CN107546750A - 一种基于元件协调控制规则的配电网电压集中式控制方法 - Google Patents
一种基于元件协调控制规则的配电网电压集中式控制方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种基于元件协调简单规则的配电网电压集中式控制方法。包括：考虑典型24小时DG出力与负荷预测曲线和DG装机容量、并网功率因数范围，提出含DG配电网潮流计算模型；定义配电网电压越限判断指标，依据潮流计算结果准确判断配电网电压越限情况；提出不同电压越限情况下，集中式电压控制策略，以提高DG接入后配电网电压合格率。本发明考虑到现有传统调压方式并不能完全有效、经济地解决并网点电压升高问题，故提出借助于DG发电系统本身来解决，充分利用DG发电系统本身的调压能力，在综合考虑DG、有载调压变压器等元件调压能力及其协调控制的基础上，提出了针对不同电压越限情况的集中式元件协调控制策略，节约了成本。
Description
技术领域
本发明属于电力系统领域，尤其涉及一种基于元件协调简单规则的配电网电压集中式控制方法。
背景技术
为了满足广大电力用户的需求，同时又要保证供电质量，因此随着电力技术的不断提高及能源的开发，分布式电源(distributed generation，DG)在电力系统中得到广泛应用。DG指为了满足某些电力用户的需求、支持已经存在的配电网经济运行而设计和安装在用户附近的小型发电机组(容量一般为几千瓦至几十兆瓦)，如分布式光伏、风力发电等。
传统的配电网通常是单一电源的放射状结构的供电系统，DG的接入使配电网变为多电源结构的供电系统，改变了配电网潮流的大小和方向，从而影响了配电网各节点的电压分布。DG接入配电网通常会产生电压上升问题，反过来限制DG接入容量。
传统的配电网通常采用被动方法减小DG接入带来的电压上升，比如加强导线等，然而成本高昂。主动电压控制方法也可以用来降低最大电压，很多情况下主动电压控制可以充分增加可连DG的容量，从而大幅降低连接损耗。因此本发明提出一种基于元件协调简单规则的配电网电压集中式控制方法，适用于包含多个DG的配电网。该方法控制变电站有载调压变压器(on load tap changer，OLTC)和DG无功、有功出力，基于全网状态信息确定元件操作动作，避免了配电网传统本地控制仅仅着眼于单个节点或几个节点的局限，将配电网作为一个统一整体来考虑。
发明内容
本发明的目的在于通过对配电网变电站有载调压变压器(on load tap changer，OLTC)和DG出力的集中式调控，解决DG接入配电网后带来的电压越限问题，以保证配电网的稳定安全运行。
本发明提出一种基于元件协调控制规则的配电网电压集中式控制方法，包括以下步骤：
(1)根据典型24小时DG出力与负荷预测曲线和DG装机容量、并网功率因数范围，得出24小时各时段分布式DG有功、无功出力上下限和负荷；
(2)按照配电线路单线图及运行方式建立配电线路计算模型，通过潮流计算得到各时刻电压变化曲线，根据系统最大电压和最小电压判断系统是否存在电压越限，如果越限判断电压越上限、越下限或者同时越上下限；
(3)如果电压越限，根据电压越限种类启动集中式协调电压控制，对变电站OLTC和DG出力进行控制，得到符合配网电压偏移的电压曲线。
所述步骤(1)是根据24h DG出力曲线得到24小时内，以15分种为时间段面的各个段面DG有功出力上限Pmax，通过DG装机容量与各个时段出力百分比相乘得到，下限Pmin 为Pmax与DG接入允许最小功率因数相乘得到；
24h內各个断面DG无功出力上限按照DG并网功率因数及装机容量确定：
式中，PDGi是DG有功功率，pfDGi是DG功率因数，SDGi是DG视在功率；
各个时段系统中各节点负荷为各节点最大负荷与负荷曲线中各时段百分比相乘得到。
所述步骤(2)电压是否越限及越限后越限种类判断方法，具体如下：
建立nb*4阶电压分析矩阵A，nb表示配电网节点总数；
矩阵A第一列表示节点编号；
矩阵A第二列表示该节点电压是否超过馈线允许电压偏移上限，超过为1否则为0；
矩阵A第三列表示该节点电压是否超过馈线允许电压偏移下限，超过为1否则为0；
矩阵A第四列表示该节点若超过馈线允许电压偏移上下限的越限值ΔV，无越限为0；
