CN104868496A - 一种基于扩展qv节点潮流的光储有功功率协同输出方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于扩展QV节点潮流的光储有功功率协同输出方法，用以减少配电网电压波动。其具体步骤为：首先，获取电网网架参数，负荷数据及光伏有功出力数据；其次，设定各光储联合并网点的电压幅值；再次，采用扩展QV节点潮流计算得到储能有功输出功率，若储能输出功率超越储能系统功率上限，则按其上限功率输出；最后，得到光储有功功率协同输出结果。本发明方法能够实现光储有功功率协同输出，从而平滑各节点电压波动，减小电压越限概率，最大限度的利用可再生能源，具有工程实用价值。

Description

一种基于扩展QV节点潮流的光储有功功率协同输出方法

技术领域

本发明涉及电力系统的储能有功功率输出控制方法，特别涉及一种光储联合系统的有功功率协同输出方法。

背景技术

随着分布式电源(DG)的不断发展以及渗透率的持续增大，电力系统的运行与分析也发生了深刻的变化。以光伏发电、风电为主的DG一般分布在配电网中，DG并入配电网对功率的传输和电压分布有重要的影响，而潮流计算是对其影响进行量化分析的主要手段。为了最大限度的利用可再生能源以及便于控制，光伏发电、双馈风机发电等主要以单位功率因数运行，即只发有功功率。

实际上，DG对配电网的影响主要在于改变了潮流的分布，导致局部电压的抬高甚至越限。在光伏并网点处配置储能装置，能够有效的解决光伏并网引起的电压问题。因此，人们在对DG的电压约束的前提下，包括对DG的定容、储能的配置等问题的分析方面，不可避免的面临求解DG所在节点有功出力的问题。对于大部分以单位功率因数运行的DG，其无功出力Q＝0，而在分析时DG所在的节点电压V通常预先给予约束，如在10kV配电网中的安全运行电压约束上限V_max＝10.7kV和下限V_min＝9.3kV，由此，衍生出了已知节点无功功率Q以及电压幅值V，求解节点注入有功功率P的问题，即QV节点的潮流求解问题。

所谓的QV节点属于潮流计算扩展节点的一种，这类节点的无功功率Q和电压幅值V是给定的，节点的有功功率P和电压相角δ是待求量。一般约束节点电压的纯有功电源为这类节点，比如配电网中考虑电压约束配有储能的光伏电站。目前，国内外关于这类节点的研究甚少，尚未有系统的关于这类节点的求解方法。

在光伏并网点处配置储能装置，能够有效的解决光伏并网引起的电压问题。传统的光储联合系统的有功功率输出采用的是光储联合输出功率限值模式。考虑到光伏出力的不确定性以及负荷的实时波动，因此，需要光储联合并网点电压波动应尽可能小，从而实现抑制了其他节点电压的波动，以减小电压越限概率。

本发明提出一种基于扩展QV节点潮流的光储有功功率协同输出方法，扩展QV节点对光储联合并网点特性进行合理描述，通过调整牛顿法雅可比矩阵子块的阶数，实现对QV节点潮流的求解，从而得到了并网点电压控制下储能输出的有功功率。本发明提出的光储有功功率协同输出方法能够直接宏观的跟踪反映光伏出力的波动和系统负荷的变化，对电压波动有很好的抑制效果，能够避免弃光问题，最大限度利用可再生能源，在抑制电压波动问题、间接改善潮流、实现削峰填谷等方面均有显著的效果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光储联合系统的有功功率协同输出方法，实现光储联合并网点电压波动尽可能小，从而实现抑制了其他节点电压的波动，以减小电压越限概率。

本发明提出一种基于扩展QV节点潮流的光储有功功率协同输出方法，包括以下步骤：

(1)设定采样时间间隔Δt，则一天共p个时段；

(2)初始化时段序号，q＝1；

(3)获取第q时段负荷数据，光伏有功出力数据；

(4)在该时段运行方式下的网架拓扑结构中，对各节点进行编号并确定节点类型，把配有储能的光伏所在的光储联合并网点设定为QV节点，设共有n个节点，其中，1～m号节点为PQ节点共m个、(m+1)～(m+r)号节点为PV节点共r个、(m+r+1)～(m+r+s)号节点为QV节点共s个，则第n号节点为平衡节点，满足n＝m+r+s+1；

(5)输入原始数据，所述的原始数据包括相邻节点i，节点j之间线路电阻r_ij、线路电抗x_ij，线路接地电纳B_i0和B_j0，变压器的等效阻抗Z_T和接地导纳Y_T，各节点的负荷，配有储能的光伏的光储联合并网点的储能最大输出功率P_Simax，各节点的负荷；

