CN111682584B - 一种基于电压调节器和多光伏系统的配电网电压管理方法 - Google Patents

一种基于电压调节器和多光伏系统的配电网电压管理方法 Download PDF

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CN111682584B CN202010465611.9A CN202010465611A CN111682584B CN 111682584 B CN111682584 B CN 111682584B CN 202010465611 A CN202010465611 A CN 202010465611A CN 111682584 B CN111682584 B CN 111682584B
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    • Y02E40/30—Reactive power compensation

Abstract

一种基于电压调节器和多光伏系统的配电网电压管理方法，在传统的无功控制方法中，逆变器必须全天吸收无功功率，以消除光伏功率反向潮流所引起的过电压。配电网中常使用步进电压调节器参与系统电压管理，所以潜在的过电压亦可以通过调节SVR的分接头位置来消除。当SVR参与系统电压管理时，由光伏功率剧烈变化引起的电压波动由逆变器的无功输出缓解即可。本发明中提出了一种新颖的本地无功功率实时控制方法，用以缓解电压剧烈波动问题。与传统的无功控制方法相比，该方法可以显著降低光伏逆变器的无功补偿负担。由于仅需少量的无功功率注入配电网，线路损耗就可以大量降低(节省约20％)，同时逆变器容量亦可相应减少，从而降低投资成本。

Description

一种基于电压调节器和多光伏系统的配电网电压管理方法
技术领域
本发明提出了一种基于电压调节器和多光伏系统的配电网电压管理方法。
背景技术
当今社会，面对日益严峻的能源和环境问题，单靠化石能源供给人类日常生活工作已经不再是长久之计，因此可再生能源的开发已成为能源领域当下的主流方向。在配电网系统中，常采用光能等可再生能源来替代传统的化石能源。本发明是基于电压调节器和多光伏系统对配电网进行电压管理。由于光能具有强烈的随机性、间歇性、波动性和不可控性等特点，很难实现再生能源利用最大化。
现在越来越多的将光能通过光伏逆变器应用于配电系统中。在传统的无功控制方法中，逆变器需全天吸收无功功率，以消除光伏功率反向潮流所引起的过电压问题。但是，传统的本地无功控制方法(例如Q-P曲线)中光伏逆变器的无功补偿负担艰巨，由此会加剧逆变器的损耗，带来较大的经济损失。同样，在配电网中也常使用步进电压调节器(SVR)参与系统电压管理，潜在的过电压问题亦可调节SVR的分接头位置来消除。因此，可以考虑通过光伏逆变器和电压调节器相互配合运行以达到更优的控制效果。
综上所述，考虑到配电网中的线路损耗、逆变器损耗以及光伏逆变器的损耗和容量大小等因素，在配电网的电压管理系统中需要引入电压调节器和多光伏系统，寻找有效的解决方案。
发明内容
为克服传统的无功控制方法中，逆变器需全天吸收无功功率而消除光伏功率反向潮流而引起的过电压问题以及移动SVR分接头位置来缓解过电压问题，同时为了降低线路损耗、减小逆变器的容量，提高。本发明考虑了一种基于电压调节器和多光伏系统的配电网电压管理的算法。
为了实现上述目的，本发明的技术方案为：
一种基于电压调节器和多光伏系统的配电网电压管理方法，缓解电压波动问题及降低光伏逆变器的无功补偿负担，现有基础上基于一致性算法引入一种致力于协调所有分布式光伏逆变器无功补偿量的控制策略，所述方法包括以下步骤：
S1：获取当前时刻的光伏数据信息，并与上一时刻的光伏数据信息进行对比，当两个连续时刻之间的光伏输出功率差值超过了预先定义的阈值则转入步骤S2，否则转入步骤S3；
S2：为应对光伏输出功率剧烈波动引起过电压问题，将采用比例无功功率补偿方案进行调节，转入步骤S4；
S3：此时光伏功率波动微小，逆变器使用无功回退方案调节，在这种情况下，逆变器产生的无功功率将逐渐减小到零，不会引起明显的电压变化；
S4：根据步骤S2和S3的无功补偿方案，各电压节点计算下一时刻的本地无功补偿量；
S5：将本地光伏功率实时补偿方案通过一致性算法的计算实现逆变器之间的无功支持的全局再分配，最大限度减小无功支持的差异；
