一种基于灵敏度的分布式光伏自动发电控制方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及的是一种基于灵敏度的分布式光伏自动发电控制方法，属于光伏发电
技术领域。
【背景技术】
[0002] 随着能源危机的日益严峻，可再生能源被大力发展并成为趋势，而光伏发电是其 中的一种重要形式。随着分布式光伏发电技术的发展，能源政策和电力市场的进一步开放， 配电网的运行需要满足对分布式可再生能源发电的高度兼容性。目前接入配电网的分布式 光伏发电系统一般是作为一个不可控电源运行于最大功率跟踪（MPPT)模式，但是当配电 网中分布式光伏渗透率不断提高时，由于光伏发电固有的随机性与间歇性，使得配电网潮 流与供电电压频繁波动，电能质量恶化，供电可靠性降低，弃光现象日益严重，造成严重的 资源浪费，给配电网安全、经济、稳定运行带来诸多挑战。光伏逆变器本身具有可观的有功 无功调节能力，通过对光伏逆变器有功无功输出进行在线优化控制，从源头消除光伏并网 带来的不确定性，可提高配网中分布式光伏的接入水平，提高资源利用率，实现可再生能源 的友好接入，具有广阔的前景和巨大的经济意义。
[0003] 目前针对分布式光伏接入配电网带来的电压波动问题，主要采用的是调节变电站 变压器分接头，投切并联电容器及在配电网中加装连续无功补偿装置（SVC)，进行调节。但 是变压器分接头，以及并联电容器频繁调节会大大降低设备使用寿命，并且难以对配电网 电压实现平滑调节，易给配电网造成冲击，SVC等无功补偿设备安装成本较高，不适合大规 模应用。并且配网中的传统无功调节手段不能有效的抑制电压波动时，又容易造成大规模 弃光现象发生，易造成资源的浪费。针对此种情况，研究一种基于光伏逆变器本身有功-无 功调节能力的优化控制策略具有巨大的经济价值与广阔应用前景。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于克服上述现有技术存在的问题，提供一种基于灵敏度的分布式 光伏自动发电控制方法；它通过灵敏度分析，推导节点电压幅值扰动与节点有功-无功注 入扰动的关系，然后选取对电压越限节点的电压幅值影响最大的节点有功注入与无功注入 为调节变量，以分布式光伏有功出力最大与节点电压幅值偏离额定值最小为目标，建立分 布式光伏协调控制优化模型，再通过粒子群算法求解该模型，分别求得参与调节的有功调 节节点的有功输出与无功调节节点无功输出，保证分布式光伏发电得到充分消纳的同时维 持配电网节点电压水平在正常运行范围之内。
[0005] 本发明采用的技术方案是：一种基于灵敏度的分布式光伏自动发电控制方法，其 特征在于该控制方法包括如下步骤：
[0006] a)通过对配网稳态运行工作点附近的局部线性化，求解配电网节点电压扰动量与 节点注入有功-无功扰动量的数学关系，即通过灵敏度分析法分析节点电压幅值与节点有 功无功注入变化关系；
[0007] b)根据节点电压与节点注入的灵敏度关系，分别选取配网中节点有功\无功注入 对节点电压越限或波动剧烈节点的电压灵敏度最大的节点为有功\无功调节节点，参与有 功\无功优化调控，不参与调节的光伏发电系统总是工作于最大功率跟踪（MPPT)状态；
[0008] c)以配网中分布式光伏出力最大化及节点电压偏离额定值最小化为目标，以有功 \无功调节节点的有功\无功出力值为求解变量，建立分布式光伏优化模型，并利用一种新 型免疫双态粒子群算法求解在满足配网运行约束约束的条件下，调节节点的有功-无功出 力最优值。
[0009] 作为优选，本发明所述的步骤a)中，所述的通过对配网稳态运行工作点附近的局 部线性化，求解配电网节点电压扰动量与节点注入有功-无功扰动量的数学关系，具体如 下：
[0010] 对于具有N个节点的电力网络，令η=N-1，取平衡节点作为参考节点，将PV节点 增广到潮流方程式中，可得2η个极坐标形式的牛顿法潮流修正方程式：
[0011]
[0012] 其中f为雅可比矩阵，ΔΘ和AV分别为节点电压相角与幅值扰动矢量。 M L 则：
[0013]
[0014] 其中：V为η维节点电压幅值对角阵，即V=diagh，v2, . . .，νη)。Β和G分别为节 点导纳阵的实部和虚部，Bc〇S0为矩阵的一种简化写法，它和Β具有相同的结构，其各部分 元素为Β中对应元素与cosΘ^的乘积，其他项类同，另外，上述Ρ和Q均为η阶对角阵， 其对角元素分别为ΡV和β/vf。:正常情况下，非常小，故可令COS0 ^=1，8化0ij= 0,上式可做进一步化简得：
[0015]
[0016] 考虑到正常运行情况下节点电压幅值标么值在1.Opu附近，对上式方框部分进行 高斯消去，计算得到电压对节点注入功率的灵敏度为：
[0017] ΔV= ((B+Q) (G-P) 1 (B-Q) + (G+P)) 1ΔP
[0018] - ((G-P) (B+Q) 1 (G+P) + (B-Q)) 1ΔQ
[0019] 作为优选：本发明所述的步骤c)中，以配网中分布式光伏出力最大化，配网稳态 运行有功网损最小化及节点电压偏离额定值最小化为目标，以有功\无功调节节点的有功 \无功出力值为求解变量，建立分布式光伏优化模型，具体如下：
[0020] (1)目标函数：
[0021]
[0022] 式中：D&为配网中光伏接入节点，为节点i上所挂接的光伏有功出力预测 值，为节点i上分布式光伏有功出力控制目标值；v为节点j电压幅值，为节点j 电压幅值额定值（均为标么值），α为权重系数且〇 <a< 1 ;
[0023] (2)配网功率平衡约束：
[0024] I： (6=1.
