CN105470984A - 一种分布式光伏电站模糊自适应电压控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种分布式光伏电站模糊自适应电压控制方法，包括：分布式光伏电站就地电压控制数据采集；基于模糊逻辑的期望电压区间自适应调整；含分布式光伏电站的有源配电网运行工况监测；基于控制模式切换的模糊自适应电压控制。本发明根据本地测量信息，利用基于模糊逻辑的电压期望值区间自适应调整方法和基于模式切换的模糊自适应电压控制方法，在多种工况下实现分布式光伏电站的就地自适应电压控制，使分布式光伏电站具备了参与电网电压调节的能力，充分发挥分布式光伏电站本身的电压控制能力，从而稳定并网点电压，并降低分布式光伏电站并网冲击，促进分布式光伏发电的高渗透消纳，进一步发挥分布式光伏电站的能效和环境效益。

Description

一种分布式光伏电站模糊自适应电压控制方法

技术领域

本发明涉及分布式光伏电站电压控制领域，具体涉及一种分布式光伏电站模糊自适应电压控制方法。

背景技术

光伏电站主要有两种，分别为大规模集中式光伏电站电站(PVPS，Photovoltaicpowerstation)和分布式光伏电站(DPVPS，DistributedPhotovoltaicPowerStations)，其中，分布式光伏电站通过逆变器并网，利用并网逆变器控制实现有功、无功的解耦，并使分布式光伏电站能采用逆变器无功控制为电网提供无功支撑。国家标准《光伏发电系统接入配电网技术规定》明确规定光伏发电系统功率因数应在超前0.95-滞后0.95范围内连续可调，且在其无功输出范围内，应具备根据并网点电压水平调节无功输出、参与电网电压调节的能力，其调节方式和参考电压、电压调差率等参数可由电网调度机构设定。尤其当分布式光伏电站高渗透并网时，当渗透率达到一定程度后，分布式光伏电站本身的无功电压控制能力甚至可完全取代调压电容器。目前，国内外对光伏电站无功电压控制问题进行了相关研究，但主要集中在大型集中式光伏电站的无功电压优化控制和分布式光伏电站的全局电压控制等方面，对分布式光伏电站的电压、无功独立就地控制方面的研究仍需进一步深入。因此，开展分布式光伏电站的电压控制研究，对稳定并网点电压、降低高渗透率分布式光伏电站并网冲击具有积极的意义。

综上所述，在分布式光伏电站电压控制研究方面，国内外尚处于起步阶段，如何在分布式光伏电站高渗透并网场景下，综合考虑部分分布式光伏电站的不可调控特性，利用本地测量信息实现分布式光伏电站就地电压控制，充分发挥分布式光伏电站本身的电压无功控制能力，是亟需解决的关键科学问题和技术难题。

发明内容

为了弥补现有技术的不足，本发明提供了一种分布式光伏电站模糊自适应电压控制方法。

本发明的技术方案为：

所述方法包括：

步骤1：分布式光伏电站就地电压控制数据采集；

所述分布式光伏电站就地电压控制是一种分散式的本地控制方法，其仅需分布式光伏电站并网点处的本地测量信息，无需与配电网操作管理中心或其他节点进行信息交互通信，即可实现电压控制，因此，通过本地监测装置(如电压表、电流表、以及功率计算模块等)采集电压、无功功率、有功功率等作为就地电压控制数据；

步骤2：基于模糊逻辑的期望电压区间自适应调整；

所述分布式光伏电站期望电压区间自适应调整方法是实现其就地电压自适应控制的基础，在没有通信交互的情况下，依靠步骤1中测量到的电压、无功功率等信息，将分布式光伏电站的电压控制在电压期望区间内，共同维持可接受的电压区间分布。

所述期望电压区间为分布式光伏电站就地电压控制期望得到的可接受电压幅值范围，期望电压区间的下限为可接受电压幅值的最小值，期望电压区间的上限为可接受电压幅值的最大值。

所述基于模糊逻辑的期望电压区间自适应调整方法，利用模糊逻辑的内插值适应性，根据步骤1中本地测量的并网点电压和无功功率值准确地调整期望电压区间范围。

所述步骤2通过以下3个步骤完成，包括：

步骤21：模糊描述，以电压和无功功率为模糊输入信号，并根据电压和无功功率的区间限值确定各输入变量的“大”或“小”的性质，比如，当一个变量接近其区间最大限值时，其性质就定性为“大”，反之，若其接近0，则定性为“小’，再传递此定性分析结果给输出变量；

