含分布式光伏的电网电压控制方法、装置、设备及介质与流程

1.本发明涉及电网电压控制技术领域，尤其涉及一种含分布式光伏的电网电压控制方法、装置、设备及介质。


背景技术：

2.分布式光伏使得配电网的运行控制复杂程度增加，在大规模光伏接入的背景下，与气象相关的分布式光伏出力预测困难，不确定功率剧烈波动导致配电网潮流倒送和电压突变，区域电网电压极易受光伏有功或无功出力影响，导致短时间的电压越限和电压波动问题频发。
3.目前，光伏逆变器具备快速无功补偿的能力，对剩余容量的利用能减少系统无功补偿动作频次和成本。但是传统的基于光伏逆变器的无功下垂控制方式主要面向集中式光伏电站，其无法解决分布式光伏存在的无功裕度差异化问题。因此，为了更好地利用分布式光伏并网后的动态调节能力，亟需一种针对含分布式光伏的并网电压控制方法。


技术实现要素：

4.本发明提供了一种含分布式光伏的电网电压控制方法、装置、设备及存储介质，以解决当前电压控制方法无法应对分布式光伏存在的无功裕度差异化的技术问题。
5.为了解决上述技术问题，第一方面，本发明提供了一种含分布式光伏的电网电压控制方法，包括：
6.获取配电网中多个并网节点的当前节点数据，并网节点为与配电网进行并网的分布式光伏，当前节点数据包括节点电压、第一有功功率和第一无功功率；
7.在电网调度层，根据当前节点数据和预设电压灵敏度矩阵，对多个并网节点的无功容量进行配置优化，得到每个并网节点的光伏容量；
8.在电网应用层，根据光伏容量和预设电网状态空间方程，预测每个并网节点在未来目标时刻时的功率调节量，功率调节量包括第二有功功率和第二无功功率；
9.将携带有功率调节量的电压控制指令发送至并网逆变器，并网逆变器用于执行电压控制指令，以调节电网电压。
10.作为优选，在电网调度层，根据当前节点数据和预设电压灵敏度矩阵，对多个并网节点的无功容量进行配置优化，得到每个并网节点的光伏容量，包括：
11.在电网调度层，对于每个并网节点，根据预设电压灵敏度矩阵，计算并网节点的节点电压阈值范围；
12.若并网节点的无功容量不满足预设电网条件，则对并网节点的有功容量进行削减，直至并网节点的当前节点数据满足预设约束条件，得到光伏容量。
13.作为优选，根据预设电压灵敏度矩阵，计算并网节点的节点电压阈值范围，包括：
14.根据预设电压灵敏度矩阵，计算并网节点的节点电压变化量；
15.对节点电压变化量与预设电压基准值进行加法运算，得到并网节点的节点电压阈
值；
16.根据节点电压阈值和预设偏差范围，确定并网节点的节点电压阈值范围。
17.作为优选，在电网调度层，根据当前节点数据和预设电压灵敏度矩阵，对多个并网节点的无功容量进行配置优化，得到每个并网节点的光伏容量之前，还包括：
18.在电网调度层，根据配电网的节点信息和线路信息，构建极坐标下的电力系统稳态潮流方程；
19.对电力系统稳态潮流方程进行修正和矩阵变换，得到预设电压灵敏度矩阵，预设电压灵敏度矩阵为：
[0020][0021]
其中，δθ为并网节点的相角增量，δu为并网节点的电压增量，δp为并网节点的有功功率增量，δq为并网节点的无功功率增量，s1、s2、s3和s4为电压灵敏度系数。
[0022]
作为优选，在电网应用层，根据光伏容量和预设电网状态空间方程，预测每个并网节点在未来目标时刻时的功率调节量，包括：
[0023]
在电网应用层，根据光伏容量，计算每个并网节点的电压偏差权重；
[0024]
根据预设电网状态空间方程，预测多个并网节点在未来目标时刻的目标节点数据；
[0025]
利用内点法，根据电压偏差权重，对多个并网节点的目标节点数据进行迭代，直至目标节点数据中的节点电压与预设电压参考量之间的偏差值达到最小值，得到每个并网节点在未来目标时刻时的功率调节量。
[0026]
作为优选，根据光伏容量，计算每个并网节点的电压偏差权重，包括：
[0027]
利用预设权重计算公式，根据光伏容量，计算每个并网节点的电压偏差权重，预设权重计算公式为：
[0028][0029]
εj表示第j个并网节点的电压偏差权重，s
pv，j
表示第j个并网节点的光伏容量，m表示并网节点的总数。
[0030]
作为优选，利用内点法，根据电压偏差权重，对多个并网节点的目标节点数据进行迭代，直至目标节点数据中的节点电压与预设电压参考量之间的偏差值达到最小值，得到每个并网节点在未来目标时刻时的功率调节量，包括：
[0031]
利用内点法，根据电压偏差权重，更新并网节点的目标节点数据，得到新的目标节点数据；
