CN105490279A - 一种基于二分法的分布式电源的本地电压控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于二分法的分布式电源的本地电压控制方法，根据分布式电源并网点的实时电压采集值，采用二分法控制相应分布式电源的有功出力和无功出力适当增大或减小，在有功功率最大功率跟踪的前提下优先利用逆变器的剩余容量进行无功功率调节，若仍不奏效再适当削减有功功率输出；密切监视分布式电源的运行环境，一旦条件允许则及时增大有功功率输出以最大限度地利用自然资源，结合控制效果反复调节控制量，最终将并网点电压控制在电压偏差允许范围内。本发明所提出的方法既保证了分布式电源业主的利益，同时控制策略简单，信息采集要求低，实用性强，能很好地解决分布式电源接入电网的电压控制问题。

Description

一种基于二分法的分布式电源的本地电压控制方法

技术领域

本发明涉及分布式电源接入电网运行优化控制领域，特别涉及一种基于二分法的分布式电源本地电压控制方法。

背景技术

由于全球能源供应紧张，发展新能源已成为全球研究的热点。其中分布式发电(DistributedGeneration,DG)得到飞速发展。随着接入电网的分布式电源容量的提高，其对电网的影响也越来越大。分布式电源可以支撑电网电压，但大规模的分布式发电接入电网，可能会引起并网点也即公共连接点(pointofcommoncoupling，PCC)电压越限。

文献“光伏发电系统并网点电压升高调整原理及策略”从电力系统功率传输理论的角度分析了光伏发电系统并网点电压升高的原因。主要对光伏发电系统基于有功功率和无功功率的电压调整原理及调整策略进行了研究，提出了基于瞬时电压、电流控制的动态电压调整策略。

文献“StudyoftheimpactofPVgenerationonvoltageprofileinLVdistributionnetworks”分析了单个光伏电源接入时对电压分布的影响，及过电压条件下的可接入容量。文章中将低压网络等效为一个直流模型，忽略了线路分布电感的影响，也没有考虑多个DG和负荷沿线分布的情况。

文献“光伏规模化并网的电能质量复合控制策略研究”将滤波及无功补偿功能融入光伏电站逆变器中，实现有功并网、谐波抑制、无功补偿及电压补偿等多功能复用。提出了一种基于逆变器动态剩余容量的无功分配策略实现了光伏规模化并网的电能质量复合治理。

文献“具有电能质量调节功能的光伏并网系统研究进展”根据光伏并网系统出力的间歇性、不确定性，总结了光伏并网系统对电能质量的影响。以控制方法及结构的不同为依据，归纳了系统抑制谐波问题与电压质量的方法。提出改善电能质量时需考虑天气环境、负载、实际容量、系统类型等因素。

文献“光伏发电系统并网运行PCC电压跌落补偿研究”提出基于瞬时电压幅值的动态无功电流电压跌落补偿策略，并从电力系统功率传输理论的角度分析了光伏发电系统PCC电压跌落的电压补偿原理，并网逆变器通过无功功率对PCC电压跌落进行补偿。但只是用无功动态补偿，并没有有功无功功率综合控制，来抬高电压。

由以上文献可以看出，在改善电能质量问题上，大多数的研究并没有考虑如何通过综合协调有功功率调节来主动控制DG的无功出力，导致分布式电源的调节电压的潜力不能得到充分释放。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于二分法的分布式电源的本地电压控制方法，采取无功功率输出优先调节和有功功率输出充分利相结合的原则，采用二分法控制相应分布式电源的有功、无功出力，实现对接入点电压的本地自动调节，确保接入点电压不越限。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于二分法的分布式电源的本地电压控制方法，包括以下步骤：

采集分布式电源并网点的实时电压U，判断分布式电源接入点电压测量值U与分布式电源接入点电压允许上限U_max、分布式电源接入点电压允许下限U_min的关系；如果U＞U_max时执行策略1)，如果U＜U_min时执行策略2)，如果U＜U_min且P＜P_max时执行策略3)；其中P为DG有功功率；P_max为DG最大有功功率。

