CN110311403A - 基于分布式光伏发电的低压配电网电压功率综合控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于分布式光伏发电的低压配电网电压功率综合控制方法，该方法基于控制系统实现，控制系统包括主控制器、线路调压器、监测表以及动态综合调节器；控制方法包括以下步骤：主控制器实时采集配电变压器低压侧、光伏发电接入点、线路调压器输入输出端以及各条线路末端的电气量；依次对线路调压器、动态综合调节器发出调节指令，初步将各点电压调节至合格范围内，然后动态综合调节器自主调节功率因数并平衡三相负荷。本发明实现了对低压配电网中电压、功率等参数的综合优化控制，使电网电压在符合规定范围内的基础上，不影响光伏有功输出，减小了线损，保证了低压配电网的经济、可靠运行。

Description

基于分布式光伏发电的低压配电网电压功率综合控制方法
技术领域
本发明涉及电网运行控制技术领域，尤其涉及一种用于有分布式光伏发电接入的低压配电网电压功率综合优化控制方法。
背景技术
低压配电网处于电网末端，具有单相负荷多、负荷波动大的特点，普遍存在着电压波动大、末端电压低、三相不平衡的问题；同时分布式光伏发电受天气影响，并网功率不确定性大，当分布式光伏发电接入低压配电网时，使得低压配电网在原本存在的末端低电压问题的基础上又出现了光伏接入点过电压问题，因此大量分布式光伏接入低压配电网引起的电压超标问题会变得更加严重和复杂，通过合理规划已经不能解决这种随机性问题，必须通过现场综合调节装置进行实时跟踪控制才可能有效解决。
目前，解决分布式光伏发电接入低压配电网电压超标的问题主要有以下途径：一是控制光伏逆变器的有功输出，这种办法减少了光伏发电量，会影响光伏投资商的收益，与投资初衷不符；二是在配电变压器后加装有载调压器，这种办法调节的是低压配电网的整体电压，由于低压配电线路上不同位置电压幅值不一样，调整低压配电网整体电压不能保证网上所有位置的电压都满足要求，并且有载调压器使用的有载开关不宜频繁动作，无法满足电网电压频繁波动的要求；三是采用无功补偿的方式，常见的无功补偿设备有电容器组、SVG或SVC，这种办法的不足首先是电容器组为有级调节，难以调整到最佳状态，其次电网无功过剩需要电抗器吸收无功时，电容器组不能满足要求，再次通过无功补偿调节电压时会影响电网的功率因数；四是分布式控制系统及控制策略，这种方式一定程度上弥补了以上三种方法的缺点，但仍然存在缺陷，例如：集中式有载调压方式没有得到改变；分布式控制系统的无功补偿装置多以电压为控制目标，未考虑调压的同时功率因数的变化；没有考虑对三相负荷不平衡度的控制；缺少对重要光伏接入点电压的监控，尤其是忽视了电网末端的低电压监控与调压等等。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供一种用于有分布式光伏发电接入到低压配电网中的电压功率综合优化控制方法。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下。
基于分布式光伏发电的低压配电网电压功率综合控制方法，所述低压配电网包括配电变压器以及连接在配电变压器低压侧的馈线线路，馈线线路上设置有光伏发电接入，馈线线路上连接有带负荷的分支线路；该方法基于低压配电网控制系统实现，所述低压配电网控制系统包括安装在配电变压器低压侧的主控制器、串接在馈线线路上的线路调压器、安装在分支线路末端的监测表以及安装在配电变压器低压侧和馈线线路上各光伏发电接入点的动态综合调节器；所述线路调压器安装在相邻的两个光伏发电接入点间或者光伏发电接入点与馈线线路末端三分之一处；所述主控制器通过无线网络分别与线路调压器、动态综合调压器以及监测表相互通信；
所述控制方法具体包括以下步骤：
A.主控制器通过无线网络实时采集配电变压器低压侧、光伏发电接入点、线路调压器输入输出端以及各条线路末端的电气量；
B.判断是否存在电压小于低电压启动值的监测点；如果有，选择此类监测点中距离变压器最近的监测点作为调节对象，向该监测点的上级线路调压器发出升压指令，直至该点电压大于低电压恢复值，该线路调压器以此档位运行，若已在最高电压档位输出，电压仍无法满足要求，则以最高电压档位运行；如果无，进行步骤C；
C.判断是否存在电压大于过电压启动值的监测点；如果有，选择此类监测点中距离变压器最近的监测点作为调节对象，向该监测点的上级线路调压器发出降压指令，直至该点电压小于过电压恢复值，该线路调压器以此档位运行，若已在最低电压档位输出，电压仍无法满足要求，则以最低电压档位运行；
