CN109638840A - 一种含光伏配电网分布式储能协调电压控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种含光伏配电网分布式储能协调电压控制方法，包括：末端母线所接储能参与电压控制功率参考值确定；基于通信连接的各分布式储能功率值选取；考虑荷电状态约束分布式储能功率参考值选取；基于事件触发通信的储能功率修正。本发明根据相应母线的电压水平，确定了储能在各母线上的参与电压控制功率的比例，并与相邻母线通信来实现分布式电压控制。引入了一个事件触发的通信方案，用于相邻电池储能系统之间的数据传输。将末端母线所连接储能参与电压控制的功率作为虚拟领导值，这些信息通过馈线和相邻母线间的通信链接传送到其他母线。从而实现各母线电压在允许范围内，降低光伏接入带来的电压波动影响，促进分布式光伏的高渗透消纳。

Description

一种含光伏配电网分布式储能协调电压控制方法

技术领域

本发明涉及含光伏接入配电网电压控制领域，具体涉及一种基于事件触发的含光伏配电网分布式储能协调电压控制方法。

背景技术

太阳能光伏发电系统与传统电力系统的集成日益受到人们的重视，大型太阳能光伏发电系统与低压配电系统的互联带来了诸多挑战，其中电压调节挑战最为突出。电压调节挑战是由于光伏发电功率在高太阳照射期间产生的反向功率流而产生的，并趋向于光伏穿透限制量。

由于低压配电系统的抗电抗比(r/x)较高，随机太阳能光伏发电系统产生的有功功率对电源的电压分布产生了严重的不利影响，人们提出了各种方法来缓解。无论是公用事业还是用户都可以执行的电压调节问题，公用事业需要重新配置网络结构、安装电压调节器、经常改变变压器的设定点等，这些是非常昂贵的。传统的电压调节器，如有载分接开关、开关电容器、步进电压调节器，都不能有效地调节由于光伏接入导致的电压波动。利用储能系统是调节电压的另一种方法。这种方法在具有较高r/x比的系统中更有效，因为它存储/放电有功功率用于电压控制。这些控制方法可以在集中控制、分散控制和分布式控制等几种结构中实现。相对于集中控制方法，需要大量投入大量的通信资产，控制器本身承受着过多的计算负担，这对于现代大型互联系统和通信系统是不可行的。故研究基于事件触发通信的储能电压控制方法具有技术意义和实际价值。

发明内容

为了弥补现有技术的不足，本发明提供了一种含光伏配电网分布式储能协调电压控制方法。

本发明的技术方案为：一种含光伏配电网分布式储能协调电压控制方法，具体包括如下步骤：

步骤1：末端母线所接储能参与电压控制功率参考值确定；

所述末端母线所接储能参与电压控制功率参考值确定是后续分布分布式储能分配功率的领导值，依赖于所设定的允许电压区间和临界区间；

所述允许电压区间为配电网可接受的电压幅值范围，允许电压区间的下限为可接受电压幅值的最小值，允许电压区间的上限为可接受电压幅值的最大值；

所述临界区间为分布式控制方法动作区间；

所述步骤1通过以下2个步骤完成，包括：

步骤11：确定允许电压区间上限V_up和下限V_low，及其对应的临界区间限值V_circ-up和V_circ-low；

步骤12：根据所确定的允许电压区间和临界区间计算末端母线所接储能参与电压控制功率参考值

式中，k₁、k₂是控制增益，决定了控制算法的控制精度和收敛速度。

步骤2：基于通信连接的各分布式储能功率值选取；

所述基于通信连接的各分布式储能功率值选取是实现分布式储能协调控制的基础，在已知邻接矩阵的情况下，结合步骤1中末端母线所接储能功率分配参考值和算法动作临界区间，确定各分布式储能参与电压控制功率值；

所述步骤1通过以下2个步骤完成，包括：

步骤21：根据配电网拓扑表示出不同母线的邻接矩阵A_ij：

式中，a_ij表示节点i和节点j间是否有通信邻接，如果a_ij＝1表示节点i和节点j间存在通信联系，反之a_ij＝0表示节点i和节点j间不存在通信联系。如果配电网拓扑结构为单条辐射状线路，则a_i(i-1)＝1并且a_i(i+1)＝1，而矩阵的其他位置均为0。

