CN109245111A - 基于灵敏度分析的主动配电网电压协调控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于灵敏度分析的主动配电网电压协调控制系统及方法，包括：用于选择主动配电网系统内电压越限最大的节点的电压越限目标筛选模块；根据电压灵敏度矩阵选择最佳有功设备的FCE有功调节选择模块；根据电压灵敏度矩阵选择最佳无功设备的无功设备选择模块；用于完成有功目标值下发的FCE有功调节模块；用于完成无功目标值下发的无功调节模块；用于针对有功目标值和无功目标值对智能管理器分别进行有功PID调节与无功PID调节，并完成FCE控制的快速计算的协同交互控制器；用于对有功设备及无功设备分别进行有功目标值的设定的智能管理控制器。本发明达到主动配电网多目标协调优化控制的要求。

Description

基于灵敏度分析的主动配电网电压协调控制系统及方法

技术领域

本发明属于主动配电网的电压协调控制技术领域，尤其涉及一种基于灵敏度分析的主动配电网电压协调控制系统及方法。

背景技术

目前，主动配电网的电压协调控制已经成为业界研究的热点问题，但目前大部分提出的主动配电网电压协调控制方法主要是基于最优化理论的优化协调，需要协调控制所有的无功源及电压调节设备，对于数据的需求高，且不考虑不同设备动作时间的相互配合，因此很难实际应用于主动配电网的电压协调控制。同时，由于配电网的电阻电抗比值(R/X)较大，无法像输电网采用电压控制和有功控制解耦的方法，在控制电压时必须同时考虑有功和无功的影响，进行协调控制。

发明内容

为了解决现有技术存在的问题，本发明提出了一种基于灵敏度分析的主动配电网电压协调控制系统及方法。

本发明所采用的技术方案是：

一种基于灵敏度分析的主动配电网电压协调控制方法，包括以下步骤：

1)电压越限目标筛选模块选择电压越限偏差最大的节点，根据灵敏度矩阵，确定需要最小调节的调节变量；

2)选择此调节变量，计算此调节变量对其他节点电压的影响；

3)衡量此影响对其他电压偏差的影响，以不造成新的越限为标准，以此调节变量为最佳无功设备，进入无功调节模块进行无功调节；

4)把无功目标值下发给协同交互控制器，协同交互控制器内置PID调节功能，对智能管理控制器设定无功目标值，由智能管理控制器对无功设备进行调节；

5)如果该节点电压恢复正常，则再次选择当前电压偏差最大节点进行电压调节；如果电压没有恢复正常，则继续调节无功设备的无功值，如果该无功设备已经达到限值，则再次进行无功设备选择模块，选择最佳无功设备进行无功调节，直至该节点恢复正常；

6)再次选择当前电压偏差最大节点进行电压调节时，同样进行，考虑需要最小调节的调节变量；

7)直至所有的越限电压恢复正常。

进一步地，该方法还包括以下步骤：

当没有电压越限时，按主动配电网系统内既定的有功FCE控制策略进行有功调节，不对有功控制作出干预；

当有电压越限时，根据电压越限目标筛选模块选择电压越限偏差最大的节点，在调节有功功率时，必须考虑此有功变换对电压的影响：根据FCE有功调节选择模块及电压灵敏度矩阵，如会导致电压越限加剧时，必须暂停此时的有功功率调节，改由其他有功调节最佳设备进入FCE有功调节模块进行有功的调节；

如果该节点电压恢复正常，则再次选择当前电压越限偏差最大节点进行电压调节；如果电压没有恢复正常，则继续调节有功设备的有功值，如果该有功设备已经达到限值，则再次进入FCE有功调节选择模块，选择最佳有功设备进行有功调节，直至该节点恢复正常。