策略1)：U＞U_max(对于10kV及以下配电网U_max一般可取为1.07U_N，U_N为接入点额定电压)时的控制流程：

步骤1.1：判断是否满足U＞U_max，若是则转步骤1.2，若否直接退出。

步骤1.2：根据式(1)计算当前DG无功出力Q的范围：

$-\sqrt{S_N^2-p^{<k{>}^2}}\&le;Q\&le;\sqrt{S_N^2-p^{<k{>}^2}}---\left(1\right)$

其中：S_N为DG的额定容量；当前DG的最小无功出力当前DG的最大无功出力P^<k>为DG第k轮有功功率。

若DG第k轮无功出力Q^<k>＞Q_min+ε_Q(ε_Q一般可选取为0.05Q_max)，则转步骤1.3，否则转步骤1.4；

步骤1.3：令DG第k+1轮无功出力Q^<k+1>为：

$Q^{<k+1>}=\frac{1}{2}(Q^{<k>}+Q_{\min })---\left(2\right)$

并返回步骤1.1。

步骤1.4：判断是否满足P^<k>＞ε_P(ε_P一般可选取为0.05P_max)，若是则令DG第k+1轮有功功率P^<k+1>为：

$P^{<k+1>}=\frac{1}{2}{P}^{<k>}---\left(3\right)$

并返回步骤1.1；否则直接退出。

策略2)：U＜U_min(对于10kV及以下配电网U_min一般可取为0.93U_N)时的控制流程：

步骤2.1：判断是否满足U＜U_min，若是则转步骤2.2，若否直接退出。

步骤2.2：判断是否满足P^<k>＜P_max-ε_P，若是，则转步骤2.3；否则，转步骤2.5；

步骤2.3：按式(4)计算DG下一轮(k+1轮)的有功功率值：

$P^{<k+1>}=\frac{1}{2}(p^{<k>}+P_{max})---\left(4\right)$

步骤2.4：判断是否满足若是，则根据步骤2.3计算的P^<k+1>执行一轮控制，并返回步骤2.1；否则转步骤2.6。

步骤2.5：计算Q_max、Q_min，判断是否满足DG第k轮无功功率Q^<k>＜Q_max-ε_Q，若满足，则令DG第k+1轮无功功率Q^<k+1>为：

$Q^{<k+1>}=\frac{1}{2}(Q^{<k>}+Q_{max})---\left(5\right)$

并返回步骤2.1；否则转步骤2.6。

步骤2.6：判断是否满足P^<k>＞ε_P，若满足则令：

P^<k+1>＝P^<k>-ΔP(6)

ΔP一般可取为P_max的5％，同时计算：

$Q^{<k+1>}=\sqrt{S_N^2-P^{<k+1{>}^2}}---\left(7\right)$

执行一轮调节，并返回步骤2.1；若不满足，则直接退出。

策略3)：U_min＜U＜U_max且P＜P_max时的控制流程：

步骤3.1：先判断是否满足U＜U_max-ε_U(ε_U一般可取为0.02U_N)，若满足则转步骤3.2；否则直接退出。

步骤3.2：判断是否满足P^<k>＜P_max-ε_P，若是则转步骤3.3，否则直接退出；

步骤3.3：判断是否满足若满足，则转步骤3.4，若不满足，则转步骤3.5。

步骤3.4：令：

Q^<k+1>＝Q^<k>-δQ(8)

Q一般可取为Q_max的5％，同时计算：

$P^{<k+1>}=\sqrt{S^2-Q^{<k+1{>}^2}}---\left(9\right)$

执行一轮调节，并返回步骤3.1。

步骤3.5：按式(4)增加DG的有功功率执行一轮调节，并返回步骤3.1。

本发明描述的本地控制方法可以固定的时间间隔不断进行，以跟踪自然资源(影响分布式电源的最大有功功率输出)和负荷的变化。

相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

1)综合考虑有功功率和无功功率的调节先后顺序，在保证有功功率的前提下、在剩余容量允许的范围内优先调节DG的无功功率，在无功功率调节到剩余容量极限还不能解决电压偏差问题的情况下，再对DG的有功功率进行调节，充分利用了自然资源，并保护了DG业主的利益。

2)控制策略简单，仅依赖本地电压监测信号，信息采集要求低，实用性好。

附图说明

图1为分布式电源单轮本地电压控制流程图。

图2为IEEE33节点测试算例图。

具体实施方式

请参阅图1所示，本发明一种基于二分法的分布式电源的本地电压控制方法，包括以下步骤：

采集分布式电源并网点的实时电压U，判断分布式电源接入点电压测量值U与分布式电源接入点电压允许上限U_max、分布式电源接入点电压允许下限U_min的关系；如果U＞U_max时执行策略1)，如果U＜U_min时执行策略2)，如果U＜U_min且P＜P_max时执行策略3)；其中P为DG有功功率；P_max为DG最大有功功率；