[0032]
基于偏差控制函数，根据新的目标节点数据，计算新的目标节点数据中的节点电压与预设电压参考值之间的偏差值；
[0033]
将偏差值最小的节点电压对应的新的目标节点数据中的有功功率和无功功率作为功率调节量。
[0034]
第二方面，本发明提供一种含分布式光伏的电网电压控制装置，包括：
[0035]
获取模块，用于获取配电网中多个并网节点的当前节点数据，并网节点为与配电网进行并网的分布式光伏，当前节点数据包括节点电压、第一有功功率和第一无功功率；
[0036]
优化模块，用于在电网调度层，根据当前节点数据和预设电压灵敏度矩阵，对多个并网节点的无功容量进行配置优化，得到每个并网节点的光伏容量；
[0037]
预测模块，用于在电网应用层，根据光伏容量和预设电网状态空间方程，预测每个并网节点在未来目标时刻时的功率调节量，功率调节量包括第二有功功率和第二无功功率；
[0038]
发送模块，用于将携带有功率调节量的电压控制指令发送至并网逆变器，并网逆变器用于执行电压控制指令，以调节电网电压。
[0039]
第三方面，本发明提供一种电子设备，包括处理器和存储器，存储器用于存储计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如第一方面的含分布式光伏的电网电压控制方法。
[0040]
第四方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，其存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如第一方面的含分布式光伏的电网电压控制方法。
[0041]
与现有技术相比，本发明具备以下有益效果：
[0042]
本发明通过在电网调度层，根据当前节点数据和预设电压灵敏度矩阵，对多个并网节点的无功容量进行配置优化，得到每个并网节点的光伏容量，以控制每个并网节点的无功调节裕度，从而解决节点之间存在无功裕度差异化的问题，保证并网节点的电压不越限和具有足够的无功调节裕度；以及在电网应用层，根据光伏容量和预设电网状态空间方程，预测每个并网节点在未来目标时刻时的功率调节量，并将携带有功率调节量的电压控制指令发送至并网逆变器，以实现电网电压的分层控制，进一步考虑分布式光伏个体差异，提升电压控制效果。
附图说明
[0043]
图1为本发明实施例示出的含分布式光伏的电网电压控制方法的流程示意图；
[0044]
图2为本发明实施例示出的含分布式光伏的电网电压控制装置的结构示意图；
[0045]
图3为本发明实施例示出的计算机设备的结构示意图。
具体实施方式
[0046]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0047]
请参照图1，图1为本发明实施例提供的一种含分布式光伏的电网电压控制方法的流程示意图。本发明实施例的方法可应用于计算机设备，该计算机设备包括但不限于笔记本电脑、平板电脑、桌上型计算机、物理服务器和云服务器等设备。如图1所示，本实施例的含分布式光伏的电网电压控制方法包括步骤s101至步骤s104，详述如下：
[0048]
步骤s101，获取配电网中多个并网节点的当前节点数据，所述并网节点为与所述配电网并网的分布式光伏，所述当前节点数据包括节点电压、第一有功功率和第一无功功率。
[0049]
在本步骤中，配电网中包含并入电网的多个分布式光伏，将每个分布式光伏作为
配电网的一个并网节点。由于分布式光伏存在无功裕度差异化，所以本实施例确定每个分布式光伏对配电网的功率出力，以针对不同分布式光伏的无功裕度进行不同程度的功率出力。
[0050]
步骤s102，在电网调度层，根据所述当前节点数据和预设电压灵敏度矩阵，对多个所述并网节点的无功容量进行配置优化，得到每个所述并网节点的光伏容量。
[0051]
在本步骤中，预设电压灵敏度矩阵为表征电压关于有功功率和无功功率的灵敏度的矩阵。每个分布式光伏均有无功容量的配置信息，为保证并网电压不越限以及节点无功调节裕度能够满足电网运行要求，所以实时对并网节点的无功容量进行动态配置优化，其中光伏容量包括有功容量和无功容量。
[0052]
在一实施例中，所述步骤s102，包括：
[0053]
在电网调度层，对于每个所述并网节点，根据所述预设电压灵敏度矩阵，计算所述并网节点的节点电压阈值范围；
[0054]
若所述并网节点的无功容量不满足预设电网条件，则对所述并网节点的有功容量进行削减，直至所述并网节点的当前节点数据满足预设约束条件，得到所述光伏容量。
