CN109004688A - 一种支撑配电网全局电压控制的光伏电站功率协调分配方法 - Google Patents

Abstract

一种支撑配电网全局电压控制的光伏电站功率协调分配方法。涉及光伏电站功率控制领域，具体涉及一种支撑配电网全局电压控制的光伏电站功率协调分配方法。提供了一种支撑配电网全局电压控制的光伏电站功率协调分配方法，考虑光伏电站无功调节的经济成本，基于功率圆分析无功功率与有功功率调节能力的转换关系，响应配电网电压全局控制指令，进行功率协调分配，从而实现配电网的全局电压控制。本发明充分考虑了各台逆变器的运行状态，引入光伏电站功率调节的经济成本，以最小的成本进行电站无功功率、有功功率的协调分配，响应全局电压控制系统下发的无功指令的同时最大程度地保障了光伏电站的售电收益。

Description

一种支撑配电网全局电压控制的光伏电站功率协调分配方法

技术领域

本发明涉及光伏电站功率控制领域，具体涉及一种支撑配电网全局电压控制的光伏电站功率协调分配方法。

背景技术

为适应高渗透率、大规模分布式电源的接入，具有一定调节能力的主动配电网技术应运而生。主动配电网是一个内部具有分布式能源，拓扑结构可灵活调整，具有主动控制和运行能力的配电网。具体而言，主动配电网通过结合先进信息通信、电力电子及智能控制等技术，使得配电网中的分布式电源具有可控性、网络拓扑可灵活调节、具有较为完善的可观性、能够实现协调优化管理的管控等功能。

作为主动配电网运行的核心工作之一，主动配电网通过跨电压等级的无功电压控制，在满足电力用户负荷需求的条件下，主动地对并网分布式电源、储能、有载调压变压器、无功补偿等设备的运行进行优化与控制，从而达到灵活控制系统供电电压，改善无功电压运行水平，降低设备电能损耗的目的。因此，主动配电网的无功集中控制对象不再局限于传统的无功电压控制设备，还包括具有无功调节能力的分布式电源等。

同时相比负荷变化，分布式电源出力的变化更加频繁，高渗透率分布式电源接入的主动配电网的无功电压控制问题变得更为复杂，如果仅仅依靠传统无功电压控制设备调节能力还远不能满足保持配电网的合理电压水平的需求，因此充分挖掘分布式电源，特别是目前发展最迅速的分布式光伏电站的调节能力将有重要意义。

发明内容

本发明针对以上问题，提供了一种支撑配电网全局电压控制的光伏电站功率协调分配方法，考虑光伏电站无功调节的经济成本，基于功率圆分析无功功率与有功功率调节能力的转换关系，响应配电网电压全局控制指令，进行功率协调分配，从而实现配电网的全局电压控制。

本发明的技术方案是：包含以下步骤：

步骤1：光伏电站EMS获取配电网全局电压控制系统下发的无功功率调节指令Q_{r_total}及光伏电站的运行信息；

步骤2：根据所获取的控制指令及光伏电站的运行信息，并依据功率圆图确定各逆变器的无功调节经济成本，按照光伏电站总调节成本最小来选择并分配无功功率调节量及有功功率调节量；

步骤3：根据功率调节量计算并下发各逆变器的有功-无功功率设定值，实现功率调整，并收集光伏电站的运行信息上传给全局电压控制系统。

步骤1中，光伏电站EMS获取的光伏电站的运行信息包括：光伏电站内具备无功调节能力的逆变器台数n及第i台逆变器的额定功率Si，单位为kVA，其中i＝1,2，…,n；

各逆变器的有功功率输出值Pi，单位为kW，无功功率输出值Qi，单位为kVar。

步骤2中，第i台逆变器的无功调节经济成本c_i，单位为元，根据分配到第i台逆变器的无功调节量Q_ri、该逆变器的运行状态，并通过功率圆图来确定有功功率调节量P_ri；

