CN105633972A - 一种基于分层分区控制的有源配电网调压方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于分层分区控制的有源配电网调压方法，首先，利用位置指数L_DG确定DG的安装位置，使DG发挥最大的电压支撑作用；其次，利用电压灵敏度的概念划分各调压装置的调压域；最终，利用协调顺序控制的方法进行调压。本发明与盲目地确定DG接入位置相比，利用位置指数确定DG的接入位置和数量，可以达到DG提供最大电压支撑目的，采用分层的调压策略，根据电压越限节点所处的VRZ确定各调压装置的动作顺序，减小了装置动作次数，降低了各控制域间的相互影响程度，可以达到快速有效的调压目的，同时避免各调压装置冲突动作。

Description

一种基于分层分区控制的有源配电网调压方法

技术领域

本发明涉及一种基于分层分区控制的有源配电网调压方法。

背景技术

随着电力需求的急剧增加和分布式电源优越性的逐渐体现，在配电网中安装分布式电源已成为必然趋势。分布式发电是一种与传统集中供电模式完全不同的新型供电方式，它以分散的方式布置在配电网中远离发电厂的负荷处，提高当地用户的供电可靠性，其功率一般为数千瓦至50兆瓦之间。相对于传统的集中供电模式，分布式发电具有节能环保、安全可靠、投资少、占地小等特点，因而受到了全世界的关注和研究。

电压质量是电能质量的重要指标，为了使配电网安全稳定地运行，提高供电质量，大多数的配电网采用以下方式进行电压调整：有载调压变压器(On-LoadTapChanger,OLTC)与并联电容器、并联电抗器以及SVC配合实现。分布式电源接入引起的逆向潮流和用户负荷的时变特性都会引起馈线电压的波动甚至越限，仅仅依靠传统的OLTC与并联电容器配合的方法不能进行有效地调压，而安装SVC增加了额外的投资，因而需要一种更为经济高效的新型调压方法来进行调压，使得所有负荷节点电压的偏移均在合理的范围之内。针对分布式电源接入配电网引起的调压问题，国内外学者进行了研究，提出了许多具有理论和实践价值的调压方法。

《适应分布式电源接入的配电网调压策略研究》主要研究了分布式电源接入配电网后的电压分布以及电压调整的问题，该方法首先分析了DG接入配网后的潮流，对于含有PV恒定型分布式发电的配电网，提出了新型改进前推回代法。然后建立了含有DG的配电网均匀负荷模型，提出了DG接入配电网后电压调整判据，并根据判据确定无功补偿容量和位置。但目前配电网的负荷并不是均匀分布，因此基于均匀负荷模型的电压调整判据并不适用于任意的配网模型。

《Novelcoordinatedsecondaryvoltagecontrolstrategyforefficientutilisationofdistributedgenerations》提出了一种新型的协调电压控制(CoordinatedVoltageControl,CVC)策略，即根据电网三种不同的运行状态(稳态、动态和故障穿越状态)自动改变各装置(逆变型DG、柴油发电机和OLTC)在调压中的主动/被动的地位，且各装置的调压地位是由此时电网电压和DG输出的无功功率决定。这个新方案可以有效地进行电压调整，并在系统极端工况下将动态无功储备最大化，但其电压控制策略过于繁琐，增加了实现的难度。

《Voltagecontrolwithon-loadtapchangersinmediumvoltagefeedersinpresenceofdistributedgeneration》提出了一种基于OLTC、变电站电容器、馈线电容器以及DG协调动作的调压策略，即依据日损耗最小来提前设计OLTC和并联电容器的动作参考值。与传统的时控电容器相比，这种改进的OLTC配合电容器调压策略可以有效地减少系统损耗，电压波动和OLTC的动作次数。但此方法具有一定的局限性，因为配电网的负荷具有波动性。此外，变电站电容器用于维持OLTC变压器一次侧的电压，馈线电容器用于维持馈线电压，因此需要安装大量的并联电容器。

《AdvancedVoltageControlStrategyforOn-LoadTap-ChangerTransformerswithDistributedGenerations》针对逆向潮流的出现，提出了一种新的调压策略，即根据电流的流动方向，实时改变线路压降补偿(LineDropCompensation,LDC)中的电压参考值，即V_set＝I*Z_set。仿真证明此调压策略相对于传统的OLTC调压方案可以更好地适应不同容量的分布式电源的接入。但是由于馈线负荷的随机分布和DG的接入，计算电压参考值时所用的Z_set难以获取。