S6：根据上述步骤信息，求解全局无功再分配后各节点的最终无功补偿量。
进一步，所述步骤S2中，比例无功功率补偿方案包括以下步骤：
S2-1：计算各节点比例无功补偿方案的无功功率变化
当光伏功率变化|ΔPPV，i|，节点i两个连续时刻之间的间隔超过了预先定义的阈值ΔPlim，i时，逆变器应用无功比例补偿，在无功功率补偿中引入比例参数λ，保证沿馈线安装的逆变器的公平性；
Figure GDA0003642428490000031
式中ΔQpro，i(t+Δt)表示在t+Δt时刻节点i处的比例无功补偿方案的无功功率变化；Δt代表两次连续测量的时间间隔；
节点i上的预定义阈值ΔPlim，i确定为：
ΔPlim，i＝βPrated，i (2)
其中Prated，i是节点i处光伏系统的额定容量；参数β用于调整预定义的阈值ΔPlim，i，β的值应在最坏的情况下进行测量，当光伏系统同时以ΔPlim/Δt的速度增加或减少，它的发电功率不会发生剧烈的电压变化。
在所述S3步骤中，逆变器的无功回退方案包括以下步骤：
S3-1：计算各节点无功回退方案的无功功率变化
当光伏功率波动轻微时，无功回退方案将应用于光伏逆变器中，逆变器产生的无功功率逐渐减小到零，不会引起明显的电压变化，无功回退方案中的无功功率变化如下所示：
Figure GDA0003642428490000041
式中ΔQre，i(t+Δt)表示在t+Δt时刻节点i处的无功补偿方案的无功功率变化；ΔQr，i是节点i处无功功率回退的步长；
S3-2：确定各节点无功回退方案的回退步长
为了避免无功回退方案引起的过电压变化，ΔQr，i的步长应满足：
Figure GDA0003642428490000042
即：
Figure GDA0003642428490000043
其中
Figure GDA0003642428490000044
和
Figure GDA0003642428490000045
是相对于节点i上有功功率和无功功率的电压灵敏度。因此，最大回退步长ΔQmax，i确定为：
Figure GDA0003642428490000046
而ΔQr，i表示为：
ΔQr，i＝αΔQmax，i (7)
其中α的值由配电系统运营商决定，用于调节无功功率回退速度。
进一步，所述步骤S4中，本地无功补偿量的计算过程为：
如果本地光伏功率偏差较大，将成比例进行无功补偿减轻电压波动，否则，若当前的光伏功率波动不大，则执行无功回退方案来减轻逆变器的无功支持负担，因此，在t+Δt时刻节点i处光伏逆变器产生的无功功率QPV，i(t+Δt)表示为：
QPV，i(t+Δt)＝QPV，i(t)+ΔQpro，i(t+Δt)+ΔQre，i(t+Δt) (8)。
进一步，所述步骤S5的无功支持负担再分配的模型建立以及求解包括以下步骤：
S5-1：确定全局无功补偿方案
快速移动的云层仅能覆盖大型配电系统中的部分分布式光伏面板，对于云层移动路径上的那些光伏系统，由光伏功率波动引起的电压变化需大量的无功功率补偿，而对于其他没有出现云瞬变效应的光伏系统，逆变器不会据上述设计的本地无功控制方法提供无功功率支持，因此，需设计了一个用于逆变器之间协调的全局方案。在该全局方案中，逆变器重新分配无功支持负担来减小逆变器的无功支持产生的差异；
S5-2：计算全局无功功率再分配量
先计算出无功功率再分配量ΔQglobal，i，将其应用于逆变器电压的重新分配中；
定理1：n维中的两个辅助数组定义如下：
u(t)＝[u1(t)，...ui(t)，...，un(t)]T (9)
c(t)＝[c1(t)，...ci(t)，...，cn(t)]T (10)
这两组数组被迭代为：
u(t+ΔT)＝Pu(t) (11)
c(t+ΔT)＝Pc(t) (12)
其中矩阵P∈Rn×n满足条件：1)矩阵P中所有元素都是非负的；2)P对应于强连接图；3)P包含正对角线元素，这三个条件保证了(11)和(12)的唯一收敛；
Figure GDA0003642428490000061
Figure GDA0003642428490000062
其中π∈Rn×1表示π＝Pπ的唯一正解，所有元素πi都大于零；
因此，由定理1，通过迭代(11)和(12)得到
Figure GDA0003642428490000063
即当t→∞时，
Figure GDA0003642428490000064
收敛于相同的值
Figure GDA0003642428490000065