其中，dQ_i为无功调节量与逆变器剩余容量的差值，c_PV为光伏电站的度电收益，单位为元/kWh，Δt为计算时间间隔；

有功功率调节量P_ri＝f(P_i,dQ_i)为无功-有功调节转换关系式，根据功率圆图确定，具体地：

步骤2中无功-有功调节转换关系，根据功率圆图，有功功率按2％额定容量等分，可得如下表所示地对应关系，根据P_i及dQ_i的值，查表并计算得到Pr_i值：

步骤2中，以光伏电站总调节成本最小为目标值来计算各逆变器的无功功率调节量Q_ri及有功功率调节量P_ri，即：

约束条件包括无功调节总量约束，逆变器功率约束；

利用遗传算法进行求解，每个染色体分为2个部分，第一部分代表各逆变器的有功调节量，第二部分代表各逆变器的无功调节量，逆变器的功率调节按2％的额定容量每档进行调节，则每个染色体组采用6位二进制数编码，设置最大迭代次数N_max；

采用遗传操作，产生新的染色体；

进行终止条件判断，若迭代次数N大于最大迭代次数，计算结束，输出结果；否则，继续计算。

步骤3中，各逆变器的有功-无功功率设定值P_iset，Q_iset调整为：

本发明的有益效果为：

1)本发明提出了一种支撑配电网全局电压控制的光伏电站功率协调分配方法，充分利用配电网中的分布式光伏电站的功率调节能力，支撑主动配电网的电压优化控制。

2)充分考虑了各台逆变器的运行状态，引入光伏电站功率调节的经济成本，以最小的成本进行电站无功功率、有功功率的协调分配，响应全局电压控制系统下发的无功指令的同时最大程度地保障了光伏电站的售电收益。

附图说明

图1是本发明的控制流程图，

图2是本发明的功率圆图，

图3是本发明的工作流程图；

具体实施方式

本发明如图1-3所示，包含以下步骤：

步骤1：光伏电站EMS获取配电网全局电压控制系统下发的无功功率调节指令Q_{r_total}及光伏电站的运行信息；

步骤2：根据所获取的控制指令及光伏电站的运行信息，并依据功率圆图确定各逆变器的无功调节经济成本，按照光伏电站总调节成本最小来选择并分配无功功率调节量及有功功率调节量；

功率圆图：逆变器最大能输出的无功功率与有功功率的平方之和再开根号是固定的(勾股弦定律)，可以根据此特性绘制功率圆图，如图2所示。

步骤3：根据功率调节量计算并下发各逆变器的有功-无功功率设定值，实现功率调整，并收集光伏电站的运行信息上传给全局电压控制系统。

步骤1中，光伏电站EMS获取的光伏电站的运行信息包括：光伏电站内具备无功调节能力的逆变器台数n及第i台逆变器的额定功率Si，单位为kVA，其中i＝1,2，…,n，n为整数；

各逆变器的有功功率输出值Pi，单位为kW，无功功率输出值Qi，单位为kVar。

步骤2中，第i台逆变器的无功调节经济成本c_i，单位为元，根据分配到第i台逆变器的无功调节量Q_ri、该逆变器的运行状态(运行状态主要是指当前时刻逆变器的有功输出功率及无功输出功率，会影响逆变器无功调节能力，从而影响无功调节的成本)，并通过功率圆图来确定有功功率调节量P_ri；

其中，dQ_i为无功调节量与逆变器剩余容量的差值，c_PV为光伏电站的度电收益，单位为元/kWh，Δt为计算时间间隔，时间间隔是指相邻两次计算的时间间隔，因为系统一直在采样和计算中，例如一般电力调度系统可能5min会进行一次采样和计算，那么时间间隔就是5min。