D.主控制器根据各光伏发电接入点的电气量判断各光伏发电接入点的电压以及该接入点后段的负荷无功分量，并据此调节动态综合调节器的无功输出；
E.当动态综合调节器执行步骤D后，动态综合调节器仍有剩余容量，则计算监测点后线路段的负荷电流各序分量，得到不平衡补偿所需功率，然后判断不平衡补偿所需功率是否大于动态综合调节器无功补偿后的剩余容量，如不大于，则动态综合调节器按照计算得到的不平衡补偿所需功率向系统注入与负序电流I2、零序电流I0相反的电流，使该监测点配电网输出的电流只剩下正序电流，保持配电网输出三相平衡电流；若大于，则动态综合调节器按照无功补偿后的剩余容量补偿三相不平衡电流。
上述基于分布式光伏发电的低压配电网电压功率综合控制方法，步骤A和D中所述的电气量包括三相电压、三相电流、有功功率、无功功率和功率因数。
上述基于分布式光伏发电的低压配电网电压功率综合控制方法，步骤D中无功输出的方法为：
动态综合调节器实时监测光伏发电接入点的电压，若该光伏发电接入点的电压超过过电压启动值或低于低电压启动值，DTQ计算出将电压调整至恢复值范围内所需的无功容量并输出，若所需无功功率大于DTQ额定容量，则以额定容量输出；若该点电压小于过电压恢复值或大于低电压恢复值，则光伏发电接入点的电压正常，则动态综合调节器保持输出不变，计算该该光伏发电接入点后段的负荷功率因数，并判断功率因数是否大于设定值；
当实时功率因数小于设定值时，计算将功率因数提升至设定值所需的无功功率，并判断当前动态综合调节器是否正在输出无功功率，如果正在输出无功功率，则判断当前输出的无功功率与调整功率因数所需的无功功率性质是否相同，若动态综合调节器当前没有输出无功功率或者输出的无功功率与调整功率因数所需的无功功率性质相同，则进一步判断所需无功功率是否小于动态综合调节器的额定容量，若小于额定容量，则动态综合调节器按照调整功率因数所需的无功功率计算值输出相应无功功率，若大于额定容量，则动态综合调节器直接输出额定容量的无功功率；
若实时功率因数大于设定值，则返回步骤A。
由于采用了以上技术方案，本发明所取得技术进步如下。
本发明应用于具有分布式光伏发电接入的电压配电网中，用于对电压功率等参数进行综合优化控制，解决了低压配电网中由分布式光伏接入及负荷波动引起的电压越限问题，使电网电压在符合规定范围内的基础上，不影响光伏有功输出，同时兼顾了功率因数的控制和三相不平衡的控制，减小了线损，保证了低压配电网的经济、可靠运行。
本发明结合低压配电电网的多样性，控制方式采用柔性方式，控制系统各设备可在主控制器协调下独立工作，实际工程中可以按现场电网结构、负荷特征、运行数据对现场控制设备型号、数量、容量、安装位置等进行配置，在主控制器参数设置部分进行相应调整，不需修改控制软件，实现针对不同的低压配电网通过组态方式进行系统构建，增加了系统实用性及成本合理性。
附图说明
图1为本发明所述配电网控制系统的拓扑图；
图2为本发明的流程图。
其中：ZKZQ.主控制器，DTQ.动态综合调节器，TYQ.线路调压器，YJC.监测表，FH.系统负荷，PB.配电变压器，DG.分布式光伏；
1.台区低压侧线路首端，2.光伏发电接入点，3.线路调压器接入点，4.分支线路末端。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施例对本发明进行进一步详细说明。
一种基于分布式光伏发电的低压配电网电压功率综合控制方法，本发明中的低压配电网包括安装在台区低压侧线路首端1的配电变压器PB以及连接在配电变压器低压侧的馈线线路，馈线线路上设置有若干光伏发电接入点2，馈线线路上连接有若干带负荷的分支线路，如图1所示。
本发明所述的综合控制方法基于低压配电网控制系统实现，低压配电网控制系统包括主控制器ZKZQ、线路调压器TYQ、若干监测表以及若干动态综合调节器DTQ，动态综合调节器DTQ的数量比光伏发电接入点的数量多1个；其中主控制器ZKZQ安装在配电变压器低压侧，线路调压器TYQ安装在相邻的两个光伏发电接入点间或者光伏发电接入点与馈线线路末端三分之一处，监测表连接在各条分支线路末端4，动态综合调节器DTQ安装在配电变压器低压侧和馈线线路上各光伏发电接入点。所述主控制器通过无线网络分别与线路调压器、动态综合调压器以及监测表相互通信。
