CN109167368B - 一种含分布式光伏的用户电压优化调节方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种含分布式光伏的用户电压优化调节方法及系统，方法步骤包括：预测获取用户的电压预测值，确定电压预测值对应的目标电压区间；针对不符合电压合格要求的目标电压区间，根据目标电压区间生成目标控制指令，将目标控制指令进行在线仿真，若在线仿真结果不符合电压合格要求，则重新生成新的目标控制指令；若在线仿真结果符合电压合格要求时根据目标控制指令控制含分布式光伏的电网中的用户电压调节设备调节用户电压。本发明依据电压所处的区间动态调整不同电压等级无功补偿方式的优先级，通过在线仿真寻找最佳调节方法调整无功补偿设备，优化效果好，能够大大提高用户电压合格率，提高低压用户的用电体验。
Description
技术领域
本发明涉及配电网电压、无功优化技术，具体涉及一种含分布式光伏的用户电压优化调节方法及系统。
背景技术
目前一些变电站10kV母线存在电压越限运行、档位设置不合理、低压线路供电半径过长或线径过细、三相负荷不平衡等现象，电压质量不达标问题突出，用户电压投诉率高。近年来分布式光伏电源快速发展，分布式光伏接入配电网可实现能量的就地平衡，避免远距离输电的投资，但分布式光伏的大量接入会给配电网电压控制带来新的挑战。分布式光伏的接入使传统被动单向网络逐渐向双向供电多电源网络转变，改变了配电网的潮流分布，并且分布式电源出力具有波动性、随机性、间歇性等特征，增加了配网系统的不确定性，影响配电网的安全经济运行。多地都出现过由于光伏引起的电压投诉事件，甚至出现由于电压问题扶贫光伏频繁脱网的情况。
近年来，有功功率控制技术相对成熟，但是无功电压控制技术的发展相对滞后，主要原因是：电力系统各节点的电压一般不完全相同，不能全网集中统一调整，只能分区调整控制；电力系统中的无功源有很多，无功优化监视的目标多，控制复杂。目前比较成熟的无功电压自动控制系统有两类：两级无功电压协调控制系统和三级无功电压协调控制系统。前者的优点是操作简单，结构简单，故障率低，但运行可靠性不是很好；后者优点在于能较好处理电力系统的安全性和经济性的关系，但运行模式复杂，故障率高。
发明内容
本发明要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种含分布式光伏的用户电压优化调节方法及系统，本发明是依据电压所处的区间动态调整不同电压等级无功补偿方式的优先级，通过在线仿真寻找最佳调节方法进而调整无功补偿设备提高用户电压质量，以用户电压合格率为目标对用户电压进行合理的调节控制，优化效果好，能够大大提高用户电压合格率，提高低压用户的用电体验，能够实现含分布式光伏的区域配电网用户电压稳定，并能有效减小网络损耗，提高区域配电网的稳定性和效率，提高用户侧电压合格率。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种含分布式光伏的用户电压优化调节方法，实施步骤包括：
1)基于用户的负荷和分布式光伏出力预测获取用户的电压预测值；
2)将电压范围划分为多个电压区间，确定电压预测值对应的目标电压区间；
3)针对不符合电压合格要求的目标电压区间，根据目标电压区间生成目标控制指令，所述目标控制指令包括含分布式光伏的电网中各种用户电压调节设备及其补偿量；将目标控制指令进行在线仿真，若在线仿真结果不符合电压合格要求，则跳转执行步骤3)；否则若在线仿真结果符合电压合格要求时跳转执行步骤4)；
4)根据目标控制指令控制含分布式光伏的电网中的用户电压调节设备调节用户电压。
优选地，步骤1)的详细步骤包括：
1.1)预先将用户的负荷和分布式光伏出力的历史数据按照工作日和节假日两种典型日分类；针对每一种典型日的历史数据进行预处理，剔除畸形数据；基于长度为预测周期T的时段构建训练集，所述训练集包括一个输出量和五个输入量，一个输出量为该时段的实际电压平均值，五个输入量包括该时段相同典型日的指定数量个相同时段的负荷历史数据平均值、分布式光伏出力历史数据平均值、是否节假日、温度、光照强度；根据训练集对预设的神经网络预测模型进行训练，使得训练完毕的神经网络预测模型建立针对各预测周期T的一个输出量和五个输入量之间的映射；
1.2)将用户的目标时段相同典型日的指定数量个相同时段的负荷历史数据平均值、分布式光伏出力历史数据平均值、是否节假日、温度、光照强度作为输入，输入训练完毕的神经网络预测模型，得到用户的电压预测值。
优选地，步骤1.2)得到用户的电压预测值后还包括对获得的电压预测值进行修正的步骤，详细步骤包括：计算电压预测值、实际电压值之间的差值，判断该差值小于预设的阈值ε是否成立，如果成立则将电压预测值作为修正后的电压预测值，否则将实际电压值作为修正后的电压预测值。
优选地，步骤2)中将电压范围划分为多个电压区间具体是指划分为电压区间I、II、III、IV、V共五个电压区间，且电压区间I、II、III、IV、V从大到小依次连续排列，电压区间II为电压合格区间。
