布不均衡 的电网发展协调性分析方法。

背景技术

负荷的空间分布与产业结构、行业特性、地理环境等因素有关。一般 来说，经济越发达地区的负荷分布越集中，负荷密度越大，设备的负载率 偏高，寿命缩短；相反地，负荷较小地区的设备利用率偏低，会造成资源 闲置，影响电网投资的经济性。在负荷比重很大的区域，对电网结构的要 求很高，该区域的严重事故可能造成整个电网崩溃。若负荷空间分布发生 变化，就要求电网的运行方式具有较强的适应性，需要电网具有较强的适 应能力。

这种负荷分布不均衡的电网，制约电网的输电能力以及资源的调配。 因此，需要协调各区域的负荷需求，提高各区域的供电能力，保证整个电 网协调发展。负荷的空间分布对电网的运行方式有重要影响，进而影响电 网的安全稳定运行，负荷在空间上的均衡是电网稳定和经济运行的重要保 证。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种负荷分布 不均衡的电网发展协调性分析方法，其能够有效评估电网对负荷的适应性， 能够有效地衡量电网与负荷间的协调程度，从而提高各区域的供电能力， 保证整个电网协调发展。

本发明的技术解决方案是：这种负荷分布不均衡的电网发展协调性分 析方法，该方法包括以下步骤：

(1)给定系统的负荷水平；

(2)确定各个负荷点的分配系数；

(3)根据负荷分配系数将负荷分配到各个负荷点；

(4)对系统进行潮流计算；

(5)判断支路是否存在过负荷，是则执行步骤(6)，否则执行步骤(8)；

(6)调整各负荷点出力；

(7)令K＝K+1，判断K≤N是否成立，是则执行步骤(3)，否则执行步 骤(10)，其中K代表循环次数，K从0开始；N是系统设置的最 大循环次数；

(8)判断系统中是否有剩余出力，是则执行步骤(9)，否则执行步骤 (10)；

(9)增大系统负荷，跳转到步骤(2)；

(10)输出系统总负荷；

(11)确定系统最大供电能力；

(12)求取系统的峰谷差；

(13)形成评估报告；

(14)结束。

本方法是在配网负荷模型基础上，通过对支路进行潮流计算，配合发 电机出力的调整以及不同负荷的改变求取系统的最大供电能力，最后确定 系统的峰谷差，通过对最大供电能力和峰谷差的评价来分析电网发展的协 调性，因此能够有效评估电网对负荷的适应性，能够有效地衡量电网与负 荷间的协调程度，从而提高各区域的供电能力，保证整个电网协调发展。

附图说明

图1示出了根据本发明的负荷分布不均衡的电网发展协调性分析方法 的流程图；

图2示出了根据本发明的潮流计算模型；

图3示出了根据本发明的步骤(4)的流程图。

具体实施方式

如图1所示，这种负荷分布不均衡的电网发展协调性分析方法，该方 法包括以下步骤：

(1)给定系统的负荷水平；

(2)确定各个负荷点的分配系数；

(3)根据负荷分配系数将负荷分配到各个负荷点；

(4)对系统进行潮流计算；

(5)判断支路是否存在过负荷，是则执行步骤(6)，否则执行步骤(8)；

(6)调整各负荷点出力；

(7)令K＝K+1，判断K≤N是否成立，是则执行步骤(3)，否则执行步 骤(10)，其中K代表循环次数，K从0开始；N是系统设置的最 大循环次数；

(8)判断系统中是否有剩余出力，是则执行步骤(9)，否则执行步骤 (10)；

(9)增大系统负荷，跳转到步骤(2)；

(10)输出系统总负荷；

(11)确定系统最大供电能力；

(12)求取系统的峰谷差；

(13)形成评估报告；

(14)结束。

本方法是在配网负荷模型基础上，通过对支路进行潮流计算，配合发 电机出力的调整以及不同负荷的改变求取系统的最大供电能力，最后确定 系统的峰谷差，通过对最大供电能力和峰谷差的评价来分析电网发展的协 调性，因此能够有效评估电网对负荷的适应性，能够有效地衡量电网与负 荷间的协调程度，从而提高各区域的供电能力，保证整个电网协调发展。

优选地，如图3所示，所述步骤(4)包括以下分步骤：

(4.1)计数器清零k＝0，读入网络参数；

(4.2)初始化各节点电压U_n(k)为电源电压；

(4.3)根据负荷节点电压求得负荷等效支路导纳：

y_si＝S^*_si/|U_ni(k)|²，i∈N_S*,N_S为所有负荷支路号，形成导纳矩阵 Y；

(4.4)根据公式(7)计算各个节点的电压向量U_n(k+1)

