CN109713717A - 一种配电网光伏电压协调控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种配电网光伏电压协调控制方法，包括如下步骤：首先，根据光伏配电网的结构及线路参数确定各光伏节点的电压灵敏度；其次，评估各光伏节点电压，根据各光伏节点电压的评估情况，制定功率补偿方法，以将电压调至正常范围；然后，根据无功补偿方法及有功削减方法，确定通信时延下的预测补偿方案；本发明通过优先控制具有最大电压偏差的光伏节点，即可实现所有节点电压的调节，同时，根据光伏输出有功波动幅值的波动，确定了光伏电压对通信时延的容忍范围，保证了该光伏电压调节方法的有效性。

Description

一种配电网光伏电压协调控制方法

技术领域

本发明涉及一种电压协调控制方法，尤其涉及一种基于逆变器剩余无功/有功补偿的配电网光伏电压协调控制方法，属于配电网光伏协调控制领域。

背景技术

随着技术的成熟，光伏发电在世界上大多数地区得到广泛应用，并且在整个电网中所占据的规模和比例正在不断扩大，因此对光伏发电的稳定性要求也在不断提高。电压作为衡量光伏配电网穿透水平的一个重要标准，需维持在可允许范围内，但电能的长距离传输损耗、大规模分布式光伏数量或负载数量的变化、太阳光的变化引起的有功波动都可能会导致节点电压超过规定的阈值，这不仅威胁到光伏运行的安全性，而且可能会给电气设备带来损害，同时，也限制了光伏配电网规模的进一步扩展。

在光伏配电网中，通常可采用无功补偿及有功削减来调节电压，从经济角度考虑，基于无功补偿的电压调节优先于基于有功削减的电压调节。标准IEEE1547-2014提及无功补偿可用来维持电能质量水平，尽管无功补偿虽然在电压调节方面是有效的，但对于低压等级光伏配电网中，由于传输线的R/X比值较大，所以无功补偿对电压的影响较小，而有功削减对电压的影响较大，这使得基于无功补偿的电压调节力度不够，基于有功削减的电压调节力度明显。

在集中式光伏电压控制系统中，通信是不可或缺的光伏数据传输媒介，但常见的通信时延可能会降低光伏配电网的动态性能，甚至导致不稳定性，因此，能够容忍通信时延的光伏配电网设计是目前的主要挑战之一。尽管存在某一时延上界范围内的电力系统鲁棒性研究，但是超出此界限的较大延迟的相关研究很少。

综上所述，如何提供一种配电网光伏电压协调控制方法，既能解决电压问题，又能解决较大通信时延，并确保光伏配电网的稳定运行，就成为本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明是针对传统大规模光伏配电网动态运行或频繁的负载变化所引起的电压偏差问题，提供的一种基于逆变器剩余无功/有功补偿的配电网光伏电压协调控制方法。

本发明的技术解决方案是：

一种配电网光伏电压协调控制方法，包括如下步骤：

S1：根据光伏配电网的结构及线路参数确定各光伏节点的电压灵敏度，所述电压灵敏度包括无功灵敏度及有功灵敏度；

S2：评估各光伏节点电压，根据各光伏节点电压的评估情况，制定功率补偿方法，以将电压调至正常范围，所述功率补偿方法包括无功补偿方法及有功削减方法，且无功补偿方法及有功削减方法相配合将电压调至正常范围；

S3：根据无功补偿方法及有功削减方法，确定通信时延下的预测补偿方案，所述预测补偿方案包括如下步骤：

S31：预测各光伏节点的输出有功功率，并评估有功功率在通信时延范围内的变化幅度；

S32：根据各光伏节点电压对光伏输出无功灵敏度及有功灵敏度，求得步骤S2中的无功补偿方法及有功削减方法对通信时延的容忍范围。

优选地，所述步骤S1中确定各光伏节点的电压灵敏度包括如下步骤：

S11：确定光伏节点电压与注入电流的方程；

假设有N个光伏节点，已知第一个光伏节点，且其它节点均视为PQ节点，根据光伏配电网的网络结构及线路参数，确定节点阻抗矩阵，并各节点注入电流与电压的方程为：

式中，I_k＝(S_kV_k)^*＝((P_k+jQ_k)V_k)^*是第k个节点的注入电流，S_k＝P_k+jQ_k是第k个节点的注入功率，V_k是第k个节点的电压，V_n是第1个节点的电压或参考电压，η₂₁,η_k1,...η_N1是一系列常数增益，R_km+jX_km是第k个节点与第m个节点间的线路阻抗；

