一种配电网分布式光伏电压控制方法及系统与流程

1.本发明属于光伏电压调节控制领域，涉及一种配电网分布式光伏电压控制方法及系统。


背景技术：

2.目前，随着分布式光伏接入配电网比例不断增加，可能导致配电网产生双向潮流，甚至部分区域节点电压越限，危害用电设备和配电网的安全。
3.传统配电网主要是辐射型或者长链式网络，一般尽在网络的末端容易出现电压偏低的情况。过去文献常采用网络升级改造的方法改善了电压越限的情况，同时减少配电网的传输损耗，但成本较高。也有文献采用改变有载调压变压器的变比来进行无功调节，进而改善电压越限的情况，但解决配电网末端电压越限时，受限于首端电压。也有研究根据低压配电网络的阻抗特性，通过控制分布式光伏发电的出力来达到控制电压的目的，但是仅仅减少光伏发电出力降低了新能源的消纳能力。也有研究采用光伏逆变器的无功容量与分布式储能系统相结合来改善电压曲线，但该方法需要在每个分布式光伏发电单元均配备有储能装置，成本相对较高，不宜推广。因此，含分布式光伏的配电网电压控制仍面临较大的挑战。
4.目前，传统配电网的电压控制方法一方面可能因网络升级改造或增加储能而导致配电网投资增高，改善电压越限情况时经济性变差；另一方面，大部分电压控制方法均采用部分节点的本地信息进行控制，难以保证全部配电网节点的电压质量，控制效果较差。因此，急需研究综合更广泛节点信息的配电网分布式光伏电压控制新方法。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于解决现有技术中难以改善电压越限的情况，难以保证全部配电网节点的电压质量，电压控制效果较差，电网传输损耗大，运行成本高的问题，提供一种配电网分布式光伏电压控制方法及系统。可以充分利用配电网中多个节点的运行数据，并合理控制不同分布式光伏发电单元的有功和无功调节能力，提高配电网的电压控制效果与可靠性。
6.为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
7.一种配电网分布式光伏电压控制方法，包括以下步骤：
8.s1：获取分布式光伏在配电网中的接入节点、接入量和接入节点对应的光伏逆变器有功无功控制策略；
9.s2：计算各个接入节点电压幅值对配电网所有光伏接入节点注入有功功率和无功功率的灵敏度，并按照由高到低的顺序对接入节点的灵敏度进行排序；
10.s3：监测各个接入节点运行时的电压幅值信息，判断是否有节点的运行电压越限；
11.s4：当有接入节点的电压越限时，选取接入节点中灵敏度排序最高且为正值的有功或无功控制点，结合选取的控制点当前的气象环境条件及对应的光伏逆变器有功无功控
制策略，计算选取的控制点的控制调节量。
12.本发明的进一步改进在于：
13.所述步骤s1，所述接入容量包括分布式光伏的光伏有功功率装机容量和无功补偿装置的补偿容量。
14.所述步骤s1中，所述接入节点对应的光伏逆变器的有功无功控制策略包括定有功无功控制型、无功补偿设备定电压控制型和虚拟同步机控制型。
15.所述步骤s2包括以下步骤：
16.结合配电网拓扑，构建分布式光伏发电的配电网中各个接入节点之间连接关系形成的节点导纳矩阵；
17.基于节点导纳矩阵，计算各个节点电压幅值对配电网所有分布式光伏接入节点注入有功无功功率的灵敏度，然后对灵敏度进行排序。
18.所述接入节点的注入有功无功功率的灵敏度通过公式(1)计算：
[0019][0020]
其中，s
ii
、s
ij
、t
ii
、t
ij
分别表示节点i电压幅值ui对节点i有功功率注入δpi的灵敏度、节点j有功功率注入δpj的灵敏度，节点i无功功率注入δqi的灵敏度和节点j无功功率注入δqj的灵敏度；p
gi
、p
li
、q
gi
、q
li
分别是节点i的有功电源、有功负荷、无功电源和无功负荷；g
ii
、b
ii
分别为节点i的自电导和自电纳；g
ij
、b
ij
分别为节点i和节点j之间的互电导和互电纳；θ
ij
为节点i和节点j之间的相位差；节点j为配电网中含分布式光伏接入的可控制节点。
[0021]
所述步骤s3中，判断是否有节点的运行电压越限包括以下情形：
[0022][0023]
所述步骤s4中，计算控制调节量包括以下步骤：
[0024]
若电压越限的节点属于定有功无功控制型，则控制调节量为δpj＝0,δqj＝0，需要控制下一个排序靠前的控制点；
[0025]
若电压越限的节点属于无功补偿设备定电压控制型，结合该节点当前已投入的无功补偿量，确定其能够增加的控制调节量为δpj＝0,δqj＝(q
j,max-qj)，如果δqj≤0，需要控制下一个排序靠前的控制点；
[0026]
若电压越限的节点属于虚拟同步机控制型，结合该节点当前的气象环境条件，预测其在当前光照强度下最大有功跟踪控制功率p
j,mppt
，并结合该分布式光伏并网逆变器的
最大容量sj，确定其可以增加的控制调节量为δpj＝p
j,mppt-pj,如果δpj≤0∩δqj≤0，∩表示并且，需要控制下一个排序靠前的控制点。
[0027]
一种配电网分布式光伏电压控制系统，包括节点信息获取模块、节点灵敏度排序模块、节点电压监测模块和节点控制量调节模块；
[0028]
节点信息获取模块，用于获取分布式光伏在配电网中的接入节点、接入量和接入节点对应的光伏逆变器有功无功控制策略；
[0029]
节点灵敏度排序模块，用于计算各个接入节点电压幅值对配电网所有光伏接入节点注入有功功率和无功功率的灵敏度，并按照由高到低的顺序对接入节点的灵敏度进行排序；
[0030]
节点电压监测模块，用于监测各个接入节点运行时的电压幅值信息，判断是否有节点的运行电压越限；
[0031]
