分布式电源接入配电网的最大功率渗透率计算方法

摘要

本发明涉及的分布式电源接入配电网的最大功率渗透率计算方法，其特征在于：1)对于分布式电源接入配电网的最大功率渗透率，除了考虑中压配电线路最大功率渗透率外，还考虑主变供电区域的最大功率渗透率；中压配电线路最大功率渗透率，是指配电线路中分布式电源最大总装机容量与配电线路最大输送容量的比值；主变供电区域渗透率，是指主变供电区域的分布式电源装机容量和主变额定容量的比值；2)综合考虑线路截流量约束、节点电压约束和母线短路电流约束。本发明分别对不同类型的分布式电源接入配电网的不同位置举例对比，进一步优化分布式电源接入配电网的最大功率渗透率，为分布式电源广泛而大量的接入配电网提供技术方案和计算依据。

说明书

技术领域

本发明涉及一种分布式电源接入配电网的最大功率渗透率计算方法。属于分布式电源接入配电网的渗透率算法技术领域。

背景技术

随着分布式发电的蓬勃发展，我国对分布式电源接入配电网的支持力度不断加大。未来将有越来越多的分布式电源直接接入中压配电网。而已有的传统配电网并不是为分布式电源接入而设计的，分布式电源的接入后必须进行相应的改造和升级，其中对继电保护、配电自动化等二次系统的改造费用相对较少，施工改造的难度也较小，而对输电线路、母线等配电一次系统的改造费用和改造实施难度则较大。因此，从技术经济角度考虑，如何在不改造现有配电一次系统的前提下，充分挖掘分布式电源接入潜力，以尽可能满足分布式电源的接入和完成国家下达的指标要求，是目前各级电网公司迫切需要解决的问题。

目前，对分布式电源的接入容量限制的计算和分析主要集中在电压约束和继电保护约束方面：

a)在考虑电压约束方面，主要考虑电压调整约束后的准入功率优化计算模型，可模拟有载调压变压器、分布式电源事故停运以及多个分布式电源的情况；或者利用短路比和刚性率来评估分布式电源对配电网供电电压质量影响的方法；或者考虑分布式电源接入后变压器分接头对母线电压灵敏度的影响，获得考虑分接头振荡约束的准入功率极限模型，没有充分考虑配电网一次系统的约束；主要关注了配电网电压是否合适负荷接入和运行，没有考虑分布式电源接入后配电网一次设备本身的承受能力。

存在以下缺点：单纯考虑电压约束的分布式电源最大功率渗透率计算方法：主要考虑了负荷运行的限制，没有充分考虑配电网一次系统的约束；主要关注了配电网电压是否合适负荷接入和运行，没有考虑分布式电源接入后配电网一次设备本身的承受能力。

b)在考虑继电保护约束方面，主要在于讨论在满足继电保护可靠动作的前提下，提出一种考虑配电网保护动作和分布式电源短路电流衰减特性影响的DG准入容量的分析方法；或者考虑配电网相间保护约束的DG准入容量优化计算模型，计算获得保持原有的保护协调性条件下的DG准入容量；或者分析并网位置固定时DG功率变化和DG容量固定时并网位置变化2种情况下的保护整定条件的适应性。

存在以下缺点：单纯考虑继电保护约束的分布式电源最大功率渗透率计算方法：分布式电源接入配电网一般会对原有的传统配电网继电保护产生较大影响，由于原有继电保护的适应性较差，保护整定值可调整范围相对较小，若单纯从保持原有继电保护有效性考虑，分布式电源可接入的容量一般较小，不利于分布式电源广泛而大量的接入；分布式电源接入配电网后，不可避免要对配电网进行相应的改造，至少在配电二次系统方面需要进行改造，相对一次系统改造来说，对配电网二次系统的改造实施难度和改造的投入都较小，因此为了适应分布式电源的接入，不应将属于二次系统的继电保护作为分布式电源接入的约束条件。

发明内容

本发明的目的，是为解决现有技术分布式电源最大功率渗透率计算方法没有充分考虑配电网一次系统的约束及分布式电源接入后配电网一次设备本身的承受能力的问题，提供一种分布式电源接入配电网的最大功率渗透率计算方法。具有为分布式电源接入配电网提供理论计算依据，促进分布式电源广泛而大量的接入配电网的特点。