步骤22：模糊规则制定，为了得到期望电压区间的上下限值的整定值，根据步骤21)定性描述的电压和无功功率的状态，由表1来限定期望电压区间范围的大小；

表1基于模糊逻辑的电压期望调整

表1中，所述NG表示负的最大(简称负大)，NP表示负小，ZO表示零，PP表示正小，PG表示正大；输出变量P表示小，M表示中，G表示大。

步骤23：模糊输出，根据步骤22)确定了期望电压区间范围后，通过模糊逻辑翻译将期望电压整定值的大小语言值翻译为定量的数值，如此，由模糊逻辑获取的整定值是准确量化的，可直接应用到自适应电压控制中。

步骤3：含分布式光伏电站的有源配电网运行工况监测；

根据步骤1中获取的分布式光伏电站数据信息确定分布式光伏电站的运行状态，并监测分布式光伏电站并网点电气参数变化情况，如电压、电流、功率变化等，进而确定有源配电网的运行工况；

所述有源配电网的运行状态分别为正常运行工况、扰动运行工况和紧急运行工况。

步骤4：基于控制模式切换的模糊自适应电压控制。

采用基于控制模式切换的模糊自适应电压控制方法对分布式光伏电站的电压进行控制和调整，使电压运行在期望电压区间范围内，保证并网点电压水平。

所述步骤4通过以下3个步骤完成，包括：

步骤41：针对步骤3中确定的有源配电网不同运行工况，制定出不同的控制模式来满足多种运行工况的不同需求，不同运行工况对应的控制模式分别如表2所示：

表2不同工况下控制模式

表2中，所述PQ控制模式为有功功率和无功功率恒功率控制模式；P控制模式为有功功率控制模式。

步骤42：利用步骤2中确定分布式光伏电站电压运行的期望电压区间；

步骤43：采用基于控制模式切换的自适应电压控制方法来实现分布式光伏电站就地电压控制，针对有源配电网不同运行工况，分别制定不同的电压控制方法如下所示：

1)正常运行工况：在正常运行工况，分布式光伏电站运行在正常控制模式下，即运行在PQ控制模式下，可通过调节无功功率参考值对电压进行适当调整优化；

2)扰动运行工况：在扰动运行工况下，分布式光伏电站由PQ控制模式切换到扰动控制模式，即模糊自适应电压控制模式，利用无功功率参考值调整控制，在功率因数可调节范围内吸收或发出无功功率来降低或提高电压，从而实现分布式光伏电站并网点的就地电压控制；

3)紧急运行工况：在紧急运行工况下，电压超过了可接受的限制范围，且分布式光伏电站已经达到最大可发出感性或容性无功功率，无法再提供无功功率支撑，此时分布式光伏电站切换至紧急控制模式，即P控制模式，通过降低有功功率来增加无功功率的最大限制，从而进一步提升无功电压控制能力。

有益效果

与最接近的现有技术相比，本发明的优异效果是：

1、本发明提供的基于模糊逻辑的电压期望区间自适应调整方法，将基于模糊逻辑的控制器与运行工况相对应，并兼顾分布式光伏电站的功率因素可调范围和无功限制，从而智能、自适应地改变期望电压区间的上下限值。

2、本发明提供的模糊自适应电压控制方法，利用基于模糊逻辑的期望电压区间自适应调整方案，根据分布式光伏电站本地测量信息实现就地自适应电压控制，充分发挥分布式光伏电站本身的电压控制能力，从而稳定并网点电压，并降低分布式光伏电站并网影响，可促进分布式光伏电站的高渗透消纳，进一步发挥分布式光伏电站的能效和环境效益。

3、本发明提供的模糊自适应电压控制方法，针对含分布式光伏电站的有源配电网进行了针对性研究，在正常、扰动、紧急等多种不同的运行工况下均表现出较强的有效性、适应性和鲁棒性，能够根据系统的运行工况，依据本地信息测量智能、自适应地调整期望电压区间，进而实现分布式光伏电站的模糊自适应电压控制，提高分布式光伏电站并网电压和无功控制能力，降低分布式光伏电站高渗透率并网引起的电压问题，从而促进分布式光伏的合理高效应用。