策略1)：U＞U_max(对于10kV及以下配电网U_max一般可取为1.07U_N，U_N为接入点额定电压)时的控制流程：

步骤1.1：判断是否满足U＞U_max，若是则转步骤1.2，若否直接退出。

步骤1.2：根据式(1)计算当前DG无功出力Q的范围：

$-\sqrt{S_N^2-P^{<k{>}^2}}\&le;Q\&le;\sqrt{S_N^2-P^{<k{>}^2}}---\left(1\right)$

其中：S_N为DG的额定容量；当前DG的最小无功出力当前DG的最大无功出力P^<k>为DG第k轮有功功率。

若DG第k轮无功出力Q^<k>＞Q_min+ε_Q(ε_Q一般可选取为0.05Q_max)，则转步骤1.3，否则转步骤1.4；

步骤1.3：令DG第k+1轮无功出力Q^<k+1>为：

$Q^{<k+1>}=\frac{1}{2}(Q^{<k>}+Q_{\min })---\left(2\right)$

并返回步骤1.1。

步骤1.4：判断是否满足P^<k>＞ε_P(ε_P一般可选取为0.05P_max)，若是则令DG第k+1轮有功功率P^<k+1>为：

$P^{<k+1>}=\frac{1}{2}{P}^{<k>}---\left(3\right)$

并返回步骤1.1；否则直接退出。

策略2)：U＜U_min(对于10kV及以下配电网U_min一般可取为0.93U_N)时的控制流程：

步骤2.1：判断是否满足U＜U_min，若是则转步骤2.2，若否直接退出。

步骤2.2：判断是否满足P^<k>＜P_max-ε_P，若是，则转步骤2.3；否则，转步骤2.5；

步骤2.3：按式(4)计算DG下一轮(k+1轮)的有功功率值：

$P^{<k+1>}=\frac{1}{2}(P^{<k>}+P_{max})---\left(4\right)$

步骤2.4：判断是否满足若是，则根据步骤2.3计算的P^<k+1>执行一轮控制，并返回步骤2.1；否则转步骤2.6。

步骤2.5：计算Q_max、Q_min，判断是否满足DG第k轮无功功率Q^<k>＜Q_max-ε_Q，若满足，则令DG第k+1轮无功功率Q^<k+1>为：

$Q^{<k+1>}=\frac{1}{2}(Q^{<k>}+Q_{max})---\left(5\right)$

并返回步骤2.1；否则转步骤2.6。

步骤2.6：判断是否满足P^<k>＞ε_P，若满足则令：

P^<k+1>＝P^<k>-ΔP(6)

ΔP一般可取为P_max的5％，同时计算：

$Q^{<k+1>}=\sqrt{S_N^2-P^{<k+1{>}^2}}---\left(7\right)$

执行一轮调节，并返回步骤2.1；若不满足，则直接退出。

策略3)：U_min＜U＜U_max且P＜P_max时的控制流程：

步骤3.1：先判断是否满足U＜U_max-ε_U(ε_U一般可取为0.02U_N)，若满足则转步骤3.2；否则直接退出。

步骤3.2：判断是否满足P^<k>＜P_max-ε_P，若是则转步骤3.3，否则直接退出；

步骤3.3：判断是否满足若满足，则转步骤3.4，若不满足，则转步骤3.5。

步骤3.4：令：

Q^<k+1>＝Q^<k>-δQ(8)

Q一般可取为Q_max的5％，同时计算：

$P^{<k+1>}=\sqrt{S^2-Q^{<k+1{>}^2}}---\left(9\right)$

执行一轮调节，并返回步骤3.1。

步骤3.5：按式(4)增加DG的有功功率执行一轮调节，并返回步骤3.1。

本发明描述的本地控制方法可以固定的时间间隔不断进行，以跟踪自然资源(影响分布式电源的最大有功功率输出)和负荷的变化。

以下结合说明书附图2所示IEEE33节点配电网，说明本文所提出的本地控制方法的具体控制效果。例中，额定电压为12.66kV，负荷的总有功功率为3.7150MW，总无功功率为2.30Mvar。

场景1：在某次控制时，各个DG正按照单位功率因数并以最大功率跟踪方式输出，其额定容量和实际出力情况如表1所示，此时各个节点的电压分布情况如表2中第2列所示，可见节点11～17的电压均越上限。

由于电压越限的节点中13，15，16节点接有DG，所以按照本发明所提出的方法对相应的DG的有功出力和无功出力进行本地控制，执行2轮本地控制后，各节点的电压都达到正常范围，此时各个节点电压和各DG的出力分别如表2中第3列～第5列所示。

表1场景1中DG接入的位置及容量

表2经2轮本地控制后各节点电压及DG的实际出力

场景2：在随后的某次控制时，负荷节点16的有功功率和无功功率分别增加为200kW和20kvar；负荷节点17的有功功率和无功功率分别增加为900kW和400kvar。因自然因素好转，各DG的最大有功功率输出能力也有所增加，如表3第2列所示，此时各节点的电压分布情况如表4中第2列所示。