本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：

分布式电源接入配电网的最大功率渗透率计算方法，其特征在于：

1)对于分布式电源接入配电网的最大功率渗透率，除了应考虑中压配电线路最大功率渗透率外，当不同分布式电源接入多条线路并且这些线路都接入到同一主变时，则还应考虑主变供电区域的最大功率渗透率；所述中压配电线路最大功率渗透率，是指配电线路中分布式电源最大总装机容量与配电线路最大输送容量的比值；所述主变供电区域渗透率，是指主变供电区域的分布式电源装机容量和主变额定容量的比值；

2)中压配电线路最大功率渗透率的计算方法，综合考虑线路截流量约束、节点电压约束和母线短路电流约束；计算模型如下：

$>\left(101\right)---P_{rl\max }=\min (P_{rl\max \left(S_L\right)},P_{rl\max \left(V\right)},P_{rl\max \left(I_B\right)})$>

(102)s.t.P_Gi-P_Di-P_i(V,θ)＝0

(103)Q_Gi-Q_Di-Q_i(V,θ)＝0

$>\left(104\right)---S_L\le S_L^{\max }$>

(105)V_min≤V_i≤V_max(i＝1,2,3...,n)

$>\left(106\right)---I_{Bj}\le I_{Bj}^{\max },(j=1,2,3,\mathrm{...},m)$>

式中，P_rlmax为综合考虑多种约束的中压配电线路最大功率渗透率，为考虑线路载流量约束的线路最大功率渗透率，P_rlmax(V)为考虑节点电压约束的线路最大功率渗透率，为考虑母线短路电流约束的线路最大功率渗透率，P_rlmax取P_rlmax(V)和的最小值；式(102)-(103)为节点有功、无功平衡方程，其中P_Gi和Q_Gi分别表示节点i上分布式电源有功和无功出力，P_Di和Q_Di分别为节点i上负荷有功和无功功率，Qi(V，θ)为节点无功功率，Pi(V，θ)为节点有功功率，V、θ分别代表电压和相角向量；S_L和分别为该线路实际输送容量和额定输送容量；Vi为节点电压，Vmin为节点电压下限，Vmax为节点电压上限；I_Bj和分别为配电线路上10kV母线j发生三相短路的实际短路电流值和该母线三相短路电流额定值；S.t.是数学公式里面的英文缩写，即subjectto。

主变供电区域分布式电源最大功率渗透率，除了满足主变供电区域内各线路节点电压约束和母线短路电流约束外，还要考虑主变容量约束。

进一步的，所述中压配电线路最大功率渗透率计算模型通过枚举法进行求解，具体步骤为：

1)将分布式电源装机容量给定为线路额定输送容量，以确保线路载流量不越限；

2)通过潮流计算和三相短路计算分别考核节点电压和母线短路电流是否满足约束，若不能满足上述任何一项约束要求，则在降低分布式电源装机容量后重新进行潮流计算或短路电流计算，直到满足式(105)和式(106)要求为止；

3)分别考虑三种约束条件的最大功率渗透率进行比较，取较小值作为综合考虑上述多种约束的分布式电源最大功率渗透率。

进一步的，所述中压配电线路最大功率渗透率计算方法考虑的约束具体为：

1)线路截流量约束，以本地负荷为0作为最大功率渗透率计算的边界条件，若只单独考核线路载流量的情况，配电线路渗透率的最大值为100％；若同时考虑配网调度对运行裕度的要求，则在单独考虑线路载流量约束的最大功率渗透率基础上乘以相应裕度要求的百分比值；

2)节点电压约束，主要考虑分布式电源远离主变低压侧10kV母线(4)时的情况，在线路截流量不越限和本地负荷为0的情况下，用潮流计算考核分布式电源对节点电压质量的影响，以确定线路截流量不越限和节点电压质量不超标前提下的分布式电源的渗透率指标；在线路长度相同的情况下，主要考虑分布式电源无功注入对节点电压的影响，以无功注入最多时的功率因数作为仿真参数，并以此分析分布式电源最大功率渗透率；

3)母线短路电流约束，以配电线路输送容量为上限，分析不同容量的逆变型分布式电源或旋转型分布式电源接入用户侧10kV母线(6)和主变低压侧10kV母线(4)时的各级母线短路电流值，参照现有中压配电网规划技术指导原则中所规定的母线电流水平，确定对应的逆变型分布式电源或旋转型分布式电源接入容量的限制，当配电网中接入的分布式电源同时包括旋转型和逆变型时，考虑母线短路电流约束的最大功率渗透率位于单纯考虑逆变型和单纯考虑旋转型接入的分布式电源最大功率渗透率值之间，具体数值根据逆变型分布式电源和旋转型分布式电源具体参数和装机容量比例来确定。