定义参数n1、n2分别为矩阵A第二列、第三列的和，若n1≠0同时n2＝0表示配电网电压越上限，若n2≠0同时n1＝0表示配电网电压越下限，若n1≠0同时n2≠0表示配电网电压同时越上下限，其他无越限。
所述步骤(3)电压集中式协调控制方法，具体如下：
对于电压越上限，通常出现在DG出力较大的时间段。首先启动变电站OLTC调压，增大变电站OLTC变比降低整个网络电压水平，若调压不成功启动基于灵敏度分析的DG无功调压，控制注入无功功率与越限最大电压节点灵敏度最高的DG进相运行，若仍不成功启动基于灵敏度分析的DG有功调压，控制注入有功功率与越限最大电压节点灵敏度最高的DG压出力，得到符合馈线电压偏移的电压曲线；
对于电压越下限，通常出现在负荷较大的时间段。首先启动变电站OLTC调压，减小变电站OLTC变比升高整个网络电压水平，若调压不成功，在可以使OLTC继续减小变比升高网络电压水平从而使越下限电压合格的条件下，启动基于灵敏度分析的DG无功功调压，控制注入无功功率与越限最小电压节点灵敏度最高的DG进相运行，DG压出力操作同理；
基于节点注入潮流的灵敏度分析公式为：
式中，Sbus表示节点注入功率，Ibus表示节点注入电流，V表示节点电压向量，v表示 电压复制，[Ibus]表示向量Ibus在对角线的对角矩阵，Ibus*表示Ibus的复共轭：
不同节点有功、无功与越限最大或最小电压节点间灵敏度分别为的实部和虚部；
无论是电压越上限还是越下限，OLTC动作的前提都是变比在允许范围内，不造成其他电压越限，尤其电压越上限而增大OLTC变比降低整个网络电压水平不能造成电压越下限，电压越下限而减小OLTC变比升高整个网络电压水平不能造成电压越上限；
对于电压同时越上下限，通常是由于潮流分布极不合理，首先对DG出力进行优化，目标函数为：
式中，ΔVmax＝VUpper-VLower，
在已经对电压越限进行改善的情况下，OLTC档位就有了更为宽松的选择：
式中，DB为大于0的极小值，Δa表示OLTC步长。
与现有配网变电站基于区图分散式本地控制相比，本发明有以下优点：
基于全网所有节点的灵敏度分析，通过这种方式使控制的DG有功、无功最少，区别于传统基于区图的变电站分散式本地控制，基于全局角度对OLTC和DG出力进行调控，充分利用配网自动化的通信优势；
在电压越上限和越下限时，变压器单位计算一次一档，有利于避免OLTC动作次数过多，即避免可以动作一档解决电压问题时动作了更多挡；
针对不同的电压越限情况，本发明针对性的提出了不同的解决策略，有利于提高配电网运行的安全性和稳定性。
附图说明
图1是基于元件协调控制规则的配电网电压集中式控制方法的流程图
图2是典型日光伏DG出力和日负荷预测曲线
图3是含光伏DGs的IEEE-33节点系统
图4是不控制时IEEE-33节点系统最大最小电压
图5是采用本发明协调控制后IEEE-33节点系统最大最小电压
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，但本说明的实施和保护不限于此。
图1反映了基于元件协调控制规则的配电网电压集中式控制方法的具体流程。基于元件协调控制规则的配电网电压集中式控制方法包括：
(1)本发明中取装机容量均为2MVA的光伏DG，根据图2所示日光伏DG和居民负荷预测曲线，以及中型光伏电站功率因数应在0.98(超前)～0.98(滞后)范围内可调，可得到24小时内以15分钟为时间间隔各时间段的光伏DG出力上下限Pmax、Pmin，无功出力上下限Qmax、Qmin，和各时段系统中各节点负荷；
假设光伏DG采用有功无功解耦控制，各时段各光伏DG Pmax为装机容量2MVA与光伏DG日出力曲线上各时段百分比相乘，各时段各光伏DG Pmin为Pmin＝Pmax*0.98；
各时段各光伏DG Qmax由以下公式确定：
式中，PDGi是DG有功功率，pfDGi是DG功率因数-0.98～0.98，SDGi是DG视在功率即光伏DG装机容量2MVA；
各时段各光伏DG Qmin为Qmin＝-Qmax；
各时段各节点负荷Pd为各节点最大负荷Pdmax与日居民负荷曲线各时段百分比相乘得到。
(2)按照配电线路单线图及运行方式建立配电线路计算模型，通过潮流计算得到各时刻电压变化曲线，根据系统最大电压和最小电压判断系统是否存在电压越限，如果越限判断电压越上限、越下限或者同时越上下限；
