CN110233482A - 一种基于功率电压灵敏度分析的有源配电网电压控制方法 - Google Patents

一种基于功率电压灵敏度分析的有源配电网电压控制方法 Download PDF

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CN110233482A CN201811520448.0A CN201811520448A CN110233482A CN 110233482 A CN110233482 A CN 110233482A CN 201811520448 A CN201811520448 A CN 201811520448A CN 110233482 A CN110233482 A CN 110233482A
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Abstract

本发明公开了一种基于功率电压灵敏度分析的有源配电网电压控制方法，包括步骤：1、获取配电网参数，建立配电网仿真模型，开展电压仿真分析；2、确定配电网内的主要节点作为电压控制对象；3、得到主要节点电压与子配电区有功‑无功功率的灵敏度矩阵；4、将主要节点电压控制区域分为：允许区间，运行区间及控制区间；5、通过对配电网内的主要节点电压及各功率控制设备(含分布式电源)进行监测，当主要节点的采样电压连续3次超出允许区间则根据灵敏度矩阵向各功率控制设备下发功率调节目标值，进行电压控制；6、各设备通过控制实现功率调整，从而将这些主要节点的电压控制在运行区间内。该方法简单实用，易实现。

Description

一种基于功率电压灵敏度分析的有源配电网电压控制方法
技术领域
本发明属于配电网自动电压控制领域，具体涉及一种基于功率电压灵敏度分析的有源配电网电压控制方法。
背景技术
配电网结构不同于输电网，R/X较大，有功功率和无功功率都极大的影响着电压。因此，在含有源配电网中，将有功和无功协调控制，才能有效提升电压控制能力。
现有的配电网AVC控制运行系统中，对分布式电源缺少优化调度手段，由于是以无源网的特点进行系统设计，其并不具备调度功能。在分布式电源渗透率较低时，不对分布式电源进行调度管理或仅利用单层优化控制技术，也可通过配电网自身的控制资源进行调节，平抑分布式电源接入后产生的不良影响。但随着渗透率的提高，传统单层优化控制技术无法实现对多分布式电源进行灵活、高效的利用，也无法满足大规模分布式电源接入配电网对于系统电压质量的要求。
另一方面，配电网中节点数众多，数据量相当庞大，因此需要通过提出更有效的优化控制手段，来提升有源配电网电压控制能力。
发明内容
发明目的：针对大量分布式电源接入配电网后产生的电压超标等安全运行隐患，本发明的目的是提供一种基于无功电压灵敏度分析的有源配电网电压控制方法，基于各控制设备有功、无功功率变化对节点电压影响的灵敏度分析结果，实现配电网中主要节点的电压优化控制。
为实现上述发明目的，本发明提供了一种基于无功电压灵敏度分析的有源配电网电压控制方法，所述方法包括下述步骤：
步骤1：获取配电网参数，建立配电网仿真模型，开展电压仿真分析；
步骤2：确定配电网内的主要节点作为电压控制对象；
步骤3：得到主要节点电压与子配电区有功-无功功率的灵敏度矩阵；
步骤4：将主要节点电压控制区域分为：允许区间，运行区间及控制区间；
步骤5：通过对配电网内的主要节点电压及各功率控制设备(含分布式电源)进行监测，当主要节点的采样电压连续3次超出允许区间则根据灵敏度矩阵向各功率控制设备下发功率调节目标值，进行电压控制。
步骤6：各设备通过控制实现功率调整，从而将这些主要节点的电压控制在运行区间内。
进一步地，所述步骤1中，配电网参数主要包括配电网网架结构、变压器参数、线路参数、电源参数、负荷参数、无功补偿设备参数，基于上述参数在DIgSILENT软件中建立所需进行电压控制的区域配电网仿真模型，对春、夏、秋、冬的工作日与节假日，晴天、多云、阴雨天不同组合下的运行场景，进行大量的电压仿真分析。
进一步地，所述步骤2中主要节点的选取，通常选择变电站母线、馈线末端节点为主要节点，此外，根据所述步骤1中的电压仿真分析结果挑选易出现电压质量问题的节点，每条馈线节点按电压合格率由低至高进行排序，按顺序选取1～2个节点作为主要节点。
进一步地，步骤3中，每次改变各节点的PLi，QLi的值，节点电压Ui也会随之改变，即：
将式(1)进行泰勒级数展开，略去PLi，QLi的高次方，可得矩阵方程：
式(2)为节点电压的灵敏度矩阵，经简化后其表达式为
[ΔU]＝[sP][ΔP]+[sQ][ΔQ]···············(3)
计算每个节点的有功和无功的改变量，通过式(3)就可以获得各个节点电压的改变，即
基于步骤1中所述的配电网仿真模型，解耦计算各功率控制设备有功功率及无功功率变化引起节点电压的变化值，经过大量增量仿真计算，建立各节点功率与节点电压之间的灵敏度矩阵，将其应用到电压控制中。
进一步地，步骤4中，将电压控制区域分为：允许区间，运行区间及控制区间。Umax和Umin分别为节点电压上下限，Umax‘和Umin‘分别为节点电压上上限及下下限值。Umax‘和Umin‘之间的区域定义为允许区间，Umax和Umin之间的区域定义为控制区域，为了避免电压在门槛值附近时的频繁动作，上上限值与上限值之间、下下限值与下限值之间的差值所覆盖的区域为控制区间。
进一步地，步骤5中，当电压超过上上限值时，根据灵敏度矩阵及各功率控制设备的运行信息，选择灵敏度系数较大的设备并计算该设备的有功/无功功率调节量，从而将电压控制在Umax值之下；同理当电压越过下下限值，根据灵敏度矩阵及各功率控制设备的运行信息，选择灵敏度系数较大的设备并计算该设备的有功/无功功率调节量，将电压控制在Umin值之上。