(6)按历史运行数据及专家经验设定各光储联合并网点所在的第i个节点的各自电压约束幅值V_Yi；

(7)采用扩展QV节点潮流法计算得到光储联合并网点中储能的有功输出功率P_Siq，若P_Siq<P_Simax，则P_Siq＝P_Siq，若P_Siq≥P_Simax，则P_Siq＝P_Simax，将P_Siq的值存到光储联合并网点的储能输出功率数组P_Si；

(8)若q<p，则q＝q+1，返回步骤(3)，若q≥p，则输出各光储有功功率协同输出结果。

上述的一种基于扩展QV节点潮流的光储有功功率协同输出方法中，所述的扩展QV节点潮流法是指将光储联合并网点设定为QV节点，并通过修改牛顿法雅可比矩阵中各子块的阶数，以实现求解含QV节点潮流的方法，具体方法如下：

(1)输入各节点电压幅值初值V_i ⁽⁰⁾，各节点电压相角初值δ_i ⁽⁰⁾，对于QV节点，V_i ⁽⁰⁾＝V_Yi；

(2)根据线路及变压器阻抗导纳形成节点导纳矩阵；

(3)对于PQ节点，列出有功功率和无功功率的不平衡量方程式，对于PV节点，列出有功功率的不平衡量方程式，对于QV节点，列出无功功率的不平衡量方程式，所述的有功功率不平衡量方程式为：

$\mathrm{\&Delta;}{P}_i=P_{\mathrm{is}}-V_i\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{V}_j(G_{\mathrm{ij}}\cos {\mathrm{\&delta;}}_{\mathrm{ij}}+B_{\mathrm{ij}}\sin {\mathrm{\&delta;}}_{\mathrm{ij}})=0---\left(1\right)$

所述的无功功率不平衡量方程式为：

$\mathrm{\&Delta;}{Q}_i=Q_{\mathrm{is}}-V_i\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{V}_j(G_{\mathrm{ij}}\cos {\mathrm{\&delta;}}_{\mathrm{ij}}-B_{\mathrm{ij}}\sin {\mathrm{\&delta;}}_{\mathrm{ij}})=0---\left(2\right)$

式(1)、式(2)中的P_is、Q_is分别为第i个节点给定功率；

(4)设定迭代次数k的初值，k＝0，设定误差ε；

(5)计算第k次迭代各个节点的有功功率不平衡量ΔP_i ^(k)，无功功率不平衡量ΔQ_i ^(k)；

(6)若max{|ΔP_i ^(k),ΔQ_i ^(k)|}>ε，列写修改牛顿法雅可比矩阵中各子块的阶数的修正方程，有:

$\left[\begin{array}{c}\mathrm{\&Delta;P}\\ \mathrm{\&Delta;Q}\end{array}\right]=-\left[\begin{array}{cc}H& N\\ K& L\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}\mathrm{\&Delta;\&delta;}\\ V_{D_2}^{-1}\mathrm{\&Delta;V}\end{array}\right]---\left(3\right),$

式(3)中：ΔP为各个PQ节点和PV节点的有功不平衡量组成的(m+r)维列向量，ΔP＝[ΔP₁,ΔP₂,...,ΔP_m+r]^T；ΔQ为各个PQ节点和各个QV节点的无功不平衡量组成的(m+s)维列向量，ΔQ＝[ΔQ₁,...,ΔQ_m,ΔQ_m+r+1,...,ΔQ_n-1]^T；，Δδ为除平衡节点以外各个节点电压相角修正量组成的(n-1)维列向量，Δδ＝[Δδ₁,Δδ₂,...,Δδ_n-1]^T；ΔV为各个PQ节点的电压幅值修正量组成的m维列向量；为各个PQ节点的电压幅值组成的为m阶对角阵，H子块为(m+r)×(n-1)阶矩阵，其元素为N子块为(m+r)×m阶矩阵，其元素为K子块为(m+s)×(n-1)阶矩阵，其元素为L子块为(m+s)×m阶矩阵，其元素为由式(1)和式(2)求分别对电压幅值和相角偏导数，可以得到雅可比矩阵元素的表达式如下：

当i≠j时， $\left.\begin{array}{c}{N}_{\mathrm{ij}}=-V_i{V}_j(G_{\mathrm{ij}}\cos {\mathrm{\&delta;}}_{\mathrm{ij}}+B_{\mathrm{ij}}\sin {\mathrm{\&delta;}}_{\mathrm{ij}})\\ H_{\mathrm{ij}}=-V_i{V}_j(G_{\mathrm{ij}}\sin {\mathrm{\&delta;}}_{\mathrm{ij}}-B_{\mathrm{ij}}\cos {\mathrm{\&delta;}}_{\mathrm{ij}})\\ L_{\mathrm{ij}}=-V_i{V}_j(G_{\mathrm{ij}}\sin {\mathrm{\&delta;}}_{\mathrm{ij}}-B_{\mathrm{ij}}\cos {\mathrm{\&delta;}}_{\mathrm{ij}})\\ K_{\mathrm{ij}}=V_i{V}_j(G_{\mathrm{ij}}\cos {\mathrm{\&delta;}}_{\mathrm{ij}}+B_{\mathrm{ij}}\sin {\mathrm{\&delta;}}_{\mathrm{ij}})\end{array}\right\},$

