CN109586305B - 一种基于柔性多状态开关的配电网运行控制策略 - Google Patents

一种基于柔性多状态开关的配电网运行控制策略 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种基于柔性多状态开关的配电网运行控制策略，该策略包括：步骤1，测量柔性多状态开关中每个端口的测量电压幅值、测量有功功率以及测量无功功率；步骤2，计算电压偏差最小时，柔性多状态开关中每个端口的调节有功功率和调节无功功率；步骤3，根据调节有功功率和调节无功功率，生成柔性多状态开关的状态调节指令；步骤4，根据状态调节指令，调节柔性多状态开关的工作状态，调整配电网中的电压幅值。通过本申请中的技术方案，实现对配电网电压的实时控制，以使配电网的电压维持在正常水平，并且可以有效抑制馈线末端电压的大幅波动，大大改善了配电网的电压质量。

Description

一种基于柔性多状态开关的配电网运行控制策略
技术领域
本申请涉及配电网控制的技术领域，具体而言，涉及一种基于柔性多状态开关的配电网运行控制策略。
背景技术
光伏发电行业的快速发展，使得配电网中光伏发电的比例日益提高。但是大量光伏发电的并网运行却给配电网带来了一系列的电能质量问题，如电压波动、电压越限，而且随着光伏并网规模的不断扩大，这些电能质量问题正变得越来越突出。
理论上，光伏配电网电压可以通过有载调压变压器调节、储能调节、光伏并网逆变器调节等方法解决光伏并网带来的电能质量问题。例如，储能调节装置具有削峰填谷、抑制功率波动、改善电能质量的作用。在配电网中增加储能调节装置，能够从根本上解决高光伏渗透率造成的电压越限问题。同样，有载调压变压器可根据光伏配电网运行工况，在带负荷的条件下随时切换分接头开关，来保证光伏配电网中的电能质量。
但在实际光伏配电网中，有载调压变压器的调压措施响应速度往往较慢，并不能适应高光伏渗透率下光伏配电网的调压要求。而储能调节装置的接入也会带来一些其他问题，如储能调节装置的控制、储能调节装置的充放电管理、储能带来的成本问题等。并且，光伏电源通过并网逆变器输出无功功率时，一般会占用一部分光伏配电网的额定容量，从而影响光伏电源的有功输出量。同时，很多小容量的光伏电源并不具备无功输出能力，因而无法实现电压调节。
发明内容
本申请的目的在于：获取柔性多状态开关的实时控制参数，从而实现对配电网电压的实时控制，有效抑制馈线末端电压的大幅波动，改善光伏配电网的电压质量。
本申请的技术方案是：提供了一种基于柔性多状态开关的配电网运行控制策略，该策略包括：步骤1，测量柔性多状态开关中每个端口的测量电压幅值、测量有功功率以及测量无功功率；步骤2，计算电压偏差最小时，柔性多状态开关中每个端口的调节有功功率和调节无功功率，其中，电压偏差计算公式为：
Figure BDA0001903067710000021
式中，Vi为调整电压，
Figure BDA0001903067710000022
为参考电压，i为柔性多状态开关的端口编号，Vi(0)为测量电压幅值，
Figure BDA0001903067710000023
为有功功率灵敏度系数，Pi为调节有功功率，Pi(0)为测量有功功率，
Figure BDA0001903067710000024
为无功功率灵敏度系数，Qi为调节无功功率，Qi(0)为测量无功功率；
步骤3，根据调节有功功率和调节无功功率，生成柔性多状态开关的状态调节指令；步骤4，根据状态调节指令，调节柔性多状态开关的工作状态，调整配电网中的电压幅值。
上述任一项技术方案中，进一步地，步骤2中，具体包括：步骤21，在柔性多状态开关的每个端口上施加扰动有功功率和扰动无功功率；步骤22，测量端口对应的第一扰动电压和第二扰动电压；步骤23，根据测量电压幅值、扰动有功功率、扰动无功功率、第一扰动电压和第二扰动电压，计算有功功率灵敏度系数和无功功率灵敏度系数；步骤24，根据有功功率灵敏度系数和无功功率灵敏度系数，计算调节有功功率和调节无功功率。
上述任一项技术方案中，进一步地，计算有功功率灵敏度系数和无功功率灵敏度系数的计算公式为：
Figure BDA0001903067710000025
Figure BDA0001903067710000026
式中，ΔPi为扰动有功功率，ΔQi为扰动无功功率，VPi为第一扰动电压，VQi为第二扰动电压。
