CN108054758B - 新能源电站电压平衡优化方法及存储介质 - Google Patents

新能源电站电压平衡优化方法及存储介质 Download PDF

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Abstract

一种新能源电站电压平衡优化方法，包括：输入潮流计算的节点矩阵；判断并网点电压V1是否处于稳态，若是则对所述PV节点中的至少部分节点按照节点排列顺序依次调整节点电压，以及对所述PQ节点中的至少部分节点按照节点排列顺序依次调整节点电压，以使多段母线之间电压差的平方和最小。上述优化方法以多段母线之间电压差的平方和最小作为优化目标，以维持多段母线电压均衡，抑制并列运行的主变间环流，改善电站无功电压分布。

Description

新能源电站电压平衡优化方法及存储介质
技术领域
本发明涉及电力系统优化及存储介质，特别是涉及新能源电站电压平衡优化方法及存储介质，属于电力领域。
背景技术
由于我国新能源发电集约式开发的特点，出现了一大批大型新能源电站。大型新能源电站的无功补偿装置数量和种类均显著增加，使得多无功源的协调控制问题逐步凸显。现行的新能源电站对电站的电压考核，多以并网点的电压合格率为准，并未考虑站内多段母线上的电压分布。当多段母线电压分布偏差较大时，造成多台主变压器之间产生无功环流，造成无功损耗。
发明内容
基于此，有必要针对上述问题，提供一种新能源电站电压平衡优化方法。
一种新能源电站电压平衡优化方法，所述电站包括接有定电压控制无功源的PV节点以及接有定无功控制无功源的PQ节点，其中，节点2～节点m为PV节点且按到并网点的电抗依次减小，节点m+1～节点m+n为PQ节点且按到并网点的电抗依次减小，包括以下步骤：
输入潮流计算的节点矩阵；
判断并网点电压V1是否处于稳态，若是，则
对所述PV节点中的至少部分节点按照节点排列顺序依次调整节点电压，以及对所述PQ节点中的至少部分节点按照节点排列顺序依次调整节点电压，以使多段母线之间电压差的平方和最小。
在其中一个实施例中，节点优化目标函数为
Figure BDA0001469383310000011
其中VPV为所述PV节点的节点电压矩阵，QPQ为所述PQ节点的无功出力矩阵，Qwind为风电机组的无功出力矩阵，Qpv为光伏单元的无功出力矩阵，Vi、Vj为不同主变低压测节点电压，Num为主变低压侧节点数量。
在其中一个实施例中，所述潮流计算的节点为主变压器高压侧及低压侧的节点。
在其中一个实施例中，所述判断并网点电压V1是否处于稳态的步骤包括：若在预设指令周期内均满足|V1-V1_ref|<VDB1，则判定并网点电压V1处于稳态，其中，VDB1为V1的调节死区值，V1_ref为节点电压指令。
在其中一个实施例中，所述对所述PV节点中的至少部分节点按照节点排列顺序依次优化的步骤包括：S11，判断|Vi_ref-Vi-1_ref|>VDBi是否成立，其中VDBi为Vi的调节死区值，若是，则执行步骤S12，否则进行下一PV节点的优化；S12，令V’i_ref＝Vi_ref-Ci(Vi_ref-Vi-1_ref)，其中Ci为优化系数，Ci取值为(0,1)；S13，进行潮流计算，并根据潮流计算的结果判断Q2～Qm、V(m+1)～V(m+n)是否越限，若Q2～Qm越限，则执行步骤S14；若V(m+1)～V(m+n)越限，则执行步骤S15；若Q2～Qm、V(m+1)～V(m+n)均不越限，则进行下一PV节点的调整；S14，进行越限调整，减小Ci，返回执行步骤S13；S15，进行越限调整，计算越限的量为△V(m+1)_lim,设置k(m+1)为节点(m+1)电压的灵敏度系数，设置Q’(m+1)_ref＝Q(m+1)_ref-k(m+1)△V(m+1)_lim，返回执行步骤S13。
在其中一个实施例中，所述进行越限调整，减小Ci，返回执行步骤S13还包括：判断越限调整的次数是否超过最大迭代次数；当越限调整次数超过该最大迭代次数时，结束该PV节点i的优化，进行下一PV节点的优化。