步骤22：根据步骤21中所确定的通信邻接矩阵，可以获得母线i上分布式储能功率参考值P_i ^ref

V_i(t)＞V_circ-up,V_i(t)＜V_circ-low

步骤3：考虑荷电状态约束分布式储能功率参考值选取；

所述考虑荷电状态约束分布式储能功率参考值选取，是对步骤2所得各分布式储能功率值的修正。由于不同的储能容量或不可预测的天气条件导致光伏出力波动，任何母线上的都可以在其它母线的储能耗尽时完全充电，这种现象可能会导致电压下降或上升。为了缓解这一问题，采用了基于本地荷电状态(SOC)信息的局部控制来调整充放电速度，这将有助于有效地利用存储容量，保持储能的SOC水平。分布式储能的SOC值与参考SOC值进行实时比较，并定义利用率ε_i(t)：

式中，a为SOC控制增益，决定控制精度和收敛速度，所以修正后母线i储能功率参考值为：

P_BESS-i(t)＝P_i ^ref(t)+ε_i(t)

步骤4：基于事件触发通信的储能功率修正。

所述基于事件触发通信的储能功率修正，即相邻储能之间的信息传输采用事件触发通信方案，使电压运行在允许电压区间范围内，保证各母线电压水平。

所述件触发通信方案为，为实现分布式控制，相邻的储能只有在相邻母线的电压测量和参与份额超过特定阈限时才进行通信；

所述步骤4通过以下2个步骤完成，包括：

步骤41：传感器对离散时间电压测量数据和恒定时间下储能参与电压调节功率进行评估，评估当前采样数据与最后传输数据之间的误差是否大于阈值。如果误差值大于阈值，则将采样的电压测量数据和储能功率数据传输给相邻母线。则第i个通讯代理商第k+1次事件触发时刻为：

e(i_kh)＝x(i_kh)-x(t_kh)

i_kh＝t_kh+lh

式中，h为传感器恒定采样周期，δ₁为给定的标量参数，φ为一个正定加权矩阵。

步骤42：根据步骤41已知下一次通信触发时间，则修正后的储能功率为：

实现通过控制储能功率协调各母线电压在给定允许区间。

有益效果

与最接近的现有技术相比，本发明的优异效果是：

1、本发明提供的基于事件触发的含光伏配电网各分布式储能协调电压控制方法，由于通信代理只在一个特定的条件或事件被触发时，这在很大程度上降低了通信需求，大大减少了通信成本。

附图说明

图1为本发明的流程图。

图2是本发明实施案例中采用的配电网拓扑结构图。

图3是本发明实施案例中采用的配电网馈线通信图。

图4是本发明实施案例中采用控制方法前低压配电馈线24小时电压分布图。

图5是本发明实施案例中采用控制方法后低压配电馈线24小时电压分布效果图。

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案例对本发明进行深入地详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施案例仅仅用以解释本发明，并不用于限定发明。

如图1所示，本发明所述的一种含光伏配电网各分布式储能协调电压控制方法，流程如图1所示，具体包括以下步骤：

步骤1：末端母线所接储能参与电压控制功率参考值确定；

所述末端母线所接储能参与电压控制功率参考值确定是后续分布分布式储能分配功率的领导值，依赖于所设定的允许电压区间和临界区间；

所述允许电压区间为配电网可接受的电压幅值范围，允许电压区间的下限为可接受电压幅值的最小值，允许电压区间的上限为可接受电压幅值的最大值；

所述临界区间为分布式控制方法动作区间；

所述步骤1通过以下2个步骤完成，包括：

步骤11：确定允许电压区间上限V_up和下限V_low，及其对应的临界区间限值V_circ-up和V_circ-low；

步骤12：根据所确定的允许电压区间和临界区间计算末端母线所接储能参与电压控制功率参考值

式中，k₁、k₂是控制增益，决定了控制算法的控制精度和收敛速度。

步骤2：基于通信连接的各分布式储能功率值选取；

所述基于通信连接的各分布式储能功率值选取是实现分布式储能协调控制的基础，在已知邻接矩阵的情况下，结合步骤1中末端母线所接储能功率分配参考值和算法动作临界区间，确定各分布式储能参与电压控制功率值；