优选地，所述电压区间I、II、III、IV、V相对额定电压的百分比分别为[+21％，+7％)，[7％，-10％]，(-10％，-15％]，(-15％，-21％]，(-21％，-32％]。
优选地，步骤3)的详细步骤包括：
3.1)确定含分布式光伏的电网中各种用户电压调节设备的调节设备列表，所述调节设备列表包括10kV变电站的可调设备D1、10kV线路的可调设备D2、10kV配电变压器的可调设备D3、380V线路的可调设备D4、接在10kV线路上的光伏配有的无功调节设备D5、接在380V线路上的光伏的有功调节设备D6共六种用户电压调节设备，且所述调节设备列表具有按照D1、D2、D3、D4、D5、D6顺序排序的低电压排序方式，以及按照D1、D2、D3、D4、D6、D5顺序排序的过电压排序方式，且低电压排序方式中针对接在380V线路上的光伏的有功调节设备D6的调节方式为增加有功输出，过电压排序方式中针对接在380V线路上的光伏的有功调节设备D6的调节方式为削减有功输出；
3.2)确定目标电压区间，如果目标电压区间属于电压区间I，则判定用户电压处于高电压，跳转执行步骤3.3)；如果目标电压区间属于电压区间II，判定用户电压处于合格水平，结束并退出；如果目标电压区间属于电压区间III，则判定用户电压处于低电压且低电压的偏移较小，跳转执行步骤3.4)；如果目标电压区间属于电压区间IV，则判定用户电压处于低电压且低电压的偏移较大，跳转执行步骤3.5)；如果目标电压区间属于电压区间V，则判定用户电压处于低电压且低电压的偏移严重，跳转执行步骤3.6)；
3.3)判断当前是否为首次生成目标控制指令，如果是则按照过电压排序方式的倒序从调节设备列表中选择一种用户电压调节设备作为目标用户电压调节设备，否则判断调节设备列表中仍有可选的用户电压调节设备是否成立，如果成立则在现有的目标用户电压调节设备的基础上按照过电压排序方式的倒序从可选的用户电压调节设备中增加一种用户电压调节设备作为新的目标用户电压调节设备，如果不成立则从历史目标控制指令中选择在线仿真结果最接近电压合格要求的历史目标控制指令作为最终的目标控制指令，跳转执行步骤4)；根据目标用户电压调节设备的目前的状态和潜在的补偿量生成目标控制指令，将目标控制指令进行在线仿真，若在线仿真结果不符合电压合格要求，则跳转执行步骤3.3)以重新生成目标控制指令；否则若在线仿真结果符合电压合格要求时跳转执行步骤4)；
3.4)判断当前是否为首次生成目标控制指令，如果是则按照低电压排序方式的倒序从调节设备列表中选择一种用户电压调节设备作为目标用户电压调节设备，否则判断调节设备列表中仍有可选的用户电压调节设备是否成立，如果成立则在现有的目标用户电压调节设备的基础上按照低电压排序方式的倒序从可选的用户电压调节设备中增加一种用户电压调节设备作为新的目标用户电压调节设备，如果不成立则从历史目标控制指令中选择在线仿真结果最接近电压合格要求的历史目标控制指令作为最终的目标控制指令，跳转执行步骤4)；根据目标用户电压调节设备的目前的状态和潜在的补偿量生成目标控制指令，将目标控制指令进行在线仿真，若在线仿真结果不符合电压合格要求，则跳转执行步骤3.4)以重新生成目标控制指令；否则若在线仿真结果符合电压合格要求时跳转执行步骤4)；
3.5)判断当前是否为首次生成目标控制指令，如果是则按照低电压排序方式的倒序从调节设备列表中选择一种或者更多用户电压调节设备作为目标用户电压调节设备，否则判断调节设备列表中仍有可选的用户电压调节设备是否成立，如果成立则在现有的目标用户电压调节设备的基础上按照低电压排序方式的倒序从可选的用户电压调节设备中增加一种用户电压调节设备作为新的目标用户电压调节设备，如果不成立则从历史目标控制指令中选择在线仿真结果最接近电压合格要求的历史目标控制指令作为最终的目标控制指令，跳转执行步骤4)；根据目标用户电压调节设备的目前的状态和潜在的补偿量生成目标控制指令，将目标控制指令进行在线仿真，若在线仿真结果不符合电压合格要求，则跳转执行步骤3.5)以重新生成目标控制指令；否则若在线仿真结果符合电压合格要求时跳转执行步骤4)；
3.6)判断当前是否为首次生成目标控制指令，如果是则按照低电压排序方式的顺序从调节设备列表中选择一种用户电压调节设备作为目标用户电压调节设备，否则判断调节设备列表中仍有可选的用户电压调节设备是否成立，如果成立则在现有的目标用户电压调节设备的基础上按照低电压排序方式的顺序从可选的用户电压调节设备中增加一种用户电压调节设备作为新的目标用户电压调节设备，如果不成立则从历史目标控制指令中选择在线仿真结果最接近电压合格要求的历史目标控制指令作为最终的目标控制指令，跳转执行步骤4)；根据目标用户电压调节设备的目前的状态和潜在的补偿量生成目标控制指令，将目标控制指令进行在线仿真，若在线仿真结果不符合电压合格要求，则跳转执行步骤3.6)以重新生成目标控制指令；否则若在线仿真结果符合电压合格要求时跳转执行步骤4)。
优选地，步骤3.3)～3.6)中根据目标用户电压调节设备的目前的状态和潜在的补偿量生成目标控制指令时，具体是指根据式(1)确定六种用户电压调节设备的权重，根据权重确定优先级，再根据优先级分别对目标用户电压调节设备中的各种用户电压调节设备，依据其目前的状态和潜在的补偿量生成目标控制指令；