在其中一个实施例中，所述对所述PQ节点中的至少部分节点按照节点排列顺序依次优化的步骤包括：S21，判断
Figure BDA0001469383310000021
是否成立，其中QDBj为Qj的调节死区值，若是，则执行步骤S22，否则进行下一PQ节点的优化；S22，令
Figure BDA0001469383310000022
其中Cj为节点j的优化系数，Cj取值为(0,1)；S23，进行潮流计算，并根据潮流计算的结果判断Q2～Qm、V(m+1)～V(m+n)是否越限，若是，则执行步骤S24，否则进行下一PQ节点的优化；S24，进行越限调整，减小Cj，返回执行步骤S23。
在其中一个实施例中，所述进行越限调整，减小Ci，返回执行步骤S23还包括：判断越限调整的次数是否超过最大迭代次数；当越限调整次数超过该最大迭代次数时，结束该PQ节点j的优化，进行下一PQ节点的优化。
在其中一个实施例中，所述对所述PV节点中的至少部分节点按照节点排列顺序依次优化调整节点电压，以及对所述PQ节点中的至少部分节点按照节点排列顺序依次优化调整节点电压的步骤包括：对所述PV节点中的至少部分节点按照节点排列顺序依次优化；对所述PQ节点中的至少部分节点按照节点排列顺序依次优化。
一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时实现上述任意一项所述的方法和步骤。
上述新能源电站电压平衡优化方法以多段母线之间电压差的平方和最小作为优化目标，以维持多段母线电压均衡，抑制并列运行的主变间环流，改善电站无功电压分布。
附图说明
图1为本发明实施例涉及的新能源电站的等值电路图。
图2为本发明实施例提供的电压平衡优化方法流程图。
图3为本发明实施例提供的任意一PV节点i的优化流程图。
图4为本发明实施例提供的任意一PQ节点j的优化流程图。
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例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例提供一种新能源电站电压平衡优化方法。所述电站类型不限，尤其适用于大型和中型的新能源电站，例如风电、光伏、风光、风储、光储和风光储联合电站等。所述电站的发电机组和发电机组群数量不限。本实施例中以一新能源电站为例对本发明提供的新能源电站电压平衡优化方法进行说明。
请参见图1，该图为本实施例中新能源电站的等值电路图，其中，节点1是并网点(Point of common coupling，PCC)，即平衡节点。节点2～节点m为PV节点，接有定电压控制无功源，主要为恒电压控制模式的静止无功发生器(StaticVar Generator,SVG)，且节点2～节点m按到并网点的电抗依次减小。节点m+1～节点m+n为PQ节点，接有定无功控制无功源，主要包括恒无功控制模式的SVG、电容器组等，且节点m+1～节点m+n按到并网点的电抗依次减小。每个节点上风机或光伏发出的无功表示为SG，非风机、非光伏的无功源发出的无功表示为SQ。
本实施例提供的电压平衡优化方法以多段母线之间电压差的平方和最小作为优化目标，以维持多段母线电压均衡，抑制并列运行的主变间环流。本实施例中所述母线为35kV母线。优化目标函数为：
Figure BDA0001469383310000041
其中，VPV为PV节点的节点电压矩阵；QPQ为PQ节点的无功出力矩阵；Qwind为多台风电机组的无功出力矩阵；Qpv为多台光伏单元的无功出力矩阵；Vi、Vj为不同主变低压测节点电压；Num为主变低压侧节点数量。
本实施例提供的新能源电站电压平衡优化方法是在自动电压控制系统(Automatic Voltage Control，AVC)根据实时状态完成了初次指令分配后，对AVC系统下发的PV节点电压指令V2_ref～Vm_ref和PQ节点无功指令Q(m+1)_ref～Q(m+n)_ref进行优化。请参见图2，该优化方法包括以下步骤：