节点控制量调节模块，用于当有接入节点的电压越限时，选取接入节点中灵敏度排序最高且为正值的有功或无功控制点，结合选取的控制点当前的气象环境条件及对应的光伏逆变器有功无功控制策略，计算选取的控制点的控制调节量。
[0032]
一种终端设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现本发明任一项所述方法的步骤。
[0033]
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本发明任一项所述方法的步骤。
[0034]
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
[0035]
本发明公开了一种配电网分布式光伏电压控制方法，基于接入的节点、接入量和光伏逆变器的有功无功控制策略对接入节点的灵敏度进行计算和排序，充分利用了多个节点的运行数据，并对节点进行检测，当有节点电压越线时，基于前期计算的灵敏度和节点对应的光伏逆变器的有功无功控制策略给出节点的控制调节量，保证了全部配电网节点的电压质量，可以合理控制配电网中不同分布式光伏发电单元的有功和无功调节能力，有效改善电压越限情况，减少配电网的传输损耗，提高配电网的电压控制效果与可靠性，提高了用电设备和配电网的安全性。
附图说明
[0036]
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0037]
图1为本发明的流程示意图。
具体实施方式
[0038]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是
本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
[0039]
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。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。
[0040]
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
[0041]
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“水平”、“内”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0042]
此外，若出现术语“水平”，并不表示要求部件绝对水平，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
[0043]
在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0044]
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
[0045]
参见图1，本发明实施例公开了一种配电网分布式光伏电压控制方法获取分布式光伏在配电网中的接入点、接入容量和光伏逆变器的控制策略；结合配电网拓扑，计算各个节点电压幅值对配电网所有节点注入有功及无功功率的灵敏度并排序；根据配电网监视与控制中心监测信息，判断是否有节点运行电压越限的情况；如有节点电压越限，选取灵敏度最高且为正值的几个有功或无功控制点，结合这些控制点当前的气象环境条件及其控制策略，给出该控制点的最优控制调节量，实现配电网电压的控制，具体包括以下步骤：
[0046]
步骤1：获取分布式光伏在配电网中的接入节点、接入容量和接入节点对应的相应光伏逆变器的有功无功控制策略；
[0047]
具体地，所述获取分布式光伏在配电网中的接入点具体包括各个分布式光伏在配电网中的并网点位置；
[0048]
所述接入容量包括分布式光伏的光伏有功功率装机容量和是否配备无功补偿装置及其补偿容量。
[0049]
所述相应光伏逆变器的有功无功控制策略包括：定有功无功控制型、无功补偿设备定电压控制型和虚拟同步机控制型几类。
[0050]
步骤2：结合配电网拓扑，基于灵敏度分析理论，计算各个节点电压幅值对配电网所有光伏接入节点注入有功功率和无功功率的灵敏度，并按照灵敏度从高到低进行排序，得到电压-有功无功灵敏度排序表；
[0051]
具体地，结合配电网拓扑，包括获取含分布式光伏发电的配电网各个节点之间连接关系所形成的节点导纳矩阵，具体包括：各个节点的自电导、自电纳和互电导、互电纳数值。
[0052]
进一步地，基于灵敏度分析理论，计算各个节点电压幅值对配电网所有分布式光伏接入节点的注入有功及无功功率的灵敏度，包括：
[0053][0054]
其中，s
ii
、s
ij
、t
ii
、t
ij
分别为节点i电压幅值ui对节点i有功功率注入δpi的灵敏度、节点j有功功率注入δpj的灵敏度，节点i无功功率注入δqi的灵敏度和节点j无功功率注入δqj的灵敏度，功率注入是指流入该节点的功率；
[0055]
p
gi
、p
li
、q
gi
、q
li
分别是节点i的有功电源、有功负荷、无功电源和无功负荷；g
ii
、b
ii
分别为节点i的自电导和自电纳；
[0056]gij
、b
ij
分别为节点i和节点j之间的互电导和互电纳；θ
ij
为节点i和节点j之间的相位差；节点j为配电网中含分布式光伏接入的可控制节点。
[0057]
步骤3：根据配电网监视与控制中心监测的配电网各节点实际运行时的电压幅值信息，判断是否有节点运行电压越限的情况；
[0058]