S12：确定光伏节点电压变化与注入功率变化的方程；

各光伏节点注入功率与节点电压间的关系如下：

式中，是第k个节点电压对第m个节点输出无功的灵敏度，是第k个节点电压对第m个节点输出有功的灵敏度；

S13：根据步骤S11及步骤S12确定各光伏节点的无功灵敏度及有功的灵敏度；

优选地，所述步骤S13中各光伏节点电压对光伏输出的无功灵敏度的方法包括如下步骤：

首先，假设除了第k个节点，其它节点注入电流均为零，则由(1)可得：

令V_ηk＝η_k1V_n，展开(3)可得：

式中，上标^re代表该变量实部，上标^im代表该变量虚部；

Δf^*(j)＝f^*(j)-f^*(j-1)＝-Δf(j) (5)

然后，分别对式(4)中无功求偏导数，可得第k个节点电压对第k个节点输出无功的灵敏度及第k个节点电压对第m个节点输出无功的灵敏度：

式中，

其中，上标^re和^im分别代表实部和虚部，V_k和V_m是分别是第k个节点和第m个节点的电压，V_ηk＝η_k1V_n，η_k1是常数，V_n是参考电压，Q_k和Q_m分别是第k个节点和第m个节点的输出无功，R_km+jX_km是第k个节点与第m个节点间的线路阻抗。

优选地，所述步骤S13中各光伏节点电压对光伏输出的有功灵敏度的方法包括：

分别对(4)式中有功求偏导数，可得第k个节点电压对第k个节点输出有功的灵敏度及第k个节点电压对第m个节点输出有功的灵敏度：

式中，

式中，其中，上标^re和^im分别代表实部和虚部，V_k和V_m是分别是第k个节点和第m个节点的电压，V_ηk＝η_k1V_n，η_k1是常数，V_n是参考电压，P_k和P_m分别是第k个节点和第m个节点的输出有功，R_km+jX_km是第k个节点与第m个节点间的线路阻抗。

优选地，所述步骤S2中评估各光伏节点电压的电压指标为：各节点电压的可允许偏差的范围为5％～10％。

优选地，所述各节点电压的可允许偏差范围为5％，且第k个节点电压的评估方程如下：

式中，ΔV_k是节点电压偏差，ε是光伏节点电压评估指标。

优选地，所述步骤S2中的无功补偿方法包括如下步骤：

S211，将具有最大电压偏差的光伏节点作为控制对象，假设第k个节点的电压偏差最大，该节点相邻光伏节点的受控功率必须满足以下约束：

式中，ΔQ_i和ΔP_i是相邻光伏节点的受控功率，Q_i和P_i是相邻光伏的输出功率，和是相邻光伏的局部负荷需求功率，和是第k个节点与相邻光伏节点间的功率损耗，第h个节点是距离第k个节点最远的相邻节点；

S212，选择距离第k个节点最近的受控光伏为其提供无功补偿，判断第k个节点电压是否满足

或

S213，当第k个节点电压满足(14)或(15)，受控光伏的无功补偿将第k个节点的电压调至正常范围，当第k个节点电压不满足(14)和(15)，受控光伏将执行有功消减方法。

