CN109672185A - 一种配电网电压控制方法与系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种配电网电压控制方法与系统，包括：基于获取的配电网的参数和新能源机组的电压调控模型，得到配网线路各段电压压降；基于所述配网线路各段电压压降，求取新能源有功无功注入下线路中的各节点的电压压降；基于各节点的电压压降构建优先调度函数；基于所述优先调度函数和预先确定的节点的电压需求值对节点的电压进行调控。本发明提供的一种配电网电压控制方法与系统，基于获取的配电网的参数和预先构建的新能源机组的电压调控模型，求取新能源注入下线路中的每个节点的电压灵敏度；解决了高渗透分布式光伏电源接入配电网所可能导致的电压水平升高、短路电流增大、供电可靠性降低以及电能质量恶化的问题。

Description

一种配电网电压控制方法与系统

技术领域

本发明涉及含大规模新能源的配电网无功电压控制策略的技术领域，提出了一种配电网电压控制方法与系统。

背景技术

智能配网是智能电网的关键环节之一。通常110kV及以下的电力网络属于配电网络，配电网是整个电力系统与分散的用户直接相连的部分。智能配网系统是利用现代电子技术、通讯技术、计算机及网络技术，将配电网在线数据和离线数据、配电网数据和用户数据、电网结构和地理图形进行信息集成，实现配电系统正常运行及事故情况下的监测、保护、控制、用电和配电管理的智能化。

智能配网系统配用电自动化系统由主站、通信系统、自动化监控终端设备三大部分构成，形成一个完整的信息传输与处理系统，实现对配电网运行的远程管理。对于智能配网系统来说，三大部分中通信系统是实现数据传输的关键和核心，通信系统将主站的控制命令准确地传送到众多的远方终端，且将远方设备运行状况的数据信息收集到控制中心。智能配网通信系统可由多种通信方式组成，主要采用光纤和电力载波通信方式。

自动化监控终端设备包括馈线终端设备(FTU)、配变终端设备(TTU)、开闭所终端设备(DTU)等。

近年来随着智能配电网的研究与试点工作逐步深入推进，取得了较大的进步。新能源接入量不断增大、电动汽车不断增大的普及率以及可控负荷的增多，使得传统配电网将面临诸多的挑战；

尤其在当前分布式光伏相关政策不断出台，高渗透分布式光伏电源接入配电网所可能导致的电压水平升高、短路电流增大、供电可靠性降低以及电能质量恶化等问题显得尤其突出。

发明内容

传统配电网中影响电压控制结果的不确定因素是负荷的波动，以风电、光伏为代表的新能源接入不仅改变了传统配电网能量单向流通的特性，更因其通过电力电子变换器的连接，使得配电网的电压特性无论是稳态还是暂态都带来显著的变化，进而对配电网的电压控制带来很大的挑战。要保持配电网电压水平，如何针对不同的新电源并网情况制定出合理的控制使得配电网中的电压得到合理优化成为亟需解决的问题，迫切需要在满足电力用户负荷需求的条件下，主动地对并网新能源发电的运行优化与控制，从而达到灵活控制系统供电电压，改善电压运行水平的目的。

为了解决上述电压水平升高、短路电流增大、供电可靠性降低以及电能质量恶化问题，本发明提供一种配电网电压控制方法，所述方法包括：

基于获取的配电网的参数和新能源机组的电压调控模型，得到配网线路各段电压压降；

基于所述配网线路各段电压压降，求取新能源有功无功注入下线路中的各节点的电压压降；

基于各节点的电压压降构建优先调度函数；

基于所述优先调度函数和预先确定的节点的电压需求值对节点的电压进行调控。

优选的，所述电压压降如下所示：

式中，ΔU_n表示第n段线路的电压降；U_n表示第n个节点的电压；U_n-1表示第n-1个节点的电压；P_T,n表示线路上传输的有功；Q_T,n表示线路上传输的无功；R_n表示第n段线路的电阻；X_n表示第n段线路的电抗；

所述有功如下所示：

P_T,n＝P_n+P_Loss,n-P_RE,n

式中，Pn表示第n个节点的有功；P_Loss,n表示流过第n段支路的有功网损；P_RE,n表示第n个节点新能源注入的有功；

所述无功如下所示：

Q_T,n＝Q_n+Q_Loss,n-Q_RE,n

式中，Q_n表示第n个节点的无功；Q_Loss,n表示流过第n段支路的无功损耗；Q_RE,n表示第n个节点新能源注入的无功。

优选的，所述基于所述配网线路各段电压压降，求取新能源有功无功注入下线路中的各节点的电压压降包括：

基于计算的线路中每段线路的压降，计算新能源注入点之前的每段线路的压降增量之和；

基于新能源注入点之前的每段线路的压降增量之和确定新能源注入下的各节点的电压压降。

优选的，所述新能源注入点之前的各段线路的压降增量之和计算公式如下所示：

式中，ΔU_nn表示各段线路的压降增量之和；P表示有功功率；Q表示无功功率；表示第i个节点电压对有功注入的灵敏度；表示第i个节点电压对无功注入的灵敏度。

优选的，所述电压压降包括：

式中，S_P,i表示新能源注入有功功率P引起节点i的电压降；S_Q,i表示新能源注入无功功率Q引起节点i的电压降。

优选的，所述优先调度函数如下所示：

F_i＝f_i(S_P,i)+g_i(S_Q,i)