具体地，根据配电网监视与控制中心监测的配电网各节点实际运行时的电压幅值信息判断是否有节点运行电压越限的情况，是指各节点的实际运行电压幅值情况包括以下三种：
[0059][0060]
其中，越限的两种情况需要进行电压控制。
[0061]
步骤4：如有节点电压越限，根据电压-有功无功灵敏度排序表，选取灵敏度最高且为正值的几个有功或无功控制点，结合这些控制点当前的气象环境条件及其控制策略，给出该控制点的最优控制调节量，实现配电网电压的控制。
[0062]
具体地，如果有节点电压越限，则根据电压-有功无功灵敏度排序表选取灵敏度最高且为正值的几个有功或无功控制点，可以按照排序选取3～5个点。
[0063]
进一步地，所述结合这些控制点当前的气象环境条件及其控制策略给出该控制点的最优控制调节量，假定选出的灵敏度最高且为正值的第一个有功或无功控制点j，结合该节点所接入分布式光伏的控制策略，分析并计算这个控制点j的具体控制量，包括：
[0064]
1)如果该节点属于定有功无功控制型，则控制调节量为δpj＝0,δqj＝0，需要控
制下一个排序靠前的控制点；
[0065]
2)如果属于无功补偿设备定电压控制型，结合该节点当前已投入的无功补偿量，确定其可以增加的控制调节量为δpj＝0,δqj＝(q
j,max-qj)，如果δqj≤0，需要控制下一个排序靠前的控制点；
[0066]
3)如果属于虚拟同步机控制型，结合该节点当前的气象环境条件，预测其在当前光照强度下最大有功跟踪控制功率p
j,mppt
，并结合该分布式光伏并网逆变器的最大容量sj，确定其可以增加的控制调节量为δpj＝p
j,mppt-pj,如果δpj≤0∩δqj≤0，∩表示并且，需要控制下一个排序靠前的控制点。
[0067]
本发明还公开了一具体的实际应用：
[0068]
在本实施例中，如下表1所示，基于多点电压灵敏度的配电网分布式光伏电压控制方法对配电网低压台区的控制效果，控制后4个季节的典型日的电压偏移百分数均恢复到10％以内，满足工程实际的应用。相对于控制前，电压控制改善分别提高了约1.63％～2.43％，控制效果显著。基于多点灵敏度分析的方法，可以充分利用配电网的全部可调节分布式光伏注入系统的功率，进而达到抑制电压越限的目的。通过对某低压台区进行的计算分析，验证了所提的电压控制方法对改善电压越限有较好的作用。
[0069]
表1
[0070][0071]
本发明实施例充分利用不同光伏并网逆变器的特性，合理控制不同分布式光伏发电单元的有功和无功调节能力，提高配电网的电压控制效果与可靠性。
[0072]
本发明实施例还公开了一种配电网分布式光伏电压控制系统，包括：
[0073]
节点信息获取模块，用于获取分布式光伏在配电网中的接入节点、接入量和接入节点对应的光伏逆变器有功无功控制策略；
[0074]
节点灵敏度排序模块，用于计算各个节点电压幅值对配电网所有光伏接入节点注入有功功率和无功功率的灵敏度；
[0075]
节点电压监测模块，用于监测各个接入节点运行时的电压幅值信息，判断是否有节点的运行电压越限；
[0076]
节点控制量调节模块，用于当有接入节点的电压越限时，选取接入节点中灵敏度排序最高且为正值的有功或无功控制点，结合选取的控制点当前的气象环境条件及对应的光伏逆变器有功无功控制策略，计算选取的控制点的控制调节量。
[0077]
本发明一实施例提供的终端设备的示意图。该实施例的终端设备包括：处理器、存储器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序。所述处理器执行所述计算机程序时实现上述各个方法实施例中的步骤。或者，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述各装置实施例中各模块/单元的功能。
[0078]
所述计算机程序可以被分割成一个或多个模块/单元，所述一个或者多个模块/单元被存储在所述存储器中，并由所述处理器执行，以完成本发明。
[0079]
所述终端设备可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。所述终端设备可包括，但不仅限于，处理器、存储器。
[0080]
所述处理器可以是中央处理单元(centralprocessingunit，cpu)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(digitalsignalprocessor，dsp)、专用集成电路(applicationspecificintegratedcircuit，asic)、现成可编程门阵列(field-programmablegatearray，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。
[0081]
所述存储器可用于存储所述计算机程序和/或模块，所述处理器通过运行或执行存储在所述存储器内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器内的数据，实现所述终端设备的各种功能。
[0082]
所述终端设备集成的模块/单元如果以软件功能单元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，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、u盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。
[0083]
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。