式(1)中，wi(i＝1,2,,6)分别依次表示10kV变电站的可调设备D1、10kV线路的可调设备D2、10kV配电变压器的可调设备D3、380V线路的可调设备D4、接在10kV线路上的光伏配有的无功调节设备D5、接在380V线路上的光伏的有功调节设备D6六种用户电压调节设备的权重，权重的取值范围为[0,2]，权重大表示优先使用该用户电压调节设备调节电压；aij(i＝1,2,3,4,j＝1,2,3)、gij(i＝1,2,3,4,j＝4,5)、hij(i＝5,6,j＝1,2,3)、lij(i＝5,6,j＝4,5)四者均为矩阵系数，且所有矩阵系数的取值范围为[0,1]；si(i＝1,2,3)分别依次表示用户电压分别处于区间电压区间III、电压区间IV、电压区间V，处于某电压区间则该电压区间对应的si值为1，否则对应的si值为0；si(i＝4,5)分别依次表示低电压点所在的线路上是否有接在10kV线路上的光伏配有的无功调节设备D5、接在380V线路上的光伏的有功调节设备D6，如果有则对应的si值为1，否则对应的si值为0。
优选地，步骤3.1)中的10kV变电站的可调设备D1包括自动电压控制AVC、有载调压变压器、电容器组；10kV线路的可调设备D2包括10kV线路的调压器；10kV配电变压器的可调设备D3包括高压侧档位、电容器组；380V线路的可调设备D4包括380V线路的电容器组。
优选地，步骤4)的详细步骤包括：
4.1)判断有载调压变压器动作次数nTi达到预设的上限、电容器组动作次数nCi达到预设的上限是否任意一项成立，如果任意一项成立则跳转执行步骤4.2)；否则，跳转执行步骤4.3)；
4.2)如果只有有载调压变压器动作次数nTi达到预设的上限，则根据目标控制指令控制除有载调压变压器以外的各种无功补偿设备的电压无功输出实现用户电压优化调节；如果只有电容器组动作次数nCi达到预设的上限，则根据目标控制指令控制除电容器组以外的各种无功补偿设备的电压无功输出实现用户电压优化调节；如果有载调压变压器动作次数nTi达到预设的上限、电容器组动作次数nCi达到预设的上限同时成立，则根据目标控制指令控制除有载调压变压器、电容器组以外的各种无功补偿设备的电压无功输出实现用户电压优化调节；退出；
4.3)根据目标控制指令控制各种无功补偿设备的电压无功输出实现用户电压优化调节。
本发明还提供一种含分布式光伏的用户电压优化调节系统，包括计算机设备，所述计算机设备被编程以执行本发明前述含分布式光伏的用户电压优化调节方法的步骤。
和现有技术相比，本发明具有下述优点：本发明基于实时数据对分布式光伏出力和负荷进行短期预测，提前感知未来一段时间内电压、无功的变化趋势，引入实时数据监测电网运行状态，及时对突发状况作出调整，减弱突发状况对电网运行的影响；依据历史数据统计和常用家电的工作电压范围，将电压分成不同的区间，对不同区间采取不同的措施。本发明是据电压所处的区间动态调整不同电压等级无功补偿方式的优先级，通过在线仿真寻找最佳调节方法，进而调整无功补偿设备，提高用户电压质量，尤其是本发明按照优先级动态确定无功补偿方式的补偿顺序，最大限度保证用户电压合格率，具有对电压进行合理的优化控制、优化效果好、用户侧电压合格率高的优点。
附图说明
图1为本发明实施例方法的基本流程图。
具体实施方式
如图1所示，本实施例含分布式光伏的用户电压优化调节方法的实施步骤包括：
1)基于用户的负荷和分布式光伏出力预测获取用户的电压预测值；
2)将电压范围划分为多个电压区间，确定电压预测值对应的目标电压区间；
3)针对不符合电压合格要求的目标电压区间，根据目标电压区间生成目标控制指令，目标控制指令包括含分布式光伏的电网中各种用户电压调节设备及其补偿量；将目标控制指令进行在线仿真，若在线仿真结果不符合电压合格要求，则跳转执行步骤3)；否则若在线仿真结果符合电压合格要求时跳转执行步骤4)；
4)根据目标控制指令控制含分布式光伏的电网中的用户电压调节设备调节用户电压。
由于工作日和节假日的负荷变化不尽相同，属于不同的典型日，因此需要将工作日和节假日分开考虑，典型日的负荷预测主要考虑历史数据。分布式光伏接入配电网后会影响节点电压，因此也要对分布式光伏的出力进行预测，分布式光伏的出力预测主要考虑历史数据、当天温度和光照强度。采用人工神经网络法对负荷、分布式光伏出力进行预测，提前感知未来一段时间的电压变化趋势。本实施例中，步骤1)的详细步骤包括：
1.1)预先将用户的负荷和分布式光伏出力的历史数据按照工作日和节假日两种典型日分类；针对每一种典型日的历史数据进行预处理，剔除畸形数据；基于长度为预测周期T的时段构建训练集，训练集包括一个输出量和五个输入量，一个输出量为该时段的实际电压平均值，五个输入量包括该时段相同典型日的指定数量个相同时段的负荷历史数据平均值、分布式光伏出力历史数据平均值、是否节假日、温度、光照强度；根据训练集对预设的神经网络预测模型进行训练，使得训练完毕的神经网络预测模型建立针对各预测周期T的一个输出量和五个输入量之间的映射；本实施例中，神经网络预测模型采用适合于时变系统的径向基函数(Redial Basis Function，RBF)神经网络预测模型，在中间层确定多个RBF中心，计算上述某个输入向量的输出值，输出层根据权值进行组合输出结果。