式中，f_i(S_P,i)表示电压有功压降函数；g_i(S_Q,i)表示电压无功压降函数。

优选的，所述电压有功压降函数f_i(S_P,i)如下所示：

f_i(S_P,i)＝λ_i[U_Demond][S_P,i]

式中，λ_i表示惩罚因子；U_Demond表示电压需求值。

优选的，所述电压无功压降函数g_i(S_Q,i)如下所示：

g_i(Q_P,i)＝(1-λ_i)[U_Demond][S_Q,i]。

优选的，所述电压需求值U_Demond如下式所示：

U_Demand＝[U_Demand，1 U_Demand,2…U_Demand,i]

式中，U_Demand,i为第i个节点对应的电压需求值；

所述U_Demand,i如下式所示：

式中，U_i为第i个节点的节点电压幅值。

优选的，所述基于优先调度函数和预先确定的节点的电压需求值对节点的电压进行调控包括：

基于线路节点电压调控的优先度对节点的电压进行调控，并对调控是否达到阈值进行判断；

若调控达到阈值，则完成调控，否则，则通过改变新能源机组的出力从而改变线路中节点的电压压降来进行电压调控，直到达到阈值。

一种配电网电压控制系统，包括：

获取模块：用于基于获取的配电网的参数和新能源机组的电压调控模型，得到配网线路各段电压压降；

求取模块：用于基于所述配网线路各段电压压降，求取新能源有功无功注入下线路中的各节点的电压压降；

构建模块：用于基于各节点的电压压降构建优先调度函数；

调控模块：用于基于所述优先调度函数和预先确定的节点的电压需求值对节点的电压进行调控。

优选的，所述求取模块包括各节点电压压降确定单元；

所述节点电压压降确定单元用于基于计算的线路中每段线路的压降，计算新能源注入点之前的每段线路的压降增量之和；

基于新能源注入点之前的每段线路的压降增量之和确定新能源注入下的节点电压压降。

与最近的现有技术相比，本申请还具有如下有益效果：

1、本发明提供的一种配电网电压控制方法与系统，基于获取的配电网的参数和新能源机组的电压调控模型，得到配网线路各段电压压降；基于所述配网线路各段电压压降，求取新能源有功无功注入下线路中的各节点的电压压降；基于各节点的电压压降构建优先调度函数；基于所述优先调度函数和预先确定的节点的电压需求值对节点的电压进行调控，解决了高渗透分布式光伏电源接入配电网所可能导致的电压水平升高、短路电流增大、供电可靠性降低以及电能质量恶化的问题；

2、本发明提供的一种配电网电压控制方法与系统，根据新能源发电对配电网电压的影响，提出了基于新能源出力不确定因素影响分析的配电网电压控制策略，该策略机理清晰、操作简单可行。

附图说明

图1为本发明的方法流程示意图；

图2为本发明的控制策略流程；

图3为本发明的典型配网系统主接线示意图。

具体实施例

随着大规模新能源的接入，配电网潮流由“单向”变为“多向”，导致配电网电压控制日趋复杂，本发明提出的一种配电网电压控制方法与系统，基于新能源出力不确定因素下配电网的电压特性分析，通过建立新能源接入配网电压敏感度分析模型，实现大规模新能源发电接入的配电网电压控制，流程如图2所示。