当i＝j时， $\left.\begin{array}{c}{N}_{\mathrm{ii}}=-{V_i}^2{G}_{\mathrm{ii}}-P_i\\ H_{\mathrm{ii}}={V_i}^2{B}_{\mathrm{ii}}+Q_i\\ L_{\mathrm{ii}}={V_i}^2{B}_{\mathrm{ii}}-Q_i\\ K_{\mathrm{ii}}={V_i}^2{G}_{\mathrm{ii}}-P_i\end{array}\right\},$

求解式(3)修正方程式，解得节点电压幅值修正量ΔV_i ^(k)、节点电压相角则修正各节点电压为：

${V_i}^{(k+1)}={V_i}^{\left(k\right)}+\mathrm{\&Delta;}{V_i}^{\left(k\right)},{\mathrm{\&delta;}}_i^{(k+1)}={\mathrm{\&delta;}}_i^{\left(k\right)}+\mathrm{\&Delta;}{\mathrm{\&delta;}}_i^{\left(k\right)}---\left(4\right)$

求解全网各个节点的电压幅值V_i ^(k+1)和相角δ_i ^(k+1)，k＝k+1，返回步骤(5)；若max{|ΔP_i ^(k),ΔQ_i ^(k)|}≤ε，则提取此时全网各个节点的电压幅值V_i ^(k)和相角δ_i ^(k)，进入步骤(7)；

(7)根据全网各个节点的电压幅值和相角，由节点功率计算公式和线路传输功率计算公式获得PV节点、QV节点和平衡节点功率及全部线路传输功率，所述的节点功率计算公式为：

$P_{\mathrm{iq}}+j{Q}_{\mathrm{iq}}={\stackrel{\&CenterDot;}{V}}_i\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\stackrel{*}{Y}}_{\mathrm{ij}}{\stackrel{*}{V}}_j---\left(5\right),$

所述的线路传输功率计算公式为：

$S_{\mathrm{ijq}}=P_{\mathrm{ijq}}+{\mathrm{jQ}}_{\mathrm{ijq}}={V_i}^2{\stackrel{*}{y}}_{i0}+{\stackrel{\&CenterDot;}{V}}_i({\stackrel{*}{V}}_i-{\stackrel{*}{V}}_j){\stackrel{*}{y}}_{\mathrm{ij}}---\left(6\right);$

(8)由步骤(7)得到的第q时段QV节点的注入有功功率P_iq，则第q时段光储联合并网点中储能的有功输出功率P_Siq为QV节点的有功功率P_iq与第q时段光储联合并网点中光伏的有功功率P_PViq之差，有：

P_Siq＝P_iq-P_PViq   (7)。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

(1)扩展QV节点潮流对光储联合并网点进行合理描述，系统提出了含QV节点潮流的求解方法，有效地解决了含QV节点的潮流计算求解问题，实现某些节点在保证电压约束及无功约束的前提下的潮流求解；

(2)所提出的基于扩展QV节点潮流的光储有功功率协同输出方法对各节点的电压波动有很好的抑制效果。

附图说明

图1是基于扩展QV节点潮流的光储有功功率协同输出方法的流程示意图。

图2是某10kV配电网关键节点网络拓扑结构图。

图3是各节点负荷功率曲线图；其中：图3a为各节点负荷有功功率曲线图，图3b为各节点负荷无功功率曲线图。

图4是光伏出力曲线图。

图5是采用本发明方法后各节点的电压曲线图。

图6是光储联合系统输出的有功功率曲线图；其中：图6a为节点6的光储联合系统输出的有功功率曲线图，图6b为节点10的光储联合系统输出的有功功率曲线图。

具体实施方式

以下结合附图和实例对本发明的具体实施做进一步说明，需指出的是，以下若有未特别详细说明之过程或符号，均是本领域技术人员可参照现有技术理解或实现的。

图1反映了基于扩展QV节点潮流的光储联合日前计划制定方法的流程。基于扩展QV节点潮流的光储联合日前计划制定方法包括：

(1)设定采样时间间隔Δt，则一天共p个时段；

(2)初始化时段序号，q＝1；

(3)获取第q时段负荷数据，光伏有功出力数据；

(4)在该时段运行方式下的网架拓扑结构中，对各节点进行编号并确定节点类型，把配有储能的光伏所在的光储联合并网点设定为QV节点，设共有n个节点，其中，1～m号节点为PQ节点共m个、(m+1)～(m+r)号节点为PV节点共r个、(m+r+1)～(m+r+s)号节点为QV节点共s个，则第n号节点为平衡节点，满足n＝m+r+s+1；