S1，输入潮流计算的节点矩阵；
S2，判断并网点电压V1是否处于稳态，若是则执行步骤S3，否则结束优化；
S3，对所述PV节点中的至少部分节点按照节点排列顺序依次调整节点电压，以及对所述PQ节点中的至少部分节点按照节点排列顺序依次整节点电压，以使多段母线之间电压差的平方和最小。
步骤S1中，本实施例仅进行主变压器高低压侧的节点潮流计算，以简化潮流计算，提高计算速度。
步骤S2中，可设置VDB1为V1的调节死区值，若在5个指令周期内均满足|V1-V1_ref|<VDB1，则认为并网点电压处于稳态，可以进行子系统电压平衡优化；若不满足判定条件，则并网点电压仍在动态调节过程，此时为了系统的稳定不进行子系统电压平衡优化，直接结束。
步骤S3中，请参见图3，对所述PV节点中的至少部分节点按照节点2～节点m的顺序依次优化的步骤中，其中某一PV节点i的优化包括：
S11，判断|Vi_ref-Vi-1_ref|>VDBi是否成立，其中VDBi为Vi的调节死区值，若是，则执行步骤S12，否则进行下一PV节点的优化；
S12，令V’i_ref＝Vi_ref-Ci(Vi_ref-Vi-1_ref)，其中Ci为优化系数，Ci取值为(0,1)；
S13，进行潮流计算，并根据潮流计算的结果判断Q2～Qm、V(m+1)～V(m+n)是否越限，若Q2～Qm越限，则执行步骤S14，若V(m+1)～V(m+n)越限，则执行步骤S15,否则进行下一PV节点的优化；
S14，进行越限调整，减小Ci，返回执行步骤S13；
S15，进行越限调整，计算越限的量为△V(m+1)_lim,设置k(m+1)为节点(m+1)电压的灵敏度系数，设置Q’(m+1)_ref＝Q(m+1)_ref-k(m+1)△V(m+1)_lim，返回执行步骤S13；
现以节点2的电压指令V2_ref优化为例进行说明。
步骤S11中，可设置VDB2为V2的调节死区值，若满足|V2_ref-V1_ref|>VDB2，则认为节点2、1的电压差太大，V2_ref仍需优化；若不满足判定条件，则认为V2_ref已经不需要优化，直接进入下一节点的优化阶段。
步骤S12中，设置C2为节点1的优化系数，C2取值为(0,1)，优化系数取值越大则优化幅度越大，节点电压和无功出力越限即超过预设阈值的危险越大。计算V’2_ref＝V2_ref-C2(V2_ref-V1_ref)。
步骤S13中，所述潮流计算是电力系统最基本的计算，就是已知电网的接线方式与参数及运行条件，计算电力系统稳态运行下的电气量。根据潮流计算的结果，判断Q2～Qm、V(m+1)～V(m+n)是否越限，若Q2～Qm越限则执行步骤S14，若V(m+1)～V(m+n)越限，则执行步骤S15,否则进行下一PV节点的优化。
步骤S14中，根据对上一步的潮流计算结果的判断进行越限调整，具体地，若Q2越限，则按一定比例减小C2，减少V2_ref的变化量。若其他PV节点越限，处理方法同Q2越限。
步骤S15中，若V(m+1)越限，计算越限的量为△V(m+1)_lim,设置k(m+1)为节点(m+1)电压的灵敏度系数，可由灵敏度矩阵估算得到，设置Q’(m+1)_ref＝Q(m+1)_ref-k(m+1)△V(m+1)_lim。若其他PQ节点越限，处理方法同V(m+1)越限。
然后根据越限调整后的指令值重新进行潮流计算，继续判断Q2～Qm、V(m+1)～V(m+n)是否越限。若仍然越限，则继续迭代进行越限调整，直到Q2～Qm、V(m+1)～V(m+n)均不再越限，进入下一节点的优化。
为了提高控制算法的效率，可设置一个最大迭代次数，当越限调整的迭代超过该最大迭代次数时，结束V2_ref优化，保持AVC的V2_ref指令值不变，进入下一节点的优化。
请参见图4，所述对所述PQ节点中的至少部分节点按照m+1～节点m+n的顺序依次优化的步骤中，其中某一PQ节点j的优化包括：
S21，判断
Figure BDA0001469383310000061