进一步的，所述主变供电区域最大功率渗透率计算方法考虑的约束具体为：

1)节点电压约束，由于电压分布具有局部性，对于总容量一定的分布式电源，若接入点分布越分散和均匀，则对各级母线电压抬升的影响就越小，反之在接入点电压在一定的变化范围内，若分布式电源接入越分散和均匀，则可接入的分布式电源容量就更大；

2)母线短路电流约束，当配电网络中某组母线发生三相短路时，其短路电流将分别由主变和所有分布式电源提供，且短路电流值为各电源点所提供短路电流的向量之和，短路电流的叠加特性，使主变供电区域的可接入的分布式电源容量与单回线路可接入的分布式电源容量相同；分别以旋转型和逆变型考虑分布式电源对主变供电区域最大功率渗透率的影响，当有多种分布式电源接入主变供电区域时，主变供电区域最大功率渗透率应取单独考虑旋转型分布式电源接入和单独考虑逆变型分布式电源接入时的最大功率渗透率的中间值，具体数值根据逆变型分布式电源和旋转型分布式电源具体参数和装机容量比例来确定；

3)主变容量约束，主变低压侧10kV母线(4)所接的分布式电源总容量不超过主变额定容量，此时单独考虑主变容量约束的最大功率渗透率为100％；若再考虑配网调度对运行裕度要求，则要在单独考虑主变容量约束的最大功率渗透率值基础上乘以相应的裕度要求百分比。

进一步的，单独考虑节点电压约束时，主变供电区域分布式电源最大接入容量的计算模型如下：

(107)S_GTmax＝min(S_T110,S_GTsum)

(108)s.t.P_Gi-P_i(V,θ)＝0

(109)Q_Gi-Q_i(V,θ)＝0

(110)V_min≤V_i≤V_max(i＝1,2,3,...,M)

式中，S_GTmax为主变供电区域内分布式电源可接入的最大容量，S_GTsum为主变供电区域可接入的分布式电源容量之和，S_T110为主变容量，其中S_GTmax应为主变容量S_T110和S_GTsum中的最小值；P_Gi为节点i上分布式电源有功出力，Q_Gi为节点i上分布式电源无功出力，Qi(V，θ)为节点无功功率，Pi(V，θ)为节点有功功率，V为电压，θ为相角向量；Vi为节点电压，Vmin为节点电压下限，Vmax为节点电压上限；为每回线上可接入的最大分布式电源容量均值，S_Lj^max为线路额定输送容量，N为回线数量；S.t.是数学公式里面的英文缩写，即subjectto。

进一步的，中压配电线路最大功率渗透率表达式为：

$>P_{rl}=\frac{S_{GL}}{S_{L\max }}$>

上式中S_GL为配电线路中可接入的分布式电源最大容量，S_Lmax为配电线路最大输送容量；

主变供电区域渗透率表达式为：

$>P_{rt}=\frac{S_{Gsum}}{S_T}$>

上式中S_Gsum为主变低压侧10kV母线(4)出线上所接的分布式电源装机容量之和，S_T为110kV或220kV主变的额定容量。

进一步的，单回配电线路的分布式电源最大功率渗透率即为该组标准型接线的最大功率渗透率。

本发明具有如下突出的有益效果：

1、本发明中分布式电源接入配电网的最大功率渗透率除了需考虑中压配电线路最大功率渗透率外，还需考虑主变供电区域最大功率渗透率；所述中压配电线路最大功率渗透率，是指配电线路中分布式电源最大总装机容量与配电线路最大输送容量的比值；所述主变供电区域渗透率，是指主变供电区域的分布式电源装机容量和主变额定容量的比值，因此，能够解决现有技术分布式电源最大功率渗透率计算方法没有充分考虑配电网一次系统的约束及分布式电源接入后配电网一次设备本身的承受能力的问题，具有为分布式电源接入配电网提供理论计算依据，促进分布式电源广泛而大量的接入配电网的突出的有益效果。