[0055]
在本实施例中，根据电网节点电压灵敏度矩阵，优化分布式光伏有功出力，以保证光伏并网点电压不越限。若并网节点在某一时段的无功调节裕度不能满足预设电网要求，则对有功容量进行削减，以为并网节点提供额外无功容量，可表示为：
[0056][0057][0058]
m为分布式光伏的总数，为无功调节量，v
pcc
为当前节点电压，p为有功容量，q为无功容量，s表示光伏容量。
[0059]
可选地，预设电压灵敏度矩阵的构建过程包括：在电网调度层，根据所述配电网的节点信息和线路信息，构建极坐标下的电力系统稳态潮流方程；对所述电力系统稳态潮流方程进行修正和矩阵变换，得到所述预设电压灵敏度矩阵。
[0060]
可选地，通过牛顿－拉夫逊法构建极坐标形式下的电力系统稳态潮流方程：
[0061][0062][0063]gij
表示电导矩阵，b
ij
表示电纳矩阵，pi表示有功功率，qi表示无功功率，ui表示节点电压，θ
ij
表示相角差。
[0064]
进而推导出以矩阵形式表示的修正方程为：
[0065][0066]
δθ为并网节点的相角增量，δu为并网节点的电压增量，δp为并网节点的有功功
率增量，δq为并网节点的无功功率增量。
[0067]
对上述修正方程进行矩阵变换后，得到预设电压灵敏度矩阵：
[0068][0069]
s1、s2、s3和s4为电压灵敏度系数。
[0070]
可选地，节点电压阈值范围的计算过程，包括：根据所述预设电压灵敏度矩阵，计算所述并网节点的节点电压变化量；对所述节点电压变化量与预设电压基准值进行加法运算，得到所述并网节点的节点电压阈值；根据所述节点电压阈值和预设偏差范围，确定所述并网节点的节点电压阈值范围。
[0071]
在本可选实施例中，对电压灵敏度系数s3和s4进行筛选，节点电压变化量定义为：
[0072]
δv
pcc
＝s
pcc,p
δp+s
pcc,q
δq；
[0073]
其中s
pcc,p
表示节点电压关于有功功率的灵敏度，s
pcc,q
表示节点电压关于无功功率的灵敏度。
[0074]
计算节点电压阈值为：
[0075]vpcc
＝v
pcc,0
+δv
pcc
；
[0076]vpcc,0
为节点电压的基准值。
[0077]
结合预设偏差范围，得到节点电压阈值范围：v
pcc,min
≤v
pcc
≤v
pcc,max
。
[0078]
步骤s103，在电网应用层，根据所述光伏容量和预设电网状态空间方程，预测每个所述并网节点在未来目标时刻时的功率调节量，所述功率调节量包括第二有功功率和第二无功功率。
[0079]
在本步骤中，每个并网节点的功率出力具有一定的调节范围，所以能够通过调节每个并网节点的功率出力，以选择在满足实际需求的功率组合。预设电网状态空间方程为表征配电网的多个并网节点在未来目标时刻的节点电压与无功功率之间的状态关系。
[0080]
在一实施例中，步骤s103，包括：
[0081]
在电网应用层，根据所述光伏容量，计算每个所述并网节点的电压偏差权重；
[0082]
根据所述预设电网状态空间方程，预测多个所述并网节点在所述未来目标时刻的目标节点数据；
[0083]
利用内点法，根据所述电压偏差权重，对多个所述并网节点的目标节点数据进行迭代，直至所述目标节点数据中的节点电压与预设电压参考量之间的偏差值达到最小值，得到每个所述并网节点在未来目标时刻时的功率调节量。
[0084]
在本实施例中，可选地，电压偏差权重的计算过程，包括：利用预设权重计算公式，根据所述光伏容量，计算每个所述并网节点的电压偏差权重，所述预设权重计算公式为：
[0085][0086]
εj表示第j个并网节点的电压偏差权重，s
pv，j
表示第j个并网节点的光伏容量，m表示并网节点的总数。
[0087]
可选地，预设系统状态空间方程为：
[0088]
x(k+1)＝ax(k)+bu(k)+gw(k)；
[0089]
y(k)＝cx(k)；
[0090]
x(k)为状态量；u(k)为状态量，w(k)为扰动量；y(k)为输出量；a、b、c、d和g为预设系数矩阵。
[0091]
其中，x(k)具体表示为多个并网节点的无功功率，示例性地：
[0092][0093]
y(k)具体表示为多个并网节点的节点电压，示例性地：
[0094][0095]
