CN110571801B - 变压器分接开关与分布式电源协调控制的低电压治理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种变压器分接开关与分布式电源协调控制的低电压治理方法，属于低电压治理技术领域。本发明通过变电站电压控制与分布式电源的无功功率和有功功率控制相结合的方法，实现对配电网低电压的治理。首先通过改变主变压器分接开关的位置，实现对电网低电压的粗略调节。进一步，通过改变线路中分布式电源的有功功率和无功功率，局部调节线路电压，实现对配电网电压的精确调节，起到平衡整个线路电压的作用。最后，再由恢复控制调整分布式电源的状态，优化其有功功率和无功功率，最大程度减小调压控制对分布式电源发电效率的影响。本发明不仅解决了配电网低电压的问题，还使分布式电源得到了充分地利用，降低了电网低电压治理的成本。

Description

变压器分接开关与分布式电源协调控制的低电压治理方法
技术领域
本发明属于低电压治理技术领域，具体涉及一种变压器分接开关与分布式电源协调控制的低电压治理方法。
背景技术
近年来，随着配网线路不断扩大以及用电负荷的大幅增长，一些单辐射、长距离供电的配网末端线路低电压问题日益突出，尤其是在用电负荷高峰期。随着电能消费者对供电稳定性与电能质量要求的日益提高，低电压问题已严重影响了部分地区正常的生产生活用电。目前治理低电压的方法主要通过调节变电站主变压器的分接开关来调整电压，该方法简单便捷，但线路首末端必须统一调节，首末端电压差别较大时不能保证整条线路的电压平衡；该方法不能完全兼顾整条线路的电压均衡问题，可能会出现首端或末端电压一端满足需求而另一端电压不能满足需求的情况，例如专利《一种低电压治理装置》。如果兼顾整条线路的电压平衡，需要采用网络加固等无源方法来实现，该方法需要增加额外的治理装置，提高了低电压的治理成本；例如专利《一种应用于低压配电网络的低电压治理装置》。因此如何克服现有技术的不足是目前低电压治理技术领域亟需解决的问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术的不足，提供一种变压器分接开关与分布式电源协调控制的低电压治理方法，该方法首先通过调节变压器分接开关先对低电压进行粗略调节，再利用分布式电源的有功和无功对线路进行局部调压，平衡整条线路的电压，达到对电压的精确控制，且无需额外增加配电网中的装置，易于推广应用。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种变压器分接开关与分布式电源协调控制的配电网低电压治理方法，包括基本控制步骤；所述的基本控制包括变电站电压调整、分布式电源的无功功率控制和分布式电源的有功功率控制；
变电站电压调整具体包括如下步骤：
(1.1)若配电网最低电压超出用户需求范围，则变电站主变压器的分接开关运行，判断线路电压是否超过其自身极限，若是，则转步骤(2.1)；若否，则转步骤(1.2)；
(1.2)确定所需要操作的分接开关数量后，由式Uset＝(Uimag-Ureal)/k计算出新的电压设定值来启动分接开关，式中Uset为设定值，Uimag为理想电压，Ureal为实际电压(以下Uimag，Ureal均为此含义)，k为不同档位的电压差值，判断新的电压设定值是否在允许操作的范围内；若是，则将计算得到的新的电压设定值作为变电站主变压器分接开关的自动电压控制继电器的电压设定值，实现对变电站电压的控制；若否，则转步骤(2.1)；
分布式电源的无功功率控制具体包括如下步骤：
(2.1)确定线路上的最高和最低电压位置和所有分布式电源之间的电压灵敏度；之后，检查是否有电压灵敏度值大于零的分布式电源电压超过其自身限定值；若是，则转步骤(2.2)；若否，则转步骤(2.3)；