上述主控制器通过无线网络实时采集低压配电网各重要节点的数据，并对采集的实时数据进行运算，根据计算结果向线路调压器TYQ和各动态综合调节器DTQ发出指令，调整其运行模式。动态综合调节器将采集的光伏发电接入点的电气量发送给主控制器，并根据主控制器的指令输出相应的无功及负序、零序电流。线路调压器采集调压器输入输出端的电气量发送给主控制器，并根据主控制器的指令运行在相应档位。监测表采集分支线路末端的电流、电压、有功、无功、功率因数等电气量，并发送给主控制器，作为主控制器计算的依据参与计算。
本发明中控制方法的流程图如图2所示，具体包括以下步骤。
A.主控制器通过无线网络实时采集配电变压器低压侧、光伏发电接入点、线路调压器输入输出端以及各条线路末端等重要节点的电气量。
其中，配电变压器低压侧的电气量包括配电变压器低压侧的三相电压、三相电流、有功功率、无功功率、功率因数等，分别用Ua1、Ub1、Uc1、Ia1、Ib1、Ic1、P1、Q1、表示。
光伏发电接入点的电气量包括光伏发电接入点的三相电压、三相电流、有功功率、无功功率、功率因数，分别用Ua2i、Ub2i、Uc2i、Ia2i、Ib2i、Ic2i、P2i、Q2i、表示，其中i为第i个光伏发电接入点。
线路调压器的电气量包括线路调压器输入输出端的三相电压、三相电流、有功功率、无功功率、功率因数，分别用Ua3ji/Ua3jo、Ub3ji/Ub3jo、Uc3ji/Uc3jo、Ia3ji/Ia3jo、Ib3ji/Ib3jo、Ic3ji/Ic3jo、P3ji/P3jo、Q3ji/Q3jo、表示，其中j为第j个线路调压器。
分支线路末端的电气量包括电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数，分别用U4k、I4k、P4k、Q4k、表示，其中k为第k个线路末端。
B.主控制器根据步骤A采集的各电气量的值，判断是否存在电压小于低电压启动值的监测点；如果有电压小于低电压启动值的监测点，选择此类监测点中距离变压器最近的监测点作为调节对象，向该监测点的上级线路调压器TYQ发出升压指令，直至该点电压大于低电压恢复值，该线路调压器TYQ以此档位运行，若已在最高电压档位输出，电压仍无法满足要求，则以最高电压档位运行；如果无电压小于低电压启动值的监测点，进行步骤C。
C.判断是否存在电压大于过电压启动值的监测点；如果有，选择此类监测点中距离变压器最近的监测点作为调节对象，向该监测点的上级线路调压器TYQ发出降压指令，直至该点电压小于过电压恢复值，该线路调压器TYQ以此档位运行，若已在最低电压档位输出，电压仍无法满足要求，则以最低电压档位运行。
D.主控制器根据各光伏发电接入点的电气量判断各光伏发电接入点的电压以及该接入点后段的负荷无功分量，并据此调节动态综合调节器DTQ的无功输出。
动态综合调节器DTQ实时监测光伏发电接入点的电压，若该光伏发电接入点的电压超过过电压启动值或低于低电压启动值，动态综合调节器DTQ计算出将电压调整至恢复值范围内所需的无功容量并输出，若所需无功功率大于动态综合调节器DTQ额定容量，则以额定容量输出。
若该点电压小于过电压恢复值且大于低电压恢复值，则光伏发电接入点的电压正常，则动态综合调节器DTQ保持输出不变，计算该该光伏发电接入点后段的负荷功率因数，并判断功率因数是否大于设定值。
当实时功率因数小于设定值时，计算将功率因数提升至设定值所需的无功功率，并判断当前动态综合调节器DTQ是否正在输出无功功率，如果正在输出无功功率，则判断当前输出的无功功率与调整功率因数所需的无功功率性质是否相同，若动态综合调节器DTQ当前没有输出无功功率或者输出的无功功率与调整功率因数所需的无功功率性质相同，则进一步判断所需无功功率是否小于动态综合调节器DTQ的额定容量，若小于额定容量，则动态综合调节器DTQ按照调整功率因数所需的无功功率计算值输出相应无功功率，若大于额定容量，则动态综合调节器DTQ直接输出额定容量的无功功率。
若实时功率因数大于设定值，则返回步骤A。
E.当动态综合调节器DTQ执行步骤D后，动态综合调节器DTQ若仍有剩余容量，则计算监测点后线路段的负荷电流各序分量，得到不平衡补偿所需的功率，然后判断不平衡补偿所需功率是否大于动态综合调节器DTQ无功补偿后的剩余容量，如不大于，则动态综合调节器DTQ按照计算得到的不平衡补偿所需功率向系统注入与负序电流I2、零序电流I0相反的电流，使该监测点配电网输出的电流只剩下正序电流，保持配电网输出三相平衡电流；若大于，则动态综合调节器DTQ按照无功补偿后的剩余容量补偿三相不平衡电流。