(5)输入原始数据，所述的原始数据包括相邻节点i，节点j之间线路电阻r_ij、线路电抗x_ij，线路接地电纳B_i0和B_j0，变压器的等效阻抗Z_T和接地导纳Y_T，各节点的负荷，配有储能的光伏的光储联合并网点的储能最大输出功率P_Simax，各节点的负荷；

(6)按历史运行数据及专家经验设定各光储联合并网点所在的第i个节点的各自电压约束幅值V_Yi；

(7)采用扩展QV节点潮流法计算得到光储联合并网点中储能的有功输出功率P_Siq，若P_Siq<P_Simax，则P_Siq＝P_Siq，若P_Siq≥P_Simax，则P_Siq＝P_Simax，将P_Siq的值存到光储联合并网点的储能输出功率数组P_Si；

扩展QV节点潮流法是指将光储联合并网点设定为QV节点，并通过修改牛顿法雅可比矩阵中各子块的阶数，以实现求解含QV节点潮流的方法，具体方法如下：

输入各节点电压幅值初值V_i ⁽⁰⁾，各节点电压相角初值δ_i ⁽⁰⁾，对于QV节点，V_i ⁽⁰⁾＝V_Yi，

根据线路及变压器阻抗导纳形成节点导纳矩阵，

对于PQ节点，列出有功功率和无功功率的不平衡量方程式，对于PV节点，列出有功功率的不平衡量方程式，对于QV节点，列出无功功率的不平衡量方程式，所述的有功功率不平衡量方程式为：

$\mathrm{\&Delta;}{P}_i=P_{\mathrm{is}}-V_i\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{V}_j(G_{\mathrm{ij}}\cos {\mathrm{\&delta;}}_{\mathrm{ij}}+B_{\mathrm{ij}}\sin {\mathrm{\&delta;}}_{\mathrm{ij}})=0---\left(1\right),$

所述的无功功率不平衡量方程式为：

$\mathrm{\&Delta;}{Q}_i=Q_{\mathrm{is}}-V_i\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{V}_j(G_{\mathrm{ij}}\cos {\mathrm{\&delta;}}_{\mathrm{ij}}-B_{\mathrm{ij}}\sin {\mathrm{\&delta;}}_{\mathrm{ij}})=0---\left(2\right),$

式(1)、式(2)中的P_is、Q_is分别为第i个节点给定功率，

设定迭代次数k的初值，k＝0，设定误差ε，

计算第k次迭代各个节点的有功功率不平衡量ΔP_i ^(k)，无功功率不平衡量ΔQ_i ^(k)，

若max{|ΔP_i ^(k),ΔQ_i ^(k)|}>ε，列写修改牛顿法雅可比矩阵中各子块的阶数的修正方程，有：

$\left[\begin{array}{c}\mathrm{\&Delta;P}\\ \mathrm{\&Delta;Q}\end{array}\right]=-\left[\begin{array}{cc}H& N\\ K& L\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}\mathrm{\&Delta;\&delta;}\\ V_{D_2}^{-1}\mathrm{\&Delta;V}\end{array}\right]---\left(3\right),$

式(3)中：ΔP为各个PQ节点和PV节点的有功不平衡量组成的(m+r)维列向量，ΔP＝[ΔP₁,ΔP₂,...,ΔP_m+r]^T；ΔQ为各个PQ节点和各个QV节点的无功不平衡量组成的(m+s)维列向量，ΔQ＝[ΔQ₁,...,ΔQ_m,ΔQ_m+r+1,...,ΔQ_n-1]^T；，Δδ为除平衡节点以外各个节点电压相角修正量组成的(n-1)维列向量，Δδ＝[Δδ₁,Δδ₂,...,Δδ_n-1]^T；ΔV为各个PQ节点的电压幅值修正量组成的m维列向量；为各个PQ节点的电压幅值组成的为m阶对角阵，H子块为(m+r)×(n-1)阶矩阵，其元素为N子块为(m+r)×m阶矩阵，其元素为K子块为(m+s)×(n-1)阶矩阵，其元素为L子块为(m+s)×m阶矩阵，其元素为由式(1)和式(2)求分别对电压幅值和相角偏导数，可以得到雅可比矩阵元素的表达式如下：

当i≠j时， $\left.\begin{array}{c}{N}_{\mathrm{ij}}=-V_i{V}_j(G_{\mathrm{ij}}\cos {\mathrm{\&delta;}}_{\mathrm{ij}}+B_{\mathrm{ij}}\sin {\mathrm{\&delta;}}_{\mathrm{ij}})\\ H_{\mathrm{ij}}=-V_i{V}_j(G_{\mathrm{ij}}\sin {\mathrm{\&delta;}}_{\mathrm{ij}}-B_{\mathrm{ij}}\cos {\mathrm{\&delta;}}_{\mathrm{ij}})\\ L_{\mathrm{ij}}=-V_i{V}_j(G_{\mathrm{ij}}\sin {\mathrm{\&delta;}}_{\mathrm{ij}}-B_{\mathrm{ij}}\cos {\mathrm{\&delta;}}_{\mathrm{ij}})\\ K_{\mathrm{ij}}=V_i{V}_j(G_{\mathrm{ij}}\cos {\mathrm{\&delta;}}_{\mathrm{ij}}+B_{\mathrm{ij}}\sin {\mathrm{\&delta;}}_{\mathrm{ij}})\end{array}\right\},$