优选地，所述步骤S2中的有功削减方法包括如下步骤：

S221，将具有最大电压偏差的光伏节点作为控制对象，假设第k个节点的电压偏差最大，第k个节点最近的受控光伏的剩余无功在其有功控制时将发生变化，且具体变化值如下：

式中，P_Fmin是光伏最小可控有功时的功率因数；只要有足够的视在功率来补偿第k个节点的电压，受控光伏的可控有功就被最小化，这样可为负荷提供最大的有功功率；

S222，当最近的受控光伏的剩余有功足以补偿第k个节点电压时，第k个节点电压将满足

受控光伏的有功补偿将第k个节点的电压调至正常范围；

S223，当所有的受控光伏的剩余有功足以补偿第k个节点电压时，第k个节点电压将满足

受控光伏的有功补偿将第k个节点的电压调至正常范围。

优选地，所述步骤S31中有功功率在通信时延范围内的变化幅度为

优选地，所述步骤S32中无功补偿方法及有功削减方法对通信时延的容忍范围为

其中，在一段时间内第k个光伏输出有功波动为该时间段为可允许的通信时延范围

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1、本发明提出了一种基于灵敏度的无功补偿及有功削减方法来调节光伏电压，通过优先控制具有最大电压偏差的光伏节点，即可实现所有节点电压的调节。

2、根据光伏输出有功波动幅值的波动，确定了光伏电压对通信时延的容忍范围，保证了该光伏电压调节方法的有效性。

以下便结合实施例附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详述，以使本发明技术方案更易于理解、掌握。

附图说明

图1为本发明的流程图；

图2为本实施例的集中式控制的光伏配电网的等效电路；

图3为本实施例的配电网光伏电压协调控制方法的细节流程图；

图4为本发明基于功率补偿的光伏电压测试结果图；

图5为本实施例中电压调节过程中时延超出0.02s且功率突变250W时的电压控制结果图；

图6为电压调节过程中时延超出0.02s且功率突变250W时基于预测补偿机制的电压控制结果图；

图7为电压调节过程中时延超出0.02s且功率突变250W时的功率控制结果。

具体实施方式

一种配电网光伏电压协调控制方法，如图1所示，包括如下步骤：

S1：根据光伏配电网的结构及线路参数确定各光伏节点的电压灵敏度，所述电压灵敏度包括无功灵敏度及有功灵敏度；

其中，步骤S1中确定各光伏节点的电压灵敏度包括如下步骤：

S11：确定光伏节点电压与注入电流的方程；

假设有N个光伏节点，已知第一个光伏节点，且其它节点均视为PQ节点，根据光伏配电网的网络结构及线路参数，确定节点阻抗矩阵，并各节点注入电流与电压的方程为：

式中，I_k＝(S_kV_k)^*＝((P_k+jQ_k)V_k)^*是第k个节点的注入电流，S_k＝P_k+jQ_k是第k个节点的注入功率，V_k是第k个节点的电压，V_n是第1个节点的电压或参考电压，η₂₁,η_k1,...η_N1是一系列常数增益，R_km+jX_km是第k个节点与第m个节点间的线路阻抗；

S12：确定光伏节点电压变化与注入功率变化的方程；

各光伏节点注入功率与节点电压间的关系如下：

式中，是第k个节点电压对第m个节点输出无功的灵敏度，是第k个节点电压对第m个节点输出有功的灵敏度；

S13：根据步骤S21及步骤S22确定各光伏节点的无功灵敏度及有功的灵敏度；

具体地，步骤S13中各光伏节点电压对光伏输出的无功灵敏度的方法包括如下步骤：

首先，假设除了第k个节点，其它节点注入电流均为零，则由(1)可得：

令V_ηk＝η_k1V_n，展开(3)可得：

式中，上标^re代表该变量实部，上标^im代表该变量虚部；

Δf^*(j)＝f^*(j)-f^*(j-1)＝-Δf(j) (5)

然后，分别对式(4)中无功求偏导数，可得第k个节点电压对第k个节点输出无功的灵敏度及第k个节点电压对第m个节点输出无功的灵敏度：

式中，

其中，上标^re和^im分别代表实部和虚部，V_k和V_m是分别是第k个节点和第m个节点的电压，V_ηk＝η_k1V_n，η_k1是常数，V_n是参考电压，Q_k和Q_m分别是第k个节点和第m个节点的输出无功，R_km+jX_km是第k个节点与第m个节点间的线路阻抗。

步骤S13中各光伏节点电压对光伏输出的有功灵敏度的方法包括：

分别对(4)式中有功求偏导数，可得第k个节点电压对第k个节点输出有功的灵敏度及第k个节点电压对第m个节点输出有功的灵敏度：

式中，

式中，其中，上标^re和^im分别代表实部和虚部，V_k和V_m是分别是第k个节点和第m个节点的电压，V_ηk＝η_k1V_n，η_k1是常数，V_n是参考电压，P_k和P_m分别是第k个节点和第m个节点的输出有功，R_km+jX_km是第k个节点与第m个节点间的线路阻抗。