附图说明

图1为本发明的流程图。

图2是本发明实施案例中采用的配电网仿真系统结构图。

图3是本发明实施案例中采用的模糊控制器输入输出曲面图。

图4是本发明实施案例中模糊自适应电压控制方法效果图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施案例对本发明进行深入地详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施案例仅仅用以解释本发明，并不用于限定发明。

如图1所示，本发明所述的一种分布式光伏电站模糊自适应电压控制方法，流程如图1所示，具体包括以下步骤：

步骤1：分布式光伏电站就地电压控制数据采集；

所述分布式光伏电站就地电压控制是一种分散式的本地控制方法，其仅需分布式光伏电站并网点处的本地测量信息，无需与配电网操作管理中心或其他节点进行信息交互通信，即可实现电压控制，因此，通过本地监测装置(如电压表、电流表、以及功率计算模块等)采集电压、无功功率、有功功率等作为就地电压控制数据；

步骤2：基于模糊逻辑的期望电压区间自适应调整；

所述分布式光伏电站期望电压区间自适应调整方法是实现其就地电压自适应控制的基础，在没有通信交互的情况下，依靠步骤1中测量到的电压、无功功率等信息，将分布式光伏电站的电压控制在电压期望区间内，共同维持可接受的电压区间分布。

所述期望电压区间为分布式光伏电站就地电压控制期望得到的可接受电压幅值范围，期望电压区间的下限为可接受电压幅值的最小值，期望电压区间的上限为可接受电压幅值的最大值。

所述基于模糊逻辑的期望电压区间自适应调整方法，利用模糊逻辑的内插值适应性，根据步骤1中本地测量的并网点电压和无功功率值准确地调整期望电压区间范围。

所述步骤2通过以下3个步骤完成，包括：

步骤21：模糊描述，以电压和无功功率为模糊输入信号，并根据电压和无功功率的区间限值确定各输入变量的“大”或“小”的性质，比如，当一个变量接近其区间最大限值时，其性质就定性为“大”，反之，若其接近0，则定性为“小’，再传递此定性分析结果给输出变量；

步骤22：模糊规则制定，为了得到期望电压区间的上下限值的整定值，根据步骤21)定性描述的电压和无功功率的状态，由表1来限定期望电压区间范围的大小；

表1基于模糊逻辑的电压期望调整

表1中，所述NG表示负的最大(简称负大)，NP表示负小，ZO表示零，PP表示正小，PG表示正大；输出变量P表示小，M表示中，G表示大。

步骤23：模糊输出，根据步骤22)确定了期望电压区间范围后，通过模糊逻辑翻译将期望电压整定值的大小语言值翻译为定量的数值，如此，由模糊逻辑获取的整定值是准确量化的，可直接应用到自适应电压控制中。

步骤3：含分布式光伏电站的有源配电网运行工况监测；

根据步骤1中获取的分布式光伏电站数据信息确定分布式光伏电站的运行状态，并监测分布式光伏电站并网点电气参数变化情况，如电压、电流、功率变化等，进而确定有源配电网的运行工况；

所述有源配电网的运行状态分别为正常运行工况、扰动运行工况和紧急运行工况。

步骤4：基于控制模式切换的模糊自适应电压控制。

采用基于控制模式切换的模糊自适应电压控制方法对分布式光伏电站的电压进行控制和调整，使电压运行在期望电压区间范围内，保证并网点电压水平。

所述步骤4通过以下3个步骤完成，包括：

步骤41：针对步骤3中确定的有源配电网不同运行工况，制定出不同的控制模式来满足多种运行工况的不同需求，不同运行工况对应的控制模式分别如表2所示：

表2不同工况下控制模式

表2中，所述PQ控制模式为有功功率和无功功率恒功率控制模式；P控制模式为有功功率控制模式。

步骤42：利用步骤2中确定分布式光伏电站电压运行的期望电压区间；

步骤43：采用基于控制模式切换的自适应电压控制方法来实现分布式光伏电站就地电压控制，针对有源配电网不同运行工况，分别制定不同的电压控制方法如下所示：

1)正常运行工况：在正常运行工况，分布式光伏电站运行在正常控制模式下，即运行在PQ控制模式下，可通过调节无功功率参考值对电压进行适当调整优化；

2)扰动运行工况：在扰动运行工况下，分布式光伏电站由PQ控制模式切换到扰动控制模式，即模糊自适应电压控制模式，利用无功功率参考值调整控制，在功率因数可调节范围内吸收或发出无功功率来降低或提高电压，从而实现分布式光伏电站并网点的就地电压控制；