(2.2)选择灵敏度值最高的分布式电源，由式Q＝(Uimag-Ureal)2/X计算该分布式电源新的无功功率设定值，式中X为线路的电纳，并将计算结果作为其无功功率设定值，实现对分布式电源的无功控制；
(2.3)判断改变无功功率控制的节点是否能实现线路电压控制；若是，则转步骤(2.4)；若否，则转步骤(3.1)；
(2.4)检查是否有电压灵敏度值大于零的分布式电源；若是，则转步骤(2.2)；若否，则转步骤(3.1)；
分布式电源的有功功率控制具体包括如下步骤：
(3.1)确定线路上的最高和最低电压位置和所有分布式电源之间的电压灵敏度；之后，检查是否有电压灵敏度值大于零的分布式电源电压超过其自身限定值；若是，则转步骤(3.2)；若否，则转步骤(3.3)；
(3.2)选择灵敏度值最高的分布式电源，由式
Figure BDA0002199516140000021
计算该分布式电源新的有功功率设定值，式中R为线路的电抗，并将计算结果作为其有功功率设定值，实现对分布式电源的有功控制；
(3.3)判断改变有功功率控制的节点是否能实现线路电压控制；若是，则转步骤(3.4)；若否，则结束电压调压控制；
(3.4)检查是否有电压灵敏度值大于零的分布式电源电压；若是，则转步骤(3.2)；若否，则结束电压调压控制。
进一步，优选的是，还包括恢复控制步骤，所述的恢复控制包括储能装置的有功功率控制和无功功率控制；
有功功率控制具体包括如下步骤：
(a1)判断基本控制步骤中是否削弱了某些分布式电源的有功功率，若是，则转步骤(a2)；若否，则转步骤(a4)；
(a2)判断基本控制后线路的最高电压是否越限，若是，则转步骤(a3)；若否，则转步骤(a4)；
(a3)确定基本控制后线路的最高电压和所有储能电源之间的电压灵敏度，选择灵敏度值最低的储能电源，由式
Figure BDA0002199516140000031
计算该储能电源新的有功功率设定值，式中UR为分布式电源的输出电压，δ为储能电源输出电压与电网电压相位差值，X为储能电源自身的阻抗(以下UR，δ，X均是)，并将计算结果作为其有功功率设定值，实现对储能电源有功功率的控制；
(a4)判断基本控制步骤中是否增加了某些分布式电源的有功功率，若是，则转步骤(a5)；若否，则转步骤(b1)；
(a5)判断基本控制后线路的最低电压是否满足需求，若是，则转步骤(a6)；若否，则转步骤(b1)；
(a6)确定基本控制后线路的最低电压和所有储能电源之间的电压灵敏度，选择灵敏度值最低的分布式电源，由式
Figure BDA0002199516140000032
计算该储能电源新的有功功率设定值，并将计算结果作为其有功功率设定值，实现对储能电源有功功率的控制；
无功功率控制具体包括如下步骤：
(b1)判断基本控制步骤中是否削弱了某些分布式电源的无功功率，若是，则转步骤(b2)；若否，则转步骤(b4)；
(b2)判断基本控制后线路的最高电压是否越限，若是，则转步骤(b3)；若否，则转步骤(b4)；
(b3)确定基本控制后线路的最高电压和所有储能电源之间的电压灵敏度，选择灵敏度值最低的储能电源，由式
Figure BDA0002199516140000033
计算该储能电源新的无功功率设定值，并将计算结果作为其有功功率设定值，实现对储能电源无功功率的控制；
(b4)判断基本控制步骤中是否增加了某些分布式电源的无功功率，若是，则转步骤(b5)；若否，则结束恢复控制；
(b5)判断基本控制后线路的最低电压是否满足需求，若是，则转步骤(b6)；若否，则结束恢复控制；
(b6)确定基本控制后线路的最低电压和所有受控分布式电源之间的电压灵敏度，选择灵敏度值最低的储能电源，由式
Figure BDA0002199516140000041