可选地，所述内点法的实现过程，包括：根据所述电压偏差权重，更新所述并网节点的所述目标节点数据，得到新的目标节点数据；基于偏差控制函数，根据所述新的目标节点数据，计算所述新的目标节点数据中的节点电压与所述预设电压参考值之间的偏差值；将偏差值最小的节点电压对应的所述新的目标节点数据中的有功功率和无功功率作为所述功率调节量。
[0096]
在本可选实施例中，通过上述yk和xk确定节点电压集合和无功功率集合，根据偏差控制函数，计算偏差值。偏差控制函数为：
[0097][0098]
当j(yk,xk)＝minj(yk,xk)时，k时刻下的节点电压与预设电压参考值之间的偏差值最小，则将该节点电压对应的无功功率作为第二无功功率，再将第二无功功率结合光伏容量，计算第二有功功率，以得到功率调节量。
[0099]
步骤s104，将携带有所述功率调节量的电压控制指令发送至并网逆变器，所述并网逆变器用于执行所述电压控制指令，以调节电网电压。
[0100]
在本步骤中，通过并网逆变器根据电压控制指令调节每个分布式光伏的有功出力和无功出力，以达到调节电网电压的目的。
[0101]
为了执行上述方法实施例对应的含分布式光伏的电网电压控制方法，以实现相应的功能和技术效果。参见图2，图2示出了本发明实施例提供的一种含分布式光伏的电网电压控制装置的结构框图。为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，本发明实施例提供的含分布式光伏的电网电压控制装置，包括：
[0102]
获取模块201，用于获取配电网中多个并网节点的当前节点数据，所述并网节点为与所述配电网并网的分布式光伏，所述当前节点数据包括节点电压、第一有功功率和第一无功功率；
[0103]
优化模块202，用于在电网调度层，根据所述当前节点数据和预设电压灵敏度矩阵，对多个所述并网节点的无功容量进行配置优化，得到每个所述并网节点的光伏容量；
[0104]
预测模块203，用于在电网应用层，根据所述光伏容量和预设电网状态空间方程，预测每个所述并网节点在未来目标时刻时的功率调节量，所述功率调节量包括第二有功功率和第二无功功率；
[0105]
发送模块204，用于将携带有所述功率调节量的电压控制指令发送至并网逆变器，所述并网逆变器用于执行所述电压控制指令，以调节电网电压。
[0106]
在一实施例中，所述优化模块202，包括：
[0107]
第一计算单元，用于在电网调度层，对于每个所述并网节点，根据所述预设电压灵敏度矩阵，计算所述并网节点的节点电压阈值范围；
[0108]
削减单元，用于若所述并网节点的无功容量不满足预设电网条件，则对所述并网节点的有功容量进行削减，直至所述并网节点的当前节点数据满足预设约束条件，得到所述光伏容量。
[0109]
在一实施例中，所述第一计算单元，具体用于：
[0110]
根据所述预设电压灵敏度矩阵，计算所述并网节点的节点电压变化量；
[0111]
对所述节点电压变化量与预设电压基准值进行加法运算，得到所述并网节点的节点电压阈值；
[0112]
根据所述节点电压阈值和预设偏差范围，确定所述并网节点的节点电压阈值范围。
[0113]
在一实施例中，所述装置，还包括：
[0114]
构建模块，用于在电网调度层，根据所述配电网的节点信息和线路信息，构建极坐标下的电力系统稳态潮流方程；
[0115]
处理模块，用于对所述电力系统稳态潮流方程进行修正和矩阵变换，得到所述预设电压灵敏度矩阵，所述预设电压灵敏度矩阵为：
[0116][0117]
其中，δθ为并网节点的相角增量，δu为并网节点的电压增量，δp为并网节点的有功功率增量，δq为并网节点的无功功率增量，s1、s2、s3和s4为电压灵敏度系数。
[0118]
在一实施例中，所述预测模块203，包括：
[0119]
第二计算单元，用于在电网应用层，根据所述光伏容量，计算每个所述并网节点的电压偏差权重；
[0120]
预测单元，用于根据所述预设电网状态空间方程，预测多个所述并网节点在所述未来目标时刻的目标节点数据；
[0121]
迭代单元，用于利用内点法，根据所述电压偏差权重，对多个所述并网节点的目标节点数据进行迭代，直至所述目标节点数据中的节点电压与预设电压参考量之间的偏差值达到最小值，得到每个所述并网节点在未来目标时刻时的功率调节量。
[0122]
在一实施例中，所述第二计算单元，具体用于：
[0123]
利用预设权重计算公式，根据所述光伏容量，计算每个所述并网节点的电压偏差权重，所述预设权重计算公式为：
[0124][0125]
εj表示第j个并网节点的电压偏差权重，s
pv，j
表示第j个并网节点的光伏容量，m表示并网节点的总数。