[0025] 式中：^分别为节点i的有功无功注入，f为节点i电压相量，为系统导 纳矩阵对应元素；
[0026] (3)节点电压约束：
[0027]
[0028] 式中：Vl为节点i电压幅值，ν_和分别为节点电压幅值允许的最大与最小值。
[0029] (4)关口交换功率约束：
[0030] 为抑制光伏发电功率波动对上级电网的影响，需考虑配电网根节点交换功率限 制，即：
[0031]
[0032] 式中七和t分别为从根节点流入配电网的有功无功功率；if11与巧胃分别为调 度中心设置的关口有功交换功率上下界，与amax分别为调度中心设置的关口无功交换 功率上下界；
[0033] (5)分布式光伏模块运行约束：
[0034]
[0035] 光伏模块稳态运行时采用PQ模型，通过逆变器并网，并网功率可实现有功无功独 立控制；式中，Pi,oc为节点i光伏模块有功出力值为节点i光伏有功出力预测值冼明 为节点i光伏模块无功出力值，SliD(；为节点i光伏模块容量。
[0036] 本发明与现有技术相比较有如下优点：
[0037] 考虑到配电网中节点有功与无功注入不解耦的事实，综合利用分布式光伏发电系 统有功-无功调节能力，比单一调节光伏出力或者无功补偿设备的无功输出效率更高；利 用光伏逆变器本身得的特性对配电网节点电压波动进行抑制，不需要要额外的投资，适合 大规模应用；基于灵敏度分析的方法选取对关键节点电压影响最大的有功-无功调节节 点，每次调节过程避免了对所有光伏模块的调节，同时一个优化周期内的求解变量不会随 着配网中光伏接入点的增加提高，在配电网中分布式光伏渗透率逐渐提高时，不会出现模 型难以求解问题，特别适合分布式光伏大规模接入情况。
【附图说明】
[0038] 图1为本发明方法流程图。
[0039] 图2为利用粒子群算法求解本发明所建模型的流程图。
【具体实施方式】
[0040] 下面结合附图对本发明的【具体实施方式】作更进一步的说明。一种基于灵敏度的分 布式光伏自动发电控制方法，该控制方法包括如下步骤：
[0041] a)通过对配网稳态运行工作点附近的局部线性化，求解配电网节点电压扰动量与 节点注入有功-无功扰动量的数学关系，即通过灵敏度分析法分析节点电压幅值与节点有 功无功注入变化关系；
[0042] b)根据节点电压与节点注入的灵敏度关系，分别选取配网中节点有功\无功注入 对节点电压越限或波动剧烈节点的电压灵敏度最大的节点为有功\无功调节节点，参与有 功\无功优化调控，不参与调节的光伏发电系统总是工作于最大功率跟踪（MPPT)状态；
[0043] c)以配网中分布式光伏出力最大化及节点电压偏离额定值最小化为目标，以有功 \无功调节节点的有功\无功出力值为求解变量，建立分布式光伏优化模型，并利用一种新 型免疫双态粒子群算法求解在满足配网运行约束约束的条件下，调节节点的有功-无功出 力最优值。
[0044] 所述的步骤a)中，所述的通过对配网稳态运行工作点附近的局部线性化，求解配 电网节点电压扰动量与节点注入有功-无功扰动量的数学关系，具体如下：
[0045] 对于具有N个节点的电力网络，令η=N-1，取平衡节点作为参考节点，将PV节点 增广到潮流方程式中，可得2η个极坐标形式的牛顿法潮流修正方程式：
[0046]
[0047] 其中：tj为雅可比矩阵，ΛΘ和AV分别为节点电压相角与幅值扰动矢量。 Μ..L 则：
[0048]
[0049] 其中：V为η维节点电压幅值对角阵，即V=diagh，v2, . . .，νη)。Β和G分别为节 点导纳阵的实部和虚部，Bc〇S0为矩阵的一种简化写法，它和Β具有相同的结构，其各部分 元素为Β中对应元素与cosΘ^的乘积，其他项类同，另外，上述Ρ和Q均为η阶对角阵， 其对角元素分别为W和ρ,/ν,2。正常情况下，非常小，故可令COS0 ij= Ο，上式可做进一步化简得：
[0050]
[0051] 考虑到正常运行情况下节点电压幅值标么值在1.Opu附近，对上式方框部分进行 高斯消去，计算得到电压对节点注入功率的灵敏度为：
[0052] ΔV= ((B+Q) (G-P) 1 (B-Q) + (G+P)) 1ΔP
[0053] - ((G-P) (B+Q) 1 (G+P) + (B-Q)) 1ΔQ
[0054] 所述的步骤c)中，以配网中分布式光伏出力最大化，配网稳态运行有功网损最小 化及节点电压偏离额定值最小化为目标，以有功\无功调节节点的有功\无功出力值为求 解变量，建立分布式光伏