所述步骤1通过以下2个步骤完成，包括：

步骤21：根据配电网拓扑表示出不同母线的邻接矩阵A_ij：

式中，a_ij表示节点i和节点j间是否有通信邻接，如果a_ij＝1表示节点i和节点j间存在通信联系，反之a_ij＝0表示节点i和节点j间不存在通信联系。如果配电网拓扑结构为单条辐射状线路，则a_i(i-1)＝1并且a_i(i+1)＝1，而矩阵的其他位置均为0。

步骤22：根据步骤21中所确定的通信邻接矩阵，可以获得母线i上分布式储能功率参考值P_i ^ref

V_i(t)＞V_circ-up,V_i(t)＜V_circ-low

步骤3：考虑荷电状态约束分布式储能功率参考值选取；

所述考虑荷电状态约束分布式储能功率参考值选取，是对步骤2所得各分布式储能功率值的修正。由于不同的储能容量或不可预测的天气条件导致光伏出力波动，任何母线上的都可以在其它母线的储能耗尽时完全充电，这种现象可能会导致电压下降或上升。为了缓解这一问题，采用了基于本地荷电状态(SOC)信息的局部控制来调整充放电速度，这将有助于有效地利用存储容量，保持储能的SOC水平。分布式储能的SOC值与参考SOC值进行实时比较，并定义利用率ε_i(t)：

式中，a为SOC控制增益，决定控制精度和收敛速度，所以修正后母线i储能功率参考值为：

P_BESS-i(t)＝P_i ^ref(t)+ε_i(t)

步骤4：基于事件触发通信的储能功率修正。

所述基于事件触发通信的储能功率修正，即相邻储能之间的信息传输采用事件触发通信方案，使电压运行在允许电压区间范围内，保证各母线电压水平。。

所述件触发通信方案为，为实现分布式控制，相邻的储能只有在相邻母线的电压测量和参与份额超过特定阈限时才进行通信；

所述步骤4通过以下2个步骤完成，包括：

步骤41：传感器对离散时间电压测量数据和恒定时间下储能参与电压调节功率进行评估，评估当前采样数据与最后传输数据之间的误差是否大于阈值。如果误差值大于阈值，则将采样的电压测量数据和储能功率数据传输给相邻母线。则第i个通讯代理商第k+1次事件触发时刻为：

e(i_kh)＝x(i_kh)-x(t_kh)

i_kh＝t_kh+lh

式中，h为传感器恒定采样周期，δ₁为给定的标量参数，φ为一个正定加权矩阵。

步骤42：根据步骤41已知下一次通信触发时间，则修正后的储能功率为：

实现通过控制储能功率协调各母线电压在给定允许区间。

为了充分验证所述储能协调电压控制方法的有效性，对一个五节点配电网系统进行仿真分析如图2，其馈线通信连接如图3，馈线所接光伏和储能数据如表1所示。

表1

对比分析所述基于事件触发分布式储能协调电压控制方法使用前后的差异，以表明所提储能电压控制方法的有效性，仿真结果如图4图5所示：

在图4、5中，横坐标表示时间，单位：小时，纵坐标表示电压，单位：标幺值。

根据图4和图5中仿真结果可知，在使用控制方法以前，配电网电压24小时曲线会出现高于上限或低于下限的情况，使用储能协调电压控制方法后，能使配电网电压式中保持在允许区间内，由于通信采用事件触发的方式，在取得电压控制的同时，降低了通信成本。

Claims (5)

1.一种含光伏配电网分布式储能协调电压控制方法，其特征在于，所述方法具体包括如下步骤：

步骤1：末端母线所接储能参与电压控制功率参考值确定；

步骤2：基于通信连接的各分布式储能功率值选取；

步骤3：考虑荷电状态约束分布式储能功率参考值选取；

步骤4：基于事件触发通信的储能功率修正。

2.根据权利要求1所述一种含光伏配电网分布式储能协调电压控制方法，其特征在于：步骤1具体为：所述末端母线所接储能参与电压控制功率参考值确定是后续分布分布式储能分配功率的领导值，依赖于所设定的允许电压区间和临界区间；