Un＝-(AYA^T)^-1AYU_S(7)；

(4.5)判断|U_n(k+1)-U_n(k)|_max<ε是否成立，若成立则执行步骤(4.6)；

否则令k＝k+1，返回步骤(4.2)；

(4.6)计算包括各个负荷供出的功率和线路损耗功率的该配电区消 耗的总负荷$S_d=P_d+{\mathrm{jQ}}_d=\underset{i=1}{\overset{B}{\Sigma }}\left({{\left|A_T{U}_n\left(k+1\right)\right|}_i}^2{y}_{ii}\right),$其中y_ii为Y中第 i行第i列的元素；

(4.7)返回潮流计算结果U_n(k+1)和S_d，结束。

优选地，所述步骤(5)中判断支路过负荷时，将通过潮流计算得到的 该负荷水平下各支路上的功率与支路的最大输电功率进行比较，大于支路 的最大输电功率为存在支路过负荷，小于支路的最大输电功率为不存在支 路过负荷。

优选地，所述步骤(12)包括以下分步骤：

(12.1)确定目标函数为峰谷差；

(12.2)系统正常运行方式下，不考虑机组的停运与检修，建立相应 的最高负荷数学模型；

(12.3)目标函数下，约束条件是满足网络潮流方程，电源出力不越 线和线路不过载，根据公式(1)建立数学模型

$\left(\begin{array}{c}-B\theta +g-k_{\max }d=0\\ g^{\prime }\le g\le g^{\prime \prime }\\ A^T\theta \le \bar{\psi }\end{array}\right)---\left(1\right)$

其中：

d—实际供电负荷；

g'、g、g”—分别为电源最低出力、实际出力和最高出力；

B—节点导纳矩阵；

A^T—节点支路关联矩阵A的转置矩阵；

θ—节点电压相角；

—支路最大允许电压相角；

k_max—最大供电负荷与实际供电负荷之比，电网的最大负荷倍数正常 系统满足k_max≥1，k_maxd表示电网的最大供电能力，k_max越大就越能适 应较高的负荷水平，供电能力越强；

(12.4)系统正常运行方式下，不考虑机组的停运与检修，建立相应 的最小负荷数学模型；

(12.5)由于电源可调节出力有限，电网设备有一定的安全裕度，电 网的供电能力还受低负荷水平的制约，电网所能接受的最低负荷为公 式(2)：

$\left(\begin{array}{c}-B\theta +g-k_{\min }d=0\\ g^{\prime }\le g\le g^{\prime \prime }\\ A^T\theta \le \bar{\psi }\end{array}\right)---\left(2\right)$

其中：

k_min—最小供电负荷与实际供电负荷之比，也称为最小供电负荷倍数；

正常系统应满足k_min≤1，k_min越小，电网就越能适应较低的负荷水平；

k_mind为电网最小供电能力；

(12.6)根据模型计算峰谷差k_maxd-k_mind。

优选地，所述步骤(13)包括以下分步骤：

(13.1)求解最大供电负荷倍数k_max，体现电网对高负荷水平的适应 性程度，该值越大，则电网对负荷增长的适应性就越强；

(13.2)求解最小供电负荷倍数k_min，体现电网对低负荷的适应程度， 该值越小，越能适应负荷的大波动；

(13.3)系统所能承受的峰谷差越大，系统的可靠性就越强，该值电 力系统调度部门进行运行方式安排和调峰提供参考，其大小体现了电网与 负荷的协调程度。

下面给出一个具体的实施例。

该分析方法主要包括以下几个方面：

1、潮流计算模型的处理方法

本发明流程步骤(4)采用基于母线类潮流计算法中的支路阻抗法进行 潮流计算，该方法收敛性好，算法简单，适用于弱环网和辐射状配电网。 对配电网线路及其负荷进行简化等效计算，建立如图2所示的数学模型。

对于一个具有N个节点、B条支路(包括配电支路和等效负荷支路)的 配电网络，描述其节点和支路关联性质的矩阵A是一个N×B维的矩阵，设 节点电压列向量是U_n，支路电压列向量U和支路电流列向量I可以表示为：

U＝A^TU_n(3)

AI＝0(4)

对于一个配电区域，认为电路中没有受控电流源，电感间耦合作用比 较小，可以忽略，则有：

I＝Y(U+U_S)(5)