当i＝j时， $\left.\begin{array}{c}{N}_{\mathrm{ii}}=-{V_i}^2{G}_{\mathrm{ii}}-P_i\\ H_{\mathrm{ii}}={V_i}^2{B}_{\mathrm{ii}}+Q_i\\ L_{\mathrm{ii}}={V_i}^2{B}_{\mathrm{ii}}-Q_i\\ K_{\mathrm{ii}}={V_i}^2{G}_{\mathrm{ii}}-P_i\end{array}\right\},$

求解式(3)修正方程式，解得节点电压幅值修正量ΔV_i ^(k)、节点电压相角则修正各节点电压为：

${V_i}^{(k+1)}={V_i}^{\left(k\right)}+\mathrm{\&Delta;}{V_i}^{\left(k\right)},{\mathrm{\&delta;}}_i^{(k+1)}={\mathrm{\&delta;}}_i^{\left(k\right)}+\mathrm{\&Delta;}{\mathrm{\&delta;}}_i^{\left(k\right)}---\left(4\right),$

求解全网各个节点的电压幅值V_i ^(k+1)和相角δ_i ^(k+1)，k＝k+1，返回计算第k次迭代各个节点的有功功率不平衡量ΔP_i ^(k)，无功功率不平衡量ΔQ_i ^(k)，之后继续按上述步骤顺序往下；若max{|ΔP_i ^(k),ΔQ_i ^(k)|}≤ε，则提取此时全网各个节点的电压幅值V_i ^(k)和相角δ_i ^(k)，进入下一个步骤；

根据全网各个节点的电压幅值和相角，由节点功率计算公式和线路传输功率计算公式获得PV节点、QV节点和平衡节点功率及全部线路传输功率，所述的节点功率计算公式为：

$P_{\mathrm{iq}}+j{Q}_{\mathrm{iq}}={\stackrel{\&CenterDot;}{V}}_i\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\stackrel{*}{Y}}_{\mathrm{ij}}{\stackrel{*}{V}}_j---\left(5\right),$

所述的线路传输功率计算公式为：

$S_{\mathrm{ijq}}=P_{\mathrm{ijq}}+{\mathrm{jQ}}_{\mathrm{ijq}}={V_i}^2{\stackrel{*}{y}}_{i0}+{\stackrel{\&CenterDot;}{V}}_i({\stackrel{*}{V}}_i-{\stackrel{*}{V}}_j){\stackrel{*}{y}}_{\mathrm{ij}}---\left(6\right),$

由上面得到的第q时段QV节点的注入有功功率P_iq，则第q时段光储联合并网点中储能的有功输出功率P_Siq为QV节点的有功功率P_iq与第q时段光储联合并网点中光伏的有功输出功率P_PViq之差，有：

P_Siq＝P_iq-P_PViq   (7)；

(8)若q<p，则q＝q+1，返回步骤(3)，若q≥p，则输出各光储有功功率协同输出结果。

以下是本发明方法的一个算例，以某10kV配电网为例进行仿真计算，图2显示了该电网的拓扑结构，图中，节点1为平衡节点，电压标幺值V₁＝1.05p.u.。节点6、节点10为配有储能的光伏并网节点，光伏以单位功率因数运行，即为纯有功电源，储能也以单位功率因数运行。节点6光伏接入容量为800kW，节点10的光伏接入容量为1000kW。负荷、光伏日前预测数据分别如图3、图4所示。线路阻抗数据如表1所示。

表1线路参数

算例的计算求解按照以下步骤在matlab编写含QV节点潮流计算程序进行迭代计算。

(1)设定采样时间间隔Δt＝1h，则一天共p＝24个时段；

(2)初始化时段序号，q＝1；

(3)获取第q时段负荷数据，光伏有功出力数据，负荷数据、光伏电厂出力数据如图3、图4；

(4)在该时段运行方式下的网架拓扑结构中，对各节点进行编号并确定节点类型，把配有储能的光伏所在的光储联合并网点设定为QV节点，设共有n＝10个节点，其中，PQ节点共m＝7个、PV节点共r＝0个、QV节点共s＝2个；

(5)输入原始数据，所述的原始数据包括相邻节点i，节点j之间线路电阻r_ij、线路电抗x_ij，线路接地电纳B_i0和B_j0，变压器的等效阻抗Z_T和接地导纳Y_T，各节点的负荷，配有储能的光伏的光储联合并网点的储能最大输出功率P_Simax，其中，节点6储能的最大输出功率为P_S6max＝566kW，节点10储能的最大输出功率为P_S10max＝707kW；