经过本发明所述的方法对低压配电网的电压、功率因数以及不平衡电流进行综合调控，从而使低压配电网中的各监测点电压始终处于合格范围内，各光伏发电接入点的功率因数也达到了系统要求的范围内，还使电网的三相负荷达到平衡，减小了线损，保证了低压配电网的经济可靠运行。

Claims (3)

1.基于分布式光伏发电的低压配电网电压功率综合控制方法，所述低压配电网包括配电变压器(PB)以及连接在配电变压器低压侧的馈线线路，馈线线路上设置有若干光伏发电接入点(2)，馈线线路上连接有若干带负荷的分支线路；其特征在于，该方法基于低压配电网控制系统实现，所述低压配电网控制系统包括安装在配电变压器低压侧的主控制器(ZKZQ)、串接在馈线线路上的线路调压器(TYQ)、安装在分支线路末端的监测表以及安装在配电变压器低压侧和馈线线路上各光伏发电接入点的动态综合调节器(DTQ)；所述线路调压器安装在相邻的两个光伏发电接入点间或者光伏发电接入点与馈线线路末端三分之一处；所述主控制器通过无线网络分别与线路调压器、动态综合调压器以及监测表相互通信；
所述控制方法具体包括以下步骤：
A.主控制器通过无线网络实时采集配电变压器低压侧、光伏发电接入点、线路调压器输入输出端以及各条线路末端的电气量；
B.判断是否存在电压小于低电压启动值的监测点；如果有，选择此类监测点中距离变压器最近的监测点作为调节对象，向该监测点的上级线路调压器(TYQ)发出升压指令，直至该点电压大于低电压恢复值，该线路调压器(TYQ)以此档位运行，若已在最高电压档位输出，电压仍无法满足要求，则以最高电压档位运行；如果无，进行步骤C；
C.判断是否存在电压大于过电压启动值的监测点；如果有，选择此类监测点中距离变压器最近的监测点作为调节对象，向该监测点的上级线路调压器(TYQ)发出降压指令，直至该点电压小于过电压恢复值，该线路调压器(TYQ)以此档位运行，若已在最低电压档位输出，电压仍无法满足要求，则以最低电压档位运行；
D.主控制器根据各光伏发电接入点的电气量判断各光伏发电接入点的电压以及该接入点后段的负荷无功分量，并据此调节动态综合调节器(DTQ)的无功输出；
E.当动态综合调节器(DTQ)执行步骤D后，动态综合调节器(DTQ)仍有剩余容量，则计算监测点后线路段的负荷电流各序分量，得到不平衡补偿所需功率，然后判断不平衡补偿所需功率是否大于动态综合调节器(DTQ)无功补偿后的剩余容量，如不大于，则动态综合调节器(DTQ)按照计算得到的不平衡补偿所需功率向系统注入与负序电流I2、零序电流I0相反的电流，使该监测点配电网输出的电流只剩下正序电流，保持配电网输出三相平衡电流；若大于，则动态综合调节器(DTQ)按照无功补偿后的剩余容量补偿三相不平衡电流。
2.根据权利要求1所述的基于分布式光伏发电的低压配电网电压功率综合控制方法，其特征在于，步骤A和D中所述的电气量包括三相电压、三相电流、有功功率、无功功率和功率因数。
3.根据权利要求2所述的基于分布式光伏发电的低压配电网电压功率综合控制方法，其特征在于，步骤D中无功输出的方法为：
动态综合调节器(DTQ)实时监测光伏发电接入点的电压，若该光伏发电接入点电压超过过电压启动值或低于低电压启动值，动态综合调节器(DTQ)计算出将电压调整至恢复值范围内所需的无功容量并输出，若所需无功功率大于动态综合调节器(DTQ)额定容量，则以额定容量输出；若该光伏发电接入点电压小于过电压恢复值或大于低电压恢复值，则该光伏发电接入点电压正常，则动态综合调节器(DTQ)保持输出不变，计算该该光伏发电接入点后段的负荷功率因数，并判断功率因数是否大于设定值；
当实时功率因数小于设定值时，计算将功率因数提升至设定值所需的无功功率，并判断当前动态综合调节器(DTQ)是否正在输出无功功率，如果正在输出无功功率，则判断当前输出的无功功率与调整功率因数所需的无功功率性质是否相同，若动态综合调节器(DTQ)当前没有输出无功功率或者输出的无功功率与调整功率因数所需的无功功率性质相同，则进一步判断所需无功功率是否小于动态综合调节器(DTQ)的额定容量，若小于额定容量，则动态综合调节器(DTQ)按照调整功率因数所需的无功功率计算值输出相应无功功率，若大于额定容量，则动态综合调节器(DTQ)直接输出额定容量的无功功率；
若实时功率因数大于设定值，则返回步骤A。
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