进一步地，该方法还包括以下步骤：

如所有针对有功的调节都会导致电压越限加剧时，则本控制周期闭锁FCE控制。

进一步地，该方法还包括以下步骤：

无功调节功能针对电压进行控制时，FCE控制继续进行，可调有功设备参与电压调节。

一种基于灵敏度分析的主动配电网电压协调控制系统，包括：

电压越限目标筛选模块，用于选择主动配电网系统内电压越限最大的节点；

FCE有功调节选择模块，用于针对越限最大节点，根据电压灵敏度矩阵选择最佳有功设备；

无功设备选择模块，用于针对越限最大节点，根据电压灵敏度矩阵选择最佳无功设备；

FCE有功调节模块，用于针对最佳有功设备完成有功目标值的下发；

无功调节模块，用于针对最佳无功设备完成无功目标值的下发；

协同交互控制器，用于针对主动配电网下发的有功目标值与无功目标值对智能管理器分别进行有功PID调节与无功PID调节，并完成FCE控制的快速计算；

智能管理控制器，用于对有功设备及无功设备分别进行有功目标值的设定；

所述电压越限目标筛选模块、FCE有功调节选择模块、无功设备选择模块、FCE有功调节模块和无功调节模块分别检测所述有功设备和所述无功设备的状态来进行反馈调节。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明可以协同主动配电网内多种设备进行控制，保证主动配电网的电压质量；

本发明充分利用分布式能源和无功调节设备，采用自上而下的方式实现主动配电网的电压调节，从而避免了常规的“触发式”电压控制所引起的调节振荡问题，使电压始终处于安全区间，保证供电质量；

本发明可以适应主动配电网的基于FCE的有功控制，与有功控制协同管理主动配电网的有功功率与无功功率，在使分布式能源更好发挥效益的同时避免电压越限问题，达到主动配电网多目标协调优化控制的前提条件；

本发明采用快速灵敏度分析方法，可以准确确定针对电压调节的控制量大小，配合主动配电网的协同交互控制器与智能管理控制器，组成分层协调控制系统，达到主动配电网对短时间尺度的电压快速实时控制的要求。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

图1为本发明的主动配电网电压分层协调控制系统的示意图；

图2为本发明的电压变量与灵敏度矩阵和调控变量的关系示意图；

图3为本发明的主动配电网电压控制架构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。

主动配电网电压控制主要分为三种形式：基于区域自治的分散式电压控制、基于配电自动化主站系统的集中式电压控制和基于分层分区的协调式电压控制。基于分层分区控制的协调式电压控制方式可以综合分散式电压控制的逻辑复杂度低与集中式电压控制的兼顾全局优化的优点，可实现对大规模DER并网后主动配电网进行电压优化控制与管理。

参考图1，主动配电网电压分层协调控制系统由三部分构成：即位于最上层的主动配电网能量管理系统(ADMS)、位于中间层的区域协调控制器和位于最下层的本地控制三部分组成。其中ADMS通过配电网数据采集与监测系统(DSCADA)采集网络关键节点的运行数据并通过全局优化计算控制指标，下发给各区域协调控制器并经由区域协调控制器转发给各本地控制器。本地控制器结合所得到的指令，通过本地优化计算，形成本地最优电压控制策略，并控制并联电容器、SVC及可控分布式电源来稳定区域内电压水平；区域协调控制器通过与本地控制器基于通信来确定有载调压变压器的档位，保证各个区域节点维持在合理的电压水平。

较大主动配电网的控制要同时考虑有功和无功的控制，如基于FCE控制主要基于有功，需要协调配电网有功和无功的控制。理想状态下，针对实时运行优化算法，给出控制变量的控制值，并利用通讯通道下发给控制器完成闭环控制。然而，主动配电网的全局优化算法要考虑储能设备的时间效应，运算周期较长，只能保证在一个调度周期内完成，因此需要本地的短时间周期的快速实时控制来配合完成有功和无功的控制目标。

参考图2，灵敏度是通过物理量间的微分关系反映控制变量的变化方向以及变化快慢，分析数据并指导研究策略。以时间为角度可以将灵敏度分为两大类，静态灵敏度和轨迹灵敏度分析。其中静态灵敏度通常针对稳态分析，针对系统运行的某一个静态点考察控制变量对因变量的影响。调节单元所需调节量K为电压需求和灵敏度间的关系求得。