《LocalvoltageregulationinfluenceonDGanddistributionnetwork》将DG视为一种电压调节器，与OLTC共同调节线路末端的电压，并提出了一种本地电压调整策略，即DG输出的无功功率跟随有功功率变化，但此方法受系统R/X的限制。

《Coordinatedcontrolofon-loadtapchangerandD-STATCOMforvoltageregulationofradialdistributionsystemswithDGunits》用外部无功电源(如D-STATCOM)进行辅助调压。虽然D-STATCOM响应速度快，可以消除电压闪边，提高供电质量，但是，安装D-STATCOM需增加额外的投资，降低了电网运行的经济性。

由此可见，目前关于有源配电网的调压方法不能同时满足灵活性、有效性、适用性和经济性的共同要求。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种基于分层分区控制的有源配电网调压方法，本方法利用位置指数L_DG确定DG的安装位置，使DG发挥最大的电压支撑作用；其次，利用电压灵敏度的概念划分各调压装置的调压域；最终，利用协调顺序控制的方法进行调压；本发明能够实现快速有效的调压目的，同时避免各调压装置冲突动作，减小了装置动作次数，降低了各调压域间的相互影响程度。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于分层分区控制的有源配电网调压方法，包括以下步骤：

(1)利用戴维宁等效电路原理计算各节点的位置指数，确定分布式电源的接入位置和数量；

(2)根据分布式电源的接入位置以及其注入有功和无功变化引起的电压改变量确定电压灵敏度，根据电压灵敏度划分各个分布式电源的调压域；

(3)将有载调压变压器作为调压手段，比较有载调压变压器和分布式电源对各个调压域内节点电压的调节程度，确定有载调压变压器的调压域，并更新分布式电源的调压域；

(4)判断分布式电源和有载调压变压器的调压域中节点电压是否越界，确定分布式电源和有载调压变压器的动作顺序。

所述步骤(1)中，将配电网的n个节点负荷分别当作外电路，采用戴维宁定理，做出n个戴维宁等效电路，用导纳形式表示所有电源和负荷，忽略各个节点的负荷，形成节点导纳矩阵，求逆得到节点阻抗矩阵，利用潮流计算得到各个节点的计及节点负荷的电压和各个节点负荷开路时所得戴维宁等效电路的电压。

所述步骤(1)中，各节点的位置指数L_DG具体计算方法为:

$L_{DG}=\frac{4}{E^2}(VE-V^2)\≤1---\left(1\right)$

其中，E相当于节点i负荷开路时所得戴维宁等效电路中的i节点电压，V相当于考虑节点i负荷的节点电压。

所述步骤(1)中，确定分布式电源的接入位置和数量的具体方法包括：

(1-1)将分布式电源安装在位置指数最大的节点处，并校验此时系统各节点电压是否运行在允许范围之内；

(1-2)若仍有部分节点电压越限，则考虑安装第二个分布式电源，其接入位置选择在第一个分布式电源接入后重新计算得到的位置指数最大的节点处，校验此时系统各节点电压是否运行在允许范围之内；

(1-3)重复步骤(1-2)直至全部节点电压运行在允许范围内。

所述步骤(2)中，构建功率变化对母线电压和相角的变化关系，求解电压灵敏度矩阵，表示分布式电源注入有功和无功的变化引起的电压改变量，得到各节点电压变化量；

设定电压改变量门槛值，将其与各个节点的电压变化量相比，若某节点的电压变化量大于电压改变量门槛值，则所述节点属于该分布式电源的调压域。

优选的，所述步骤(2)中，若有节点同时属于多个分布式电源的调压域，则对比该节点的多个电压变化量，并将其划入最大电压变化量对应的调压域。

所述步骤(3)中，在保持各调压域边界节点电压一致的前提下，只调节有载调压变压器和只调节相关的分布式电源的出力，分析两种调压方式对各调压域内节点电压的影响程度，从而确定有载调压变压器的调压域以及重新划分后的各分布式电源的调压域。

所述步骤(4)中，在有载调压变压器和分布式电源调压域划分完成后，需采用协调顺序控制策略应对负荷变化引起的电压越界的问题，即在划分完各调压装置的调压区域后，需要合理安排各调压装置的动作顺序。

所述步骤(4)中，具体动作顺序方式为：若某一个分布式电源的调压域中的节点电压越界，所有调压装置按以下动作顺序启动：本地分布式电源、由高到低的节点电压变化量对应的非本地分布式电源、有载调压变压器。