1.2)将用户的目标时段相同典型日的指定数量个相同时段的负荷历史数据平均值、分布式光伏出力历史数据平均值、是否节假日、温度、光照强度作为输入，输入训练完毕的神经网络预测模型，得到用户的电压预测值。
本实施例中，步骤1.2)得到用户的电压预测值后还包括对获得的电压预测值进行修正的步骤，详细步骤包括：计算电压预测值、实际电压值之间的差值，判断该差值小于预设的阈值ε是否成立，如果成立则将电压预测值作为修正后的电压预测值，否则将实际电压值作为修正后的电压预测值。假定t0时刻预测t0+T时刻的电压为
t0+T时刻的实际电压值为
T为预测周期，则有：
当
时，电压预测值、实际电压值之间的偏差较小，使用电压预测值对节点电压进行调节；反之，电压预测值、实际电压值之间的偏差较大，此时将实际电压值作为修正后的电压预测值。
本实施例中，步骤2)中将电压范围划分为多个电压区间具体是指划分为电压区间I、II、III、IV、V共五个电压区间，且电压区间I、II、III、IV、V从大到小依次连续排列，电压区间II为电压合格区间。本实施例中，电压区间I、II、III、IV、V相对额定电压的百分比分别为[+21％，+7％)，[7％，-10％]，(-10％，-15％]，(-15％，-21％]，(-21％，-32％]，以额定电压220V作为基准，则对应的电压区间分别为[266.2，235.4)，[235.4，198]，(198，187]，(187，173.8]，(173.8,150]。
本实施例中，步骤3)中将目标控制指令进行在线仿真时，具体是在DIgSILENT/PowerFactory仿真软件使用蒙特卡洛法对指令进行在线仿真，确保指令的合理性和有效性，在在线仿真方法为现有仿真方法，仿真结果为输入目标控制指令后得到的仿真用户电压，故仿真过程在此不再展开式或门。若在线仿真结果不符合电压合格的要求，调整初始条件重新生成控制指令并经过仿真验证，直到输出符合条件的指令。
本实施例中，步骤3)的详细步骤包括：
3.1)确定含分布式光伏的电网中各种用户电压调节设备的调节设备列表，调节设备列表包括10kV变电站的可调设备D1、10kV线路的可调设备D2、10kV配电变压器的可调设备D3、380V线路的可调设备D4、接在10kV线路上的光伏配有的无功调节设备D5、接在380V线路上的光伏的有功调节设备D6共六种用户电压调节设备，且调节设备列表具有按照D1、D2、D3、D4、D5、D6顺序排序的低电压排序方式，以及按照D1、D2、D3、D4、D6、D5顺序排序的过电压排序方式，且低电压排序方式中针对接在380V线路上的光伏的有功调节设备D6的调节方式为增加有功输出，过电压排序方式中针对接在380V线路上的光伏的有功调节设备D6的调节方式为削减有功输出；
3.2)确定目标电压区间，如果目标电压区间属于电压区间I，则判定用户电压处于高电压，跳转执行步骤3.3)；如果目标电压区间属于电压区间II，判定用户电压处于合格水平，结束并退出；如果目标电压区间属于电压区间III，则判定用户电压处于低电压且低电压的偏移较小，跳转执行步骤3.4)；如果目标电压区间属于电压区间IV，则判定用户电压处于低电压且低电压的偏移较大，跳转执行步骤3.5)；如果目标电压区间属于电压区间V，则判定用户电压处于低电压且低电压的偏移严重，跳转执行步骤3.6)；
3.3)判断当前是否为首次生成目标控制指令，如果是则按照过电压排序方式的倒序从调节设备列表中选择一种用户电压调节设备作为目标用户电压调节设备，否则判断调节设备列表中仍有可选的用户电压调节设备是否成立，如果成立则在现有的目标用户电压调节设备的基础上按照过电压排序方式的倒序从可选的用户电压调节设备中增加一种用户电压调节设备作为新的目标用户电压调节设备，如果不成立则从历史目标控制指令中选择在线仿真结果最接近电压合格要求的历史目标控制指令作为最终的目标控制指令，跳转执行步骤4)；根据目标用户电压调节设备的目前的状态和潜在的补偿量生成目标控制指令，将目标控制指令进行在线仿真，若在线仿真结果不符合电压合格要求，则跳转执行步骤3.3)以重新生成目标控制指令；否则若在线仿真结果符合电压合格要求时跳转执行步骤4)；
3.4)判断当前是否为首次生成目标控制指令，如果是则按照低电压排序方式的倒序从调节设备列表中选择一种用户电压调节设备作为目标用户电压调节设备，否则判断调节设备列表中仍有可选的用户电压调节设备是否成立，如果成立则在现有的目标用户电压调节设备的基础上按照低电压排序方式的倒序从可选的用户电压调节设备中增加一种用户电压调节设备作为新的目标用户电压调节设备，如果不成立则从历史目标控制指令中选择在线仿真结果最接近电压合格要求的历史目标控制指令作为最终的目标控制指令，跳转执行步骤4)；根据目标用户电压调节设备的目前的状态和潜在的补偿量生成目标控制指令，将目标控制指令进行在线仿真，若在线仿真结果不符合电压合格要求，则跳转执行步骤3.4)以重新生成目标控制指令；否则若在线仿真结果符合电压合格要求时跳转执行步骤4)；