2、本发明是根据我国现有传统配电网一次系统技术要求，在综合考虑配电线路输送容量约束、主变容量约束、节点电压约束和母线短路电流约束基础上，提出一种分布式电源最大功率渗透率综合计算方法，分析不同种类的分布式电源在不同接入方式下，配电线路和整个主变供电区域内可接入的分布式电源的最大功率渗透率水平，从而可在配电一次系统不改造的前提下，获得配电线路和主变供电区域内分布式电源可接入的最大容量及其接入条件要求，具有为分布式电源接入配电网提供理论计算依据，促进分布式电源广泛而大量的接入配电网等有益效果。

附图说明

图1为中压配电线路最大功率渗透率计算方法的计算流程图。

图2为以城市配网为例的分布式电源接入配电网仿真模型图。

图3为考虑分布式电源对节点电压影响的主要接入位置仿真模型图。

图4为分布式电源接入点远离变电站低压则10kV母线的仿真模型图。

图5为分布式电源接入点邻近变电站低压则10kV母线的仿真模型图。

图6为考虑节点电压约束示意图。

图7为考虑母线短路电流约束示意图。

图8为模拟算例中节点电压偏差率变化趋势图。

图9为以光伏为例的母线短路电流变化趋势图。

图10为以同步机为例的母线短路电流变化趋势图。

图中：1—外部电网，2—110kV母线，3—110/10kV主变，4—主变低压侧10kV母线，5—10kV电缆线，6—用户侧10kV母线，7—负荷，8—光伏，9—同步机。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明作进一步的详细描述：

具体实施例1：

本发明的分布式电源接入配电网的最大功率渗透率计算方法，其特征在于：

1)对于分布式电源接入配电网的最大功率渗透率，除了应考虑中压配电线路最大功率渗透率外，当不同的分布式电源接入多条线路并且这些线路都接入到同一主变时，则还应考虑主变供电区域的最大功率渗透率；所述中压配电线路最大功率渗透率，是指配电线路中分布式电源最大总装机容量与配电线路最大输送容量的比值；所述主变供电区域渗透率，是指主变供电区域的分布式电源装机容量和主变额定容量的比值；

2)中压配电线路最大功率渗透率的计算方法，综合考虑线路截流量约束、节点电压约束和母线短路电流约束；计算模型如下：

$>\left(101\right)---P_{rl\max }=\min (P_{rl\max \left(S_L\right)},P_{rl\max \left(V\right)},P_{rl\max \left(I_B\right)})$>

(102)s.t.P_Gi-P_Di-P_i(V,θ)＝0

(103)Q_Gi-Q_Di-Q_i(V,θ)＝0

$>\left(104\right)---S_L\le S_L^{\max }$>

(105)V_min≤V_i≤V_max(i＝1,2,3...,n)

$>\left(106\right)---I_{Bj}\le I_{Bj}^{\max },(j=1,2,3,\mathrm{...},m)$>

式中，P_rlmax为综合考虑多种约束的中压配电线路最大功率渗透率，为考虑线路载流量约束的线路最大功率渗透率，P_rlmax(V)为考虑节点电压约束的线路最大功率渗透率，为考虑母线短路电流约束的线路最大功率渗透率，P_rlmax取P_rlmax(V)和的最小值；式(102)-(103)为节点有功、无功平衡方程，其中P_Gi和Q_Gi分别表示节点i上分布式电源有功和无功出力，P_Di和Q_Di分别为节点i上负荷有功和无功功率，Qi(V，θ)为节点无功功率，Pi(V，θ)为节点有功功率，V、θ分别代表电压和相角向量；S_L和分别为该线路实际输送容量和额定输送容量；Vi为节点电压，Vmin为节点电压下限，Vmax为节点电压上限；I_Bj和分别为配电线路上10kV母线j发生三相短路的实际短路电流值和该母线三相短路电流额定值；S.t.是数学公式里面的英文缩写，即subjectto，译为“使得。。。满足”；

主变供电区域分布式电源最大功率渗透率，除了满足主变供电区域内各线路节点电压约束和母线短路电流约束外，还要考虑主变容量约束。

本发明的中压配电线路最大功率渗透率表达式为：

$>P_{rl}=\frac{S_{GL}}{S_{L\max }}$>

上式中S_GL为配电线路中可接入的分布式电源最大容量，S_Lmax为配电线路最大输送容量；对配电网中的标准型接线，若其每回线路可接入的分布式电源最大容量相同，由上式可得，单回配电线路的分布式电源最大功率渗透率即为该组标准型接线的最大功率渗透率。