所述步骤(4)中，具体动作顺序方式为：若有载调压变压器的调压域中的节点电压越界，有载调压变压器应首先自动调节分接头，若有载调压变压器分接头达到最大动作范围而节点电压仍不满足运行要求时，再调节各分布式电源的无功功率输出，此外，分布式电源按照由高到低的节点电压变化量进行顺序动作。

本发明的有益效果为：

(1)与盲目地确定分布式电源接入位置相比，利用位置指数确定分布式电源的接入位置和数量，可以达到分布式电源提供最大电压支撑目的。

(2)分布式电源参与调压可避免增加额外的安装无功补偿装置的费用，利用电压灵敏度的概念划分有载调压变压器和各分布式电源的调压域，可以达到快速有效调压的目的，同时避免各调压装置冲突动作。

(3)采用分层的调压策略，根据电压越限节点所处的调压域确定各调压装置的动作顺序，减小了装置动作次数，降低了各控制域间的相互影响程度。

附图说明

图1为IEEE33节点配电系统；

图2为无DG和DG接入不同位置时的系统节点电压波形，其中1—无DG接入；2—29节点接入DG；3—13和29节点接入DG；

图3为无DG接入的配网各节点的位置指数；

图4为接入DG后主馈线上各节点的位置指数；

图5为DG1和DG2无功扰动引起的电压改变量；

图6为使VRZ2边界节点电压相同的两种调压措施下的节点电压波形图，其中，1—OLTC、DG1和DG2均不参与调压；2—OLTC和DG2不参与调压，DG1发1MVAR无功参与调压；3—DG1和DG2不参与调压，OLTC二次侧1.0218pu；

图7为使VRZ3边界节点电压相同的两种调压措施下的节点电压波形图，其中，曲线1—OLTC、DG1和DG2均不参与调压；曲线2—OLTC和DG1不参与调压，DG2发1MVAR无功参与调压；曲线3—DG1和DG2不参与调压，OLTC二次侧1.0271pu；

图8为VRZ1中节点电压越限时，不同调压措施下的节点电压波形图，其中，曲线1—不采取任何调压措施；曲线2—DG1发出1MVAR无功功率；曲线3—DG2发出1MVAR无功功率；曲线4—DG不发出无功，OLTC二次侧电压为1.03pu；

图9为VRZ2中节点电压越限时，不同调压措施下的节点电压波形图，其中，曲线1—不采取任何调压措施；曲线2—DG1发出1MVAR无功功率；曲线3—DG2发出1MVAR无功功率；曲线4—DG不发出无功，OLTC二次侧电压为1.037pu；

图10为VRZ3中节点电压越限时，不同调压措施下的节点电压波形图，其中，曲线1—不采取任何调压措施；曲线2—DG1发出1MVAR无功功率；曲线3—DG2发出1MVAR无功功率；曲线4—DG不发出无功，OLTC二次侧电压为1.061pu；

图11为VRZ3中节点电压越限时，分层分区调压策略下的节点电压波形图，其中，曲线1—不采取任何调压措施；曲线2—DG2发1MVAR无功功率；曲线3—DG1和DG2均发出1MVAR无功功率；曲线4—DG1和DG2均发出1MVAR无功功率，OLTC二次侧1.009pu；

图12为选择DG安装位置的流程图；

图13为划分DGs调压域的流程图；

图14(a)为含DG的两节点系统示意图；

图14(b)为含DG的两节点系统的电压相量图。

具体实施方式：

下面结合附图与实例对本发明作进一步说明。

一种基于分层分区控制的有源配电网调压方法，具体包括：

(1)利用戴维宁等效电路原理求出各节点的位置指数L_DG，确定分布式电源的接入位置和数量。通常，配电网在重负荷时电压过低，影响电力设备的正常运行，分布式电源接入可提高电网运行电压，维持电压稳定。为使分布式电源起到最大的电压支撑作用，必须研究分布式电源的接入位置。

戴维宁等效电路：

将配电网的n个节点负荷分别当作外电路，通过采用戴维宁定理，可作出n个戴维宁等效电路。所有电源和负荷均用导纳Y＝G+jB表示，且由于电源是向节点注入电流，所以把电源当作负的负荷。某节点i的戴维宁等效电路中的V_eq和Z_eq算法如下：