如图3所示，以接入4个装机容量为2MVA的光伏DG的12.66kV IEEE-33节点配电系统为例，配电线路的计算模型和参数具体包括内容如下：
1)配电线路的单线图；
2)配电线路上各开关的实时开闭状态；
3)配电线路各段的导线阻抗、导纳标幺值；
4)各配电变压器的型号、容量、空载损耗和短路阻抗；
5)12.66kV配电线路首端所在变电站的12.66kV母线电压；
6)各负荷点和配变低压侧的有功负荷和无功负荷；
7)各负荷点安装无功补偿设备的容量和已投容量。
对图3所示IEEE-33节点系统进行潮流计算，得到各时刻电压变化曲线，各时刻最大最小电压情况如图4所示，根据系统最大电压和最小电压判断系统是否存在电压越限如果越限判断电压越上限、越下限或者同时越上下限：
建立nb*4阶电压分析矩阵A，nb表示配电网节点总数；
矩阵A第一列表示节点编号；
矩阵A第二列表示该节点电压是否超过12.66kV馈线允许电压偏移上限+7％，超过为1否则为0；
矩阵A第三列表示该节点电压是否超过12.66kV馈线允许电压偏移下限-7％，超过为1否则为0；
矩阵A第四列表示该节点若超过12.66kV馈线允许电压偏移上下限的越限值ΔV，无越限为0；
定义参数n1、n2分别为矩阵A第二列、第三列的和，若n1≠0同时n2＝0表示配电网电压越上限，若n2≠0同时n1＝0表示配电网电压越下限，若n1≠0同时n2≠0表示配电网电压同时越上下限，其他无越限；
由以上分析方法可知12:00～16:00左右电压越上限，20:00～22:00左右电压越下限。
(3)如果电压越限，根据电压越限种类启动集中式协调电压控制，对变电站OLTC和DG出力进行控制，得到符合配网电压偏移的电压曲线：
对于电压越上限，通常出现在DG出力较大的时间段。首先启动变电站OLTC调压，增大变电站OLTC变比降低整个网络电压水平，若调压不成功启动基于灵敏度分析的DG无功调压，控制注入无功功率与越限最大电压节点灵敏度最高的DG进相运行，若仍不成功启动基于灵敏度分析的DG有功调压，控制注入有功功率与越限最大电压节点灵敏度最高的DG压出力，得到符合12.6kV馈线电压偏移的电压曲线；
对于电压越下限，通常出现在负荷较大的时间段。首先启动变电站OLTC调压，减小变电站OLTC变比升高整个网络电压水平，若调压不成功，在可以使OLTC继续减小变比升高网络电压水平从而使越下限电压合格的条件下，启动基于灵敏度分析的DG无功功调压，控制注入无功功率与越限最小电压节点灵敏度最高的DG进相运行，DG压出力操作同理：
基于节点注入潮流的灵敏度分析公式为：
式中，Sbus表示节点注入功率，Ibus表示节点注入电流，V表示节点电压向量，v表示电压复制，[Ibus]表示向量Ibus在对角线的对角矩阵，Ibus*表示Ibus的复共轭；
不同节点有功、无功与越限最大或最小电压节点间灵敏度分别为的实部和虚部；
无论是电压越上限还是越下限，OLTC动作的前提都是变比在允许范围内，不造成其他电压越限，尤其电压越上限而增大OLTC变比降低整个网络电压水平不能造成电压越下限，电压越下限而减小OLTC变比升高整个网络电压水平不能造成电压越上限；
对于电压同时越上下限，通常是由于潮流分布极不合理，首先对DG出力进行优化，目标函数为：
式中，ΔVmax＝VUpper-VLower，
在已经对电压越限进行改善的情况下，OLTC档位就有了更为宽松的选择：
式中，DB为大于0的极小值，Δa表示OLTC步长；
通过以上集中式调压，得到符合配电线路电压偏移的电压曲线，调压后系统最大最小电压如图5所示。
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 (4)
1.一种基于元件协调控制规则的配电网电压集中式控制方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)根据典型24小时DG出力与负荷预测曲线和DG装机容量、并网功率因数范围，得出24小时各时段分布式DG有功、无功出力上下限和负荷；
(2)按照配电线路单线图及运行方式建立配电线路计算模型，通过潮流计算得到各时刻电压变化曲线，根据系统最大电压和最小电压判断系统是否存在电压越限，如果越限判断电压越上限、越下限或者同时越上下限；