主变供电区域渗透率表达式为：

$>P_{rt}=\frac{S_{Gsum}}{S_T}$>

上式中S_Gsum为主变低压侧10kV母线4出线上所接的分布式电源装机容量之和，S_T为110kV或220kV主变的额定容量。

参照图1，所述中压配电线路最大功率渗透率计算模型通过枚举法进行求解，具体步骤为：

1)将分布式电源装机容量给定为线路额定输送容量，以确保线路载流量不越限；

2)通过潮流计算和三相短路计算分别考核节点电压和母线短路电流是否满足约束，若不能满足上述任何一项约束要求，则在降低分布式电源装机容量后重新进行潮流计算或短路电流计算，直到满足式(105)和式(106)要求为止；

3)分别考虑三种约束条件的最大功率渗透率进行比较，取较小值作为综合考虑上述多种约束的分布式电源最大功率渗透率。

参照图2，本发明以城市配网为例，分析和计算分布式电源接入由110kV变电站、10kV电缆线和环网柜组成的典型配电网络时的最大功率渗透率值。图中外部电网1接到110/10kV主变3高压侧110kV母线2，用户侧10kV母线6表示为10kV环网柜母线。根据分布式电源的主要接入方式，再考虑到各10kV母线短路电流是由变电站和各分布式电源提供的短路电流向量之加，所以可将每回10kV电缆线5上所接的分布式电源和负荷7均等值到图中所示用户侧10kV母线6上，这样即可模拟单个分布式电源接入的情形，也可考察多个分布式电源分散接入的情况，同时通过设置10kV电缆线5长度，既可模拟分布式电源邻近变电站接入情形又可模拟接入10kV电缆线5路末端时的极限情形。

本发明的中压配电线路最大功率渗透率计算方法综合考虑了以下三项约束：

1)线路截流量约束；由于分布式电源接入配电网以就地消纳为主，分布式电源输送功率首先提供给本地负荷7，从而减少对10kV电缆线5的占用率，但在考虑分布式电源最大功率渗透率时，应考虑分布式电源出力全部上送的情况，即本地负荷7为0。以本地负荷为0作为最大功率渗透率计算的边界条件，单独考核线路载流量的情况，配电线路渗透率的最大值为100％；若同时考虑配网调度对运行裕度的要求，则在单独考虑线路载流量约束的最大功率渗透率基础上乘以相应裕度要求的百分比值；

2)节点电压约束；参照图3，由于中压和低压配网往往呈阻性，因此分布式电源注入的无功和有功均会对配网电压产生影响，特别对分布式电源接入点产生较大影响，但单回线上可接入的分布式电源容量相对较小，若该分布式电源接入点邻近主变低压侧10kV母线4时，则相当于分布式电源直接接入到大系统当中，分布式电源对接入点电压抬升将不太明显，这种现象也可通过电压波动公式进行分析：

$>\Delta U\approx \frac{\Delta Q}{S_k}$>

上式中ΔQ为并入的无功增量，S_k为分布式电源并网点的短路容量，由于主变低压侧母线短路容量更大，在注入相同的无功增量时，接入到主变低压侧10kV母线4的的分布式电源对接入点电压变化影响较小，由此可得考虑分布式电源对节点电压影响时，应主要考虑分布式电源远离主变低压侧10kV母线的情况。

由于分布式电源以就地消纳为主，就地负荷7的投入运行将降低分布式电源接入点电压，投入的就地负荷7越大，接入点电压降低越多，为了有效考核中压配电线路最大功率渗透率，在考虑节点电压对分布式电源渗透率的约束时，通过在线路截流量不越限和本地负荷7为0的情况下，用潮流计算考核分布式电源对节点电压质量的影响，从而确定线路截流量不越限和节点电压质量不超标前提下的分布式电源的渗透率指标。

在线路长度相同的情况下，主要考虑分布式电源无功注入对节点电压的影响，因此只需关注分布式电源的功率因数即可，而无需关注分布式电源的种类。根据相关标准规定，同步机9和光伏8的功率因数均应在在0.95(超前)～0.95(滞后)范围内连续可调，由于功率因数越高(超前)，分布式能源发出无功越少，对接入点电压抬升越不明显，因此，中压配电线路最大功率渗透率，在考虑节点电压对分布式电源渗透率的约束时，以无功注入最多时的功率因数作为仿真参数，并以此分析分布式电源最大功率渗透率。

3)母线短路电流约束；由于10kV电缆线5长度与短路阻抗密切相关，中压配电线路最大功率渗透率，在考虑母线短路电流对分布式电源渗透率的约束时，应在10kV电缆线5长度确定的情况下分别考虑如下两种情形：

