CN105826946B - 大规模光伏接入的配电网动态无功优化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种大规模光伏接入的配电网动态无功优化方法，其特点是，充分利用光伏无功控制和馈线自动调压器，以使得网络损耗最小和分接头调节次数最少，具体包括：确定以网络损耗和分接头调节次数为目标的多目标数学模型μ，分别确定以分接头调节次数为目标和以网络损耗为目标的函数；确定光伏无功控制策略；确定负荷需求曲线；采用改进的粒子群算法进行优化求解，最终得到满意度最大时各时段光伏无功输出、分接头档位设置和各光伏接入点的电压情况。具有科学合理，适用性强，效果佳等优点，有利于接入配电网络的设备安全经济运行。
Description
技术领域
本发明涉及大规模光伏接入的配电网动态无功优化方法，具体涉及一种光伏无功控制和馈线自动调压器(SVR)档位设置问题。
背景技术
发展新能源发电是我国保障能源安全、应对气候变化、实现减排承诺的重要举措。我国自2006年实施《可再生能源法》以来，新能源发电技术迅猛发展，以光伏为主的绿色可再生能源受到青睐。规划到2020年，我国光伏发电并网装机容量将达到50GW。而目前我国建设分布式光伏发电系统采用“自发自用，余量上网，电网调节”方式，在大规模光伏接入配电网后，将给电压的有效控制与管理带来严重的影响。
近年来，国内外在相关领域开展了一些研究工作，对电网的动态无功优化主要是通过投切电容器或者改变变压器分接头，以网络损耗最小或者变压器分接头动作次数最少进行单目标无功优化来实现。迄今未见有关将分布式光伏无功控制方法与配电网的优化运行有效结合以及同时对多个目标进行优化分析的文献报道和实际应用。
发明内容
本发明构思基于在大规模光伏接入配电网后，会造成节点电压波动，在发生越限情况下，为了使电压在额定的范围内，减小电压波动，馈线自动调压器(SVR)需持续动作，进而会造成设备使用寿命降低，设备投资费用增加，而且，损耗的增加不利于网络经济运行。
本发明所要解决的问题是，提供一种科学合理，适用性强，效果佳，利于接入配电网络设备安全经济运行的大规模光伏接入的配电网动态无功优化方法。
解决其问题采用的技术方案是一种大规模光伏接入的配电网动态无功优化方法，其特征是，充分利用光伏无功控制和馈线自动调压器，以使得网络损耗最小和分接头调节次数最少，具体包括下述步骤：
步骤1：确定以网络损耗和分接头调节次数为目标的多目标数学模型μ，分别确定以分接头调节次数为目标和以网络损耗为目标的函数：
式(1)和(2)中：N为总的时刻数；Ntr为SVR的个数；Tapt,T为第T个馈线自动调压器在t时刻的档位；Ploss,t为t时刻系统的网络损耗；
选用降半直线形作为各目标的隶属度函数，对各目标进行评价：
式(3)和式(4)中：Plmin为以网络损耗最小为目标时的值；Kmin为以分接头调节次数最少为目标时的值；δ1为网络损耗可接受的伸缩值；δ2为分接头调节次数可接受的伸缩值；
根据各目标的相对重要性确定权重系数，按式(5)采用加权求和法把多目标转化为单目标：
μmax＝k1μ(K)+k2μ(P) (5)
式(5)中：μ(K)是分接头调节次数隶属度函数；μ(P)是网络损耗隶属度函数；k1、k2为各部分的权重系数，且满足k1+k2＝1；
步骤2：确定光伏无功控制策略
获得光伏出力的分段曲线，以小时为单位将预测到的光伏出力曲线划分为24段，并通过积分中值定理认为每段的功率是恒定的，光伏按最大功率跟踪点(MPPT)发出有功功率，各个时段的无功容量由当时分布式光伏的有功出力与并网逆变器的容量所确定；
当逆变器的有功出力低于额定容量时，剩余容量用来向电网提供无功支撑，调节并网点的电压，按式(6)采用基于并网点电压幅值U的Q(U)控制策略，控制光伏逆变器无功的输出：