3.5)判断当前是否为首次生成目标控制指令，如果是则按照低电压排序方式的倒序从调节设备列表中选择一种或者更多用户电压调节设备作为目标用户电压调节设备，否则判断调节设备列表中仍有可选的用户电压调节设备是否成立，如果成立则在现有的目标用户电压调节设备的基础上按照低电压排序方式的倒序从可选的用户电压调节设备中增加一种用户电压调节设备作为新的目标用户电压调节设备，如果不成立则从历史目标控制指令中选择在线仿真结果最接近电压合格要求的历史目标控制指令作为最终的目标控制指令，跳转执行步骤4)；根据目标用户电压调节设备的目前的状态和潜在的补偿量生成目标控制指令，将目标控制指令进行在线仿真，若在线仿真结果不符合电压合格要求，则跳转执行步骤3.5)以重新生成目标控制指令；否则若在线仿真结果符合电压合格要求时跳转执行步骤4)；
3.6)判断当前是否为首次生成目标控制指令，如果是则按照低电压排序方式的顺序从调节设备列表中选择一种用户电压调节设备作为目标用户电压调节设备，否则判断调节设备列表中仍有可选的用户电压调节设备是否成立，如果成立则在现有的目标用户电压调节设备的基础上按照低电压排序方式的顺序从可选的用户电压调节设备中增加一种用户电压调节设备作为新的目标用户电压调节设备，如果不成立则从历史目标控制指令中选择在线仿真结果最接近电压合格要求的历史目标控制指令作为最终的目标控制指令，跳转执行步骤4)；根据目标用户电压调节设备的目前的状态和潜在的补偿量生成目标控制指令，将目标控制指令进行在线仿真，若在线仿真结果不符合电压合格要求，则跳转执行步骤3.6)以重新生成目标控制指令；否则若在线仿真结果符合电压合格要求时跳转执行步骤4)。
本实施例中，步骤3.3)～3.6)中根据目标用户电压调节设备的目前的状态和潜在的补偿量生成目标控制指令时，具体是指根据式(1)确定六种用户电压调节设备的权重，根据权重确定优先级，再根据优先级分别对目标用户电压调节设备中的各种用户电压调节设备，依据其目前的状态和潜在的补偿量生成目标控制指令；
式(1)中，wi(i＝1,2,,6)分别依次表示10kV变电站的可调设备D1、10kV线路的可调设备D2、10kV配电变压器的可调设备D3、380V线路的可调设备D4、接在10kV线路上的光伏配有的无功调节设备D5、接在380V线路上的光伏的有功调节设备D6六种用户电压调节设备的权重，权重的取值范围为[0,2]，权重大表示优先使用该用户电压调节设备调节电压；aij(i＝1,2,3,4,j＝1,2,3)、gij(i＝1,2,3,4,j＝4,5)、hij(i＝5,6,j＝1,2,3)、lij(i＝5,6,j＝4,5)四者均为矩阵系数，且所有矩阵系数的取值范围为[0,1]；si(i＝1,2,3)分别依次表示用户电压分别处于区间电压区间III、电压区间IV、电压区间V，处于某电压区间则该电压区间对应的si值为1，否则对应的si值为0；si(i＝4,5)分别依次表示低电压点所在的线路上是否有接在10kV线路上的光伏配有的无功调节设备D5、接在380V线路上的光伏的有功调节设备D6，如果有则对应的si值为1，否则对应的si值为0。
式(1)可以用式(2)的形式表示；
式(2)中，w为权重矩阵，A矩阵表示不同无功设备对不同区间低电压调节的有效性系数，有效性越好矩阵元素的值越大；G矩阵元素值较小，一般取0；H矩阵表示10kV、380V光伏对不同区间低电压调节的有效性系数，有效性越好矩阵元素的值越大；L矩阵表示低电压点到光伏的距离系数，距离越近矩阵元素的值越大。
本实施例中，矩阵系数初始化的参考值如式(3)所示；
式(3)中各矩阵系数参量与式(1)相同。
本实施例中，步骤3.1)中的10kV变电站的可调设备D1包括自动电压控制AVC、有载调压变压器、电容器组；10kV线路的可调设备D2包括10kV线路的调压器；10kV配电变压器的可调设备D3包括高压侧档位、电容器组；380V线路的可调设备D4包括380V线路的电容器组。对于接在380V线路上的光伏的有功调节设备D6而言，由于低压配电网中线路电阻R和电抗X的比值R/X较大，因此从式(4)可知配网中有功功率也会对电压产生影响。
式(4)中，V2表示两节点(节点1和节点2)间的电压差，P2表示节点2的有功功率，R表示低压配电网中的电阻，Q2表示点2的无功功率，X表示低压配电网中的电抗，V2表示节点2的电压。
根据前述步骤3.2)～3.6)可知：
A、目标电压区间属于电压区间I：
按照过电压排序方式的倒序从调节设备列表中选择用户电压调节设备作为目标用户电压调节设备，即选择顺序依次为：接在10kV线路上的光伏配有的无功调节设备D5、接在380V线路上的光伏的有功调节设备D6、380V线路的可调设备D4、10kV配电变压器的可调设备D3、10kV线路的可调设备D2、10kV变电站的可调设备D1。且首次生成目标控制指令时，选择接在10kV线路上的光伏配有的无功调节设备D5单个用户电压调节设备。
B、目标电压区间属于电压区间II：
判定用户电压处于合格水平，不需要优化调节用户电压。
C、目标电压区间属于电压区间III：