上述任一项技术方案中，进一步地，确定施加的扰动有功功率和扰动无功功率的策略为：计算柔性多状态开关中每个端口的额定有功功率和测量有功功率的第一差值，以及柔性多状态开关中每个端口的额定无功功率和测量无功功率的第二差值；当判定第一差值大于零时，将第一差值与第一系数的乘积记作扰动有功功率，当判定第一差值小于零时，将第一差值与第二系数的乘积记作扰动有功功率，当判定第一差值等于零时，将第一差值与第一参数的和值记作扰动有功功率，其中，第一参数为负数；当判定第二差值大于零时，将第二差值与第一系数的乘积记作扰动无功功率，当判定第二差值小于零时，将第二差值与第二系数的乘积记作扰动无功功率，当判定第二差值等于零时，将第二差值与第二参数的和值记作扰动无功功率，其中，第二参数为负数。
上述任一项技术方案中，进一步地，第一系数小于第二系数。
本申请的有益效果是：通过在柔性多状态开关的端口处施加扰动有功功率和扰动无功功率，获取柔性多状态开关的实时控制参数，从而实现对光伏配电网电压的实时控制，使配电网的电压维持在正常水平，并且可以有效抑制馈线末端电压的大幅波动，大大改善了配电网的电压质量。通过计算额定功率和测量功率之间的差值，确定对应的扰动功率，有利于保证柔性多状态开关和光伏配电网的稳定运行，防止出现功率过大出现光伏配电网异常的可能，提高了光伏配电网控制的可靠性。
通过对柔性多状态开关的研究，能够为智能配电网运行控制能力问题提供富有针对性的解决方案，为未来智能配电网的实施提供关键技术与设备支撑，对智能配电技术的不断发展和完善有着重要意义。
附图说明
本申请的上述和/或附加方面的优点在结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本申请的一个实施例的基于柔性多状态开关的配电网运行控制策略的示意流程图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本申请的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本申请进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互结合。
在下面的描述中，阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请，但是，本申请还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本申请的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
如图1所示，本实施例提供了一种基于柔性多状态开关的配电网运行控制策略，包括：
步骤1，测量柔性多状态开关中每个端口的测量电压幅值、测量有功功率以及测量无功功率；
具体地，在配电网与光伏发电系统之间，利用柔性多状态开关代替两者之间的联络开关，将光伏配电网的运行模式由闭环设计开环运行转换成柔性闭环运行，在柔性多状态开关的每个端口处设置电压检测装置和功率检测装置，对每个端口的测量电压幅值、测量有功功率以及测量无功功率进行测量。
步骤2，计算电压偏差最小时，柔性多状态开关中每个端口的调节有功功率和调节无功功率，其中，电压偏差计算公式为：
Figure BDA0001903067710000041
式中，Vi为调整电压，
Figure BDA0001903067710000042
为参考电压，i为柔性多状态开关的端口编号，Vi(0)为测量电压幅值，
Figure BDA0001903067710000043
为有功功率灵敏度系数，Pi为调节有功功率，Pi(0)为测量有功功率，
Figure BDA0001903067710000044
为无功功率灵敏度系数，Qi为调节无功功率，Qi(0)为测量无功功率；
具体地，以测量出的测量电压幅值、测量有功功率以及测量无功功率作为输入量，为了防止配电网中出现大幅度的波动，计算在柔性多状态开关中各个端口处电压波动最小的情况下，即电压偏差最小时，对应的调节有功功率和调节无功功率，电压偏差计算公式为：
Figure BDA0001903067710000051
式中，Vi为调整电压，
Figure BDA0001903067710000052
为参考电压，i为柔性多状态开关的端口编号，Vi(0)为测量电压幅值，
Figure BDA0001903067710000053
为有功功率灵敏度系数，Pi为调节有功功率，Pi(0)为测量有功功率，
Figure BDA0001903067710000054
