一种阻抗自适应的逆变器无功电压控制参数优化方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及光伏逆变器无功电压控制参数优化领域，更具体地说是涉及一种含分 布式光伏的配电网中光伏逆变器的分区电压控制及逆变器无功电压控制参数的多目标优 化方法。
【背景技术】
[0002] 随着光伏发电技术的进步及国家政策的支持，分布式光伏发电得到快速发展，分 布式光伏安装容量日益增加，配电网中分布式光伏朝着高渗透率、高密度方向发展。大量 分布式光伏接入配电网对电压安全稳定运行产生了重要影响，在现有含光伏的配电网的电 压控制技术中，主要集中于配电站有载调压器调压措施、无功补偿电容器组的投切、光伏限 功率运行三个方面，而对于高密度分布式光伏发电系统自身的无功电压调节能力则很少研 究。
[0003] 现有研究分布式光伏发电系统电压控制方面，大部分分布式光伏发电系统处于不 可控的单位功率因数运行状态，一部分具有定功率因数运行功能，或者运行于可调的功率 因数情形，但这些方法均不能根据光伏发电系统并网点电压进行无功的实时调节以保证各 节点电压均在电压安全约束范围内。在采用V(Q)控制方法中，光伏逆变器的无功电压控制 死区D两端点对应的参数Vthl和Vth2通常采取关于1.Op.u.电压标么值对称的参数整定方 法，甚至部分研究直接根据经验确定该参数数值。实际中，因各个光伏安装容量、位置及节 点负荷大小不同将会导致各分布式光伏并网点电压所处水平不一致，即不同安装位置的光 伏逆变器的V(Q)特性并不完全一致，故全网统一的逆变器控制参数优化显得不合理。目前 尚未有方法能进行在线实时的各逆变器参数的整定，尤其当有两台及以上逆变器并联接入 同一公共连接点时，此时逆变器无功电压V(?控制参数的整定成为难点。
[0004] 在含高密度分布式光伏的配电网中，迫切需要提出一种不仅能控制配电网电压安 全稳定的方法，同时还能在线实时进行逆变器的参数整定的方法。
【发明内容】
[0005] 针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种阻抗自适应的逆变器无功电压 控制参数优化方法，通过epsilon解耦算法实现配电网中分布式光伏发电系统的分区控 制，各分区内部通过无功电压的V(Q)控制，以全年电压偏差最小、无功需求量最小及全年 无功损耗最小为目标函数实现各逆变器V(?控制参数的优化整定，采用年时序仿真考虑 了分布式光伏发电系统和负荷的波动性和随机性。
[0006] 本发明解决上述技术问题所采用的技术方案如下：
[0007] 本阻抗自适应的逆变器无功电压控制参数优化方法的特点是按如下步骤进行：
[0008] 步骤1、对含分布式光伏的配电网进行潮流计算，得到含有M个PQ节点及一个平衡 节点的配电网的Jacobi矩阵JM，M为正整数，所述配电网的总节点数为M+1 ;
[0009] 所述配电网的Jacobi矩阵JM按如下方式计算得到：
[0010] (1)、获取所述配电网的电气参数，所述电气参数包括线路阻抗、各节点负荷有功 及无功分量、系统电压等级、光伏安装容量、逆变器功率因数运行范围、年小时辐照强度及 环境温度；
[0011] ⑵、利用所述电气参数根据Newtown-Raphson算法进行配电网潮流计算，得到配 电网线性化的节点功率方程如式（1):
[0012]
[0013] 式⑴中：
[0014] AS和AV分别为配电网PQ节点的电压相角变化量和电压幅值变化量；
[0015] AP和AQ分别为配电网PQ节点注入的有功功率变化量和无功功率变化量；
[0016] S5P和SVP分别为配电网PQ节点的有功电压相角灵敏度矩阵和有功电压幅值灵敏 度矩阵；
[0017] S5Q和SVQ分别为配电网PQ节点的无功电压相角灵敏度矩阵和无功电压幅值灵敏 度矩阵；
[0018] 则Jacobi矩阵JM为：