按照低电压排序方式的倒序从调节设备列表中选择用户电压调节设备作为目标用户电压调节设备，即选择顺序依次为：接在380V线路上的光伏的有功调节设备D6、接在10kV线路上的光伏配有的无功调节设备D5、380V线路的可调设备D4、10kV配电变压器的可调设备D3、10kV线路的可调设备D2、10kV变电站的可调设备D1。且首次生成目标控制指令时，选择接在380V线路上的光伏的有功调节设备D6单个用户电压调节设备。
D、目标电压区间属于电压区间IV：
按照低电压排序方式的倒序从调节设备列表中选择用户电压调节设备作为目标用户电压调节设备，即选择顺序依次为：接在380V线路上的光伏的有功调节设备D6、接在10kV线路上的光伏配有的无功调节设备D5、380V线路的可调设备D4、10kV配电变压器的可调设备D3、10kV线路的可调设备D2、10kV变电站的可调设备D1。
且首次生成目标控制指令时则按照低电压排序方式的倒序从调节设备列表中选择一种或者更多用户电压调节设备作为目标用户电压调节设备，其原因是：对于电压区间IV，电压偏差程度比电压区间III严重、比电压区间V轻微，介于电压区间III、电压区间V两者之间，因此可以从一种可调设备开始仿真，也可以从两(多)种设备开始仿真。本实施例中，首次生成目标控制指令时具体选择接在380V线路上的光伏的有功调节设备D6、接在10kV线路上的光伏配有的无功调节设备D5、380V线路的可调设备D4、10kV配电变压器的可调设备D3四种用户电压调节设备。
E、目标电压区间属于电压区间V：
按照低电压排序方式的顺序从调节设备列表中选择用户电压调节设备作为目标用户电压调节设备，即选择顺序依次为：10kV变电站的可调设备D1、10kV线路的可调设备D2、10kV配电变压器的可调设备D3、380V线路的可调设备D4、接在10kV线路上的光伏配有的无功调节设备D5、接在380V线路上的光伏的有功调节设备D6。且首次生成目标控制指令时，选择10kV变电站的可调设备D1单个用户电压调节设备。
针对目标电压区间属于电压区间I～V：若在电压预测值不合格节点所处同电压等级供电母线上有分布式光伏，则在调节电压时考虑分布式光伏的作用。可以利用分布式光伏的无功调节设备来调节用户电压，若分布式光伏没有无功调节设备通过调节有功输出达到调节用户电压的目的。对于过电压，优先调节分布式光伏的无功调节设备，最后削减分布式光伏有功输出；对于低电压，优先增加分布式光伏有功输出，最后调节分布式光伏的无功设备。经过在线仿真，如果所有有限种方案均不能保证电压合格，则在有限种方案中选择出一种电压最接近区间II的方案指导设备动作。
本实施例中针对调节设备列表具有按照D1、D2、D3、D4、D5、D6顺序排序的低电压排序方式，以及按照D1、D2、D3、D4、D6、D5顺序排序的过电压排序方式。上述两种排序方式除了接在380V线路上的光伏的有功调节设备D6的调节方式的差异(增加有功输出/削减有功输出)以外，主要还基于下述因素考虑：低电压等级(如380V线路电容器组)的无功设备补偿容量较小，对电压的调节能力有限。对于电压偏差大的情况(例如电压区间V)，优先一种低电压等级的无功设备使电压恢复合格区间的概率较小，优先使用一种高电压等级的无功设备使电压恢复合格区间的概率较大，因此从高电压等级开始循环搜索最优无功补偿方案所用的时间较短。对于电压偏差小(如电压区间III)的情况，情况相反。因此对于不同的情况，优先选择的顺序不同，故会出现有的正序、有的降序。
本实施例中，步骤4)的详细步骤包括：
4.1)判断有载调压变压器动作次数nTi达到预设的上限、电容器组动作次数nCi达到预设的上限是否任意一项成立，如果任意一项成立则跳转执行步骤4.2)；否则，跳转执行步骤4.3)；
4.2)如果只有有载调压变压器动作次数nTi达到预设的上限，则根据目标控制指令控制除有载调压变压器以外的各种无功补偿设备的电压无功输出实现用户电压优化调节；如果只有电容器组动作次数nCi达到预设的上限，则根据目标控制指令控制除电容器组以外的各种无功补偿设备的电压无功输出实现用户电压优化调节；如果有载调压变压器动作次数nTi达到预设的上限、电容器组动作次数nCi达到预设的上限同时成立，则根据目标控制指令控制除有载调压变压器、电容器组以外的各种无功补偿设备的电压无功输出实现用户电压优化调节；退出；
4.3)根据目标控制指令控制各种无功补偿设备的电压无功输出实现用户电压优化调节。
此外，本实施例还提供一种含分布式光伏的用户电压优化调节系统，包括计算机设备，计算机设备被编程以执行本实施例前述含分布式光伏的用户电压优化调节方法的步骤。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种含分布式光伏的用户电压优化调节方法，其特征在于实施步骤包括：
1)基于用户的负荷和分布式光伏出力预测获取用户的电压预测值；
2)将电压范围划分为多个电压区间，确定电压预测值对应的目标电压区间；
3)针对不符合电压合格要求的目标电压区间，根据目标电压区间生成目标控制指令，所述目标控制指令包括含分布式光伏的电网中各种用户电压调节设备及其补偿量；将目标控制指令进行在线仿真，若在线仿真结果不符合电压合格要求，则跳转执行步骤3)；否则若在线仿真结果符合电压合格要求时跳转执行步骤4)；