S2：评估各光伏节点电压，根据各光伏节点电压的评估情况，制定功率补偿方法，以将电压调至正常范围，所述功率补偿方法包括无功补偿方法及有功削减方法，且无功补偿方法及有功削减方法相配合将电压调至正常范围；

通常，光伏节点电压不能超出ANSI C84.1-2006及IEC 60038-2009中规定的范围限制，即节点电压的最大可允许偏差为5％-10％，为确保光伏节点电压的调节精度，选择较小偏差阀值5％，且第k个节点电压的评估方程如下：

式中，ΔV_k是节点电压偏差，ε是光伏节点电压评估指标。

将具有最大电压偏差的光伏节点视为控制对象，优先控制最近的相邻光伏节点的剩余注入功率，当剩余功率不足以将该节点电压调至正常范围时，再依次选取新的相邻光伏节点以提供必要的功率补偿。在补偿中，无功补偿会优先于有功削减，也就是说，当无功补偿达到最大值时，才可以进行有功削减。具有最大电压偏差的光伏节点所需的功率补偿力度大于其它节点，当该节点电压调节到正常范围时，可以确保剩余节点的电压也能恢复正常，因此，当同时存多个光伏节点的电压需要调节时，优先执行适合于具有最大电压偏差的节点的功率补偿方案。步骤S2中的无功补偿方法具体包括如下步骤：

S211，将具有最大电压偏差的光伏节点作为控制对象，假设第k个节点的电压偏差最大，该节点相邻光伏节点的受控功率必须满足以下约束：

式中，ΔQ_i和ΔP_i是相邻光伏节点的受控功率，Q_i和P_i是相邻光伏的输出功率，和是相邻光伏的局部负荷需求功率，和是第k个节点与相邻光伏节点间的功率损耗，第h个节点是距离第k个节点最远的相邻节点；

S212，选择距离第k个节点最近的受控光伏为其提供无功补偿，判断第k个节点电压是否满足

或

S213，当第k个节点电压满足(14)或(15)，受控光伏的无功补偿将第k个节点的电压调至正常范围，当第k个节点电压不满足(14)和(15)，受控光伏将执行有功消减方法。

具体地，选择距离第k个节点最近的受控光伏为其提供无功补偿，当第k个节点剩余无功足够时，当第k个节点满足将满足式(14)，否则需从剩余节点中依次选取新的最近受控光伏提供额外的无功补偿；当所有受控光伏的剩余无功足够时，第k个节点电压将满足(15)，也就是说，只要满足(14)或(15)，所有受控光伏的无功补偿就足以将第k个节点的电压调至正常范围，否则将执行进一步的有功削减。

有功削减的原理与无功补偿相同，当最近的受控光伏的剩余有功足以补偿第k个节点电压时，第k个节点电压将满足(17)，当所有受控光伏的剩余有功足够时，第k个节点电压将满足(18)。因(12)中允许电压存在5％的偏差，故在功率补偿后所有节点的电压均可以被调节至正常范围，具体地有功削减方法包括如下步骤：

S221，将具有最大电压偏差的光伏节点作为控制对象，假设第k个节点的电压偏差最大，因光伏发电容量的限制，第k个节点最近的受控光伏的剩余无功在其有功控制时将发生变化，且具体变化值如下：

式中，P_Fmin是光伏最小可控有功时的功率因数；只要有足够的视在功率来补偿第k个节点的电压，受控光伏的可控有功就被最小化，这样可为负荷提供最大的有功功率。

S222，当最近的受控光伏的剩余有功足以补偿第k个节点电压时，第k个节点电压将满足

受控光伏的有功补偿将第k个节点的电压调至正常范围；

S223，当所有的受控光伏的剩余有功足以补偿第k个节点电压时，第k个节点电压将满足

受控光伏的有功补偿将第k个节点的电压调至正常范围。

在上述光伏配电网电压调节方案中，受传输时延影响的变量包括各光伏输出功率的实时测量值，因光伏输出无功受控于控制策略，当控制策略不变时，输出无功通常在通信时延的范围内变化不大，而光伏输出有功则与自然光线辐射度的变化有关，若输出有功在通信时延的范围内变化较大，则会影响上述电压调节效果甚至导致电压调节失效。为此通过预测各光伏的输出有功，评估其短时间的变化幅度，再根据各光伏节点电压对光伏输出有功及无功的灵敏度，则可求得该电压调节方法对通信时延的容忍范围。具体如下：