[0019] 步骤2、对于所述Jacobi矩阵JM中的无功电压幅值灵敏度矩阵SVQ按行进行归一 化，得到归一化矩阵S'VQ，并对所述归一化矩阵S'VQ进行epsilon解親计算，具体按如下 步骤进行：
[0020] ⑴、矩阵SVQ表征为：SVQ=[sJmxm，Sl]为矩阵SVQ第i行第j列的元素，则有：
[0021]
[0022] 记KpK2~IV"KM依次为矩阵SVQ中各行元素绝对值的最大值，并对矩阵SVQ各行 按s'sij/Ki进行归一化，得到归一化矩阵S'VQ，S' VQ= [s'i.j]MXM;其中：i，?]?= 1，2,…，M，所述矩阵SVQ和矩阵S'VQ均为M维矩阵；
[0023] (2)、对所述归一化矩阵S' %按如下过程进行epsilon解耦计算得到强耦合性节 点矩阵却Q :设定阈值e，并按式（2)对矩阵S'VQ进行epsilon解耦计算得到强耦合性节 点矩阵
[0024]
(2)
[0025] 若S' VQ中元素s' i.j为：|s' 。| <e，则令s'0 ;
[0026] 若S' VQ中元素s' 1]=为|s' J彡e，则保持s' ^原先数值；式Q中各元素均 大于e，eSR为残差矩阵，SR*各元素均小于或等于1 ;
[0027] (3)、矩阵起Q通过式⑶的行列置换矩阵W的变换得到由N个分块矩阵W"An 构成的对角矩阵乂义g=办叹丨冬4,…，.'\丨，0<
[0028]
(3)
[0029] 式（3)中，行列置换矩阵W由深度优先搜索DFS算法计算得到；
[0030] (4)、采用线性递增法确定最优阈值ep:
[0031] 选取e满足s'min彡e彡s' _，取e从s'min开始按照步长Ae= 〇?Is'max 进行线性递增，重复步骤2中（2)至（3)的过程，计算不同e下矩阵S'VQ的印silon解耦计 算，当首次计算得到所有分块矩阵Ai、A2~AN的维数均不超过矩阵S'VQ维数的15% -20% 时，确定此时的e为最优阈值ep;s'min和s' _分别为矩阵S'VQ中元素s' ^的最小 元素和最大元素；
[0032] (5)、由所述行列置换矩阵W及最优阈值ep对矩阵S' %进行最优epsilon分解 得到最优对角矩阵；|为：
[003^1
[0034] 所述最优对角矩阵的^中N个分块矩阵A2，…，AN分别一一对应将配电网中M个 PQ节点划分到N个相互独立且不重叠的子区域队，82，…，BNft，且在配电网同一子区域中的 各节点视为电压无功强耦合点，不同子区域之间各节点则具有弱耦合性；
[0035] 步骤3、所述配电网中N个相互独立且不重叠的子区域队，B2，…，BN内逆变器均采 用无功电压V(?控制方法进行光伏并网点的电压调节；
[0036] 步骤4、采用由逆变器向配电网注入低频谐波电流的阻抗自适应方法在线实时测 量各逆变器接入点短路阻抗Z，并由测量得到的阻抗Z与根据式（4)的阻抗自适应特性曲线 D=f(Z)确定无功电压V(Q)控制的死区宽度D:
[0037]
[0038]式⑷中，0_和D_分别为逆变器死区宽度最小值和最大值，取D_=0,D_= 0. 2p.u.，ZJPZ"分别表示阻抗自适应下垂区间的最小值和最大值，ZJPZH由通过实际测 量获得的逆变器并网点短路阻抗最小值和最大值确定；
[0039] 所述由逆变器向配电网注入低频谐波电流的阻抗自适应方法在线实时测量各逆 变器接入点短路阻抗Z是按如下过程进行：
[0040] 通过逆变器向配电网注入低频谐波电流，并在线实时测量逆变器并网点处的电压 向量及电流向量，按式（5)计算得到该时刻逆变器的接入点短路阻抗Z:
[0041 ]
[0042] 式（5)中，V和I分别为逆变器并网点处电压及电流幅值，办和科分别为逆变器并 网点处电压相角和电流相角，心和"分别为电网电阻和电抗分量，co为注入谐波次数；
[0043] 步骤5、在含有2台及以上的逆变器并联接入配电网时，采用具有谐波补偿功能的 逆变器依次向配电网注入低频谐波电流的方法测量各逆变器接入点短路阻抗Z，所述逆变 器具有的谐波补偿功能由比例谐振控制器单元实现；所述比例谐振控制器单元的传递函数 Gconp (s)为：
[0044]