例如：ΔK_i＝ΔU_j/S_i,j，其中，ΔK_i为第i个控制变量对应的调节量，i从1到n，有n个可能的调控变量的候选；ΔU_j为第j个电压的调整量目标，j从1到k，有k个可能的电压调整量目标；S_i,j为两者之间的灵敏度，针对多个ΔU和ΔK之间的灵敏度可以用矩阵(灵敏度矩阵)表示。即对应每1个节点的ΔU，都有n个可能的调控变量(ΔK_i)的候选。在调控过程中，当电压偏离值越大时，电压调节需求就越为迫切；考虑此时候选控制变量，应该选择灵敏度最高的进行调节，以保证调节效率；不同的无功装置调节成本不同，调节成本越低的应优先进行调节，以保证经济性。其逻辑过程(只通过一轮迭代的寻优过程，参考图3)如下：

1)电压越限目标筛选模块选择电压越限偏差最大的节点，根据灵敏度矩阵，确定需要最小调节的调节变量(这个调节变量基本上是距离节点电气距离最近的可控的无功设备)；

2)选择此调节变量，计算此调节变量对其他节点电压的影响(一般来说，由于电气距离长，影响有限)；

3)衡量此影响对其他电压偏差的影响，以不造成新的越限为标准，以此调节变量为最佳无功设备，进入无功调节模块进行无功调节；

4)把无功目标值下发给协同交互控制器，协同交互控制器内置PID调节功能，对智能管理控制器设定无功目标值，由智能管理控制器对无功设备进行调节；

5)如果该节点电压恢复正常，则再次选择当前电压偏差最大节点进行电压调节；如果电压没有恢复正常，则继续调节无功设备的无功值，如果该无功设备已经达到限值(即不可用)，则再次进行无功设备选择模块，选择最佳无功设备进行无功调节，直至该节点恢复正常；

6)再次选择当前电压偏差最大节点进行电压调节时，同样进行，考虑需要最小调节的调节变量(基本上也是电气距离近的点)；

7)直至所有的越限电压恢复正常。实际上后面的调节有可能对前面的造成影响，但如果灵敏度较小时，其影响会非常有限，同时在考虑后面的影响时，是基于前面的“效果”的基础上，所以整个过程下来，其调节量是一个保守的值，不会造成“调节振荡”。

另外，由于主动配电网的有功控制为基于FCE的控制方法，其本质为控制馈线端口的有功功率值。在基于FCE的有功控制情况下，由于配电网有功对电压的影响也不能忽略，所以要综合考虑有功和无功协调控制方法，其控制策略如下：

1)当没有电压越限时，按主动配电网系统内既定的有功FCE控制策略进行有功调节，不对有功控制作出干预；

2)当有电压越限时，根据电压越限目标筛选模块选择电压越限偏差最大的节点，在调节有功功率时，必须考虑此有功变换对电压的影响。根据FCE有功调节选择模块及电压灵敏度矩阵，如会导致电压越限加剧时，必须暂停此时的有功功率调节，改由其他有功调节最佳设备进入FCE有功调节模块进行有功的调节；

3)如果该节点电压恢复正常，则再次选择当前电压越限偏差最大节点紧定电压调节；如果电压没有恢复正常，则继续调节有功设备的有功值，如果该有功设备已经达到限值(即不可用)，则再次进入FCE有功调节选择模块，选择最佳有功设备进行有功调节，直至该节点恢复正常；