当节点电压超出上上限值及下下限值式，有功及无功功率调节量如下式：
有益效果
与现有技术比，本发明的有益效果为：
1)本发明提出了一种基于无功电压灵敏度分析的有源配电网电压控制方法，电压灵敏度矩阵可以作为常数矩阵写入控制系统中，简单实用，易实现。
2)将主要节点作为电压控制的对象，减少配电网AVC计算的数据量，可有效提高计算效率。
3)本发明所提出的电压控制方法为区间控制，控制精度要求不高，满足配电网对电压的要求同时可适应配电网信息采集准备度不高或延时等问题。
附图说明
图1是本发明的电压控制区域划分图；
图2是本发明的电压控制流程图；
图3是本发明实施例中配电网DIgSILENT仿真模型；
图4是本发明实施例中过电压控制中各设备的功率控制图；
图5是本发明实施例中过电压控制效果图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。图1是本发明的电压控制区域划分图。
图3为某一区域内的配电网DIgSILENT仿真模型，本发明提供了一种基于无功电压灵敏度分析的有源配电网电压控制方法，所述方法包括下述步骤：
步骤1：对配电网进行DIgSILENT建模并进行电压仿真分析，如图3所示；
步骤2：确定配电网内无功电压控制的主要节点，本实例中将AC400V母线作为主要节点，如图3所示；
步骤3：基于图3所示的配电网模型解耦计算各功率控制设备有功功率及无功功率变化引起节点电压的变化值。
节点功率增加100kW电压灵敏度分析结果如表1所示。
表1电压灵敏度分析结果(一)
节点电压 1 2 3 4 5 6
原始 1.0163 1.0058 1.0095 0.9975 0.9976 0.9988
3 1.017 1.0068 1.0201 0.9985 0.9986 0.9998
4 1.0171 1.0069 1.0106 1.0054 0.9987 0.9999
5 1.0171 1.0069 1.0105 0.9986 1.0038 0.9999
6 1.0171 1.0069 1.0105 0.9986 0.9987 1.0033
节点有功功率减少100kW电压灵敏度分析结果如表2所示。
表2电压灵敏度分析结果(二)
节点电压 1 2 3 4 5 6
原始 1.0163 1.0058 1.0094 0.9975 0.9976 0.9988
3 1.0155 1.0047 0.9984 0.9964 0.9965 0.9977
4 1.0154 1.0046 1.0083 0.9895 0.9964 0.9976
5 1.0154 1.0046 1.0083 0.9963 0.9913 0.9976
6 1.0154 1.0046 1.0083 0.9963 0.9964 0.9942
节点无功功率增加100kVar电压灵敏度分析结果如表3所示。
表3电压灵敏度分析结果(三)
节点电压 1 2 3 4 5 6
原始 1.0163 1.0058 1.0094 0.9975 0.9976 0.9988
2 1.0167 1.0087 1.0123 1.0004 1.0005 1.0017
3 1.0167 1.0086 1.0174 1.0004 1.0004 1.0016
4 1.0167 1.0086 1.0123 1.0039 1.0004 1.0016
5 1.0167 1.0086 1.0123 1.0004 1.0031 1.0016
6 1.0167 1.0086 1.0123 1.0004 1.0004 1.0034
节点无功功率减少100kVar电压灵敏度分析结果如表4所示。
表4电压灵敏度分析结果(四)
节点电压 1 2 3 4 5 6
原始 1.0163 1.0058 1.0094 0.9975 0.9976 0.9988
2 1.0158 1.0029 1.0066 0.9946 0.9947 0.9959
3 1.0158 1.0028 1.0011 0.9945 0.9946 0.9958
4 1.0158 1.0029 1.0066 0.991 0.9946 0.9959
5 1.0158 1.0029 1.0066 0.9946 0.992 0.9959
6 1.0158 1.0029 1.0066 0.9946 0.9947 0.9941
得到主要节点电压与子配电区有功-无功功率的灵敏度矩阵，由下式表示：
步骤4：将主要节点电压控制区域分为：允许区间，运行区间及控制区间，如图1所示；
允许区间，运行区间及控制区间。Umax和Umin分别为节点电压上下限，Umax‘和Umin‘分别为节点电压上上限及下下限值。Umax‘和Umin‘之间的区域定义为允许区间，Umax和Umin之间的区域定义为控制区域，为了避免电压在门槛值附近时的频繁动作，上上限值与上限值之间、下下限值与下限值之间的差值所覆盖的区域为控制区间。
本实例中各参数设置如下：Umax＝1.042，Umax‘＝1.048，Umin＝1.0，Umin‘＝0.99，均为标幺值。
步骤5：通过对配电网内的主要节点电压及各功率控制设备(含分布式电源)进行监测，当主要节点的采样电压连续3次超出允许区间则根据灵敏度矩阵向各功率控制设备下发功率调节目标值，进行电压控制。
本实例中功率控制设备包含SVG一套、300kW储能1套，100kW储能1套，50kW储能1套。
本实例中设置电网运行于高电压状态，初始电压值大约为1.049p.u.，5s时分层运行控制系统投入，10s时部分负荷突然切出，导致电压上升，20s时部分负荷切出，电压持续上升。当电压超过上限值1.042p.u.时，电压控制系统根据灵敏度矩阵及各设备上传的运行信息，计算各设备的有功/无功功率调节量。
步骤6：各设备通过控制实现功率调整，从而将这些主要节点的电压控制在运行区间内。本实例中，各设备的控制量如图4所示，控制结果如图5所示。