(3)如果电压越限，根据电压越限种类启动集中式协调电压控制，对变电站OLTC和DG出力进行控制，得到符合配网电压偏移的电压曲线。
2.根据权利要求1所述的基于元件协调控制规则的配电网电压集中式控制方法，其特征在于：所述步骤(1)是根据24h DG出力曲线得到24小时内，以15分种为时间段面的各个段面DG有功出力上限Pmax，通过DG装机容量与各个时段出力百分比相乘得到，下限Pmin为Pmax与DG接入允许最小功率因数相乘得到；
24h內各个断面DG无功出力上限按照DG并网功率因数及装机容量确定：
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式中，PDGi是DG有功功率，pfDGi是DG功率因数，SDGi是DG视在功率；
各个时段系统中各节点负荷为各节点最大负荷与负荷曲线中各时段百分比相乘得到。
3.根据权利要求1所述的基于元件协调控制规则的配电网电压集中式控制方法，其特征在于：所述步骤(2)是电压是否越限及越限后越限种类判断方法，具体如下：
建立nb*4阶电压分析矩阵A，nb表示配电网节点总数；
矩阵A第一列表示节点编号；
矩阵A第二列表示该节点电压是否超过馈线允许电压偏移上限，超过为1否则为0；
矩阵A第三列表示该节点电压是否超过馈线允许电压偏移下限，超过为1否则为0；
矩阵A第四列表示该节点若超过馈线允许电压偏移上下限的越限值ΔV，无越限为0；
定义参数n1、n2分别为矩阵A第二列、第三列的和，若n1≠0同时n2＝0表示配电网电压越上限，若n2≠0同时n1＝0表示配电网电压越下限，若n1≠0同时n2≠0表示配电网电压同时越上下限，其他无越限。
4.根据权利要求1所述的基于元件协调控制规则的配电网电压集中式控制方法，其特征在于：所述步骤(3)是电压集中式协调控制方法，具体如下：
对于电压越上限，通常出现在DG出力较大的时间段。首先启动变电站OLTC调压，增大变电站OLTC变比降低整个网络电压水平，若调压不成功启动基于灵敏度分析的DG无功调压，控制注入无功功率与越限最大电压节点灵敏度最高的DG进相运行，若仍不成功启动基于灵敏度分析的DG有功调压，控制注入有功功率与越限最大电压节点灵敏度最高的DG压出力，得到符合馈线电压偏移的电压曲线；
对于电压越下限，通常出现在负荷较大的时间段。首先启动变电站OLTC调压，减小变电站OLTC变比升高整个网络电压水平，若调压不成功，在可以使OLTC继续减小变比升高网络电压水平从而使越下限电压合格的条件下，启动基于灵敏度分析的DG无功功调压，控制注入无功功率与越限最小电压节点灵敏度最高的DG进相运行，DG压出力操作同理；
基于节点注入潮流的灵敏度分析公式为：
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式中，Sbus表示节点注入功率，Ibus表示节点注入电流，V表示节点电压向量，v表示电压复制，[Ibus]表示向量Ibus在对角线的对角矩阵，Ibus*表示Ibus的复共轭；
不同节点有功、无功与越限最大或最小电压节点间灵敏度分别为的实部和虚部；
无论是电压越上限还是越下限，OLTC动作的前提都是变比在允许范围内，不造成其他电压越限，尤其电压越上限而增大OLTC变比降低整个网络电压水平不能造成电压越下限，电压越下限而减小OLTC变比升高整个网络电压水平不能造成电压越上限；
对于电压同时越上下限，通常是由于潮流分布极不合理，首先对DG出力进行优化，目标函数为：
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<mi>o</mi>
<mi>w</mi>
<mi>e</mi>
<mi>r</mi>
</mrow>
</msub>
<mo>=</mo>
<mfenced open = "{" close = "">
<mtable>
<mtr>
<mtd>
<mrow>
<msub>
<mi>V</mi>
<mrow>
<mi>L</mi>
<mi>o</mi>
<mi>w</mi>
<mi>e</mi>
<mi>r</mi>
</mrow>
</msub>
<mo>-</mo>