S3：根据无功补偿方法及有功削减方法，确定通信时延下的预测补偿方案，所述预测补偿方案包括如下步骤：

S31：预测各光伏节点的输出有功功率，并评估有功功率在通信时延范围内的变化幅度；

因各光伏节点电压波动幅值范围为5％，即ΔV_kV_n≤5％，根据第k个光伏节点电压对其相邻光伏输出有功的灵敏度，可得各光伏输出有功功率在通信时延范围内的变化幅度为

S32：根据各光伏节点电压对光伏输出无功灵敏度及有功灵敏度，求得步骤S2中的无功补偿方法及有功削减方法对通信时延的容忍范围。

步骤S32中无功补偿方法及有功削减方法对通信时延的容忍范围为

其中，在一段时间内第k个光伏输出有功波动为该时间段为可允许的通信时延范围

以下以3节点光伏系统为例进行算法测试，

如图2所示，该光伏有源配电网包含3个光伏节点，每个节点均接有局部负荷及光伏，除参考节点的电压已知外，其它3个光伏节点均视为PQ节点。同时，建立通信网络以实现对各光伏节点电压及光伏节点剩余功率等物理信息的实时采集，并将其传输至控制中心，根据各光伏节点电压的灵敏度确定功率补偿方案。具体如下：

S1：根据光伏配电网的结构及线路参数确定各光伏节点的电压灵敏度，所述电压灵敏度包括无功灵敏度及有功灵敏度；

S2：评估各光伏节点电压，根据各光伏节点电压的评估情况，制定功率补偿方法，以将电压调至正常范围，所述功率补偿方法包括无功补偿方法及有功削减方法，且无功补偿方法及有功削减方法相配合将电压调至正常范围；

S3：根据无功补偿方法及有功削减方法，确定通信时延下的预测补偿方案，所述预测补偿方案包括如下步骤：

S31：预测各光伏节点的输出有功功率，并评估有功功率在通信时延范围内的变化幅度；

S32：根据各光伏节点电压对光伏输出无功灵敏度及有功灵敏度，求得步骤S2中的无功补偿方法及有功削减方法对通信时延的容忍范围。

进一步地，确定各光伏节点的电压灵敏度；

根据图2所示测试的光伏配电网结构及各光伏节点间的线路参数：参考节点电压设置为380V，传输线参数为1km＝(0.642+0.264)Ω，各光伏的最大无功功率容量为2500Var，电压偏差率需保持在5％以内，所有节点的初始剩余功率分别为400W+200Var，500W+250Var，500W+250Var，确定各光伏节点电压对光伏输出功率的灵敏度，具体如下：

S11，确定光伏节点电压与注入电流的方程；根据光伏配电网的结构和线路参数，计算节点导纳矩阵，得到节点阻抗矩阵，并基于光伏输出功率，计算节点注入电流：

I_k＝(S_k/V_k)^*＝(P_k+jQ_k)/V_n)^*，k＝1，2，...，N

S12：确定光伏节点电压变化与注入功率变化的方程，并得到第k个节点电压V_k，基于参考电压，计算得到第k个节点电压偏差V_k-V_n＝ΔV_k，判断ΔV_k与ε的关系；

S13：当|ΔV_k|≤ε时，确定功率补偿方案；当|ΔV_k|大于ε时，根据公式(6)-(8)确定各光伏节点的无功灵敏度及有功灵敏度，给出各光伏节点电压对光伏输出有功的灵敏度；