1)将所有的电源和负荷表示成导纳形式；

2)将节点i的负荷忽略，形成节点导纳矩阵Y_bus；

3)对Y_bus求逆得节点阻抗矩阵Z_bus；

4)Z_bus的对角线元素Z_ii即为Z_eq；

5)忽略i节点负荷，运用潮流计算i点电压V_i，即V_eq。

位置指数L_DG：

对于一个如图14(a)所示的含DG的两节点网络，可根据如图14(b)所示的相量图列出如下算式，其中E是电源电压，V是负荷节点电压，线路参数为R+jX。

$E^2={(V+\frac{R(P_L-P_G)}{V}+\frac{X(Q_L-Q_G)}{V})}^2+{(\frac{X(P_L-P_G)}{V}-\frac{R(Q_L-Q_G)}{V})}^2---\left(1\right)$

整理得：

公式(2)是一个关于V²的一元二次多项式a(V²)²+bV²+c＝0，方程有实根的条件是b²-4ac≥0。为充分利用DG容量，最大限度地发挥重负荷时DG对配电网电压的支撑作用，DG应装在最易受到电压崩溃影响的节点，也就是b²-4ac最接近0的点。b²-4ac的表达式如式(3)所示：

E⁴-4E²[R(P_L-P_G)+X(Q_L-Q_G)]-4[X(P_L-P_G)-R(Q_L-Q_G)]²≥0(3)

整理得：

将不等式(4)左侧定义为位置指数L_DG，即

$L_{DG}=\frac{4}{E^4}\{E^2\[R(P_L-P_G)+X(Q_L-Q_G)\]+{\[X(P_L-P_G)-R(Q_L-Q_G)\]}^2\}---\left(5\right)$

由向量图可知：

$\mathrm{\Δ}V=\frac{R(P_L-P_G)+X(Q_L-Q_G)}{V}=Ecos\mathrm{\δ}-V---\left(6\right)$

R(P_L-P_G)+X(Q_L-Q_G)＝V(Ecosδ-V)(7)

同理可得，

X(P_L-P_G)-R(Q_L-Q_G)＝VEsinδ(8)

其中δ是E和V的夹角。

此时，位置指数L_DG为

$L_{DG}=\frac{4}{E^2}(VEcos\mathrm{\δ}-V^2{\cos }^2\mathrm{\δ})---\left(9\right)$

由于δ不大，为了简化计算，可近似认为cosδ＝1，则公式(9)简化为：

$L_{DG}=\frac{4}{E^2}(VE-V^2)\≤1---\left(10\right)$

其中，E相当于节点i负荷开路时所得戴维宁等效电路中的V_eq，V相当于计及节点i负荷的潮流计算所得节点电压。

(2)若节点i的L_DG的大小越接近1，说明i节点最敏感，换言之，节点i的电压发生电压崩溃的可能性最大。为使DG最大限度的发挥其电压支撑作用，将DG安装在L_DG最大的节点处，并校验此时系统各节点电压是否运行在允许范围之内。若仍有部分节点电压越限，则考虑安装第二个DG，第二个DG接入位置可选择在第一个DG接入后重新计算得到的L_DG最大的节点处。

(3)在确定DG接入位置和数量后，需要划分OLTC和DGs各自的调压区域。

调压区域的划分包括以下两个方面：DGs间调压区域划分；计及OLTC的调压区域划分。

1)DGs间调压区域划分

首先提出一个电压灵敏度的概念。电力系统中，功率变化对母线电压和相角的变化关系如式(11)和(12)所示。

$\left[\begin{array}{c}\mathrm{\Δ}P\\ \mathrm{\Δ}Q\end{array}\right]=\[J\]\left[\begin{array}{c}\mathrm{\Δ}\mathrm{\δ}\\ \mathrm{\Δ}V\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}H& N\\ K& L\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}\mathrm{\Δ}\mathrm{\δ}\\ \mathrm{\Δ}V\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}\frac{\∂P}{\∂\mathrm{\δ}}& \frac{\∂P}{\∂V}\\ \frac{\∂Q}{\∂\mathrm{\δ}}& \frac{\∂Q}{\∂V}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}\mathrm{\Δ}\mathrm{\δ}\\ \mathrm{\Δ}V\end{array}\right]---\left(11\right)$

$\left[\begin{array}{c}\mathrm{\Δ}\mathrm{\δ}\\ \mathrm{\Δ}V\end{array}\right]={\[J\]}^{-1}\left[\begin{array}{c}\mathrm{\Δ}P\\ \mathrm{\Δ}Q\end{array}\right]={\left[\begin{array}{cc}\frac{\∂P}{\∂\mathrm{\δ}}& \frac{\∂P}{\∂V}\\ \frac{\∂Q}{\∂\mathrm{\δ}}& \frac{\∂Q}{\∂V}\end{array}\right]}^{-1}\left[\begin{array}{c}\mathrm{\Δ}P\\ \mathrm{\Δ}Q\end{array}\right]---\left(12\right)$