在该配电系统中，不同的节点上安装了n个逆变器，将初始值u(t0)和c(t0)设置为：
ui(t0)＝QPV，i(t0) (16)
ci(t0)＝Prated，i (17)
在t0时刻，总无功支持量为
Figure GDA0003642428490000066
在t→∞时，根据额定容量Prated，i得到：
Figure GDA0003642428490000067
其中QPV，i(t0)表示在t0时刻，节点i处光伏逆变器产生的无功功率；
在(11)和(12)中的矩阵P描述了两节点间的双向通信线路的拓扑结构，其常数元素表示为：
Figure GDA0003642428490000068
其中l表示节点i和节点j之间的双向通信路的集合；Dj表示节点j的出度，因此，对于节点i：
Figure GDA0003642428490000069
Figure GDA0003642428490000071
若不考虑本地无功控制方法，在t+ΔT时节点i处逆变器的无功功率为
Figure GDA0003642428490000072
在(18)中，当t→∞时，无功功率负担据其额定容量在逆变器之间再分配，同时，本地变量方法会在全局方法的通信延迟期间改变本地光伏逆变器产生的无功功率，因此，t+ΔT时刻的无功功率再分配分量ΔQglobal(t+ΔT)表示为：
Figure GDA0003642428490000073
式子(10)用来调整本地无功功率的产生，在t+ΔT时从(10)中获得的QPV，i(t+ΔT)将在(20)中用作下一次迭代的ui(t+ΔT)。
进一步，所述步骤S6中，各节点最终无功补偿量的确定，包括以下步骤：
S6-1：求解本地逆变器最终无功补偿量
本地无功控制方法用于实时补偿本地光伏功率变化，而全局方案通过一定的时间间隔(通信时间延迟)在逆变器之间再分配无功支持负担，然而，无法避免的通信时间延迟会影响逆变器之间无功支持负载的重新分配，但不会影响稳压性能；
在t时刻对各个光伏逆变器的无功发电量进行测量，并在通信逆变器之间交换，考虑到通信延迟，可根据t时刻的测量值在时刻t+ΔT上获得节点i处的无功功率再分配量ΔQglobal，i(t+ΔT)来调整本地无功功率，因此，本地逆变器在时刻t+ΔT产生的无功功率表示为：
QPV，i(t+ΔT)＝QPV，i(t+ΔT-Δt)+ΔQpro，i(t+ΔT)+ΔQglobal，i(t+ΔT)+ΔQre，i(t+ΔT) (23)
式中ΔQpro,i(t+ΔT)和ΔQre,i(t+ΔT)分别是从(1)和(3)中得到的本地变量。
本发明的有益效果是：
1、本地和全局的结合方案可使无功功率仅补偿由剧烈的光伏波动所引起的电压变化；SVR可通过一次或几次分接头移动调节变化缓慢的电压。
2、离线无功协调控制方案除可减轻逆变器无功功率支持的负担外，且不会影响电压质量。与传统下垂曲线的控制方法相比，可有效降低线损和逆变器容量。
3、在线无功协调控制方法适用于非均匀云覆盖场景。在该方法中，不涉及云瞬变效应的逆变器也参与在系统电压调节中，并且就无功支持量、线路损耗和所需的逆变器容量而言，在线无功控制方法均优于传统的Q-P曲线方法。
附图说明
图1是带SVR的多个光伏系统。
图2是整个线路一天的负荷曲线。
图3是非均匀光伏曲线。
图4离线无功协调控制方法。
图5在线无功协调控制方法。
图6是基于电压调节器和多光伏系统的配电网电压管理方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本做进一步说明。
参照图1～图6，一种基于电压调节器和多光伏系统的配电网电压管理方法，建立了一种致力于协调所有分布式光伏逆变器无功补偿量的全局优化控制策略，所述方法包括以下步骤：
S1：获取当前时刻的光伏数据信息，并与上一时刻的光伏数据信息进行对比，当两个连续时刻之间的光伏输出功率差值超过了预先定义的阈值则转入步骤S2，否则转入步骤S3；
S2：为应对光伏输出功率剧烈波动引起过电压问题，将采用比例无功功率补偿方案进行调节，转入步骤S4；
S3：此时光伏功率波动微小，逆变器使用无功回退方案调节，在这种情况下，逆变器产生的无功功率将逐渐减小到零，不会引起明显的电压变化；
S4：根据步骤S2和S3的无功补偿方案，各电压节点计算下一时刻的本地无功补偿量；
S5：将本地光伏功率实时补偿方案通过一致性算法的计算实现逆变器之间的无功支持的全局再分配，最大限度减小无功支持的差异；