光伏节点1电压对光伏1、2、3输出有功的灵敏度：

光伏节点2电压对光伏1、2、3输出有功的灵敏度：

光伏节点3电压对光伏1、2、3输出有功的灵敏度：

各光伏节点电压对光伏输出无功的灵敏度；

光伏节点1电压对光伏1、2、3输出无功的灵敏度：

光伏节点2电压对光伏1、2、3输出无功的灵敏度：

光伏节点3电压对光伏1、2、3输出无功的灵敏度：

S2：评估各光伏节点电压，根据各光伏节点电压的评估情况，制定功率补偿方法，以将电压调至正常范围，所述功率补偿方法包括无功补偿方法及有功削减方法，且无功补偿方法及有功削减方法相配合将电压调至正常范围，功率补偿方案，具体如下：

首先，确定光伏节点电压评估指标；通常，光伏节点电压不能超出ANSIC84.1-2006及IEC 60038-2009中规定的范围限制，即节点电压的最大可允许偏差为5％-10％，为确保光伏节点电压的调节精度，选择较小偏差阀值5％。测试系统中3个节点电压的评估方程如下：

其次，确定功率补偿方案，率补偿方法包括无功补偿方法及有功削减方法，

基于功率补偿方案的电压调节过程如图3所示，通过光伏节点电压评估及功率补偿，可将具有偏差的节点电压调节至允许范围。具体如下：将具有最大电压偏差的光伏节点视为控制对象，优先控制最近的相邻光伏节点的剩余注入功率，当剩余功率不足以将该节点电压调至正常范围时，再依次选取新的相邻光伏节点以提供必要的功率补偿。无功补偿会优先于有功削减，即当无功补偿达到最大值时，再进行有功削减，其原理与无功补偿相同。具有最大电压偏差的光伏节点所需的功率补偿力度大于其它节点，当该节点电压调节到正常范围时，可以确保剩余节点的电压也能恢复正常，因此，当同时存多个光伏节点的电压需要调节时，优先执行适合于具有最大电压偏差的节点的功率补偿方案。

基于功率补偿的光伏电压测试结果如图4所示。从图4中的(a)可以看出，在t＝0s的测试初始时间，即未采用无功补偿前，所有光伏节点的初始稳态电压偏差均大于5％，即存在过电压问题，特别是节点3初始时间具有最大的电压偏差最高过电压达到10％，这严重威胁了系统供电安全性。此时施加本发明提出的功率补偿方法，从图4中的(b)可以看出，在功率补偿后，节点3、2的剩余无功功率均被调节到最小容量-2500Var，其他功率均未被调节，即光伏3、2分别吸收了2500Var的无功功率，通过其无功补偿，各光伏节点电压在0.04s内恢复至1.00p.u.-1.05p.u的安全范围。

上述结果表明本发明提出的电压协同控制方法能利用光伏的剩余功率补偿在0.04s内将节点电压调节至安全范围。

S3：根据无功补偿方法及有功削减方法，确定通信时延下的预测补偿方案，所述预测补偿方案包括如下步骤：

S31：预测各光伏节点的输出有功功率，并评估有功功率在通信时延范围内的变化幅度；

受传输时延影响的变量包括各光伏输出功率的实时测量值，因光伏输出无功受限于控制策略，当控制策略不变时，无功通常在通信时延范围内变化不大，而光伏输出有功则与自然光线辐射度变化有关，若输出有功在通信时延的范围内变化较大，则会影响上述电压调节效果甚至导致电压调节失效。

S32：根据各光伏节点电压对光伏输出无功灵敏度及有功灵敏度，求得步骤S2中的无功补偿方法及有功削减方法对通信时延的容忍范围。

通过预测各光伏的输出有功，评估其短时间的变化幅度，再根据各光伏节点电压对光伏输出功率的灵敏度，则可求得该电压调节方法对通信时延的容忍范围。

各光伏节点电压波动幅值范围为5％，根据第k个光伏节点电压对其相邻光伏输出有功的灵敏度，可得各光伏输出有功波动幅值范围为0W-250W，若一天中光伏的最大发电功率为12000W，则可得允许的最大时延约为0.02s。