式中，ΔP和ΔQ分别是注入某节点的有功和无功变化量，ΔV和是某节点的电压和相角的变化量，[J]是雅克比矩阵。

由式(12)可知，电压幅值和相角是状态变量，受某一DG接入点处DG注入功率的扰动而改变。雅克比矩阵的逆矩阵即为电压灵敏度矩阵，如式(13)所示。

${\[J\]}^{-1}=\left[\begin{array}{cc}\frac{\∂\mathrm{\δ}}{\∂P}& \frac{\∂\mathrm{\δ}}{\∂Q}\\ \frac{\∂V}{\∂P}& \frac{\∂V}{\∂Q}\end{array}\right]---\left(13\right)$

电压-有功灵敏度矩阵和电压-无功灵敏度矩阵分别表示DG注入有功和无功的变化引起的电压改变量。每一个子矩阵都是(n-1)×(n-1)阶，n为网络节点个数。针对DG注入母线j的有功扰动ΔP_DG,j和无功扰动ΔQ_DG,j，各节点电压变化量为：

${\mathrm{\ΔV}}_i=\[\frac{\∂V_i}{\∂P_j}\]\·{\mathrm{\ΔP}}_{DG,j}+\[\frac{\∂V_i}{\∂Q_j}\]\·{\mathrm{\ΔQ}}_{DG,j}---\left(14\right)$

其中，i是节点编号(i＝1,2,…,n)，ΔV_i、和均为(n-1)×1阶矩阵。由(14)式可知，若DG注入功率的变化量一定，电压灵敏度越高，DG对电压的支撑作用越强；反之，电压灵敏度越低，DG对电压的作用效果越弱。

利用上面提出的电压灵敏度将配电网划分为若干个小区域，在这些小区域中，各区域中的DG仅对各自区域中的节点电压提供有力的电压支撑，而对各自区域外的节点电压影响程度较小，这些若干个小区域称为调压域(VoltageRegulationZone，VRZ)。

定义一个电压改变量门槛值ΔV_th来划分受DG控制作用较强的电压节点，并将这些节点纳入此DG的调压域中。若由式(14)得到的电压改变量ΔV_i＞ΔV_th，则节点i属于节点j处DG的调压域。此外，若某些节点同时属于两个DG的调压域，则根据较大的ΔV_i进行划分。

2)计及OLTC的调压区域划分

在计及OLTC作为一种调压手段后，不仅要划分DG之间的调压域，还要划分OLTC的调压域。为使OLTC动作次数最少，动作速度快和调压效果好的调压目的，需要比较OLTC和各个DG对同一个DG调压域内节点电压的调节程度。以一个含有两DG的配网为例，具体方法是，首先通过上述方法得到两个DG的调压域，分别通过以下方式对DG1调压域边界节点的电压进行调节，使其大小在不同调压方式下相同：①仅调节OLTC；②仅调节DG1的无功功率输出，得到以上2种调节方式下的节点电压波形图，观察此两种调节方式对DG1调压域边界节点两侧的节点电压的调节效果，判断之前得到的DG1的调压域是否合理。对DG2的调压域重复以上操作，最终确定DG1、DG2和OLTC各自的调压区域。

综上所述，OLTC和DGs的调压域可根据电网运行情况实时调整，步骤如下所示：

1)先根据潮流计算得出雅克比矩阵[J]，并实时更新敏感度矩阵[J]^-1；

2)根据式(3)算出ΔV_i，并与ΔV_th比较进而初步划分多个DG的调压域；

3)在各DG调压域中，比较OLTC和DG对各节点电压的影响程度，更新DG调压区域；

4)对剩余节点进行最终区域划分。

(4)在OLTC和DGs调压域划分完成后，需采用协调顺序控制策略应对负荷变化引起的电压越界的问题，即在划分完各调压装置的调压区域后，需要合理安排各调压装置的动作顺序。OLTC和DGs的合理配合可以减少OLTC分接头动作次数，减少其不必要的磨损并提高能源利用率。具体的操作顺序如下：

1)若某一个DG的VRZ中的节点电压越界，所有调压装置按以下动作顺序启动：本地DG、由高到低的ΔV_i对应的非本地DG、OLTC。

2)若OLTC的VRZ中的节点电压越界，OLTC应首先自动调节分接头，若OLTC分接头达到最大动作范围而节点电压仍不满足运行要求时，再调节各DG的无功功率输出。此外，DG仍按照较大ΔV_i对应的DG先动作，较小ΔV_i对应的DG后动作的原则顺序动作。