为无功功率灵敏度系数，Qi为调节无功功率，Qi(0)为测量无功功率。
进一步地，步骤2中，具体包括：
步骤21，在柔性多状态开关的每个端口上施加扰动有功功率和扰动无功功率；
步骤22，测量端口对应的第一扰动电压和第二扰动电压；
具体地，配电网中，通常是根据负载端的有功功率需求和无功功率需求，对供电端的电压幅值进行调节，以满足负载端正常运行。在一个电压调整周期内，在柔性多状态开关的端口上分别施加扰动有功功率和扰动无功功率，通过设置在端口处的电压检测装置，分别测量对应的第一扰动电压Vpi和第二扰动电压VQi。
步骤23，根据测量电压幅值、扰动有功功率、扰动无功功率、第一扰动电压和第二扰动电压，计算有功功率灵敏度系数和无功功率灵敏度系数；
进一步地，计算有功功率灵敏度系数和无功功率灵敏度系数的计算公式为：
Figure BDA0001903067710000055
Figure BDA0001903067710000056
式中，ΔPi为扰动有功功率，ΔQi为扰动无功功率，VPi为第一扰动电压，VQi为第二扰动电压。
具体地，柔性多状态开关的端口所在的电网节点上的有功功率和/或无功功率变化时，电网节点上的电压也会随之变化，因此，可以得出电压幅值对有功功率、无功功率的灵敏度系数。对于当前电压调整周期内，第i个端口的测量电压幅值Vi(0)，当施加扰动有功功率ΔPi时，可以得到对应的第一扰动电压VPi，根据有功功率灵敏度系数
Figure BDA0001903067710000061
对应的计算公式：
Figure BDA0001903067710000062
可以计算出扰动有功功率ΔPi对应的有功功率灵敏度系数
Figure BDA0001903067710000063
当施加扰动无功功率ΔQi时，可以得到对应的第二扰动电压VQi，根据无功功率灵敏度系数
Figure BDA0001903067710000064
对应的计算公式：
Figure BDA0001903067710000065
可以计算出扰动无功功率ΔQi对应的无功功率灵敏度系数
Figure BDA0001903067710000066
步骤24，根据有功功率灵敏度系数和无功功率灵敏度系数，计算调节有功功率和调节无功功率。
具体地，根据扰动有功功率ΔPi和扰动无功功率ΔQi，得到对应的有功功率灵敏度系数
Figure BDA0001903067710000067
和无功功率灵敏度系数
Figure BDA0001903067710000068
后，根据电压偏差计算公式：
Figure BDA0001903067710000069
计算对应的调节有功功率Pi和调节无功功率Qi。
进一步地，确定施加的扰动有功功率和扰动无功功率的策略为：
步骤a，计算柔性多状态开关中每个端口的额定有功功率和测量有功功率的第一差值，以及柔性多状态开关中每个端口的额定无功功率和测量无功功率的第二差值；
步骤b，当判定第一差值大于零时，将第一差值与第一系数的乘积记作扰动有功功率，当判定第一差值小于零时，将第一差值与第二系数的乘积记作扰动有功功率，当判定第一差值等于零时，将第一差值与第一参数的和值记作扰动有功功率，其中，第一参数为负数；
步骤c，当判定第二差值大于零时，将第二差值与第一系数的乘积记作扰动无功功率，当判定第二差值小于零时，将第二差值与第二系数的乘积记作扰动无功功率，当判定第二差值等于零时，将第二差值与第二参数的和值记作扰动无功功率，其中，第二参数为负数。
优选地，第一系数小于第二系数。
具体地，为了保证配电网和柔性多状态开关的安全运行，避免施加扰动有功功率ΔPi和扰动无功功率ΔQi超出对应的额定功率，根据当前电压调整周期内的测量有功功率和测量无功功率，确定对应的扰动有功功率ΔPi和扰动无功功率ΔQi，对应的公式为：
Figure BDA0001903067710000071
Figure BDA0001903067710000072
式中，第一系数k1小于第二系数k2，第一参数ΔP等于第二参数ΔQ、且ΔP＝ΔQ<0。
步骤3，根据调节有功功率和调节无功功率，生成柔性多状态开关的状态调节指令；
步骤4，根据状态调节指令，调节柔性多状态开关的工作状态，调整配电网中的电压幅值。
具体地，柔性多状态开关可以通过背靠背电压源型变流器实现，柔性多状态开关两端都采用电压源型变流器，且结构完全相同，两者通过中间的直流环节联系在一起。采用PWM技术控制，由脉宽调制原理可知，通过控制PWM调制波即可控制柔性多状态开关输出的有功功率和无功功率值。