计算该储能电源新的无功功率设定值，并将计算结果作为其无功功率设定值，实现对储能电源无功功率的控制。
基于现有低电压治理方法存在的缺点和不足，本发明公开了一种变压器分接开关与分布式电源协调控制的低电压治理方法，充分利用配电网现有的分布式电源，实现低电压的治理。首先，通过改变主变压器分接开关的自动电压控制(AVC)继电器的电压设定值来调整变电站的电压，实现对电网电压的粗略调节，使电压接近电力用户的需求。再考虑到很多地区的输电线路较长，只改变变压器的分接开关不能满足对整条线路电压的精确控制，可能会造成首端或末端电压满足需求而另一端电压还不能满足需求。进一步，控制分布式电源的有功功率和无功功率，通过改变线路中分布式电源的有功功率和无功功率，局部调节线路电压，实现对配电网电压的精确调节，起到平衡整个线路电压的作用。最后，再由恢复控制调整分布式电源的状态，优化其有功功率和无功功率，最大程度减小调压控制对分布式电源发电效率的影响，本发明基本方案流程图如图1所示，原理图如图2所示。
本发明与现有技术相比，其有益效果为：
本发明专利提出了一种通过变电站电压控制与分布式电源的无功功率和有功功率控制相结合的方法，实现对电网低电压的治理。在不改变电网结构的情况下，不仅解决了配电网低电压的问题，还使分布式电源得到了充分地利用，降低了电网低电压治理的成本。
具体如下：
1、为了解决电网的低电压问题，通过对分布式电源有功功率和无功功率的控制实现对配电网低电压的治理；
2、配电网的分布式电源得到了充分地利用，治理低电压不需要增加动态电压调压器、无功补偿器等额外的治理装置，降低了低电压治理的成本；
3、恢复控制使分布式电源的有功功率和无功功率最大可能保持在原始值状态，在完成低电压治理的情况下，最大程度减小调压控制对分布式电源发电效率的影响，发电效率可提升5％，使分布式电源的效益最大化。
附图说明
图1为本发明方法的流程图；
图2为本发明原理图；
图3为本发明方法中基本控制步骤的流程图；
图4为本发明方法中恢复控制步骤的流程图；
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述。
本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用材料或设备未注明生产厂商者，均为可以通过购买获得的常规产品。
本发明通过变电站电压调整控制与分布式电源的无功功率和有功功率控制相结合的方法，协同控制达到治理低电压的目的。该低电压治理方法包括基本控制步骤和恢复控制步骤；基本控制包括变电站电压调整、分布式电源的无功功率控制和有功功率控制，恢复控制由分布式电源的无功功率和有功功率控制完成。基本控制使配电网低电压恢复至额定值，恢复控制调整分布式电源的状态，优化其有功功率和无功功率，最大程度减小调压控制对分布式电源发电效率的影响。
(1)基本控制
基本控制的流程图如图3所示，基本控制的目的是使配电网电压保持在电力用户需求的额定范围之内。基本控制包括变电站电压调整、分布式电源的无功功率控制和有功功率控制；
变电站电压调整主要实现对电压的粗略调节，使低电压恢复到电力用户所需求的范围；而分布式电源的有功和无功控制，是在前者的基础上实现对电压的精确调节，使线路电压全局均衡。首先，变电站基本电压控制决定了变电站电压是否应该调整，在此基础上确定分接开关的操作次数，并计算新的AVC继电器设定值。最后，将新的设定值给AVC继电器，通过对变电站分接开关的调整，实现对电网低电压的治理。