所述允许电压区间为配电网可接受的电压幅值范围，允许电压区间的下限为可接受电压幅值的最小值，允许电压区间的上限为可接受电压幅值的最大值；

所述临界区间为分布式控制方法动作区间；

所述步骤1通过以下2个步骤完成，包括：

步骤11：确定允许电压区间上限V_up和下限V_low，及其对应的临界区间限值V_circ-up和V_circ-low；

步骤12：根据所确定的允许电压区间和临界区间计算末端母线所接储能参与电压控制功率参考值

式中，k₁、k₂是控制增益，决定了控制算法的控制精度和收敛速度。

3.根据权利要求1所述一种含光伏配电网分布式储能协调电压控制方法，其特征在于：步骤2具体为：所述基于通信连接的各分布式储能功率值选取是实现分布式储能协调电压控制的基础，在已知邻接矩阵的情况下，结合步骤1中末端母线所接储能功率分配参考值和算法动作临界区间，确定各分布式储能参与电压控制功率值；

所述步骤1通过以下2个步骤完成，包括：

步骤21：根据配电网拓扑表示出不同母线的邻接矩阵A_ij：

式中，a_ij表示节点i和节点j间是否有通信邻接，如果a_ij＝1表示节点i和节点j间存在通信联系，反之a_ij＝0表示节点i和节点j间不存在通信联系；如果配电网拓扑结构为单条辐射状线路，则a_i(i-1)＝1并且a_i(i+1)＝1，而矩阵的其他位置均为0；

步骤22：根据步骤21中所确定的通信邻接矩阵，可以获得母线i上分布式储能功率参考值P_i ^ref

V_i(t)＞V_circ-up,V_i(t)＜V_circ-low。

4.根据权利要求1所述一种含光伏配电网分布式储能协调电压控制方法，其特征在于：步骤3具体为：所述考虑荷电状态约束分布式储能功率参考值选取，是对步骤2所得各分布式储能功率值的修正；由于不同的储能容量或不可预测的天气条件导致光伏出力波动，任何母线上的都可以在其它母线的储能耗尽时完全充电，这种现象可能会导致电压下降或上升；为了缓解这一问题，采用了基于本地荷电状态(SOC)信息的局部控制来调整充放电速度，这将有助于有效地利用存储容量，保持储能的SOC水平；分布式储能的SOC值与参考SOC值进行实时比较，并定义利用率ε_i(t)：

式中，a为SOC控制增益，决定控制精度和收敛速度，所以修正后母线i储能功率参考值为：

P_BESS-i(t)＝P_i ^ref(t)+ε_i(t)。

5.根据权利要求1所述一种含光伏配电网分布式储能协调电压控制方法，其特征在于：步骤4具体为：所述基于事件触发通信的储能功率修正，即相邻储能之间的信息传输采用事件触发通信方案，使电压运行在允许电压区间范围内，保证各母线电压水平；

所述件触发通信方案为，为实现分布式控制，相邻的储能只有在相邻母线的电压测量和参与份额超过特定阈限时才进行通信；

所述步骤4通过以下2个步骤完成，包括：

步骤41：传感器对离散时间电压测量数据和恒定时间下储能参与电压调节功率进行评估，评估当前采样数据与最后传输数据之间的误差是否大于阈值；如果误差值大于阈值，则将采样的电压测量数据和储能功率数据传输给相邻母线；则第i个通讯代理商第k+1次事件触发时刻为：

e(i_kh)＝x(i_kh)-x(t_kh)

i_kh＝t_kh+lh

式中，h为传感器恒定采样周期，δ₁为给定的标量参数，φ为一个正定加权矩阵；

步骤42：根据步骤41已知下一次通信触发时间，则修正后的储能功率为：

实现通过控制储能功率协调各母线电压在给定允许区间。