实施例1

如图1所示的方法步骤如下：

步骤1：基于获取的配电网的参数和新能源机组的电压调控模型，得到配网线路各段电压压降；

步骤2：基于所述配网线路各段电压压降，求取新能源有功无功注入下线路中的各节点的电压压降；

步骤3：基于各节点的电压压降构建优先调度函数；

步骤4：基于所述优先调度函数和预先确定的节点的电压需求值对节点的电压进行调控。

下面结合具体的实施例对本发明做进一步的说明和解释：

对步骤1的解释说明如下：

建立配电网电气和接线的模型；

建立新能源机组的电压调控模型，并推导各段压降；

求取新能源有功无功注入下的各节点的电压敏感度，形成影响因子矩阵；

建立配电网电气和接线的模型。

建立配电网电压控制策略，首先需要建立配电网的电气和接线的模型。所建立的模型需要涵盖配电网的负荷、配电网络、台区变等等。

对步骤2的解释如下：

图3给出了典型配网系统主接线图，线路上排布了N个节点，第n个节点的视在功率为P_n+jQ_n(n＝1,2·····,N)。线路首端电压为U₀，往后依次第n个节点的电压为U_n(n＝1,2·····,N)。第n-l个节点和第n个节点间为第n段支路，阻抗为R_n+jX_n；有功网损为P_Loss,n,无功损耗为Q_Loss,n；线路上传输的有功为P_T,n和无功为Q_T,n；对第n个节点进行新能源的有功和无功的注入，有功注入为P_RE,n无功注入为Q_RE,n。

进一步的，建立新能源机组的电压调控模型，并推导各段压降。

每段线路所存在的电压ΔU_n降可由电力系统分析的公式得出，第n段线路的电压降如下式所示:

其中传输的有功和无功分别由下式给出:

其中，P_T,n、Q_T,n分别为线路上传输的有功和无功，Pn、Qn分别为第n个节点的有功和无功，P_Loss,n、Q_Loss,n分别为流过第n段支路的有功网损和无功损耗，P_RE,n、Q_RE,n分别为第n个节点新能源注入的有功和无功。由于新能源的接入只影响接入点前的线路传输功率，对接入点后面线路的传输功率无影响，因此需要对接入点前后的传输功率作出区分。在改变新能源的P_RE,n、Q_RE,n注入时，第n段线路的电压降的增量如下式所示：

进一步的，求取新能源有功无功注入下的各节点的电压敏感度，形成影响因子矩阵。

由此可得第n个节点电压变化大小为节点n前每段线路的増量之和，如下式所示:

通过电压的变化量可得第n个节点电压对有功注入的电压压降，对无功注入的电压压降分别如下式所示:

对步骤3的解释说明如下：

结合调控需求构建优先调度函数；

开展调控，如果调控没有满足要求则调整新能源出力，否则结束。

进一步的，所述步骤IV中，结合调控需求构建优先调度函数。

定义n维向量U_Demand作为电压需求指标，n即为网络节点数，下式所示:

U_Demand＝[U_Demand，1 U_Demand,2…U_Demand,n]，

其中U_Demand,i为第i个节点对应的电压需求值,U_i为第i个节点的节点电压幅值。指标反映了电力系统要求下各个节点电压的偏离值,即满足要求所需的电压最小调控量。

在电压调控中,针对电压需求越大的节点或是电压压降越大的节点进行调节,调节的效率越高；与此同时若调节单元的有功受到影响，则需要在电压调节过程中需尽量减少对有功的影响。

因此引入调控优先度参数,优先度参数由电压无功压降函数、电压有功压降函数以及权重因子组成,通过优先度的值决定所需调控的单元。

优先度函数如下式所示,电压无功压降数、电压有功压降函数分别由下式所示:

F_i＝f_i(S_P,i)+g_i(S_Q,i)

式中F_i为第i个调控单元的优先度函数,由电压有功压降函数f_i(S_P,i)和电压无功压降函数g_i(S_Q,i)构成；

对步骤4的解释说明如下：

通过引入罚函数开展调控新能源的出力，如果调控没有满足要求则调整新能源出力，否则结束。

在电压调控中，为了尽量不影响新能源有功，尽可能使用无功调节，因此引入惩罚因子λ_i，分析中在无功调节范围内可以设定λ_i为0，当超过无功调节范围后，增大惩罚因子λ_i的值，通常可以考虑按照0.5取值。

调控的效率由电压需求和电压压降决定，通过构造相乘的函数确定电压压降函数，其中电压需求为零的点调控量也为零，在经过调控后电压回到合理区间内。

实施例2

本发明还涉及一种配电网电压控制系统，包括：

获取模块：用于基于获取的配电网的参数和新能源机组的电压调控模型，得到配网线路各段电压压降；

求取模块：用于基于所述配网线路各段电压压降，求取新能源有功无功注入下线路中的各节点的电压压降；

构建模块：用于基于各节点的电压压降构建优先调度函数；

调控模块：用于基于所述优先调度函数和预先确定的节点的电压需求值对节点的电压进行调控。

所述求取模块包括各节点电压压降确定单元；

所述节点电压压降确定单元用于基于计算的线路中每段线路的压降，计算新能源注入点之前的每段线路的压降增量之和；

基于新能源注入点之前的每段线路的压降增量之和确定新能源注入下的节点电压压降。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。

Claims (12)