(6)按历史运行数据及专家经验设定各光储联合并网点所在的第i个节点的各自电压约束幅值V_Yi，节点6的光储联合并网点电压约束幅值V_Y6＝0.96，节点10的光储联合并网点电压约束幅值V_Y10＝0.965；

(7)采用扩展QV节点潮流法计算得到光储联合并网点中储能的有功输出功率P_Siq，若P_Siq<P_Simax，则P_Siq＝P_Siq，若P_Siq≥P_Simax，则P_Siq＝P_Simax，将P_Siq的值存到光储联合并网点的储能输出功率数组P_Si；

扩展QV节点潮流法是指将光储联合并网点设定为QV节点，并通过修改牛顿法雅可比矩阵中各子块的阶数，以实现求解含QV节点潮流的方法，具体方法如下：

输入各节点电压幅值初值V_i ⁽⁰⁾，各节点电压相角初值δ_i ⁽⁰⁾，对于QV节点，V_i ⁽⁰⁾＝V_Yi，

根据线路及变压器阻抗导纳形成节点导纳矩阵，

对于PQ节点，列出有功功率和无功功率的不平衡量方程式，对于PV节点，列出有功功率的不平衡量方程式，对于QV节点，列出无功功率的不平衡量方程式，所述的有功功率不平衡量方程式为：

$\mathrm{\&Delta;}{P}_i=P_{\mathrm{is}}-V_i\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{V}_j(G_{\mathrm{ij}}\cos {\mathrm{\&delta;}}_{\mathrm{ij}}+B_{\mathrm{ij}}\sin {\mathrm{\&delta;}}_{\mathrm{ij}})=0---\left(1\right),$

所述的无功功率不平衡量方程式为：

$\mathrm{\&Delta;}{Q}_i=Q_{\mathrm{is}}-V_i\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{V}_j(G_{\mathrm{ij}}\cos {\mathrm{\&delta;}}_{\mathrm{ij}}-B_{\mathrm{ij}}\sin {\mathrm{\&delta;}}_{\mathrm{ij}})=0---\left(2\right),$

式(1)、式(2)中的P_is、Q_is分别为第i个节点给定功率，

设定迭代次数k的初值，k＝0，设定误差ε＝0.0001，

计算第k次迭代各个节点的有功功率不平衡量ΔP_i ^(k)，无功功率不平衡量ΔQ_i ^(k)，

若max{|ΔP_i ^(k),ΔQ_i ^(k)|}>ε，列写修改牛顿法雅可比矩阵中各子块的阶数的修正方程，有：

$\left[\begin{array}{c}\mathrm{\&Delta;P}\\ \mathrm{\&Delta;Q}\end{array}\right]=-\left[\begin{array}{cc}H& N\\ K& L\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}\mathrm{\&Delta;\&delta;}\\ V_{D_2}^{-1}\mathrm{\&Delta;V}\end{array}\right]---\left(3\right),$

式(1)中：ΔP为各个PQ节点和PV节点的有功不平衡量组成的(m+r)＝7维列向量，ΔP＝[ΔP₁,ΔP₂,...,ΔP_m+r]^T；ΔQ为各个PQ节点和各个QV节点的无功不平衡量组成的(m+s)＝9维列向量，ΔQ＝[ΔQ₁,...,ΔQ_m,ΔQ_m+r+1,...,ΔQ_n-1]^T；，Δδ为除平衡节点以外各个节点电压相角修正量组成的(n-1)＝9维列向量，Δδ＝[Δδ₁,Δδ₂,...,Δδ_n-1]^T；ΔV为各个PQ节点的电压幅值修正量组成的m＝7维列向量；为各个PQ节点的电压幅值组成的为m＝7阶对角阵，H子块为(m+r)×(n-1)阶矩阵，即7×9阶矩阵，其元素为N子块为(m+r)×m阶矩阵，即7×7阶矩阵，其元素为K子块为(m+s)×(n-1)阶矩阵，即9×9阶矩阵，其元素为L子块为(m+s)×m阶矩阵，即9×7阶矩阵，其元素为由式(1)和式(2)求分别对电压幅值和相角偏导数，可以得到雅可比矩阵元素的表达式如下：