是否成立，其中QDBj为Qj的调节死区值，若是，则执行步骤S22，否则进行下一PQ节点的优化；
S22，令
Figure BDA0001469383310000062
其中Cj为节点j的优化系数，Cj取值为(0,1)；
S23，进行潮流计算，并根据潮流计算的结果判断Q2～Qm、V(m+1)～V(m+n)是否越限，若是，则执行步骤S24，否则进行下一PQ节点的优化；
S24，进行越限调整，减小Cj，返回执行步骤S23。
需要注意的是，在Q(m+1)_ref优化阶段的越限调整不再调整已经优化的V2_ref等节点指令。这样的设置是因为V2_ref的优化优先级高于Q(m+1)_ref。
优先级次序的设置为，定电压控制无功源优先，定无功控制无功源其次，同类无功源的次序由无功源到并网点的电抗决定，电抗大的优先。优先次序的设置一方面考虑为系统保留足够的动态无功裕量，另一方面产生的无功损耗大的优先。子系统电压平衡优化的对象数量可以改变，可以针对性得对其中部分无功源或节点进行优化，较为灵活，只需要安排好优先级即可。
本发明实施例提供的新能源电站电压平衡优化方法以多段母线之间电压差的平方和最小作为优化目标，以维持多段母线电压均衡，抑制并列运行的主变间环流，改善电站无功电压分布，且易于操作、具有普适性。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种新能源电站电压平衡优化方法，适用于大型和中型的新能源电站，所述电站包括接有定电压控制无功源的PV节点以及接有定无功控制无功源的PQ节点，其中，节点2～节点m为PV节点且按到并网点的电抗依次减小，节点m+1～节点m+n为PQ节点且按到并网点的电抗依次减小，其特征在于，包括以下步骤：
输入潮流计算的节点矩阵；
判断并网点电压V1是否处于稳态，若是，则
对所述PV节点中的至少部分节点按照节点排列顺序依次调整节点电压，以及对所述PQ节点中的至少部分节点按照节点排列顺序依次调整节点电压，以使多段母线之间电压差的平方和最小；
所述对所述PV节点中的至少部分节点按照节点排列顺序依次优化的步骤包括：
S11，判断|Vi_ref-Vi-1_ref|>VDBi是否成立，其中VDBi为Vi的调节死区值，若是，则执行步骤S12，否则进行下一PV节点的优化；
S12，令V’i_ref＝Vi_ref-Ci(Vi_ref-Vi-1_ref)，其中Ci为优化系数，Ci取值为(0,1)；
S13，进行潮流计算，并根据潮流计算的结果判断Q2～Qm、V(m+1)～V(m+n)是否越限，若Q2～Qm越限，则执行步骤S14；若V(m+1)～V(m+n)越限，则执行步骤S15；若Q2～Qm、V(m+1)～V(m+n)均不越限，则进行下一PV节点的调整；
S14，进行越限调整，减小Ci，返回执行步骤S13；
S15，进行越限调整，计算越限的量为△V(m+1)_lim,设置k(m+1)为节点(m+1)电压的灵敏度系数，设置Q’(m+1)_ref＝Q(m+1)_ref-k(m+1)△V(m+1)_lim，返回执行步骤S13。
2.根据权利要求1所述的新能源电站电压平衡优化方法，其特征在于，节点优化目标函数为
Figure FDA0002461009960000011
其中VPV为所述PV节点的节点电压矩阵，QPQ为所述PQ节点的无功出力矩阵，Qwind为风电机组的无功出力矩阵，Qpv为光伏单元的无功出力矩阵，Vi、Vj为不同主变低压测节点电压，Num为主变低压侧节点数量。
3.根据权利要求1所述的新能源电站电压平衡优化方法，其特征在于，所述潮流计算的节点为主变压器高压侧及低压侧的节点。
4.根据权利要求1所述的新能源电站电压平衡优化方法，其特征在于，所述判断并网点电压V1是否处于稳态的步骤包括：若在预设指令周期内均满足|V1-V1_ref|<VDB1，则判定并网点电压V1处于稳态，其中，VDB1为V1的调节死区值，V1_ref为节点电压指令。
5.根据权利要求1所述的新能源电站电压平衡优化方法，其特征在于，所述对所述PQ节点中的至少部分节点按照节点排列顺序依次优化的步骤包括：