式中：Qmax为光伏的最大无功输出；U为节点电压；
步骤3：确定负荷需求曲线，将预测到的负荷需求曲线分为24段，并用积分中值定理处理认为每段的值是恒定不变的，假设各个负荷点的变化规律是相同的；
步骤4：采用改进的粒子群算法进行优化求解，最终得到满意度最大时各时段光伏无功输出、分接头设置和各光伏接入点的电压情况。
本发明提供的技术方案具有的优异效果是：
本发明是大规模光伏接入的配电网动态无功优化方法，综合考虑了光伏无功控制能力和SVR的档位设置，以使得网络损耗和分接头调节次数最小，把光伏无功控制策略和整个系统优化运行有效结合，为含分布式光伏的配电网无功调度提供了理论依据和技术支持；在一定程度上解决了大规模分布式光伏接入配电网引起SVR频繁动作，加速设备老化等问题，具有科学合理，适用性强，效果佳，有利于接入配电网络的设备安全经济运行。
附图说明
图1是本发明的大规模光伏接入的配电网动态无功优化方法流程图；
图2是改进的IEEE33节点配电网示意图；
图3是光伏出力曲线示意图；
图4是负荷的有功需求变化规律图；
图5是负荷的无功需求变化规律图；
图6是各时段光伏无功输出曲线示意图；
图7是分接头档位设置曲线示意图；
图8是优化前各光伏接入点的电压曲线示意；
图9是优化后各光伏接入点的电压曲线示意。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
如图1所示，本发明的一种大规模光伏接入的配电网动态无功优化方法，以含光伏的IEEE33节点配电网为例进行分析，如图2所示，选取的基准容量为500kVA，基准电压为12.66kV。
本发明的一种大规模光伏接入的配电网动态无功优化方法，充分利用光伏无功控制和馈线自动调压器，以使得网络损耗最小和分接头调节次数最少，具体包括下述步骤：
步骤1：确定以网络损耗和分接头调节次数为目标的多目标数学模型μ
分别确定以分接头调节次数为目标和以网络损耗为目标的函数：
式(1)和(2)中：N为总的时刻数；Ntr为SVR的个数；Tapt,T为第T个馈线自动调压器在t时刻的档位；Ploss,t为t时刻系统的网络损耗。
选用降半直线形作为各目标的隶属度函数，对各目标进行评价：
式(3)(4)中：Plmin为以网络损耗最小为目标时的值，Kmin为以分接头调节次数最少为目标时的值，如表1所示；δ1为网络损耗可接受的伸缩值，δ1＝0.6144；δ2为分接头调节次数可接受的伸缩值，δ2＝20。
表1
根据各目标的相对重要性确定权重系数，按式(5)采用加权求和法把多目标转化为单目标：
μmax＝k1μ(K)+k2μ(P) (5)
式(5)中：μ(K)是分接头调节次数隶属度函数；μ(P)是网络损耗隶属度函数；k1、k2为各部分的权重系数，且满足k1+k2＝1，选取k1＝0.6，k2＝0.4。
步骤2：确定光伏无功控制策略
获得光伏出力的分段曲线。以小时为单位将预测到的光伏出力曲线划分为24段，并通过积分中值定理认为每段的功率是恒定的，如图3所示。光伏按最大功率跟踪点(MPPT)发出有功功率，各个时段的无功容量由当时分布式光伏的有功出力与并网逆变器的容量所确定，光伏逆变器的容量为400kVA(0.8pu)，功率因数在超前0.95-滞后0.95范围内可调。
当逆变器的有功出力低于额定容量时，剩余容量可用来向电网提供无功支撑，调节并网点的电压，按式(6)采用基于并网点电压幅值U的Q(U)控制策略，控制光伏逆变器无功的输出：
式中：Qmax为光伏的最大无功输出；U为节点电压，其中U1＝0.9，U2＝0.95，U3＝1.02，U4＝1.05。