当i≠j时， $\left.\begin{array}{c}{N}_{\mathrm{ij}}=-V_i{V}_j(G_{\mathrm{ij}}\cos {\mathrm{\&delta;}}_{\mathrm{ij}}+B_{\mathrm{ij}}\sin {\mathrm{\&delta;}}_{\mathrm{ij}})\\ H_{\mathrm{ij}}=-V_i{V}_j(G_{\mathrm{ij}}\sin {\mathrm{\&delta;}}_{\mathrm{ij}}-B_{\mathrm{ij}}\cos {\mathrm{\&delta;}}_{\mathrm{ij}})\\ L_{\mathrm{ij}}=-V_i{V}_j(G_{\mathrm{ij}}\sin {\mathrm{\&delta;}}_{\mathrm{ij}}-B_{\mathrm{ij}}\cos {\mathrm{\&delta;}}_{\mathrm{ij}})\\ K_{\mathrm{ij}}=V_i{V}_j(G_{\mathrm{ij}}\cos {\mathrm{\&delta;}}_{\mathrm{ij}}+B_{\mathrm{ij}}\sin {\mathrm{\&delta;}}_{\mathrm{ij}})\end{array}\right\},$

当i＝j时， $\left.\begin{array}{c}{N}_{\mathrm{ii}}=-{V_i}^2{G}_{\mathrm{ii}}-P_i\\ H_{\mathrm{ii}}={V_i}^2{B}_{\mathrm{ii}}+Q_i\\ L_{\mathrm{ii}}={V_i}^2{B}_{\mathrm{ii}}-Q_i\\ K_{\mathrm{ii}}={V_i}^2{G}_{\mathrm{ii}}-P_i\end{array}\right\},$

求解式(3)修正方程式，解得节点电压幅值修正量ΔV_i ^(k)、节点电压相角则修正各节点电压为：

${V_i}^{(k+1)}={V_i}^{\left(k\right)}+\mathrm{\&Delta;}{V_i}^{\left(k\right)},{\mathrm{\&delta;}}_i^{(k+1)}={\mathrm{\&delta;}}_i^{\left(k\right)}+\mathrm{\&Delta;}{\mathrm{\&delta;}}_i^{\left(k\right)}---\left(4\right),$

求解全网各个节点的电压幅值V_i ^(k+1)和相角δ_i ^(k+1)，k＝k+1，返回计算第k次迭代各个节点的有功功率不平衡量ΔP_i ^(k)，无功功率不平衡量ΔQ_i ^(k)，之后继续按上述步骤顺序往下；若max{|ΔP_i ^(k),ΔQ_i ^(k)|}≤ε，则提取此时全网各个节点的电压幅值V_i ^(k)和相角δ_i ^(k)，进入下一个步骤；

根据全网各个节点的电压幅值和相角，由节点功率计算公式和线路传输功率计算公式获得PV节点、QV节点和平衡节点功率及全部线路传输功率，所述的节点功率计算公式为：

$P_{\mathrm{iq}}+j{Q}_{\mathrm{iq}}={\stackrel{\&CenterDot;}{V}}_i\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\stackrel{*}{Y}}_{\mathrm{ij}}{\stackrel{*}{V}}_j---\left(5\right),$

所述的线路传输功率计算公式为：

$S_{\mathrm{ijq}}=P_{\mathrm{ijq}}+{\mathrm{jQ}}_{\mathrm{ijq}}={V_i}^2{\stackrel{*}{y}}_{i0}+{\stackrel{\&CenterDot;}{V}}_i({\stackrel{*}{V}}_i-{\stackrel{*}{V}}_j){\stackrel{*}{y}}_{\mathrm{ij}}---\left(6\right),$

由上面得到的第q时段QV节点的注入有功功率P_iq，则第q时段光储联合并网点中储能的有功输出功率P_Siq为QV节点的有功功率P_iq与第q时段光储联合并网点中光伏的有功输出功率P_PViq之差，有：

P_Siq＝P_iq-P_PViq   (7)；

(8)若q<p，则q＝q+1，返回步骤(3)，若q≥p，则输出各光储有功功率协同输出结果。

通过matlab编写含QV节点潮流计算程序进行计算，节点6光储联合日前计划结果如表2所示，节点10光储联合日前计划结果如表3所示。

表2光储联合日前计划结果(节点6)

注：储能功率为“负”表示你储能处于充电状态，储能功率为“正”表示储能处于放电状态。

表3光储联合日前计划结果(节点10)

注：储能功率为“负”表示你储能处于充电状态，储能功率为“正”表示储能处于放电状态。

采用本发明方法后，各节点电压曲线图如图5所示，节点6、节点10所在的光储联合系统输出的有功功率曲线图分别如图6a、图6b所示。由图5可知，各节点电压波动非常平缓，且不会出现越限情况。这充分证明本发明方法能够有效的抑制电压波动，并且有利于最大限度促进光伏发电的利用，减少弃光问题。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本发明的精神实质和原理下所作的修改、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种基于扩展QV节点潮流的光储有功功率协同输出方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)设定采样时间间隔Δt，则一天共p个时段；

(2)初始化时段序号，q＝1；

(3)获取第q时段负荷数据，光伏有功出力数据；

(4)在该时段运行方式下的网架拓扑结构中，对各节点进行编号并确定节点类型，把配有储能的光伏所在的光储联合并网点设定为QV节点，设共有n个节点，其中，1～m号节点为PQ节点共m个、(m+1)～(m+r)号节点为PV节点共r个、(m+r+1)～(m+r+s)号节点为QV节点共s个，则第n号节点为平衡节点，满足n＝m+r+s+1；