式中，U_S是电源矩阵，Y为B×B维支路对角导纳矩阵，是由配电网络 线路导纳矩阵Y_L、节点负荷等效导纳矩阵Y_S和电源支路导纳y_bb三部分组成， 即：

$Y=\left(\begin{array}{ccc}{Y}_L& & \\ & Y_S& \\ & & y_{bb}\end{array}\right)---\left(6\right)$

其中，Y_L和Y_S都是对角矩阵。第i段配电线路的导纳y_Li＝1/(R_i+jX_i)，R_i、 X_i分别为第i段配电线路的电阻和电抗；第i个等效负荷支路的导纳 y_si＝S^*/|U_ni(k)|²，S_si是第i个等效负荷，U_ni为节点i的节点电压；y_bb是电源 支路。

由此，可以得到节点电压矩阵方程：

Un＝-(AYA^T)^-1AYU_S(7)

支路潮流算法的具体步骤如下：

(1)计数器清零k＝0；读入网络参数，初始化各节点电压U_n(k)为电源 电压；

(2)根据负荷节点电压求得负荷等效支路导纳：

y_si＝S^*_si/|U_ni(k)|²，i∈N_S*,N_S为所有负荷支路号，形成导纳矩阵Y；

(3)根据式(7)计算各个节点的电压向量U_n(k+1)；

(4)判断|U_n(k+1)-U_n(k)|_max<ε，若成立则转入第(5)步；否则k＝k+1， 返回第(2)步；

(5)计算该配电区消耗的总负荷(包括各个负荷供出的功率和线路损 耗功率)$S_d=P_d+{\mathrm{jQ}}_d=\underset{i=1}{\overset{B}{\Sigma }}\left({{\left|A_T{U}_n\left(k+1\right)\right|}_i}^2{y}_{ii}\right),$其中y_ii为Y中第i行第 i列的元素；

(6)返回潮流计算结果U_n(k+1)和S_d，退出。

潮流算法流程见图3。

2、求取不平衡负荷系统的最大供电能力

(1)对特定的系统给定某一负荷水平，并按照一定的负荷分配系数将 负荷分配到各个负荷点；

(2)进行潮流计算，得到此负荷水平下各支路上的功率，并将支路的 计算功率与支路的最大输电功率进行比较，检验是否存在支路过 负荷的情况。如果检验后发现没有支路发生过负荷，则需解决负 荷达到多大时，支路开始出现过负荷；

(3)提高系统的总负荷，重复步骤(1)、步骤(2)，直至系统中出现 支路过负荷的情况；

(4)当系统中发生支路过负荷后，应重新调整电源的出力来缓解过负 荷；

(5)经过步骤(4)，系统的过负荷消失后，继续增加系统的总负荷， 再进行潮流计算，当系统中出现过负荷，并且经过几次调整后仍 无法消除过负荷，或直到没有可利用的出力，此时系统的总负荷 即为系统的最大供电能力。

3、确定不平衡负荷系统的峰谷差

确定不平衡负荷系统峰谷差的步骤如下：

(1)确定目标函数即峰谷差；

(2)系统正常运行方式下，不考虑机组的停运与检修，建立相应的最 高负荷数学模型；

(3)目标函数下，约束条件是满足网络潮流方程，电源出力不越线和 线路不过载，利用公式(1)求取电网的最大负荷倍数，计算k_maxd；

(4)系统正常运行方式下，不考虑机组的停运与检修，建立相应的最 小负荷数学模型；

(5)由于电源可调节出力有限，电网设备有一定的安全裕度，电网的 供电能力还受低负荷水平的制约，电网所能接受的最低负荷也可 以用以上模型表示，利用公式(2)求取电网的最小负荷倍数，计 算k_mind；

(6)根据(4)、(5)计算峰谷差，即k_maxd-k_mind。

4、在工作内容2与内容3的基础上得出负荷分布不均衡的电网发展协调 性评估。

负荷分布不均衡的电网发展协调性分析评估主要包含如下内容：

(1)求解的最大供电负荷倍数k_max，体现电网对高负荷水平的适应性程 度，该值越大，则电网对负荷增长的适应性就越强；

(2)最小供电负荷倍数k_min，体现电网对低负荷的适应程度，该值越小， 越能适应负荷的大波动；

(3)系统所能承受的峰谷差越大，系统的可靠性就越强，该值电力系 统调度部门进行运行方式安排和调峰提供参考，其大小体现了电 网与负荷的协调程度。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的 限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等 同变化与修饰，均仍属本发明技术方案的保护范围。