以上结合附图详细说明了本申请的技术方案，本申请提出了一种基于柔性多状态开关的配电网运行控制策略，包括：步骤1，测量柔性多状态开关中每个端口的测量电压幅值、测量有功功率以及测量无功功率；步骤2，计算电压偏差最小时，柔性多状态开关中每个端口的调节有功功率和调节无功功率；步骤3，根据调节有功功率和调节无功功率，生成柔性多状态开关的状态调节指令；步骤4，根据状态调节指令，调节柔性多状态开关的工作状态，调整配电网中的电压幅值。通过本申请中的技术方案，实现对配电网电压的实时控制，以使配电网的电压维持在正常水平，并且可以有效抑制馈线末端电压的大幅波动，大大改善了配电网的电压质量。
本申请中的步骤可根据实际需求进行顺序调整、合并和删减。
本申请装置中的单元可根据实际需求进行合并、划分和删减。
尽管参考附图详地公开了本申请，但应理解的是，这些描述仅仅是示例性的，并非用来限制本申请的应用。本申请的保护范围由附加权利要求限定，并可包括在不脱离本申请保护范围和精神的情况下针对发明所作的各种变型、改型及等效方案。

Claims (5)

1.一种基于柔性多状态开关的配电网运行控制策略，其特征在于，该策略包括：
步骤1，测量柔性多状态开关中每个端口的测量电压幅值、测量有功功率以及测量无功功率；
步骤2，计算电压偏差最小时，所述柔性多状态开关中每个所述端口的调节有功功率和调节无功功率，其中，电压偏差计算公式为：
Figure FDA0003328410620000011
式中，Vi为调整电压，
Figure FDA0003328410620000012
为参考电压，i为所述柔性多状态开关的端口编号，Vi(0)为所述测量电压幅值，
Figure FDA0003328410620000013
为有功功率灵敏度系数，Pi为所述调节有功功率，Pi(0)为所述测量有功功率，
Figure FDA0003328410620000014
为无功功率灵敏度系数，Qi为所述调节无功功率，Qi(0)为所述测量无功功率；
步骤3，根据所述调节有功功率和所述调节无功功率，生成所述柔性多状态开关的状态调节指令；
步骤4，根据所述状态调节指令，调节所述柔性多状态开关的工作状态，调整配电网中的电压幅值。
2.如权利要求1所述的基于柔性多状态开关的配电网运行控制策略，其特征在于，所述步骤2中，具体包括：
步骤21，在所述柔性多状态开关的每个所述端口上施加扰动有功功率和扰动无功功率；
步骤22，测量所述端口对应的第一扰动电压和第二扰动电压；
步骤23，根据所述测量电压幅值、所述扰动有功功率、所述扰动无功功率、所述第一扰动电压和所述第二扰动电压，计算所述有功功率灵敏度系数和所述无功功率灵敏度系数；
步骤24，根据所述有功功率灵敏度系数和所述无功功率灵敏度系数，计算所述调节有功功率和所述调节无功功率。
3.如权利要求2所述的基于柔性多状态开关的配电网运行控制策略，其特征在于，
计算所述有功功率灵敏度系数和所述无功功率灵敏度系数的计算公式为：
Figure FDA0003328410620000021
Figure FDA0003328410620000022
式中，ΔPi为所述扰动有功功率，ΔQi为所述扰动无功功率，VPi为所述第一扰动电压，VQi为所述第二扰动电压。
4.如权利要求2所述的基于柔性多状态开关的配电网运行控制策略，其特征在于，确定施加的所述扰动有功功率和所述扰动无功功率的策略为：
计算所述柔性多状态开关中每个端口的额定有功功率和所述测量有功功率的第一差值，以及所述柔性多状态开关中每个端口的额定无功功率和所述测量无功功率的第二差值；
当判定所述第一差值大于零时，将所述第一差值与第一系数的乘积记作所述扰动有功功率，当判定所述第一差值小于零时，将所述第一差值与第二系数的乘积记作所述扰动有功功率，当判定所述第一差值等于零时，将所述第一差值与第一参数的和值记作所述扰动有功功率，其中，所述第一参数为负数；
当判定所述第二差值大于零时，将所述第二差值与所述第一系数的乘积记作所述扰动无功功率，当判定所述第二差值小于零时，将所述第二差值与所述第二系数的乘积记作所述扰动无功功率，当判定所述第二差值等于零时，将所述第二差值与第二参数的和值记作所述扰动无功功率，其中，所述第二参数为负数。
5.如权利要求4所述的基于柔性多状态开关的配电网运行控制策略，其特征在于，
所述第一系数小于所述第二系数。
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