由于部分偏远山区输电线路较长，仅仅通过变电站电压控制还无法达到对整条线路电压的均衡控制，可能会出现局部电压过低的现象，此时则启动对分布式电源有功和无功的控制。该控制首先根据网络节点电流的有功和无功分量制定了电压灵敏度指标，然后确定最高电压和最低电压位置与所有可控无功分布式电源之间的电压灵敏度，再选择灵敏度值最高的分布式电源，计算新的无功设定值。通过这种方式，控制的无功功率是最小的。若没有任何分布式电源影响电压超过其极限值，即所有灵敏度为零或所有分布式电源已处于极限，该方法将会检查改变电压控制的节点是否能实现线路电压控制，从而使超过其极限的电压恢复到可接受的水平。如果变电站电压调整和分布式电源的无功功率控制还不能使电压恢复到可接受范围内，则启动分布式电源的有功功率控制，分布式电源的无功功率控制与分布式电源的有功功率控制非常相似，如图3所示。
其中，所述的基本控制具体如下：
包括变电站电压调整、分布式电源的无功功率控制和分布式电源的有功功率控制；
变电站电压调整具体包括如下步骤：
(1.1)若配电网最低电压超出用户需求范围，则变电站主变压器的分接开关运行，判断线路电压是否超过其自身极限，若是，则转步骤(2.1)；若否，则转步骤(1.2)；
(1.2)确定所需要操作的分接开关数量后，由式Uset＝(Uimag-Ureal)/k计算出新的电压设定值来启动分接开关，式中Uset为设定值，Uimag为理想电压，Ureal为实际电压(以下Uimag，Ureal均为此含义)，k为不同档位的电压差值，判断新的电压设定值是否在允许操作的范围内；若是，则将计算得到的新的电压设定值作为变电站主变压器分接开关的自动电压控制继电器的电压设定值，实现对变电站电压的控制；若否，则转步骤(2.1)；
分布式电源的无功功率控制具体包括如下步骤：
(2.1)确定线路上的最高和最低电压位置和所有分布式电源之间的电压灵敏度；之后，检查是否有电压灵敏度值大于零的分布式电源电压超过其自身限定值；若是，则转步骤(2.2)；若否，则转步骤(2.3)；
(2.2)选择灵敏度值最高的分布式电源，由式Q＝(Uimag-Ureal)2/X计算该分布式电源新的无功功率设定值，式中X为线路的电纳，并将计算结果作为其无功功率设定值，实现对分布式电源的无功控制；
(2.3)判断改变无功功率控制的节点是否能实现线路电压控制；若是，则转步骤(2.4)；若否，则转步骤(3.1)；
(2.4)检查是否有电压灵敏度值大于零的分布式电源；若是，则转步骤(2.2)；若否，则转步骤(3.1)；
分布式电源的有功功率控制具体包括如下步骤：
(3.1)确定线路上的最高和最低电压位置和所有分布式电源之间的电压灵敏度；之后，检查是否有电压灵敏度值大于零的分布式电源电压超过其自身限定值；若是，则转步骤(3.2)；若否，则转步骤(3.3)；
(3.2)选择灵敏度值最高的分布式电源，由式
Figure BDA0002199516140000071
计算该分布式电源新的有功功率设定值，式中R为线路的电抗，并将计算结果作为其有功功率设定值，实现对分布式电源的有功控制；
(3.3)判断改变有功功率控制的节点是否能实现线路电压控制；若是，则转步骤(3.4)；若否，则结束电压调压控制；
(3.4)检查是否有电压灵敏度值大于零的分布式电源电压；若是，则转步骤(3.2)；若否，则结束电压调压控制。
(2)恢复控制
恢复控制的工作原理如图4所示。恢复控制用于在电网状态允许的情况下(即电网电压在额定值范围内)，由于接入大量分布电源的配电网中一般都配置有储能装置，可以利用储能装置重新调节配电网中有功和无功分配，将分布式电源的有功功率和无功功率恢复到接近其原始值(原始值是指在没有电压控制的情况下使用的值，此时效率是最优的)的状态。根据储能电源可调节容量，通过式
Figure BDA0002199516140000072