基于较大通信时延下预测补偿的测试结果如图5、6、7所示。具体如下：

图5为电压调节过程中时延超出0.02s且功率突变250W时的电压控制结果。假设各光伏的功率输出在t＝0.08s时突然增加250W，即各节点的剩余功率分别变为600W+300Var，750W+375Var，750W+375Var，此时的通讯网络时延超出评估的容许范围0.02s，而各光伏接收的仍然是0.02s前的功率协同控制命令，如图5中的(a)所示，这导致控制后的电压在t＝0.08s功率突增点超出1.00p.u.-1.05p.u的安全范围，如图5中的(b)所示，此时节点3、2处的剩余无功已调至-2375Var。

上述结果表明当电压调节过程中光伏有功突变超过250W且时延超过0.02s容许范围时，较大时延与功率的突增会联合导致本发明中的电压控制方法失效。

图6为电压调节过程中时延超出0.02s且功率突变250W时基于预测补偿机制的电压控制结果，图7为电压调节过程中时延超出0.02s且功率突变250W时的功率控制结果。从图6(a)、图6(b)可以看出，利用校正后的控制策略进行四次功率补偿，将超出1.05p.u.的节点电压均调节到0.95p.u.-1.05p.u的安全范围内。图7(a)、图7(b)中基于预测的改进功率控制具有更大的电压调节力度，即节点3、2、1的剩余无功，及节点3的剩余有功被依次削减。

上述结果表明当电压调节过程中光伏有功突变超过250W且时延超过0.02s容许范围，基于光伏有功预测补偿机制能够将节点电压调节到安全范围内。

本发明提出了一种基于灵敏度的无功补偿及有功削减方法来调节光伏电压，通过优先控制具有最大电压偏差的光伏节点，即可实现所有节点电压的调节，同时，根据光伏输出有功波动幅值的波动，确定了光伏电压对通信时延的容忍范围，保证了该光伏电压调节方法的有效性。

应该注意的是，上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。

Claims (10)

1.一种配电网光伏电压协调控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：根据光伏配电网的结构及线路参数确定各光伏节点的电压灵敏度，所述电压灵敏度包括无功灵敏度及有功灵敏度；

S2：评估各光伏节点电压，根据各光伏节点电压的评估情况，制定功率补偿方法，以将电压调至正常范围，所述功率补偿方法包括无功补偿方法及有功削减方法，且无功补偿方法及有功削减方法相配合将电压调至正常范围；

S3：根据无功补偿方法及有功削减方法，确定通信时延下的预测补偿方案，所述预测补偿方案包括如下步骤：

S31：预测各光伏节点的输出有功功率，并评估有功功率在通信时延范围内的变化幅度；

S32：根据各光伏节点电压对光伏输出无功灵敏度及有功灵敏度，求得步骤S2中的无功补偿方法及有功削减方法对通信时延的容忍范围。

2.根据权利要求1所述的一种配电网光伏电压协调控制方法，其特征在于：所述步骤S1中确定各光伏节点的电压灵敏度包括如下步骤：

S11：确定光伏节点电压与注入电流的方程；

假设有N个光伏节点，已知第一个光伏节点，且其它节点均视为PQ节点，根据光伏配电网的网络结构及线路参数，确定节点阻抗矩阵，并各节点注入电流与电压的方程为：

式中，I_k＝(S_k/V_k)^*＝((P_k+jQ_k)/V_k)^*是第k个节点的注入电流，S_k＝P_k+jQ_k是第k个节点的注入功率，V_k是第k个节点的电压，V_n是第1个节点的电压或参考电压，η₂₁,…η_k1,...η_N1是一系列常数增益，R_km+jX_km是第k个节点与第m个节点间的线路阻抗；

S12：确定光伏节点电压变化与注入功率变化的方程；

各光伏节点注入功率与节点电压间的关系如下：

式中，是第k个节点电压对第m个节点输出无功的灵敏度，是第k个节点电压对第m个节点输出有功的灵敏度；

S13：根据步骤S11及步骤S12确定各光伏节点的无功灵敏度及有功的灵敏度。

3.根据权利要求2所述的一种配电网光伏电压协调控制方法，其特征在于：所述步骤S13中各光伏节点电压对光伏输出的无功灵敏度的方法包括如下步骤：

首先，假设除了第k个节点，其它节点注入电流均为零，则由(1)可得：

令V_ηk＝η_k1V_n，展开(3)可得：

式中，上标^re代表该变量实部，上标^im代表该变量虚部；

Δf^*(j)＝f^*(j)-f^*(j-1)＝-Δf(j) (5)