步骤3：确定负荷需求曲线，将预测到的负荷需求曲线分为24段，并用积分中值定理处理认为每段的值是恒定不变的，假设各个负荷点的变化规律是相同的，如图4、图5所示；
步骤4：采用改进的粒子群算法进行优化求解，算法初始参数设置：种群规模N＝50，最大迭代次数Tmax＝60，惯性权重wstart＝0.9，wend＝0.4。最终得到满意度最大时各时段光伏无功输出、分接头档位设置，分别如图6、图7所示；
为了说明此优化方法与不优化时的区别，将优化前后的电压进行了对比说明，如图8、图9所示。
本发明提供的方法在考虑24h内光伏出力和负荷需求变化的基础上，同时兼顾了网络损耗最小和分接头调节次数最少，获得了光伏无功输出情况和分接头设置情况。
本发明的大规模光伏接入的配电网动态无功优化方法，综合考虑了光伏无功控制能力和SVR的档位设置，以使得网络损耗和分接头调节次数最小，把光伏无功控制策略和整个系统优化运行有效结合，为含分布式光伏的配电网无功调度提供了理论依据和技术支持；在一定程度上解决了大规模分布式光伏接入配电网引起SVR频繁动作，加速设备老化等问题，具有科学合理，适用性强，效果佳，有利于接入配电网络的设备安全经济运行。
Claims (1)
1.一种大规模光伏接入的配电网动态无功优化方法，其特征是，充分利用光伏无功控制和馈线自动调压器(SVR)，以使得网络损耗最小和分接头调节次数最少，具体包括下述步骤：
步骤1：确定以网络损耗和分接头调节次数为目标的多目标数学模型μ，分别确定以分接头调节次数为目标和以网络损耗为目标的函数，
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式(1)和(2)中：N为总的时刻数，Ntr为馈线自动调压器(SVR)的个数，Tapt,T为第T个馈线自动调压器(SVR)在t时刻的档位，Ploss,t为t时刻系统的网络损耗；
选用降半直线形作为各目标的隶属度函数，对各目标进行评价：
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式(3)和式(4)中：Plmin为以网络损耗最小为目标时的值，Kmin为以分接头调节次数最少为目标时的值，δ1为网络损耗可接受的伸缩值，δ2为分接头调节次数可接受的伸缩值；
根据各目标的相对重要性确定权重系数，按式(5)采用加权求和法把多目标转化为单目标：
μmax＝k1μ(K)+k2μ(P) (5)
式(5)中：μ(K)是分接头调节次数隶属度函数，μ(P)是网络损耗隶属度函数，k1、k2为各部分的权重系数，且满足k1+k2＝1；
步骤2：确定光伏无功控制策略
获得光伏出力的分段曲线，以小时为单位将预测到的光伏出力曲线划分为24段，并通过积分中值定理认为每段的功率是恒定的，光伏按最大功率跟踪点(MPPT)发出有功功率，各个时段的无功容量由当时分布式光伏的有功出力与并网逆变器的容量所确定；
当逆变器的有功出力低于额定容量时，剩余容量用来向电网提供无功支撑，调节并网点的电压，按式(6)采用基于并网点电压幅值U的Q(U)控制策略，控制光伏逆变器无功的输出：
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式中：Qmax为光伏的最大无功输出；U为节点电压；取U1＝0.9，U2＝0.95，U3＝1.02，U4＝1.05；
步骤3：确定负荷需求曲线，将预测到的负荷需求曲线分为24段，并用积分中值定理处理认为每段的值是恒定不变的，假设各个负荷点的变化规律是相同的；
步骤4：采用改进的粒子群算法进行优化求解，最终得到满意度最大时各时段光伏无功输出、分接头设置和各光伏接入点的电压情况。
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