[0126]
在一实施例中，所述迭代单元，具体用于：
[0127]
利用内点法，根据所述电压偏差权重，更新所述并网节点的所述目标节点数据，得到新的目标节点数据；
[0128]
基于偏差控制函数，根据所述新的目标节点数据，计算所述新的目标节点数据中的节点电压与所述预设电压参考值之间的偏差值；
[0129]
将偏差值最小的节点电压对应的所述新的目标节点数据中的有功功率和无功功率作为所述功率调节量。
[0130]
上述的含分布式光伏的电网电压控制装置可实施上述方法实施例的含分布式光伏的电网电压控制方法。上述方法实施例中的可选项也适用于本实施例，这里不再详述。本发明实施例的其余内容可参照上述方法实施例的内容，在本实施例中，不再进行赘述。
[0131]
图3为本发明一实施例提供的计算机设备的结构示意图。如图3所示，该实施例的计算机设备3包括：至少一个处理器30(图3中仅示出一个)处理器、存储器31以及存储在所述存储器31中并可在所述至少一个处理器30上运行的计算机程序32，所述处理器30执行所述计算机程序32时实现上述任意方法实施例中的步骤。
[0132]
所述计算机设备3可以是智能手机、平板电脑、桌上型计算机和云端服务器等计算设备。该计算机设备可包括但不仅限于处理器30、存储器31。本领域技术人员可以理解，图3仅仅是计算机设备3的举例，并不构成对计算机设备3的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如还可以包括输入输出设备、网络接入设备等。
[0133]
所称处理器30可以是中央处理单元(central processing unit，cpu)，该处理器30还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(digital signal processor，dsp)、专用集成电路(application specific integrated circuit，asic)、现成可编程门阵列(field－programmable gate array，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
[0134]
所述存储器31在一些实施例中可以是所述计算机设备3的内部存储单元，例如计算机设备3的硬盘或内存。所述存储器31在另一些实施例中也可以是所述计算机设备3的外部存储设备，例如所述计算机设备3上配备的插接式硬盘，智能存储卡(smart media card，smc)，安全数字(secure digital，sd)卡，闪存卡(flash card)等。进一步地，所述存储器31还可以既包括所述计算机设备3的内部存储单元也包括外部存储设备。所述存储器31用于存储操作系统、应用程序、引导装载程序(bootloader)、数据以及其他程序等，例如所述计算机程序的程序代码等。所述存储器31还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。
[0135]
另外，本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述任意方法实施例中的步骤。
[0136]
本发明实施例提供了一种计算机程序产品，当计算机程序产品在计算机设备上运行时，使得计算机设备执行时实现上述各个方法实施例中的步骤。
[0137]
在本发明所提供的几个实施例中，可以理解的是，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意的是，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。
[0138]
所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read－only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0139]
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，应当理解，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围。特别指出，对于本领域技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。