4)直至所有的越限电压恢复正常，如所有针对有功的调节都会导致电压越限加剧时，则本控制周期闭锁FCE控制；

5)无功调节功能针对电压进行控制时，FCE控制继续进行，可调有功设备参与电压调节。针对有功的调节也是按照灵敏度的计算结果，确定调节量。

参考图3，一种基于灵敏度分析的主动配电网电压协调控制系统，包括：

电压越限目标筛选模块，用于选择主动配电网系统内电压越限最大的节点；

FCE有功调节选择模块，用于针对越限最大节点，根据电压灵敏度矩阵选择最佳有功设备；

无功设备选择模块，用于针对越限最大节点，根据电压灵敏度矩阵选择最佳无功设备；

FCE有功调节模块，用于针对最佳有功设备完成有功目标值的下发；

无功调节模块，用于针对最佳无功设备完成无功目标值的下发；

协同交互控制器，用于针对主动配电网下发的有功目标值与无功目标值对智能管理器分别进行有功PID调节与无功PID调节，并完成FCE控制的快速计算；

智能管理控制器，用于对有功设备及无功设备分别进行有功与无功目标值的设定；

所述电压越限目标筛选模块、FCE有功调节选择模块、无功设备选择模块、FCE有功调节模块和无功调节模块分别检测所述有功设备和所述无功设备的状态来进行反馈调节。

当电压越限目标筛选模块检测到主动配电网系统内的节点k电压恢复正常时，则再次选择当前电压偏差最大节点进行电压调节；

当电压越限目标筛选模块检测到主动配电网系统内的节点k电压没有恢复正常时：

若FCE有功调节选择模块检测到有功设备达限，则FCE有功调节选择模块再次选择最佳有功设备进行调节；

若FCE有功调节模块检测到有功设备不达限时，则再次下发有功目标值进行调节；

若无功设备选择模块检测到无功设备达限时，则无功设备选择模块再次选择最佳无功设备进行调节；

若无功调节模块检测到无功设备不达限时，则无功调节模块再次下发无功目标值进行调节。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种基于灵敏度分析的主动配电网电压协调控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)电压越限目标筛选模块选择电压越限偏差最大的节点，根据灵敏度矩阵，确定需要最小调节的调节变量；

2)选择此调节变量，计算此调节变量对其他节点电压的影响；

3)衡量此影响对其他电压偏差的影响，以不造成新的越限为标准，以此调节变量为最佳无功设备，进入无功调节模块进行无功调节；

4)把无功目标值下发给协同交互控制器，协同交互控制器内置PID调节功能，对智能管理控制器设定无功目标值，由智能管理控制器对无功设备进行调节；

5)如果该节点电压恢复正常，则再次选择当前电压偏差最大节点进行电压调节；如果电压没有恢复正常，则继续调节无功设备的无功值，如果该无功设备已经达到限值，则再次进行无功设备选择模块，选择最佳无功设备进行无功调节，直至该节点恢复正常；

6)再次选择当前电压偏差最大节点进行电压调节时，同样进行，考虑需要最小调节的调节变量；

7)直至所有的越限电压恢复正常。

2.根据权利要求1所述的一种基于灵敏度分析的主动配电网协调控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

当没有电压越限时，按主动配电网系统内既定的有功FCE控制策略进行有功调节，不对有功控制作出干预；

当有电压越限时，根据电压越限目标筛选模块选择电压越限偏差最大的节点，在调节有功功率时，必须考虑此有功变换对电压的影响：根据FCE有功调节选择模块及电压灵敏度矩阵，如会导致电压越限加剧时，必须暂停此时的有功功率调节，改由其他有功调节最佳设备进入FCE有功调节模块进行有功的调节；

如果该节点电压恢复正常，则再次选择当前电压越限偏差最大节点进行电压调节；如果电压没有恢复正常，则继续调节有功设备的有功值，如果该有功设备已经达到限值，则再次进入FCE有功调节选择模块，选择最佳有功设备进行有功调节，直至该节点恢复正常。

3.根据权利要求2所述的一种基于灵敏度分析的主动配电网电压协调控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

如所有针对有功的调节都会导致电压越限加剧时，则本控制周期闭锁FCE控制。

4.根据权利要求2所述的一种基于灵敏度分析的主动配电网电压协调控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

无功调节功能针对电压进行控制时，FCE控制继续进行，可调有功设备参与电压调节。

5.一种基于灵敏度分析的主动配电网电压协调控制系统，其特征在于，包括：

电压越限目标筛选模块，用于选择主动配电网系统内电压越限最大的节点；

FCE有功调节选择模块，用于针对越限最大节点，根据电压灵敏度矩阵选择最佳有功设备；

无功设备选择模块，用于针对越限最大节点，根据电压灵敏度矩阵选择最佳无功设备；

FCE有功调节模块，用于针对最佳有功设备完成有功目标值的下发；

无功调节模块，用于针对最佳无功设备完成无功目标值的下发；

协同交互控制器，用于针对主动配电网下发的有功目标值与无功目标值对智能管理器分别进行有功PID调节与无功PID调节，并完成FCE控制的快速计算；

智能管理控制器，用于对有功设备及无功设备分别进行有功目标值的设定；

所述电压越限目标筛选模块、FCE有功调节选择模块、无功设备选择模块、FCE有功调节模块和无功调节模块分别检测所述有功设备和所述无功设备的状态来进行反馈调节。