<msubsup>
<mi>V</mi>
<mi>min</mi>
<mrow>
<mi>s</mi>
<mi>y</mi>
<mi>s</mi>
<mi>t</mi>
<mi>e</mi>
<mi>m</mi>
</mrow>
</msubsup>
</mrow>
</mtd>
<mtd>
<mrow>
<msubsup>
<mi>V</mi>
<mi>min</mi>
<mrow>
<mi>s</mi>
<mi>y</mi>
<mi>s</mi>
<mi>t</mi>
<mi>e</mi>
<mi>m</mi>
</mrow>
</msubsup>
<mo><</mo>
<msub>
<mi>V</mi>
<mrow>
<mi>L</mi>
<mi>o</mi>
<mi>w</mi>
<mi>e</mi>
<mi>r</mi>
</mrow>
</msub>
</mrow>
</mtd>
</mtr>
<mtr>
<mtd>
<mn>0</mn>
</mtd>
<mtd>
<mrow>
<msubsup>
<mi>V</mi>
<mi>min</mi>
<mrow>
<mi>s</mi>
<mi>y</mi>
<mi>s</mi>
<mi>t</mi>
<mi>e</mi>
<mi>m</mi>
</mrow>
</msubsup>
<mo>&GreaterEqual;</mo>
<msub>
<mi>V</mi>
<mrow>
<mi>L</mi>
<mi>o</mi>
<mi>w</mi>
<mi>e</mi>
<mi>r</mi>
</mrow>
</msub>
</mrow>
</mtd>
</mtr>
</mtable>
</mfenced>
<mo>,</mo>
</mrow>
在已经对电压越限进行改善的情况下，OLTC档位就有了更为宽松的选择：
<mrow>
<msub>
<mi>n</mi>
<mi>i</mi>
</msub>
<mo>=</mo>
<mfenced open = "{" close = "">
<mtable>
<mtr>
<mtd>
<mrow>
<msub>
<mi>n</mi>
<mrow>
<mi>i</mi>
<mo>-</mo>
<mn>1</mn>
</mrow>
</msub>
<mo>,</mo>
</mrow>
</mtd>
<mtd>
<mrow>
<mrow>
<mo>|</mo>
<mrow>
<msub>
<mi>&Delta;V</mi>
<mrow>
<mi>U</mi>
<mi>p</mi>
<mi>p</mi>
<mi>e</mi>
<mi>r</mi>
</mrow>
</msub>
<mo>-</mo>
<msub>
<mi>&Delta;V</mi>
<mrow>
<mi>L</mi>
<mi>o</mi>
<mi>w</mi>
<mi>e</mi>
<mi>r</mi>
</mrow>
</msub>
</mrow>
<mo>|</mo>
</mrow>
<mo>&le;</mo>
<mi>D</mi>
<mi>B</mi>
</mrow>
</mtd>
</mtr>
<mtr>
<mtd>
<mrow>
<msub>
<mi>n</mi>
<mrow>
<mi>i</mi>
<mo>-</mo>
<mn>1</mn>
</mrow>
</msub>
<mo>+</mo>
<mi>r</mi>
<mi>o</mi>
<mi>u</mi>
<mi>n</mi>
<mi>d</mi>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mfrac>
<mrow>
<msub>
<mi>&Delta;V</mi>
<mrow>
<mi>U</mi>
<mi>p</mi>
<mi>p</mi>
<mi>e</mi>
<mi>r</mi>
</mrow>
</msub>
<mo>-</mo>
<msub>
<mi>&Delta;V</mi>
<mrow>
<mi>L</mi>
<mi>o</mi>
<mi>w</mi>
<mi>e</mi>
<mi>r</mi>
</mrow>
</msub>
</mrow>
<mrow>
<mi>&Delta;</mi>