S21，判断
Figure FDA0002461009960000022
是否成立，其中QDBj为Qj的调节死区值，若是，则执行步骤S22，否则进行下一PQ节点的优化；
S22，令
Figure FDA0002461009960000021
其中Cj为节点j的优化系数，Cj取值为(0,1)；
S23，进行潮流计算，并根据潮流计算的结果判断Q2～Qm、V(m+1)～V(m+n)是否越限，若是，则执行步骤S24，否则进行下一PQ节点的优化；
S24，进行越限调整，减小Cj，返回执行步骤S23。
6.根据权利要求5所述的新能源电站电压平衡优化方法，其特征在于，所述进行越限调整，减小Ci，返回执行步骤S23还包括：
判断越限调整的次数是否超过最大迭代次数；
当越限调整次数超过该最大迭代次数时，结束该PQ节点j的优化，进行下一PQ节点的优化。
7.根据权利要求1所述的新能源电站电压平衡优化方法，其特征在于，所述对所述PV节点中的至少部分节点按照节点排列顺序依次优化调整节点电压，以及对所述PQ节点中的至少部分节点按照节点排列顺序依次优化调整节点电压的步骤包括：
对所述PV节点中的至少部分节点按照节点排列顺序依次优化；
对所述PQ节点中的至少部分节点按照节点排列顺序依次优化。
8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令被处理器执行新能源电站电压平衡优化方法的方法，所述方法适用于大型和中型的新能源电站，所述电站包括接有定电压控制无功源的PV节点以及接有定无功控制无功源的PQ节点，其中，节点2～节点m为PV节点且按到并网点的电抗依次减小，节点m+1～节点m+n为PQ节点且按到并网点的电抗依次减小，包括以下步骤：
输入潮流计算的节点矩阵；
判断并网点电压V1是否处于稳态，若是，则
对所述PV节点中的至少部分节点按照节点排列顺序依次调整节点电压，以及对所述PQ节点中的至少部分节点按照节点排列顺序依次调整节点电压，以使多段母线之间电压差的平方和最小；
所述对所述PV节点中的至少部分节点按照节点排列顺序依次优化的步骤包括：
S11，判断|Vi_ref-Vi-1_ref|>VDBi是否成立，其中VDBi为Vi的调节死区值，若是，则执行步骤S12，否则进行下一PV节点的优化；
S12，令V’i_ref＝Vi_ref-Ci(Vi_ref-Vi-1_ref)，其中Ci为优化系数，Ci取值为(0,1)；
S13，进行潮流计算，并根据潮流计算的结果判断Q2～Qm、V(m+1)～V(m+n)是否越限，若Q2～Qm越限，则执行步骤S14；若V(m+1)～V(m+n)越限，则执行步骤S15；若Q2～Qm、V(m+1)～V(m+n)均不越限，则进行下一PV节点的调整；
S14，进行越限调整，减小Ci，返回执行步骤S13；
S15，进行越限调整，计算越限的量为△V(m+1)_lim,设置k(m+1)为节点(m+1)电压的灵敏度系数，设置Q’(m+1)_ref＝Q(m+1)_ref-k(m+1)△V(m+1)_lim，返回执行步骤S13。
9.根据权利要求8所述的计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机指令被处理器执行的方法还包括：
节点优化目标函数为
Figure FDA0002461009960000031
其中VPV为所述PV节点的节点电压矩阵，QPQ为所述PQ节点的无功出力矩阵，Qwind为风电机组的无功出力矩阵，Qpv为光伏单元的无功出力矩阵，Vi、Vj为不同主变低压测节点电压，Num为主变低压侧节点数量。
10.根据权利要求8所述的计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机指令被处理器执行时实现权利要求3-7中任一项所述的方法和步骤。
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