和Q＝(Uimag-Ureal)2/X计算出储能装置向线路传输的有功功率和无功功率，向储能装置发出指令，重新分配储能与分布式电源的出力。此时，既保证了电网电压稳定在额定值状态下，又通过储能调节使分布式电源的有功功率和无功功率得到了优化，最大程度减小调压控制对分布式电源发电效率的影响。
其中，所述的恢复控制步骤具体如下：
恢复控制包括储能装置的有功功率控制和无功功率控制；
有功功率控制具体包括如下步骤：
(a1)判断基本控制步骤中是否削弱了某些分布式电源的有功功率，若是，则转步骤(a2)；若否，则转步骤(a4)；
(a2)判断基本控制后线路的最高电压是否越限，若是，则转步骤(a3)；若否，则转步骤(a4)；
(a3)确定基本控制后线路的最高电压和所有储能电源之间的电压灵敏度，选择灵敏度值最低的储能电源，由式
Figure BDA0002199516140000081
计算该储能电源新的有功功率设定值，式中UR为分布式电源的输出电压，δ为储能电源输出电压与电网电压相位差值，X为储能电源自身的阻抗(以下UR，δ，X均是)，并将计算结果作为其有功功率设定值，实现对储能电源有功功率的控制；
(a4)判断基本控制步骤中是否增加了某些分布式电源的有功功率，若是，则转步骤(a5)；若否，则转步骤(b1)；
(a5)判断基本控制后线路的最低电压是否满足需求，若是，则转步骤(a6)；若否，则转步骤(b1)；
(a6)确定基本控制后线路的最低电压和所有储能电源之间的电压灵敏度，选择灵敏度值最低的分布式电源，由式
Figure BDA0002199516140000082
计算该储能电源新的有功功率设定值，并将计算结果作为其有功功率设定值，实现对储能电源有功功率的控制；
无功功率控制具体包括如下步骤：
(b1)判断基本控制步骤中是否削弱了某些分布式电源的无功功率，若是，则转步骤(b2)；若否，则转步骤(b4)；
(b2)判断基本控制后线路的最高电压是否越限，若是，则转步骤(b3)；若否，则转步骤(b4)；
(b3)确定基本控制后线路的最高电压和所有储能电源之间的电压灵敏度，选择灵敏度值最低的储能电源，由式
Figure BDA0002199516140000083
计算该储能电源新的无功功率设定值，并将计算结果作为其有功功率设定值，实现对储能电源无功功率的控制；
(b4)判断基本控制步骤中是否增加了某些分布式电源的无功功率，若是，则转步骤(b5)；若否，则结束恢复控制；
(b5)判断基本控制后线路的最低电压是否满足需求，若是，则转步骤(b6)；若否，则结束恢复控制；
(b6)确定基本控制后线路的最低电压和所有受控分布式电源之间的电压灵敏度，选择灵敏度值最低的储能电源，通过储能电源可调节容量计算该储能电源新的无功功率设定值，并将计算结果作为其无功功率设定值，实现对储能电源无功功率的控制。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (2)

1.一种变压器分接开关与分布式电源协调控制的配电网低电压治理方法，其特征在于，包括基本控制步骤；所述的基本控制包括变电站电压调整、分布式电源的无功功率控制和分布式电源的有功功率控制；
变电站电压调整具体包括如下步骤：
（1.1）若配电网最低电压超出用户需求范围，则变电站主变压器的分接开关运行，判断线路电压是否超过其自身极限，若是，则转步骤（2.1）；若否，则转步骤（1.2）；
（1.2）确定所需要操作的分接开关数量后，通过实际电压与用户需求电压的差值计算新的电压设定值来启动分接开关，判断新的电压设定值是否在允许操作的范围内；若是，则将计算得到的新的电压设定值作为变电站主变压器分接开关的自动电压控制继电器的电压设定值，实现对变电站电压的控制；若否，则转步骤（2.1）；
分布式电源的无功功率控制具体包括如下步骤：