实例一：

以图1所示的33节点配电网系统为例，在正常运行情况下，DG发出1MW的有功功率且功率因数为1。当某DG控制域内的负荷变化导致有关节点电压越限时，DG可发出或吸收的最大无功功率为Q＝±1MVAR。配电网的总负荷为3.715MW+2.3MVAR，变电站二次侧电压设为1.0pu。无DG接入时系统节点电压波形如图2中的曲线1所示，大部分的节点电压过低，超出了OLTC的调压范围，考虑利用分布式电源的功率输出来调压。选择DG安装位置的方法如图12所示，包括以下步骤：

(1)忽略节点i的负荷，形成电网的节点导纳矩阵Y_bus；

(2)Z_bus＝Y^-1 _bus，Z_eqi＝Z_ii；

(3)忽略节点i的负荷进行潮流计算，得节点i的电压为V_eqi；

(4)计及节点i的负荷进行潮流计算，得节点i的电压为V_i；

(5)

对除平衡节点外的所有节点重复以上步骤，可得32个位置指数，如图3所示。选择位置指数最大的节点(29节点)作为DG的接入点，在29节点接入一个容量为1MW+j1MVAR的DG后，系统节点电压如图2中的曲线2所示，显然，9～17节点电压仍低于电压允许运行的下限。因此，考虑接入第二个DG。29节点接入DG后配电网各节点的位置指数仍采用以上步骤计算，且欠电压出现在主馈线上，因此只需计算主馈线上节点的位置指数，如图4所示。选择位置指数最大的节点(13节点)作为第二个DG的接入点，在13节点接入一个容量为1MW+j1MVAR的DG后，系统节点电压如图2中的曲线3所示，显然，系统所有节点电压均运行在允许范围之内。

在确定13和29节点分别接入DG1和DG2后，应确定DG1和DG2的电压调节域，方法如图13所示，步骤如下所示：

(1)计算电压灵敏度矩阵。电力系统中，功率变化对母线电压和相角的变化关系为；

式中，ΔP和ΔQ分别是注入某节点的有功和无功变化量，ΔV和Δδ是某节点的电压和相角的变化量，[J]是雅克比矩阵。

雅克比矩阵的逆矩阵即为电压敏感度矩阵，电压-有功敏感度矩阵和电压-无功敏感度矩阵分别表示DG注入有功和无功的变化引起的电压改变量；

(2)计算各节点的电压变化量：

(3)定义一个电压改变量门槛值ΔV_th来划分受DG控制作用较强的电压节点，并将这些节点纳入到此DG的电压调节域中。

跟随DG1和DG2的无功功率变化而变化的32个节点的电压变化量如图5所示。从图5的柱状图来看，为方便的划分各DG的本地调压域，取电压改变量的门槛值ΔV_th为0.08pu。显然，DG1的无功变化量主要引起主馈线上节点电压的改变，而DG2的无功变化量主要引起支路3上的节点电压的改变。因此，根据图5可划分出两个DG的调压域，如表1所示。

表1各DG的本地调压域

VRZ	DG接入点	DG本地调压域包含节点
			2	13	7，8，9，10，11，12，13，14，15，16，17
3	29	27，28，29，30，31，32

在初步划分出各DG的调压域的基础上，再比较OLTC分接头改变和调节DG输出无功大小对各DG调压域中节点电压的影响，从而确定OLTC和各DG相应的电压调节域，具体步骤如下：

(1)在节点13处DG1的VRZ2中，令边界节点7处的电压在以下两种调压措施下相同：a.调节13节点处DG发出的无功；b.调节OLTC分接头。各节点电压标幺值如图6所示。

由图6可知，尽管调节OLTC分接头可以提升整个配电网的电压水平，但对于7～17节点，曲线2位于曲线3上方，说明在13节点注入1MVAR无功功率对电压的支撑作用更明显，也即调压更有效。因此，节点7～17属于DG1的VRZ。

(2)在节点29处DG2的VRZ3中，令边界节点27处的电压在以下两种调压措施下相同：a.调节29节点处DG发出的无功；b.调节OLTC分接头。各节点电压标幺值如图7所示。

由图7可知，对于27～32节点电压，曲线2位于曲线3上方，说明在29节点注入1MVAR无功功率对电压的支撑作用比调节OLTC分接头更大，减少了分接头的动作次数。因此，节点27～32属于DG2的VRZ。