表3场景2中各DG的最大有功功率输出能力

经过5轮本地控制运算后各DG的有功功率出力都达到最大有功功率输出能力且各节点电压也都在正常范围，此时各个节点电压和各DG的出力分别如表4中第3列～第5列所示。

表4经5轮本地控制后各节点电压及DG的实际出力

由表3第2列可以看出，因自然因素好转，各DG的最大有功功率输出能力有所增加，所以按照本发明所提出的方法对相应的DG的有功出力、无功出力进行本地控制，执行5轮本地控制后，由表4第2、3列可以看出，各节点电压都有所提高且在正常范围内，由表4第4列可以看出各DG的有功功率出力达到最大有功功率输出能力。

Claims (4)

1.一种基于二分法的分布式电源的本地电压控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

采集分布式电源并网点的实时电压U，并判断分布式电源接入点电压测量值U与分布式电源接入点电压允许上限U_max、分布式电源接入点电压允许下限U_min的关系；如果U＞U_max时执行策略1)，如果U＜U_min时执行策略2)，如果U＜U_min且P＜P_max时执行策略3)；其中P为DG有功功率；P_max为DG最大有功功率。

2.根据权利要求1所述的一种基于二分法的分布式电源的本地电压控制方法，其特征在于，

策略1)：U＞U_max时的控制流程：

步骤1.1：判断是否满足U＞U_max，若是则转步骤1.2，若否直接退出；

步骤1.2：根据式(1)计算当前DG无功出力Q的范围：

$-\sqrt{S_N^2-P^{<k{>}^2}}\&le;Q\&le;\sqrt{S_N^2-P^{<k{>}^2}}---\left(1\right)$

其中：S_N为DG的额定容量；当前DG的最小无功出力当前DG的最大无功出力P^<k>为DG第k轮有功功率；

若DG第k轮无功出力Q^<k>＞Q_min+ε_Q，则转步骤1.3，否则转步骤1.4；其中，ε_Q＝0.05Q_max；

步骤1.3：令DG第k+1轮无功出力Q^<k+1>为：

$Q^{<k+1>}=\frac{1}{2}(Q^{<k>}+Q_{min})---\left(2\right)$

并返回步骤1.1；

步骤1.4：判断是否满足P^<k>＞ε_P，若是则令DG第k+1轮有功功率P^<k+1>为：

$P^{<k+1>}=\frac{1}{2}{P}^{<k>}---\left(3\right)$

并返回步骤1.1；否则直接退出；

其中，U_max＝1.07U_N，U_N为接入点额定电压；ε_P＝0.05P_max。

3.根据权利要求1所述的一种基于二分法的分布式电源的本地电压控制方法，其特征在于，

策略2)：U＜U_min时的控制流程：

步骤2.1：判断是否满足U＜U_min，若是则转步骤2.2，若否直接退出；

步骤2.2：判断是否满足P^<k>＜P_max-ε_P，若是，则转步骤2.3；否则，转步骤2.5；

步骤2.3：按式(4)计算DG下一轮的有功功率值：

$P^{<k+1>}=\frac{1}{2}(P^{<k>}+P_{max})---\left(4\right)$

步骤2.4：判断是否满足若是，则根据步骤2.3计算的P^<k+1>执行一轮控制，并返回步骤2.1；否则转步骤2.6；

步骤2.5：计算Q_max、Q_min，判断是否满足DG第k轮无功功率Q^<k>＜Q_max-ε_Q，若满足，则令DG第k+1轮无功功率Q^<k+1>为：

$Q^{<k+1>}=\frac{1}{2}(Q^{<k>}+Q_{max})---\left(5\right)$

并返回步骤2.1；否则转步骤2.6；

步骤2.6：判断是否满足P^<k>＞ε_P，若满足则令：

P^<k+1>＝P^<k>-ΔP(6)

ΔP＝P_max的5％，同时计算：

$Q^{<k+1>}=\sqrt{S_N^2-P^{<k+1{>}^2}}---\left(7\right)$

执行一轮调节，并返回步骤2.1；若不满足，则直接退出；

其中，U_min＝0.93U_N。

4.根据权利要求1所述的一种基于二分法的分布式电源的本地电压控制方法，其特征在于，

策略3)：U_min＜U＜U_max且P＜P_max时的控制流程：

步骤3.1：先判断是否满足U＜U_max-ε_U，若满足则转步骤3.2；否则直接退出；其中，ε_U＝0.02U_N；

步骤3.2：判断是否满足P^<k>＜P_max-ε_P，若是则转步骤3.3，否则直接退出；

步骤3.3：判断是否满足若满足，则转步骤3.4，若不满足，则转步骤3.5；

步骤3.4：令：

Q^<k+1>＝Q^<k>-δQ(8)

Q取值为Q_max的5％，同时计算：

$P^{<k+1>}=\sqrt{S^2-Q^{<k+1{>}^2}}---\left(9\right)$

执行一轮调节，并返回步骤3.1；

步骤3.5：按式(4)增加DG的有功功率执行一轮调节，并返回步骤3.1。