有功功率调节量P_ri＝f(P_i,dQ_i)为无功-有功调节转换关系式，根据功率圆图确定，具体地：

步骤2中无功-有功调节转换关系，根据功率圆图，有功功率按2％额定容量等分，可得如下表所示地对应关系，根据P_i及dQ_i的值，查表并计算得到Pr_i值：

A—100×Pi/Si(％)，B—100×dQi/Si(％)；

A是指有功功率相对额定容量的比例，B是指无功调节量相对额定容量的比例，该表内的值是根据计算所得，是固定的。

例如，某光伏逆变器额定功率500kVA，此时有功功率输出值为400kW，分配到第i台逆变器的无功调节量Qri＝350kVar，则A＝80，此时无功调节能力根据功率圆图dQi＝350-300＝50kVar，则B＝10，根据查表得，需要降到A＝72，才能满足(即从A为80所对应的一栏开始，按照B为10降，B从表中可看出通过四个数2.763648、2.577951、2.414356和2.26838相加可得，因此，将A降为72)，所以Pri＝(80-72)％×500kW＝40kW。

步骤2中，以光伏电站总调节成本最小为目标值(选取总调节成本最小为目标，这样经济性最高)来计算各逆变器的无功功率调节量Q_ri及有功功率调节量P_ri，即：

约束条件包括无功调节总量约束，逆变器功率约束。设置约束条件限定了优化过程中的边界条件，起到优化目标。

利用遗传算法进行求解，每个染色体分为2个部分，第一部分代表各逆变器的有功调节量，第二部分代表各逆变器的无功调节量，逆变器的功率调节按2％的额定容量每档进行调节，则每个染色体组采用6位二进制数编码，设置最大迭代次数N_max。采用选择、交叉、变异遗传操作，产生新的染色体。进行终止条件判断，若迭代次数N大于最大迭代次数，计算结束，输出结果；否则，继续计算。

每个染色体分为2个部分，第一部分代表各逆变器的有功调节量，第二部分代表各逆变器的无功调节量，逆变器的功率调节按2％的额定容量每档进行调节，则每个染色体组采用6位二进制数编码，000000表示功率调节量为0，000001表示功率调节量为2％×逆变器额定功率(Si)，000010表示接入容量为2×2％×Si kVar，000011表示接入容量为3×2％×Si kVar，以此类推，110010表示接入容量为50×2％×Si kVar，设置最大迭代次数N_max＝50。

其特征在于，步骤3中，各逆变器的有功-无功功率设定值P_iset，Q_iset调整为：

具体应用中：包括以下步骤：

步骤1：某电站装机容量2MW，包含4台500kVA的逆变器。光伏电站EMS获取配电网全局电压控制系统下发的无功功率调节指令Q_{r_total}＝990kVar及光伏电站各逆变器的运行信息：

P₁＝450kW，Q₁＝0kVar

P₂＝440kW，Q₂＝0kVar

P₃＝420kW，Q₃＝0kVar

P₄＝460kW，Q₄＝0kVar

步骤2：根据所获取的控制指令及电站的运行信息，并依据功率圆图确定各逆变器的无功调节经济成本，按照光伏电站总调节成本最小来选择并分配无功功率调节量及有功功率调节量；

首先，根据分配到第i台逆变器的无功调节量Q_ri、有功功率调节量P_ri来确定各逆变器无功调节量与逆变器剩余容量的差值dQi及无功调节成本c_i。光伏电站的度电收益c_PV＝0.39(江苏省脱硫燃煤电价)+0.37(分布式光伏补贴)＝0.76元/kWh，Δt为计算时间间隔，取1min。可得各逆变器的无功调节成本如下式：

以光伏电站总调节成本最小为目标值来计算各逆变器的无功功率调节量Q_ri及有功功率调节量P_ri，即：

进一步地，步骤2中，约束条件包括无功调节总量约束，逆变器功率约束。

其中各逆变器的有功功率调节量P_ri与dQi及Pi存在如下式的关系：

根据上式中无功-有功调节转换关系，可绘制功率圆图，将有功功率按2％额定容量等分，可得如下表所示地对应关系，根据P_i及dQ_i的值，查表并计算得到Pr_i值：

利用遗传算法进行求解，每个染色体分为2个部分，第一部分代表各逆变器的有功调节量，第二部分代表各逆变器的无功调节量，逆变器的功率调节按2％的额定容量每档进行调节，则每个染色体组采用6位二进制数编码，000000表示功率调节量为0，000001表示功率调节量为2％×逆变器额定功率(Si)，000010表示接入容量为2×2％×Si kVar，000011表示接入容量为3×2％×Si kVar，以此类推，110010表示接入容量为50×2％×Si kVar，设置最大迭代次数N_max＝50