（2.1）确定线路上的最高和最低电压位置和所有分布式电源之间的电压灵敏度；之后，检查是否有电压灵敏度值大于零的分布式电源电压超过其自身限定值；若是，则转步骤（2.2）；若否，则转步骤（2.3）；
（2.2）选择灵敏度值最高的分布式电源，通过实际电压与用户需求电压的差值计算该分布式电源新的无功功率设定值，并将计算结果作为其无功功率设定值，实现对分布式电源的无功控制；
（2.3）判断改变无功功率控制的节点是否能实现线路电压控制；若是，则转步骤（2.4）；若否，则转步骤（3.1）；
（2.4）检查是否有电压灵敏度值大于零的分布式电源；若是，则转步骤（2.2）；若否，则转步骤（3.1）；
分布式电源的有功功率控制具体包括如下步骤：
（3.1）确定线路上的最高和最低电压位置和所有分布式电源之间的电压灵敏度；之后，检查是否有电压灵敏度值大于零的分布式电源电压超过其自身限定值；若是，则转步骤（3.2）；若否，则转步骤（3.3）；
（3.2）选择灵敏度值最高的分布式电源，通过实际电压与用户需求电压的差值计算该分布式电源新的有功功率设定值，并将计算结果作为其有功功率设定值，实现对分布式电源的有功控制；
（3.3）判断改变有功功率控制的节点是否能实现线路电压控制；若是，则转步骤（3.4）；若否，则结束电压调压控制；
（3.4）检查是否有电压灵敏度值大于零的分布式电源电压；若是，则转步骤（3.2）；若否，则结束电压调压控制。
2.根据权利要求1所述的变压器分接开关与分布式电源协调控制的配电网低电压治理方法，其特征在于，还包括恢复控制步骤，所述的恢复控制包括储能装置的有功功率控制和无功功率控制；
有功功率控制具体包括如下步骤：
（a1）判断基本控制步骤中是否削弱了某些分布式电源的有功功率，若是，则转步骤（a2）；若否，则转步骤（a4）；
（a2）判断基本控制后线路的最高电压是否越限，若是，则转步骤（a3）；若否，则转步骤（a4）；
（a3）确定基本控制后线路的最高电压和所有储能电源之间的电压灵敏度，选择灵敏度值最低的储能电源，通过储能电源可调节容量计算该储能电源新的有功功率设定值，并将计算结果作为其有功功率设定值，实现对储能电源有功功率的控制；
（a4）判断基本控制步骤中是否增加了某些分布式电源的有功功率，若是，则转步骤（a5）；若否，则转步骤（b1）；
（a5）判断基本控制后线路的最低电压是否满足需求，若是，则转步骤（a6）；若否，则转步骤（b1）；
（a6）确定基本控制后线路的最低电压和所有储能电源之间的电压灵敏度，选择灵敏度值最低的分布式电源，通过储能电源可调节容量计算该储能电源新的有功功率设定值，并将计算结果作为其有功功率设定值，实现对储能电源有功功率的控制；
无功功率控制具体包括如下步骤：
（b1）判断基本控制步骤中是否削弱了某些分布式电源的无功功率，若是，则转步骤（b2）；若否，则转步骤（b4）；
（b2）判断基本控制后线路的最高电压是否越限，若是，则转步骤（b3）；若否，则转步骤（b4）；
（b3）确定基本控制后线路的最高电压和所有储能电源之间的电压灵敏度，选择灵敏度值最低的储能电源，通过储能电源可调节容量计算该储能电源新的无功功率设定值，并将计算结果作为其有功功率设定值，实现对储能电源无功功率的控制；
（b4）判断基本控制步骤中是否增加了某些分布式电源的无功功率，若是，则转步骤（b5）；若否，则结束恢复控制；
（b5）判断基本控制后线路的最低电压是否满足需求，若是，则转步骤（b6）；若否，则结束恢复控制；
（b6）确定基本控制后线路的最低电压和所有受控分布式电源之间的电压灵敏度，选择灵敏度值最低的储能电源，通过储能电源可调节容量计算该储能电源新的无功功率设定值，并将计算结果作为其无功功率设定值，实现对储能电源无功功率的控制。
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