情形一：参照图4，分布式电源接入用户侧10kV母线6，主要模拟分布式电源接入点远离主变低压侧10kV母线4时的情形；

情形二：参照图5，分布式电源直接接入主变低压侧10kV母线4时对各级母线短路电流的影响，主要用来模拟分布式电源接入点邻近主变低压侧10kV母线4时的情形。

由于不同类型的分布式电源的产生的短路电流不同，中压配电线路最大功率渗透率计算方法，在考虑母线短路电流对分布式电源渗透率的约束时，可分别以光伏8和同步机9为例分析逆变型分布式电源和旋转型分布式电源在远离变电站和邻近变电站时的最大功率渗透率值。

在进行具体仿真计算时，以配电线路输送容量为上限，分析不同容量的光伏8或同步机9接入用户侧10kV母线6和主变低压侧10kV母线4时的各级母线短路电流值；参照现有中压配电网规划技术指导原则中所规定的母线电流水平，确定光伏8或同步机9接入容量的限制，从而确定分布式电源的最大功率渗透率值。

由实际测试可知，以光伏8为代表的逆变型分布式电源产生的短路电流较小，以同步机9为代表的旋转型分布式电源产生的短路电流较大。当有多种类型分布式电源接入时，考虑短路电流约束的中压配电线路最大功率渗透率，应位于单纯考虑逆变型和单纯考虑旋转型接入的分布式电源最大功率渗透率值的之间，具体数值应主要根据逆变型分布式电源和旋转型分布式电源具体参数和装机容量比例来确定。

当不同的分布式电源接入多条线路并且这些线路都接入到同一主变时，则还应考虑主变供电区域的最大功率渗透率；以下进一步分析主变供电区域最大功率渗透率应考虑的约束条件：

1)节点电压约束：参照图6，当主变低压则有多回线路接入时，假设A点处接入的分布式电源容量为S_GA，其接入正好使得A点的电压幅值偏差达到国家标准的上限，倘若主变低压侧其他回线路上再有分布式能源接入时(如图中B点接入另外分布式能源)，则很可能会导致A点母线处的电压偏差超标，此时110kV主变供电区域的渗透率最大值为：

$>P_{rt}=\frac{S_{GA}}{S_{T110}}$>

若A点和B点分别接入的分布式电源容量为S'_GA和S'_GB，且有S'_GA＝S'_GB，若此时接入点的电压幅值均达到国家标准上限，由于分布式电源接入越分散和均匀，则A点和B点接入的分布式电源容量之和S'_GA+S'_GB＞S_GA，此时110kV主变供电区域的渗透率最大值为：

$>P_{rt}^{\prime }=\frac{S_{GA}^{\prime }+S_{GB}^{\prime }}{S_{T110}}$>

由上述分析可知，P′_rt＞P_rt，以此类推若分布式电源能够均匀的接入主变低压侧所有出线上时，获得的主变供电区域分布式电源渗透率将最大。

由此可得，在考虑节点电压偏差对主变供电区域最大功率渗透率的约束时，接入点电压在一定的变化范围内，若分布式电源接入越分散和均匀，则可接入的分布式电源容量就更大。

单独考虑节点电压约束时，主变供电区域分布式电源最大接入容量的计算模型如下：

(107)S_GTmax＝min(S_T110,S_GTsum)

(108)s.t.P_Gi-P_i(V,θ)＝0

(109)Q_Gi-Q_i(V,θ)＝0

(110)V_min≤V_i≤V_max(i＝1,2,3,...,M)

式中，S_GTmax为主变供电区域内分布式电源可接入的最大容量，S_GTsum为主变供电区域可接入的分布式电源容量之和，S_T110为主变容量，其中S_GTmax应为主变容量S_T110和S_GTsum中的最小值；P_Gi为节点i上分布式电源有功出力，Q_Gi为节点i上分布式电源无功出力，Qi(V，θ)为节点无功功率，Pi(V，θ)为节点有功功率，V为电压，θ为相角向量；Vi为节点电压，Vmin为节点电压下限，Vmax为节点电压上限；为每回线上可接入的最大分布式电源容量均值，S_Lj^max为线路额定输送容量，N为回线数量；S.t.是数学公式里面的英文缩写，即subjectto。