通过遗传算法并结合查表可得计算结果：000001 000000 000000 000010 011000011000 011011 011000；

遗传算法是计算数学中用于解决最佳化的搜索算法，是进化算法的一种。本发明借助常规的遗传算法，计算可靠，方便操作。

各逆变器的有功、无功调节量

步骤3：根据功率调节量计算并下发各逆变器的有功-无功功率设定值P_iset，Q_iset，如下式：

EMS将功率设定值下发至各逆变器，并收集光伏电站的运行信息上传给全局电压控制系统。

Claims (6)

1.一种支撑配电网全局电压控制的光伏电站功率协调分配方法，其特征在于，包含以下步骤：

步骤1：光伏电站EMS获取配电网全局电压控制系统下发的无功功率调节指令Q_{r_total}及光伏电站的运行信息；

步骤2：根据所获取的控制指令及光伏电站的运行信息，并依据功率圆图确定各逆变器的无功调节经济成本，按照光伏电站总调节成本最小来选择并分配无功功率调节量及有功功率调节量；

步骤3：根据功率调节量计算并下发各逆变器的有功-无功功率设定值，实现功率调整，并收集光伏电站的运行信息上传给全局电压控制系统。

2.如权利要求1所述的一种支撑配电网全局电压控制的光伏电站功率协调分配方法，其特征在于，步骤1中，光伏电站EMS获取的光伏电站的运行信息包括：光伏电站内具备无功调节能力的逆变器台数n及第i台逆变器的额定功率Si，单位为kVA，其中i＝1,2，…,n；

各逆变器的有功功率输出值Pi，单位为kW，无功功率输出值Qi，单位为kVar。

3.如权利要求1所述的一种支撑配电网全局电压控制的光伏电站功率协调分配方法，其特征在于，步骤2中，第i台逆变器的无功调节经济成本c_i，单位为元，根据分配到第i台逆变器的无功调节量Q_ri、该逆变器的运行状态，并通过功率圆图来确定有功功率调节量P_ri；

其中，dQ_i为无功调节量与逆变器剩余容量的差值，c_PV为光伏电站的度电收益，单位为元/kWh，Δt为计算时间间隔；

有功功率调节量P_ri＝f(P_i,dQ_i)为无功-有功调节转换关系式，根据功率圆图确定，具体地：

4.如权利要求1所述的一种支撑配电网全局电压控制的光伏电站功率协调分配方法，其特征在于，步骤2中无功-有功调节转换关系，根据功率圆图，有功功率按2％额定容量等分，可得如下表所示地对应关系，根据P_i及dQ_i的值，查表并计算得到Pr_i值：

5.如权利要求1所述的一种支撑配电网全局电压控制的光伏电站功率协调分配方法，其特征在于，步骤2中，以光伏电站总调节成本最小为目标值来计算各逆变器的无功功率调节量Q_ri及有功功率调节量P_ri，即：

约束条件包括无功调节总量约束，逆变器功率约束；

利用遗传算法进行求解，每个染色体分为2个部分，第一部分代表各逆变器的有功调节量，第二部分代表各逆变器的无功调节量，逆变器的功率调节按2％的额定容量每档进行调节，则每个染色体组采用6位二进制数编码，设置最大迭代次数N_max；

采用遗传操作，产生新的染色体；

进行终止条件判断，若迭代次数N大于最大迭代次数，计算结束，输出结果；否则，继续计算。

6.如权利要求1所述的一种支撑配电网全局电压控制的光伏电站功率协调分配方法，其特征在于，步骤3中，各逆变器的有功-无功功率设定值P_iset，Q_iset调整为：