考虑接入风险与无功配置的大用户接入规划方法_郭子辉.pdf

第39卷 第6期2023年6月电网与清洁能源Power System and Clean EnergyVol.39No.6Jun.2023智能电网Smart Grid基金项目：国网湖北省电力有限公司科技项目（521538180012）。Project Supported by Science and Technology Program of the StateGrid Hubei Electric Power Co.，Ltd.（521538180012）.ABSTRACT：This paper proposes a large user access planningmodel that considers access risk and reactive power allocation toensure safe and reliable access to the power grid for largeindustrial users.First，the traditional economic and securityindicators are replaced by risk indicators.Considering theuncertainty of large user access capacity，a risk indicator systemis constructed.Second，a two-stage planning model for largeusers access to the grid is constructed.In the first stage，theoptimal access node search is completed with the objective ofcomprehensive system risk，and in the second stage，reactivepower compensation devices are configured for the nodes withunqualified voltage quality.Finally，the effectiveness of theproposed method is verified by solving it with an artificial beecolony algorithm，using the IEEE-69 node system as anexample，and the result shows that the model improves both theadaptability of the grid and the utilization rate of funds.KEY WORDS：large user access；indicators of risk；CRITICempowerment；artificialcolonyalgorithm；reactivepowerconfiguration摘要：为保证工业大用户安全可靠地接入电网，提出了考虑接入风险与无功配置的大用户接入规划模型。用风险指标代替传统的经济性与安全性指标，考虑大用户接入容量的不确定性，构建了风险指标体系。构建大用户接入电网的两阶段规划模型，第一阶段以系统综合风险为目标，完成最优接入节点的寻优；第二阶段针对电压质量不合格的节点，配置无功补偿装置。通过人工蜂群算法进行求解，以 IEEE-69 节点系统为例进行验证，结果表明：所提模型在提高电网适应性的同时，也提高了资金的利用率。关键词：大用户接入；风险指标；CRITIC 赋权；人工蜂群算法；无功配置随着高新技术产业的兴起，变压器总容量在315 kVA 或供电电压在 110 kV 及以上的电力负荷大用户占据地区用电量的主要部分1，其接入将直接影响到电网的潮流分布、系统稳定性等2。同时，作为电网收入的主要来源，电力公司也应做好这类用户的接入与服务工作，以保障地区电网的稳定性3。对于电力系统而言，新兴的企业在落户时大多存在报装容量较大且电压等级较高的特点4，城市电网要吸引该类企业落户，面临着较大的规划压力。随着大用户对电网供电效率和服务质量提出了越来越高的要求，想要形成一个安全、稳定、经济和高效的电力网架5-6，需要对各个产业用电需求的差异及对于电能质量的要求进行研究，根据各个产业大用户数量的增长趋势找到其最佳接入位置，并对接入网架进行改进。近年来，为了适应负荷增长带来的需求，国家和地方政府均对电网的供电能力和电能质量提出了更高的要求，以促进城市电网的建设和改进。针对电网规划，文献7考虑电源成本、线损等因素，以综合成本最小为目标，构建新能源接入在配电网中的选址定容模型。文献8考虑配电网中负荷的不确定性，建立了分布式电源位置与容量规划模型。文献9同样以配电网的年成本最小为优化目标，通过对分布式电源、网架结构与可中断文章编号：1674-3814（2023）06-0088-10中图分类号：TM715文献标志码：A考虑接入风险与无功配置的大用户接入规划方法郭子辉，吴军，黄文鑫，陈逸珲，刘子晨，肖闻杉（武汉大学电气与自动化学院，湖北 武汉430072）A Method of Large User Access Planning Considering Access Riskand Reactive Power AllocationGUO Zihui，WU Jun，HUANG Wenxin，CHEN Yihui，LIU Zichen，XIAO Wenshan（School of Electrical and Automation，Wuhan University，Wuhan 430072，Hubei，China）第39卷第6期电网与清洁能源智能电网Smart Grid负荷的协同优化，保证了电网公司的最大盈利。