图6和图7表明，尽管两个DG对于自身调压域中的节点电压有较强的支撑作用，但对于不属于任何一个DG调压域的节点(1～6，18～21，22～26)，调节OLTC分接头是更有效的调压手段。因此，采用OLTC和DG协调配合调压时，各调压装置的调压域划分如表2所示。

表2OLTC和各DG的本地调压域

VRZ	调压装置	本地调压域包含节点
			1	OLTC	1～6，18～21，22～26
2	13节点DG	7，8，9，10，11，12，13，14，15，16，17
			3	29节点DG	27，28，29，30，31，32

为验证以上VRZ划分的正确性，分别增大3个VRZ中的节点负荷，使得部分节点电压跌落至正常运行范围以下，比较以下三种调压手段的调压效果：①调节OLTC分接头；②调节节点13处DG1的无功功率；③调节节点29处DG2的无功功率。设置三种情况，仿真分析分别如下所述。

图8为VRZ1中节点电压越限时，不同调压措施下的节点电压波形图。由图8中曲线1可知，当VRZ1中的节点负荷增大，区域内若干节点电压不满足运行要求，分别采用上述三种手段调压，调压后的节点分布曲线如图8中的曲线2、3、4所示。

曲线2、3中节点19～21的电压与曲线1中的电压基本相同，说明对于电压跌落严重的19～21节点，调节两个分布式电源发出的无功功率对提升这些节点电压的效果不明显，即调压无效。曲线4对于19～21节点电压有明显的支撑作用，电压运行在合理的范围之内，因此调节OLTC分接头是有效的调压手段。

以上仿真结果表明，针对VRZ1中负荷增大引起的电压越界问题，调节DG输出的无功功率对VRZ1中的节点电压不能起到良好的调节作用，这是因为VRZ1不是分布式电源的调压域，而是OLTC的调压域。此时，采用调节OLTC分接头作为主要的调压手段可以快速有效地调节馈线电压。因此，通过DG与OLTC协调调压可满足所有节点的电压要求。

图9为VRZ2中节点电压越限时，不同调压措施下的节点电压波形图。由图9中曲线2和4可知，调节DG1发出1MVAR无功功率都会对VRZ2的电压起明显的支撑作用，而调节OLTC分接头到二次侧电压为1.037pu，才能勉强将VRZ2的节点电压提升至下限(0.93pu)之上。为保证电压不轻易越界，调压时一般留有一定裕度，即通常将电压调至0.93pu之上，而不是使电压恰好运行在0.93pu。从图9的曲线4可以看出，电压最低点恰好运行在0.93pu时，变电站出线电压为1.037pu，若调节OLTC分接头使电压最低点电压高于0.93pu，那么变电站出线电压将接近电压的上限，受到轻微扰动而可能越界。

当DG的VRZ中节点电压越界，调压时调节相应DG的无功功率输出比调节OLTC分接头更利于电网的稳定运行。

图10为VRZ3中节点电压越限时，不同调压措施下的节点电压波形图。图10中曲线3和4表明调节DG2的无功出力和OLTC分接头均能较大幅度地提升VRZ3中的节点电压，但采用调节OLTC分接头的方法显然是不合理的，因为这造成OLTC二次侧电压过高(1.06pu)，不利于电网的稳定运行，而单独调节DG的无功出力又无法满足VRZ3中所有节点的电压运行要求，因此需要OLTC和DGs配合进行调压。

采用本发明提出的分层分区调压方法，由图10可知，欠电压出现在VRZ3中，其对应的分布式电源是DG2，因此首先调节DG2的无功功率输出，DG2发出1MVAR无功功率时的节点电压波形如图11中的曲线2所示。显然，VRZ3中的部分节点电压仍偏低，此时，应按ΔV_i由高到低的顺序调节其他分布式电源。由于本发明选用的配网只需安装两个分布式电源，因此还需调节DG1发出的无功功率。由图11中的曲线3可知，此时VRZ3中的部分电压仍微低于下限电压值。此时，在DG1和DG2均发出1MVAR无功功率的基础上，仅需对OLTC分接头进行微调即可满足电网电压运行要求，从而使OLTC分接头动作次数最小，采用分层分区调压策略后的节点电压如图11中的曲线4所示。

经过各装置的配合顺序调压，整个配电网的节点电压均运行在规定范围之内，保证了供电的可靠性和安全性。同时，只需小幅度调节OLTC分接头即可满足要求，即将各VRZ中调压装置的相互影响程度降到了最低。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种基于分层分区控制的有源配电网调压方法，其特征是：包括以下步骤：