1.一种配电网电压控制方法，其特征在于，所述方法包括：

基于获取的配电网的参数和新能源机组的电压调控模型，得到配网线路各段电压压降；

基于所述配网线路各段电压压降，求取新能源有功无功注入下线路中的各节点的电压压降；

基于各节点的电压压降构建优先调度函数；

基于所述优先调度函数和预先确定的节点的电压需求值对节点的电压进行调控。

2.如权利要求1所述的一种配电网电压控制方法，其特征在于，所述电压压降如下所示：

式中，ΔU_n表示第n段线路的电压降；U_n表示第n个节点的电压；U_n-1表示第n-1个节点的电压；P_T,n表示线路上传输的有功；Q_T,n表示线路上传输的无功；R_n表示第n段线路的电阻；X_n表示第n段线路的电抗；

所述有功如下所示：

P_T,n＝P_n+P_Loss,n-P_RE,n

式中，Pn表示第n个节点的有功；P_Loss,n表示流过第n段支路的有功网损；P_RE,n表示第n个节点新能源注入的有功；

所述无功如下所示：

Q_T,n＝Q_n+Q_Loss,n-Q_RE,n

式中，Q_n表示第n个节点的无功；Q_Loss,n表示流过第n段支路的无功损耗；Q_RE,n表示第n个节点新能源注入的无功。

3.如权利要求2所述的一种配电网电压控制方法，其特征在于，所述基于所述配网线路各段电压压降，求取新能源有功无功注入下线路中的各节点的电压压降包括：

基于计算的线路中每段线路的压降，计算新能源注入点之前的每段线路的压降增量之和；

基于新能源注入点之前的每段线路的压降增量之和确定新能源注入下的各节点的电压压降。

4.如权利要求3所述的一种配电网电压控制方法，其特征在于，所述新能源注入点之前的各段线路的压降增量之和计算公式如下所示：

式中，ΔU_nn表示各段线路的压降增量之和；P表示有功功率；Q表示无功功率；表示第i个节点电压对有功注入的灵敏度；表示第i个节点电压对无功注入的灵敏度。

5.如权利要求4所述的一种配电网电压控制方法，其特征在于，所述电压压降包括：

式中，S_P,i表示新能源注入有功功率P引起节点i的电压降；S_Q,i表示新能源注入无功功率Q引起节点i的电压降。

6.如权利要求5所述的一种配电网电压控制方法，其特征在于，所述优先调度函数如下所示：

F_i＝f_i(S_P,i)+g_i(S_Q,i)

式中，f_i(S_P,i)表示电压有功压降函数；g_i(S_Q,i)表示电压无功压降函数。

7.如权利要求6所述的一种配电网电压控制方法，其特征在于，所述电压有功压降函数f_i(S_P,i)如下所示：

f_i(S_P,i)＝λ_i[U_Demond][S_P,i]

式中，λ_i表示惩罚因子；U_Demond表示电压需求值。

8.如权利要求7所述的一种配电网电压控制方法，其特征在于，所述电压无功压降函数g_i(S_Q,i)如下所示：

g_i(Q_P,i)＝(1-λ_i)[U_Demond][S_Q,i]。

9.如权利要求8所述的一种配电网电压控制方法，其特征在于，所述电压需求值U_Demond如下式所示：

U_Demand＝[U_Demand，1 U_Demand,2 … U_Demand,i]

式中，U_Demand,i为第i个节点对应的电压需求值；

所述U_Demand,i如下式所示：

式中，U_i为第i个节点的节点电压幅值。

10.如权利要求1所述的一种配电网电压控制方法，其特征在于，所述基于优先调度函数和预先确定的节点的电压需求值对节点的电压进行调控包括：

基于线路节点电压调控的优先度对节点的电压进行调控，并对调控是否达到阈值进行判断；

若调控达到阈值，则完成调控，否则，则通过改变新能源机组的出力从而改变线路中节点的电压压降来进行电压调控，直到达到阈值。

11.一种配电网电压控制系统，其特征在于，包括：

获取模块：用于基于获取的配电网的参数和新能源机组的电压调控模型，得到配网线路各段电压压降；

求取模块：用于基于所述配网线路各段电压压降，求取新能源有功无功注入下线路中的各节点的电压压降；

构建模块：用于基于各节点的电压压降构建优先调度函数；

调控模块：用于基于所述优先调度函数和预先确定的节点的电压需求值对节点的电压进行调控。

12.如权利要求11所述的一种配电网电压控制系统，其特征在于，所述求取模块包括各节点电压压降确定单元；

所述节点电压压降确定单元用于基于计算的线路中每段线路的压降，计算新能源注入点之前的每段线路的压降增量之和；

基于新能源注入点之前的每段线路的压降增量之和确定新能源注入下的节点电压压降。