3)紧急运行工况：在紧急运行工况下，电压超过了可接受的限制范围，且分布式光伏电站已经达到最大可发出感性或容性无功功率，无法再提供无功功率支撑，此时分布式光伏电站切换至紧急控制模式，即P控制模式，通过降低有功功率来增加无功功率的最大限制，从而进一步提升无功电压控制能力。

如图2所示，仿真所用系统由4个分布式光伏电站和多个负荷组成，每个分布式光伏电站均采用逆变器控制并网，容量均为120kVA(千伏安)，并安装就地监测装置，进而通过就地自适应电压控制策略提高系统的电压稳定性。

为了充分验证所述模糊就地自适应电压控制方法的有效性，分别针对以下多个场景进行了仿真对比分析：

1)正常运行工况：在t＝1～2s期间，分布式光伏电站1，分布式光伏电站2和分布式光伏电站3并网运行，就地自适应电压控制运行在PQ控制模式下；

2)并网扰动工况：在t＝2～4s期间，一台新的分布式光伏电站4并网运行，模糊就地自适应电压控制发挥作用，平抑光伏并网扰动；

3)出力扰动工况：在t＝4～6s期间，分布式光伏电站出力波动扰动，采用模糊就地自适应电压控制抑制扰动；

4)紧急故障工况：在t＝6～6.5s期间，分布式光伏电站1并网点发生单相接地短路故障，就地自适应电压控制运行在P控制模式下，模式自适应电压控制发挥作用，恢复故障电压。

采用所述模糊自适应电压控制对分布式光伏电站进行电压控制，仿真所用模糊控制器输入输出曲面图如图3所示，模糊自适应期望电压区间根据模糊曲面进行控制调整，其输出结果能够直接应用到模糊自适应电压控制中。

在图3中，横坐标表示时间，单位：秒，纵坐标表示有功功率，单位：兆瓦。

对比分析所述模糊自适应电压控制策略使用前后的差异，以表明所提模糊自适应电压控制策略的有效性以及其在多种运行工况下的鲁棒适应性，仿真结果如图4所示：

在图4中，横坐标表示时间，单位：秒，纵坐标表示电压，单位：标幺值。

根据图4中仿真结果可知，在2s之前，有源配电网运行在正常工况下时，电压运行在正常的期望电压区间内，模糊自适应电压控制无需动作；在t＝2s时，由于新的分布式光伏电站4并网运行，导致并网点电压抬升，模糊自适应电压控制动作，根据期望电压区间是适当减小电压以提升电压裕度；在t＝4s时，由于分布式光伏电站出力波动，电压由下降趋势，此时模糊自适应电压控制也动作，适当调节电压分布，使电压趋向标准值，电压幅度变化不大，由此可知，在扰动工况下模糊自适应电压调节属于优化调整，调整幅度均不大；在t＝6s时，有源配电网发生单相短路接地故障时，采用模糊电压控制策略后，通过无功功率参考值的自适应调整和控制，使电压跌落至约0.9p.u.(标幺值)即开始恢复，同时稳态电压也恢复至标准值附近，有效提升了系统的电压水平。

综上所示，本发明所提出的模糊自适应电压控制方法能够适应多种运行工况切换，在各种工况下均能有效提高电压和无功控制能力，并提升分布式光伏电站并网点处的电压水平，有利于推动分布式光伏电站的规模化应用，提升有源配电网接纳分布式光伏发电的能力。

Claims (5)

1.一种分布式光伏电站模糊自适应电压控制方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤1：分布式光伏电站就地电压控制数据采集；

步骤2：基于模糊逻辑的期望电压区间自适应调整；

步骤3：含分布式光伏电站的有源配电网运行工况监测；

步骤4：基于控制模式切换的模糊自适应电压控制。

2.根据权利要求1所述一种分布式光伏电站模糊自适应电压控制方法，其特征在于：步骤1具体为：所述分布式光伏电站就地电压控制是一种分散式的本地控制方法，其仅需分布式光伏电站并网点处的本地测量信息，无需与配电网操作管理中心或其他节点进行信息交互通信，即可实现电压控制，因此，通过本地监测装置采集电压、无功功率、有功功率等作为就地电压控制数据。