4)根据目标控制指令控制含分布式光伏的电网中的用户电压调节设备调节用户电压；
步骤1)的详细步骤包括：
1.1)预先将用户的负荷和分布式光伏出力的历史数据按照工作日和节假日两种典型日分类；针对每一种典型日的历史数据进行预处理，剔除畸形数据；基于长度为预测周期T的时段构建训练集，所述训练集包括一个输出量和五个输入量，一个输出量为该时段的实际电压平均值，五个输入量包括该时段相同典型日的指定数量个相同时段的负荷历史数据平均值、分布式光伏出力历史数据平均值、是否节假日、温度、光照强度；根据训练集对预设的神经网络预测模型进行训练，使得训练完毕的神经网络预测模型建立针对各预测周期T的一个输出量和五个输入量之间的映射；
1.2)将用户的目标时段相同典型日的指定数量个相同时段的负荷历史数据平均值、分布式光伏出力历史数据平均值、是否节假日、温度、光照强度作为输入，输入训练完毕的神经网络预测模型，得到用户的电压预测值。
2.根据权利要求1所述的含分布式光伏的用户电压优化调节方法，其特征在于，步骤1.2)得到用户的电压预测值后还包括对获得的电压预测值进行修正的步骤，详细步骤包括：计算电压预测值、实际电压值之间的差值，判断该差值小于预设的阈值ε是否成立，如果成立则将电压预测值作为修正后的电压预测值，否则将实际电压值作为修正后的电压预测值。
3.根据权利要求1所述的含分布式光伏的用户电压优化调节方法，其特征在于，步骤2)中将电压范围划分为多个电压区间具体是指划分为电压区间I、II、III、IV、V共五个电压区间，且电压区间I、II、III、IV、V从大到小依次连续排列，电压区间II为电压合格区间。
4.根据权利要求3所述的含分布式光伏的用户电压优化调节方法，其特征在于，所述电压区间I、II、III、IV、V相对额定电压的百分比分别为[+21％，+7％)，[7％，-10％]，(-10％，-15％]，(-15％，-21％]，(-21％，-32％]。
5.根据权利要求3或4所述的含分布式光伏的用户电压优化调节方法，其特征在于，步骤3)的详细步骤包括：
3.1)确定含分布式光伏的电网中各种用户电压调节设备的调节设备列表，所述调节设备列表包括10kV变电站的可调设备D1、10kV线路的可调设备D2、10kV配电变压器的可调设备D3、380V线路的可调设备D4、接在10kV线路上的光伏配有的无功调节设备D5、接在380V线路上的光伏的有功调节设备D6共六种用户电压调节设备，且所述调节设备列表具有按照D1、D2、D3、D4、D5、D6顺序排序的低电压排序方式，以及按照D1、D2、D3、D4、D6、D5顺序排序的过电压排序方式，且低电压排序方式中针对接在380V线路上的光伏的有功调节设备D6的调节方式为增加有功输出，过电压排序方式中针对接在380V线路上的光伏的有功调节设备D6的调节方式为削减有功输出；
3.2)确定目标电压区间，如果目标电压区间属于电压区间I，则判定用户电压处于高电压，跳转执行步骤3.3)；如果目标电压区间属于电压区间II，判定用户电压处于合格水平，结束并退出；如果目标电压区间属于电压区间III，则判定用户电压处于低电压且低电压的偏移较小，跳转执行步骤3.4)；如果目标电压区间属于电压区间IV，则判定用户电压处于低电压且低电压的偏移较大，跳转执行步骤3.5)；如果目标电压区间属于电压区间V，则判定用户电压处于低电压且低电压的偏移严重，跳转执行步骤3.6)；
3.3)判断当前是否为首次生成目标控制指令，如果是则按照过电压排序方式的倒序从调节设备列表中选择一种用户电压调节设备作为目标用户电压调节设备，否则判断调节设备列表中仍有可选的用户电压调节设备是否成立，如果成立则在现有的目标用户电压调节设备的基础上按照过电压排序方式的倒序从可选的用户电压调节设备中增加一种用户电压调节设备作为新的目标用户电压调节设备，如果不成立则从历史目标控制指令中选择在线仿真结果最接近电压合格要求的历史目标控制指令作为最终的目标控制指令，跳转执行步骤4)；根据目标用户电压调节设备的目前的状态和潜在的补偿量生成目标控制指令，将目标控制指令进行在线仿真，若在线仿真结果不符合电压合格要求，则跳转执行步骤3.3)以重新生成目标控制指令；否则若在线仿真结果符合电压合格要求时跳转执行步骤4)；
3.4)判断当前是否为首次生成目标控制指令，如果是则按照低电压排序方式的倒序从调节设备列表中选择一种用户电压调节设备作为目标用户电压调节设备，否则判断调节设备列表中仍有可选的用户电压调节设备是否成立，如果成立则在现有的目标用户电压调节设备的基础上按照低电压排序方式的倒序从可选的用户电压调节设备中增加一种用户电压调节设备作为新的目标用户电压调节设备，如果不成立则从历史目标控制指令中选择在线仿真结果最接近电压合格要求的历史目标控制指令作为最终的目标控制指令，跳转执行步骤4)；根据目标用户电压调节设备的目前的状态和潜在的补偿量生成目标控制指令，将目标控制指令进行在线仿真，若在线仿真结果不符合电压合格要求，则跳转执行步骤3.4)以重新生成目标控制指令；否则若在线仿真结果符合电压合格要求时跳转执行步骤4)；