(1)利用戴维宁等效电路原理计算各节点的位置指数，确定分布式电源的接入位置和数量；

(2)根据分布式电源的接入位置以及其注入有功和无功变化引起的电压改变量确定电压灵敏度，根据电压灵敏度划分各个分布式电源的调压域；

(3)将有载调压变压器作为调压手段，比较有载调压变压器和分布式电源对各个调压域内节点电压的调节程度，确定有载调压变压器的调压域，并更新分布式电源的调压域；

(4)判断分布式电源和有载调压变压器的调压域中节点电压是否越界，确定分布式电源和有载调压变压器的动作顺序。

2.如权利要求1所述的一种基于分层分区控制的有源配电网调压方法，其特征是：所述步骤(1)中，将配电网的n个节点负荷分别当作外电路，采用戴维宁定理，做出n个戴维宁等效电路，用导纳形式表示所有电源和负荷，忽略各个节点的负荷，形成节点导纳矩阵，求逆得到节点阻抗矩阵，利用潮流计算得到各个节点的计及节点负荷的电压和各个节点负荷开路时所得戴维宁等效电路的电压。

3.如权利要求1所述的一种基于分层分区控制的有源配电网调压方法，其特征是：所述步骤(1)中，各节点的位置指数L_DG具体计算方法为:

$L_{DG}=\frac{4}{E^2}(VE-V^2)\≤1---\left(1\right)$

其中，E相当于节点i负荷开路时所得戴维宁等效电路中的i节点电压，V相当于考虑节点i负荷的节点电压。

4.如权利要求1所述的一种基于分层分区控制的有源配电网调压方法，其特征是：所述步骤(1)中，确定分布式电源的接入位置和数量的具体方法包括：

(1-1)将分布式电源安装在位置指数最大的节点处，并校验此时系统各节点电压是否运行在允许范围之内；

(1-2)若仍有部分节点电压越限，则考虑安装第二个分布式电源，其接入位置选择在第一个分布式电源接入后重新计算得到的位置指数最大的节点处，校验此时系统各节点电压是否运行在允许范围之内；

(1-3)重复步骤(1-2)直至全部节点电压运行在允许范围内。

5.如权利要求1所述的一种基于分层分区控制的有源配电网调压方法，其特征是：所述步骤(2)中，构建功率变化对母线电压和相角的变化关系，求解电压灵敏度矩阵，表示分布式电源注入有功和无功的变化引起的电压改变量，得到各节点电压变化量；

设定电压改变量门槛值，将其与各个节点的电压变化量相比，若某节点的电压变化量大于电压改变量门槛值，则所述节点属于该分布式电源的调压域。

6.如权利要求5所述的一种基于分层分区控制的有源配电网调压方法，其特征是：所述步骤(2)中，若有节点同时属于多个分布式电源的调压域，则对比该节点的电压变化量，将其划入最大电压变化量对应的调压域。

7.如权利要求1所述的一种基于分层分区控制的有源配电网调压方法，其特征是：所述步骤(3)中，在保持各调压域边界节点电压一致的前提下，只调节有载调压变压器和只调节相关的分布式电源的出力，分析两种调压方式对各调压域内节点电压的影响程度，从而确定有载调压变压器的调压域以及重新划分后的各分布式电源的调压域。

8.如权利要求1所述的一种基于分层分区控制的有源配电网调压方法，其特征是：所述步骤(4)中，在有载调压变压器和分布式电源调压域划分完成后，需采用协调顺序控制策略应对负荷变化引起的电压越界的问题，即在划分完各调压装置的调压区域后，需要合理安排各调压装置的动作顺序。

9.如权利要求1所述的一种基于分层分区控制的有源配电网调压方法，其特征是：所述步骤(4)中，具体动作顺序方式为：若某一个分布式电源的调压域中的节点电压越界，所有调压装置按以下动作顺序启动：本地分布式电源、由高到低的节点电压变化量对应的非本地分布式电源、有载调压变压器。

10.如权利要求1所述的一种基于分层分区控制的有源配电网调压方法，其特征是：所述步骤(4)中，具体动作顺序方式为：若有载调压变压器的调压域中的节点电压越界，有载调压变压器应首先自动调节分接头，若有载调压变压器分接头达到最大动作范围而节点电压仍不满足运行要求时，再调节各分布式电源的无功功率输出，此外，分布式电源按照由高到低的节点电压变化量进行顺序动作。