2)母线短路电流约束：参照图7，主变低压侧有两回10kV出线，假设分布式电源分两种情形接入：

情形一：只有A点接入分布式电源(同步机9)，则当用户侧10kV母线6发生三相短路时，其短路电流由主变和同步机9提供，假设此种情况下用户侧10kV母线6的短路电流刚好达到规定限值。

情形二：在情形一的基础上，再在B点接入分布式电源(同步机9)时，若用户侧10kV母线6再次发生三相短路，由于含分布式电源的配电网属于有源双向供电网络，当配电网络中某组母线发生三相短路时，其短路电流将分别由主变和所有分布式电源提供，且短路电流值为各电源点所提供短路电流的向量之和，则此时用户侧10kV母线6的短路电流由同步机9-1、同步机9-2和主变提供，由于短路电流的叠加特性，10kV母线1的短路电流将超过规定限值。

以上两种情形分别代表考虑单回线和主变供电区域的情况，由此可见，在考虑母线短路电流约束时，主变供电区域可接入的分布式电源容量与单回线路可接入的分布式电源容量相同。

图7中所示接入配电网的分布式电源为同步机9类型，由于不同类型的分布式电源的产生的短路电流不同，因此在分析主变供电区域母线短路电流约束时，同样应分别考虑逆变型分布式电源和旋转型分布式电源对主变供电区域渗透率的影响。

在考虑母线短路电流对主变供电区域最大功率渗透率的约束时，当有多种分布式电源接入主变供电区域时，主变供电区域最大功率渗透率应取单独考虑光伏8接入和单独考虑同步机9接入时的最大功率渗透率的中间值，具体数值应主要根据逆变型分布式电源和旋转型分布式电源具体参数和装机容量比例来确定。

3)主变容量约束：当主变低压侧10kV电缆线5的就地负荷为0时，每回10kV电缆线5可接入的分布式电源最大容量为线路的最大输送容量S_Lmax，对于110kV主变而言，若其低压侧10kV出线有N回，则理论上该主变供电区域可接入的最大容量为；

S_Gsum＝S_Lmax×N

目前我国110kV主变的容量S_T110主要为40MVA、50MVA和63MVA，以50MVA和63MVA的主变为例，其10kV实际出线数量一般为12-16回。假设某63MVA主变低压侧10kV出线数量为12回，由于10kV电缆线5额定载流量一般为0.441kA，则理论上该主变供电区域可接入的分布式电源最大容量为S_Gsum为91.656MVA，可见S_Gsum＞S_T110，当所有就地负荷7为0时且分布式电源额定出力时，则上送功率将超出主变容量值，计算结果不被允许。

因此，若单独考虑主变容量约束，则主变供电区域可接入的分布式电源最大容量应为主变额定容量值，此时主变供电区域的最大功率渗透率值为100％，若考虑配网调度对运行裕度要求，则要在单独考虑主变容量约束的最大功率渗透率值基础上乘以相应的裕度要求百分比值，从而降低单独考虑主变容量约束的最大功率渗透率值。

以下结合模拟算例对本发明的分布式电源接入配电网的最大功率渗透率计算方法作进一步分析：

本发明采用德国DIgSILENT公司的电力仿真软件PowerFactory14.0作为仿真计算工具，针对图2至图6所示的模型进行分布式电源最大功率渗透率仿真计算。假定图中的110/10kV主变容量为63MVA，高压侧电压为110kV，低压侧电压为10.5kV，短路阻抗为16％，主变低压侧10kV母线4的出线数为16回。为更好的分析分布式电源短路电流对各10kV母线的影响，限定在无分布式电源接入时，变电站低压侧母线4短路电流为18kA，即外部系统的短路容量为2127.218MVA。10kV电缆线5额定载流量为0.441kA，线路长度3km，线路交流电阻0.0795Ω/km，电抗0.0898Ω/km。

以同步机9和光伏8为例，对分布式电源对电网的影响进行分析，其中同步机9和光伏8的仿真参数如表1所示：

表1

在考虑分布式能源满出力且全部上送的情况下(就地负荷7为0)，为保证线路载流量不越限，每回线路所接入的分布式能源最大装机容量即为线路输送总容量7.638MVA；根据《GB/T12325-2008电能质量供电电压偏差》中规定，20kV及以下三相供电电压偏差为标称电压的±7％；参照国家电网和南方电网在中压配电网规划技术指导原则中的相关要求，设定110kV母线2短路电流不超过40kA，10kV、20kV母线短路电流不超过20kA。