文献10以节点电压质量和线路潮流越限为约束，构建电动汽车充电站的选址模型，采用多目标规划，确定各充电站的最优接入位置。文献11在考虑新能源的随机性与负荷的波动性的基础上，提出电压越限风险评估模型，其合理地选择了新能源接入配电网的位置，提高了配电网的安全稳定性。现有研究大多考虑分布式风光电源与电动汽车充电站等新能源的接入，而对城市配电网中大用户的接入研究较少，在用户接入的研究中，仅考虑了现有负荷的波动性，而大用户接入规定必须进行质量评估，且应计及接入负荷特性，必要时要采取治理措施，提前规划以保证大用户的长期稳定生产运行。本文将接入用户负荷量的波动作为不确定因素，基于概率潮流的计算结果，构建风险指标体系用以衡量配电网的可靠性和经济性，进而完成考虑接入风险的大用户接入点选址与主动适应大用户接入的无功优化配置。1大用户接入的规划风险1.1大用户接入的风险指标体系电力系统的风险定义为一系列不确定性因素所造成的风险事故带来的经济性损失。风险评估12-18可以判断电力系统运行过程中的风险水平，并且通过采取预防控制和事后控制等措施，达到规避电力系统风险的目的。本文拟将接入用户负荷量的波动作为不确定因素，基于概率潮流计算的结果构建风险指标体系13-14，如图 1 所示。图1风险指标体系Fig.1Risk indicator system风险指标与电力系统运行中影响系统风险的各种因素、措施相关。随着工业大用户接入系统，会导致系统中所有线路潮流分布的特点呈现为不均衡性的增大，同时部分线路可能会出现越限，各个节点的电压也会出现偏移，因此选用潮流波动风险、线路有功越限风险及网络电压偏移风险作为安全性指标。为了降低线路潮流波动和越限的严重度，需要采取切负荷等措施，发挥提前规划的优势，但这也会产生一定的成本，因此负荷成本和有功网损同样作为风险列入指标体系。1.2大用户接入风险计算为考虑待接入大用户负荷的不确定性，设置多次抽样取平均的方式来计算风险值，即设置抽样次数为 N，抽样结束后对每次抽样结果中各指标值进行归一化，并取平均得到各指标对应风险值。对各项风险指标19-22具体内容介绍如下。1.2.1潮流波动风险潮流波动风险根据电网的潮流熵23-27计算，其反应不同线路之间的负载率差异。电网潮流熵的计算以线路负载率为基础，线路负载率的定义为i=|P0L,iPmaxL,i,i=1,2,K（1）式中：i为线路负载率；P0L,i为第 i 条线路的有功功率值；PmaxL,i为线路的有功功率限值；K 为系统中线路总数。按照一定的间隔，设定一个常数序列 Q=Q1，Q2，Qj，Qn，将线路负载率分到不同的区间中，对不同线路故障率进行概率化处理。j,t=LjK,j=1,2,n-1（2）式中：j,t为负载率满足i(Qj,Qj+1的线路数占线路总数的比例；Lj为负载率处于相应区间内的线路数。潮流熵 H 的计算公式为H=-qj=1n-1j,tlnj,t（3）式中：q 为常数，本文设定为 ln10。对抽样过程中的线路潮流熵进行归一化处理，并计算电网潮流波动风险指标 R1为R1=1Nk=1N|Hk-HminHmax-Hmin（4）式中：N 为抽样总次数；Hk为第 k 次抽样过程中的潮流熵；Hmax为抽样过程中潮流熵的最大值；Hmin为最小值。89智能电网Smart Grid1.2.2线路有功越限风险线路有功越限风险16与系统中每条支路上的越限值均有关，需要对负荷波动情况下的总越限值进行计算。对抽样过程中的线路的越限总值进行归一化处理，并计算线路有功越限风险指标 R2为R2=1Nk=1N|OLk-OLminOLmax-OLmin（5）OL=w=1KOLPw-Pl,maxPl,max（6）式中：OLk为第 k 次抽样时中线路总越限值；KOL为某次迭代时超过支路潮流限值的线路总数；Pw为计算得到的线路有功功率；Pl，max为支路潮流限值；N 为抽样次数；OL 为线路总越限值。1.2.3网络电压偏移风险网络电压偏移风险28-32与系统中每个节点的偏移量均有关，负荷的接入会让系统电压偏移量增加，需要对负荷波动情况下的节点电压偏移的总偏移值进行计算。网络电压偏移风险指标 R3为R3=1Nk=1N|Vchange,k-Vchange,minVchange,max-Vchange,min（7）Vchange=w=1n()Vchange,w-1（8）式中：Vchange,k为第 k 次抽样过程中计算得到的节点电压偏移值；Vchange,w为第 w 个节点电压标幺值；n为所选标准算例中节点的个数。1.2.4有功功率损耗风险有功功率损耗风险与系统中每条支路上的有功网损均有关，需要对负荷波动情况下的支路的有功网损进行计算。对抽样过程中的支路有功网损和进行归一化处理，并计算线路有功功率损耗风险指标 R4为R4=1Nk=1N|Plossk-PlossminPlossmax-Plossmin（9）Ploss=w=1KPlossw（10）式中：Plossk为第 k 次抽样过程中所有支路的有功网损和；K 为所选系统的支路数量。1.2.5切负荷风险为了降低越限线路给系统带来的风险，可中断部分负荷18的供电。对于被中断的负荷，运营方需给予相应的赔偿，因此会造成一定经济性损失，将其定义为电力系统的切负荷风险。对抽样过程中的切负荷总损失进行归一化处理，计算切负荷风险指标 R5为R5=1Nk=1N|PCk-PCminPCmax-PCmin（11）Pc=()Pcut-Pint+Pcut,PcutPintPcut,PcutPint（12）Pcut=w=1BcutPw.cut（13）式中：Pck为第 k 次抽样时的切负荷损失；Pcut为某次迭代时的切负荷量；Pint为可中断负荷量；为非可中断负荷赔偿倍率；Bcut为需切负荷的节点数；Pw.cut为待切负荷节点的切负荷量。1.3无功补偿经济成本计算接入城市配电网的大用户本身对于电能质量要求较高，因此除了考虑运行中出现越限导致的切负荷外，还要考虑用户接入后电能质量是否合格，对不合格的节点进行无功配置