3.根据权利要求1所述一种分布式光伏电站模糊自适应电压控制方法，其特征在于：步骤2具体为：所述分布式光伏电站期望电压区间自适应调整方法是实现其就地电压自适应控制的基础，在没有通信交互的情况下，依靠步骤1中测量到的电压、无功功率等信息，将分布式光伏电站的电压控制在电压期望区间内，共同维持可接受的电压区间分布；

所述期望电压区间为分布式光伏电站就地电压控制期望得到的可接受电压幅值范围，期望电压区间的下限为可接受电压幅值的最小值，期望电压区间的上限为可接受电压幅值的最大值；

所述基于模糊逻辑的期望电压区间自适应调整方法，利用模糊逻辑的内插值适应性，根据步骤1中本地测量的并网点电压和无功功率值准确地调整期望电压区间范围；

所述步骤2通过以下3个步骤完成，包括：

步骤21：模糊描述，以电压和无功功率为模糊输入信号，并根据电压和无功功率的区间限值确定各输入变量的“大”或“小”的性质，当一个变量接近其区间最大限值时，其性质就定性为“大”，反之，若其接近0，则定性为“小’，再传递此定性分析结果给输出变量；

步骤22：模糊规则制定，为了得到期望电压区间的上下限值的整定值，根据步骤21定性描述的电压和无功功率的状态，由表1来限定期望电压区间范围的大小；

表1基于模糊逻辑的电压期望调整

表1中，所述NG表示负的最大(简称负大)，NP表示负小，ZO表示零，PP表示正小，PG表示正大；输出变量P表示小，M表示中，G表示大；

步骤23：模糊输出，根据步骤22确定了期望电压区间范围后，通过模糊逻辑翻译将期望电压整定值的大小语言值翻译为定量的数值，由模糊逻辑获取的整定值是准确量化的，可直接应用到自适应电压控制中。

4.根据权利要求1所述一种分布式光伏电站模糊自适应电压控制方法，其特征在于：步骤3具体为：根据步骤1中获取的分布式光伏电站数据信息确定分布式光伏电站的运行状态，并监测分布式光伏电站并网点电气参数变化情况，进而确定有源配电网的运行工况；所述有源配电网的运行状态分别为正常运行工况、扰动运行工况和紧急运行工况。

5.根据权利要求1所述一种分布式光伏电站模糊自适应电压控制方法，其特征在于：步骤4具体为：采用基于控制模式切换的模糊自适应电压控制方法对分布式光伏电站的电压进行控制和调整，使电压运行在期望电压区间范围内，保证并网点电压水平；

所述步骤4通过以下3个步骤完成，包括：

步骤41：针对步骤3中确定的有源配电网不同运行工况，制定出不同的控制模式来满足多种运行工况的不同需求，不同运行工况对应的控制模式分别如表2所示：

表2不同工况下控制模式

表2中，所述PQ控制模式为有功功率和无功功率恒功率控制模式；P控制模式为有功功率控制模式；

步骤42：利用步骤2中确定分布式光伏电站电压运行的期望电压区间；

步骤43：采用基于控制模式切换的自适应电压控制方法来实现分布式光伏电站就地电压控制，针对有源配电网不同运行工况，分别制定不同的电压控制方法如下所示：

1)正常运行工况：在正常运行工况，分布式光伏电站运行在正常控制模式下，即运行在PQ控制模式下，可通过调节无功功率参考值对电压进行适当调整优化；

2)扰动运行工况：在扰动运行工况下，分布式光伏电站由PQ控制模式切换到扰动控制模式，即模糊自适应电压控制模式，利用无功功率参考值调整控制，在功率因数可调节范围内吸收或发出无功功率来降低或提高电压，从而实现分布式光伏电站并网点的就地电压控制；

3)紧急运行工况：在紧急运行工况下，电压超过了可接受的限制范围，且分布式光伏电站已经达到最大可发出感性或容性无功功率，无法再提供无功功率支撑，此时分布式光伏电站切换至紧急控制模式，即P控制模式，通过降低有功功率来增加无功功率的最大限制，从而进一步提升无功电压控制能力。