Claims (6)

1.一种基于无功电压灵敏度分析的有源配电网电压控制方法，其特征在于，包括下述步骤：
步骤1、获取配电网参数，建立配电网仿真模型，开展电压仿真分析；
步骤2、确定配电网内的主要节点作为电压控制对象；
步骤3、得到主要节点电压与子配电区有功-无功功率的灵敏度矩阵；
步骤4、将主要节点电压控制区域分为：允许区间，运行区间及控制区间；
步骤5、通过对配电网内的主要节点电压及各功率控制设备，含分布式电源，进行监测，当主要节点的采样电压连续3次超出允许区间则根据灵敏度矩阵向各功率控制设备下发功率调节目标值，进行电压控制；
步骤6、各设备通过控制实现功率调整，从而将这些主要节点的电压控制在运行区间内。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1中，配电网参数包括配电网网架结构、变压器参数、线路参数、电源参数、负荷参数、无功补偿设备参数，基于上述参数在DIgSILENT软件中建立所需进行电压控制的区域配电网仿真模型，对春、夏、秋、冬的工作日与节假日，晴天、多云、阴雨天不同组合下的运行场景，进行电压仿真分析。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2中主要节点的选取，通常选择变电站母线、馈线末端节点为主要节点，此外，根据所述步骤1中的电压仿真分析结果挑选易出现电压质量问题的节点，每条馈线节点按电压合格率由低至高进行排序，按顺序选取1～2个节点作为主要节点。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤3中，每次改变各节点的PLi，QLi的值，节点电压Ui也会随之改变，即：
将式(1)进行泰勒级数展开，略去PLi，QLi的高次方，可得矩阵方程：
式(2)为节点电压的灵敏度矩阵，经简化后其表达式为
[ΔU]＝[sP][ΔP]+[sQ][ΔQ]···············(3)
计算每个节点的有功和无功的改变量，通过式(3)就可以获得各个节点电压的改变，即
基于步骤1中所述的配电网仿真模型，解耦计算各功率控制设备有功功率及无功功率变化引起节点电压的变化值，经过大量增量仿真计算，建立各节点功率与节点电压之间的灵敏度矩阵，将其应用到电压控制中。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤4中，将电压控制区域分为：允许区间，运行区间及控制区间；Umax和Umin分别为节点电压上下限，Umax‘和Umin‘分别为节点电压上上限及下下限值；Umax‘和Umin‘之间的区域定义为允许区间，Umax和Umin之间的区域定义为控制区域，为了避免电压在门槛值附近时的频繁动作，上上限值与上限值之间、下下限值与下限值之间的差值所覆盖的区域为控制区间。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤5中，当电压超过上上限值时，根据灵敏度矩阵及各功率控制设备的运行信息，选择灵敏度系数较大的设备并计算该设备的有功/无功功率调节量，从而将电压控制在Umax值之下；同理当电压越过下下限值，根据灵敏度矩阵及各功率控制设备的运行信息，选择灵敏度系数较大的设备并计算该设备的有功/无功功率调节量，将电压控制在Umin值之上；
当节点电压超出上上限值及下下限值式，有功及无功功率调节量如下式：
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