3.5)判断当前是否为首次生成目标控制指令，如果是则按照低电压排序方式的倒序从调节设备列表中选择一种或者更多用户电压调节设备作为目标用户电压调节设备，否则判断调节设备列表中仍有可选的用户电压调节设备是否成立，如果成立则在现有的目标用户电压调节设备的基础上按照低电压排序方式的倒序从可选的用户电压调节设备中增加一种用户电压调节设备作为新的目标用户电压调节设备，如果不成立则从历史目标控制指令中选择在线仿真结果最接近电压合格要求的历史目标控制指令作为最终的目标控制指令，跳转执行步骤4)；根据目标用户电压调节设备的目前的状态和潜在的补偿量生成目标控制指令，将目标控制指令进行在线仿真，若在线仿真结果不符合电压合格要求，则跳转执行步骤3.5)以重新生成目标控制指令；否则若在线仿真结果符合电压合格要求时跳转执行步骤4)；
3.6)判断当前是否为首次生成目标控制指令，如果是则按照低电压排序方式的顺序从调节设备列表中选择一种用户电压调节设备作为目标用户电压调节设备，否则判断调节设备列表中仍有可选的用户电压调节设备是否成立，如果成立则在现有的目标用户电压调节设备的基础上按照低电压排序方式的顺序从可选的用户电压调节设备中增加一种用户电压调节设备作为新的目标用户电压调节设备，如果不成立则从历史目标控制指令中选择在线仿真结果最接近电压合格要求的历史目标控制指令作为最终的目标控制指令，跳转执行步骤4)；根据目标用户电压调节设备的目前的状态和潜在的补偿量生成目标控制指令，将目标控制指令进行在线仿真，若在线仿真结果不符合电压合格要求，则跳转执行步骤3.6)以重新生成目标控制指令；否则若在线仿真结果符合电压合格要求时跳转执行步骤4)。
6.根据权利要求5所述的含分布式光伏的用户电压优化调节方法，其特征在于，步骤3.3)～3.6)中根据目标用户电压调节设备的目前的状态和潜在的补偿量生成目标控制指令时，具体是指根据式(1)确定六种用户电压调节设备的权重，根据权重确定优先级，再根据优先级分别对目标用户电压调节设备中的各种用户电压调节设备，依据其目前的状态和潜在的补偿量生成目标控制指令；
式(1)中，wi(i＝1,2,… ,6)分别依次表示10kV变电站的可调设备D1、10kV线路的可调设备D2、10kV配电变压器的可调设备D3、380V线路的可调设备D4、接在10kV线路上的光伏配有的无功调节设备D5、接在380V线路上的光伏的有功调节设备D6六种用户电压调节设备的权重，权重的取值范围为[0,2]，权重大表示优先使用该用户电压调节设备调节电压；aij(i＝1,2,3,4,j＝1,2,3)、gij(i＝1,2,3,4,j＝4,5)、hij(i＝5,6,j＝1,2,3)、lij(i＝5,6,j＝4,5)四者均为矩阵系数，且所有矩阵系数的取值范围为[0,1]；si(i＝1,2,3)分别依次表示用户电压分别处于区间电压区间III、电压区间IV、电压区间V，处于某电压区间则该电压区间对应的si值为1，否则对应的si值为0；si(i＝4,5)分别依次表示低电压点所在的线路上是否有接在10kV线路上的光伏配有的无功调节设备D5、接在380V线路上的光伏的有功调节设备D6，如果有则对应的si值为1，否则对应的si值为0。
7.根据权利要求5所述的含分布式光伏的用户电压优化调节方法，其特征在于，步骤3.1)中的10kV变电站的可调设备D1包括自动电压控制AVC、有载调压变压器、电容器组；10kV线路的可调设备D2包括10kV线路的调压器；10kV配电变压器的可调设备D3包括高压侧档位、电容器组；380V线路的可调设备D4包括380V线路的电容器组。
8.根据权利要求1所述的含分布式光伏的用户电压优化调节方法，其特征在于，步骤4)的详细步骤包括：
4.1)判断有载调压变压器动作次数nTi达到预设的上限、电容器组动作次数nCi达到预设的上限是否任意一项成立，如果任意一项成立则跳转执行步骤4.2)；否则，跳转执行步骤4.3)；
4.2)如果只有有载调压变压器动作次数nTi达到预设的上限，则根据目标控制指令控制除有载调压变压器以外的各种无功补偿设备的电压无功输出实现用户电压优化调节；如果只有电容器组动作次数nCi达到预设的上限，则根据目标控制指令控制除电容器组以外的各种无功补偿设备的电压无功输出实现用户电压优化调节；如果有载调压变压器动作次数nTi达到预设的上限、电容器组动作次数nCi达到预设的上限同时成立，则根据目标控制指令控制除有载调压变压器、电容器组以外的各种无功补偿设备的电压无功输出实现用户电压优化调节；退出；
4.3)根据目标控制指令控制各种无功补偿设备的电压无功输出实现用户电压优化调节。
9.一种含分布式光伏的用户电压优化调节系统，包括计算机设备，其特征在于：所述计算机设备被编程以执行权利要求1～8中任意一项所述含分布式光伏的用户电压优化调节方法的步骤。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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