参照图8，以线路额定输送容量为初始值，逐步降低分布式电源装机容量，每次容量下降后通过潮流计算获得节点(A点)电压偏差率，图中容量比值为分布式电源容量与线路额定输送容量比值；由图8可知只有当分布式电源接入容量为线路额定输送容量的70％及以下时，接入点的电压偏差才符合标准，因此若要求确保线路载流量不越限和节点电压偏差符合国家标准时，分布式能源的渗透率最大值为70％，对应的分布式能源最大接入容量为5.35MVA。

参照图6，若将分布式电源均匀分布在110kV主变供电区16回线上，经过优化计算，当每回线上接入的分布式能源容量均为1.312MVA时，各级母线的电压偏差均符合要求，此时110kV主变供电区域的渗透率最大值为33.3％。

参照图9，以光伏8为代表的逆变型分布式电源接入配电网，以线路额定输送容量为初始值，当光伏8接入用户侧10kV母线6时，逐步减少光伏8装机容量，每次容量降低后通过三相短路计算获得各级母线的短路电流值。

参照图9可知，光伏8容量比值从0至1之间变化时，各级母线短路电流均不超标，可见逆变型分布式电源提供的短路电流较小，其接入对各级母线短路电流的影响较小。若将不同容量的光伏8直接接入主变低压侧10kV母线4，仿真表明各级母线短路电流仍均没有超过配网规划指导原则中所规定的水平，可知电缆线路输送容量不越限的情况下，光伏8接入到用户侧10kV母线6和直接接入主变低压侧10kV母线4的渗透率最大值均为100％。此外，通过仿真计算还表明当单回线上光伏8装机容量不超过线路额定输送容量和多回线上光伏8总装机容量不超过主变容量时，各级母线的短路水平同样均不超标，可见在只考虑各级母线短路约束时，主变供电区域的光伏8渗透率最大值为100％。

参照图10，以同步机9为代表的旋转型分布式电源接入配电网用户侧10kV母线6时的情况，可知当同步机9的接入容量为线路额定输送容量的90％及以下时，各母线的短路电流将不超过配网规划指导原则所规定的短路水平；而当同步机9直接接入到主变低压侧10kV母线时，则只有当同步机9接入容量为线路额定容量的81％及以下时，各母线的短路电流才不超过配网规划指导原则中规定的短路水平，主要原因是直接接入主变低压侧母线减小了短路阻抗，注入到母线的短路电流增大。

由于主变供电区域可接入的分布式电源最大容量与单回线路可接入的分布式电源最大容量基本相同。为确保一定的裕度，可取分布式电源直接接入到变电站低压侧母线时的最大容量作为主变供电区域内同步机9的最大接入容量，因此对应同步机9在110kV主变供电区域的渗透率最大值应为9.82％。

通过以上仿真，分别获得了考虑线路载流量约束、节点电压质量约束和母线短路电流约束的配电线路渗透率最大值，在综合考虑多种约束的配电线路渗透率最大值时，其值应取以上两种渗透率最大值中的最小值。由于P_rlmax(V)＝70％，的取值如下：当只有光伏8接入时为100％；当同步机9接入用户侧10kV母线6时为90％；当同步机9接入主变低压侧10kV母线4时为81％。因此可知P_rlmax＝70％，即当线路上分布式电源的渗透率为70％及以下时，线路载流量、节点电压质量和母线短路电流约束均能满足要求。

根据主变供电区域的渗透率定义及上述的仿真分析，获得分别考虑节点电压质量约束和母线短路电流约束的渗透率指标最大值，若综合考虑多种约束的主变供电区域最大功率渗透率为P_rtmax，考虑节点电压约束的主变供电区域最大功率渗透率为P_rtmax(V)，考虑母线短路电流约束的主变供电区域最大功率渗透率为则P_rtmax应取P_rtmax(V)和中的较小值。P_rtmax的取值如下：(1)当只有光伏8通过多回线接入时，P_rtmax(V)为33.3％，为100％，则P_rtmax＝33.3％；(2)当只有同步机9通过多回线接入时，P_rtmax(V)为33.3％，为9.82％％，则P_rtmax＝9.82％；(3)当有多种分布式电源通过多回线接入时，则主变供电区域渗透率最大值应介于只有光伏8接入时的渗透率最大值和只有同步机9接入时的渗透率最大值之间，即有9.82％≤P_rtmax≤33.3％。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不局限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，在不脱离本发明宗旨或发明构思的前提下，加以等同替换或改变，都属于本发明的保护范围。