<mi>a</mi>
</mrow>
</mfrac>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mo>,</mo>
</mrow>
</mtd>
<mtd>
<mrow>
<mi>O</mi>
<mi>t</mi>
<mi>h</mi>
<mi>e</mi>
<mi>r</mi>
<mi>s</mi>
</mrow>
</mtd>
</mtr>
</mtable>
</mfenced>
<mo>-</mo>
<mo>-</mo>
<mo>-</mo>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mn>4</mn>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
式中，DB为大于0的极小值，Δa表示OLTC步长。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201610465416.XA CN107546750A (zh) | 2016-06-24 | 2016-06-24 | 一种基于元件协调控制规则的配电网电压集中式控制方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201610465416.XA CN107546750A (zh) | 2016-06-24 | 2016-06-24 | 一种基于元件协调控制规则的配电网电压集中式控制方法 |
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|---|---|
| CN107546750A true CN107546750A (zh) | 2018-01-05 |
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ID=60959812
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201610465416.XA Pending CN107546750A (zh) | 2016-06-24 | 2016-06-24 | 一种基于元件协调控制规则的配电网电压集中式控制方法 |
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|---|---|
| CN (1) | CN107546750A (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108173294A (zh) * | 2018-01-18 | 2018-06-15 | 中南大学 | 一种基于函数综合算法的智能化电厂电力自动控制系统 |
| CN108321848A (zh) * | 2018-03-30 | 2018-07-24 | 国网四川省电力公司内江供电公司 | 一种与oltc调压方式相适应的分布式电源控制方法 |
| CN112785119A (zh) * | 2020-12-28 | 2021-05-11 | 云南电网有限责任公司瑞丽供电局 | 基于聚类和层次分析算法的配网电压越限原因分析方法 |
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-
2016
- 2016-06-24 CN CN201610465416.XA patent/CN107546750A/zh active Pending
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| CN112785119B (zh) * | 2020-12-28 | 2023-01-24 | 云南电网有限责任公司瑞丽供电局 | 基于聚类和层次分析算法的配网电压越限原因分析方法 |
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
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