然后，分别对式(4)中无功求偏导数，可得第k个节点电压对第k个节点输出无功的灵敏度及第k个节点电压对第m个节点输出无功的灵敏度：

式中，

其中，上标^re和^im分别代表实部和虚部，V_k和V_m是分别是第k个节点和第m个节点的电压，V_ηk＝η_k1V_n，η_k1是常数，V_n是参考电压，Q_k和Q_m分别是第k个节点和第m个节点的输出无功，R_km+jX_km是第k个节点与第m个节点间的线路阻抗。

4.根据权利要求3所述的一种配电网光伏电压协调控制方法，其特征在于：所述步骤S13中各光伏节点电压对光伏输出的有功灵敏度的方法包括：

分别对(4)式中有功求偏导数，可得第k个节点电压对第k个节点输出有功的灵敏度及第k个节点电压对第m个节点输出有功的灵敏度：

式中，

式中，其中，上标^re和^im分别代表实部和虚部，V_k和V_m是分别是第k个节点和第m个节点的电压，V_ηk＝η_k1V_n，η_k1是常数，V_n是参考电压，P_k和P_m分别是第k个节点和第m个节点的输出有功，R_km+jX_km是第k个节点与第m个节点间的线路阻抗。

5.根据权利要求1所述的一种配电网光伏电压协调控制方法，其特征在于：所述步骤S2中评估各光伏节点电压的电压指标为：各节点电压的可允许偏差的范围为5％-10％。

6.根据权利要求5所述的一种配电网光伏电压协调控制方法，其特征在于：所述各节点电压的可允许偏差范围为5％，且第k个节点电压的评估方程如下：

式中，ΔV_k是节点电压偏差，ε是光伏节点电压评估指标。

7.根据权利要求1所述的一种配电网光伏电压协调控制方法，其特征在于：所述步骤S2中的无功补偿方法包括如下步骤：

S211，将具有最大电压偏差的光伏节点作为控制对象，假设第k个节点的电压偏差最大，该节点相邻光伏节点的受控功率必须满足以下约束：

式中，ΔQ_i和ΔP_i是相邻光伏节点的受控功率，Q_i和P_i是相邻光伏的输出功率，Q_i ^load和P_i ^load是相邻光伏的局部负荷需求功率，和是第k个节点与相邻光伏节点间的功率损耗，第h个节点是距离第k个节点最远的相邻节点；

S212，选择距离第k个节点最近的受控光伏为其提供无功补偿，判断第k个节点电压是否满足

或

S213，当第k个节点电压满足(14)或(15)，受控光伏的无功补偿将第k个节点的电压调至正常范围，当第k个节点电压不满足(14)和(15)，受控光伏将执行有功消减方法。

8.根据权利要求7所述的一种配电网光伏电压协调控制方法，其特征在于：所述步骤S2中的有功削减方法包括如下步骤：

S221，将具有最大电压偏差的光伏节点作为控制对象，假设第k个节点的电压偏差最大，第k个节点最近的受控光伏的剩余无功在其有功控制时将发生变化，且具体变化值如下：

式中，P_Fmin是光伏最小可控有功时的功率因数；只要有足够的视在功率来补偿第k个节点的电压，受控光伏的可控有功就被最小化，这样可为负荷提供最大的有功功率；

S222，当最近的受控光伏的剩余有功足以补偿第k个节点电压时，第k个节点电压将满足

受控光伏的有功补偿将第k个节点的电压调至正常范围；

S223，当所有的受控光伏的剩余有功足以补偿第k个节点电压时，第k个节点电压将满足

受控光伏的有功补偿将第k个节点的电压调至正常范围。

9.根据权利要求1所述的一种配电网光伏电压协调控制方法，其特征在于：所述步骤S31中有功功率在通信时延范围内的变化幅度为

10.根据权利要求1所述的一种配电网光伏电压协调控制方法，其特征在于：所述步骤S32中无功补偿方法及有功削减方法对通信时延的容忍范围为

其中，在一段时间内第k个光伏输出有功波动为该时间段为可允许的通信时延范围