(5)输入原始数据，所述的原始数据包括相邻节点i，节点j之间线路电阻r_ij、线路电抗x_ij，线路接地电纳B_i0和B_j0，变压器的等效阻抗Z_T和接地导纳Y_T，各节点的负荷，配有储能的光伏的光储联合并网点的储能最大输出功率P_Simax，各节点的负荷；

(6)按历史运行数据及专家经验设定各光储联合并网点所在的第i个节点的各自电压约束幅值V_Yi；

(7)采用扩展QV节点潮流法计算得到光储联合并网点中储能的有功输出功率P_Siq，若P_Siq<P_Simax，则P_Siq＝P_Siq，若P_Siq≥P_Simax，则P_Siq＝P_Simax，将P_Siq的值存到光储联合并网点的储能输出功率数组P_Si；

(8)若q<p，则q＝q+1，返回步骤(3)，若q≥p，则输出各光储有功功率协同输出结果。

2.根据权利要求1所述的一种基于扩展QV节点潮流的光储有功功率协同输出方法，其特征在于：步骤(7)所述扩展QV节点潮流法是指将光储联合并网点设定为QV节点，并通过修改牛顿法雅可比矩阵中各子块的阶数，以实现求解含QV节点潮流的方法，具体方法如下：

(1)输入各节点电压幅值初值各节点电压相角初值对于QV节点， $V_i^{\left(0\right)}=V_{\mathrm{Yi}};$

(2)根据线路及变压器阻抗导纳形成节点导纳矩阵；

(3)对于PQ节点，列出有功功率和无功功率的不平衡量方程式，对于PV节点，列出有功功率的不平衡量方程式，对于QV节点，列出无功功率的不平衡量方程式；

(4)设定迭代次数k的初值，k＝0，设定误差ε；

(5)计算第k次迭代各个节点的有功功率不平衡量无功功率不平衡量

(6)若列写修改牛顿法雅可比矩阵中各子块的阶数的修正方程，有:

$\left[\begin{array}{c}\mathrm{\&Delta;P}\\ \mathrm{\&Delta;Q}\end{array}\right]=-\left[\begin{array}{cc}H& N\\ K& L\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}\mathrm{\&Delta;\&delta;}\\ V_{D_2}^{-1}\mathrm{\&Delta;V}\end{array}\right]---\left(1\right),$

式(1)中：ΔP为各个PQ节点和PV节点的有功不平衡量组成的(m+r)维列向量，ΔP＝[ΔP₁,ΔP₂,...,ΔP_m+r]^T；ΔQ为各个PQ节点和各个QV节点的无功不平衡量组成的(m+s)维列向量，ΔQ＝[ΔQ₁,...,ΔQ_m,ΔQ_m+r+1,...,ΔQ_n-1]^T；，Δδ为除平衡节点以外各个节点电压相角修正量组成的(n-1)维列向量，Δδ＝[Δδ₁,Δδ₂,...,Δδ_n-1]^T；ΔV为各个PQ节点的电压幅值修正量组成的m维列向量；为各个PQ节点的电压幅值组成的为m阶对角阵，H子块为(m+r)×(n-1)阶矩阵，其元素为N子块为(m+r)×m阶矩阵，其元素为K子块为(m+s)×(n-1)阶矩阵，其元素为L子块为(m+s)×m阶矩阵，其元素为 $L_{\mathrm{ij}}=V_j\frac{\&PartialD;\mathrm{\&Delta;}{Q}_i}{\&PartialD;V_j},$

求解式(1)修正方程式，解得节点电压幅值修正量节点电压相角则修正各节点电压为：

$V_i^{(k+1)}=V_i^{\left(k\right)}+\mathrm{\&Delta;}{V}_i^{\left(k\right)},{\mathrm{\&delta;}}_i^{(k+1)}={\mathrm{\&delta;}}_i^{\left(k\right)}+\mathrm{\&Delta;}{\mathrm{\&delta;}}_i^{\left(k\right)}---\left(2\right)$

求解全网各个节点的电压幅值和相角k＝k+1，返回步骤(5)；若则提取此时全网各个节点的电压幅值和相角进入步骤(7)；

(7)根据全网各个节点的电压幅值和相角，由节点功率计算公式和线路传输功率计算公式获得PV节点、QV节点和平衡节点功率及全部线路传输功率；

(8)由步骤(7)得到的第q时段QV节点的注入有功功率P_iq，则第q时段光储联合并网点中储能的有功输出功率P_Siq为QV节点的有功功率P_iq与第q时段光储联合并网点中光伏的有功功率P_PViq之差，有：

P_Siq＝P_iq-P_PViq   (3)。