S6：根据上述步骤信息，求解全局无功再分配后各节点的最终无功补偿量。
进一步，所述步骤S2中，比例无功功率补偿方案包括以下步骤：
S2-1：计算各节点比例无功补偿方案的无功功率变化
当光伏功率变化|ΔPPV,i|，节点i两个连续时刻之间的间隔超过了预先定义的阈值ΔPlim,i时，逆变器应用无功比例补偿，在无功功率补偿中引入比例参数λ，保证沿馈线安装的逆变器的公平性；
Figure GDA0003642428490000101
式中ΔQpro，i(t+Δt)表示在t+Δt时刻节点i处的比例无功补偿方案的无功功率变化；Δt代表两次连续测量的时间间隔；
节点i上的预定义阈值ΔPlim，i确定为：
ΔPlim，i＝βPrated，i (2)
其中Prated，i是节点i处光伏系统的额定容量；参数β用于调整预定义的阈值ΔPlim，i，β的值应在最坏的情况下进行测量，当光伏系统同时以ΔPlim/Δt的速度增加或减少，它的发电功率不会发生剧烈的电压变化。
在所述S3步骤中，逆变器的无功回退方案包括以下步骤：
S3-1：计算各节点无功回退方案的无功功率变化
当光伏功率波动轻微时，无功回退方案将应用于光伏逆变器中，逆变器产生的无功功率逐渐减小到零，不会引起明显的电压变化，无功回退方案中的无功功率变化如下所示：
Figure GDA0003642428490000102
式中ΔQre，i(t+Δt)表示在t+Δt时刻节点i处的无功补偿方案的无功功率变化；ΔQr，i是节点i处无功功率回退的步长；
S3-2：确定各节点无功回退方案的回退步长
为了避免无功回退方案引起的过电压变化，ΔQr，i的步长应满足：
Figure GDA0003642428490000103
即：
Figure GDA0003642428490000111
其中
Figure GDA0003642428490000112
和
Figure GDA0003642428490000113
是相对于节点i上有功功率和无功功率的电压灵敏度，因此，最大回退步长ΔQmax，i确定为：
Figure GDA0003642428490000114
而ΔQr，i表示为：
ΔQr，i＝αΔQmax，i (7)
其中α的值由配电系统运营商决定，用于调节无功功率回退速度。
进一步，所述步骤S4中，本地无功补偿量的计算过程为：
如果本地光伏功率偏差较大，将成比例进行无功补偿减轻电压波动，否则，若当前的光伏功率波动不大，则执行无功回退方案来减轻逆变器的无功支持负担，因此，在t+Δt时刻节点i处光伏逆变器产生的无功功率QPV，i(t+Δt)表示为：
QPV，i(t+Δt)＝QPV，i(t)+ΔQpro，i(t+Δt)+ΔQre，i(t+Δt) (8)。
进一步，本所述步骤S5的无功支持负担再分配的模型建立以及求解包括以下步骤：
S5-1：确定全局无功补偿方案
快速移动的云层仅能覆盖大型配电系统中的部分分布式光伏面板，对于云层移动路径上的那些光伏系统，由光伏功率波动引起的电压变化需大量的无功功率补偿，而对于其他没有出现云瞬变效应的光伏系统，逆变器不会据上述设计的本地无功控制方法提供无功功率支持，因此，需设计了一个用于逆变器之间协调的全局方案，在该全局方案中，逆变器重新分配无功支持负担来减小逆变器的无功支持产生的差异；
S5-2：计算全局无功功率再分配量
先计算出无功功率再分配量ΔQglobal，i，将其应用于逆变器电压的重新分配中；
定理1：n维中的两个辅助数组定义如下：
u(t)＝[u1(t)，...ui(t)，...，un(t)]T (9)
c(t)＝[c1(t)，...ci(t)，...，cn(t)]T (10)
这两组数组被迭代为：
u(t+ΔT)＝Pu(t) (11)
c(t+ΔT)＝Pc(t) (12)
其中矩阵P∈Rn×n满足条件：1)矩阵P中所有元素都是非负的；2)P对应于强连接图；3)P包含正对角线元素，这三个条件保证了(11)和(12)的唯一收敛；
Figure GDA0003642428490000121
Figure GDA0003642428490000122
其中π∈Rn×1表示π＝Pπ的唯一正解，所有元素πi都大于零；
因此，由定理1，通过迭代(11)和(12)得到
Figure GDA0003642428490000123
即当t→∞时，
Figure GDA0003642428490000124
收敛于相同的值
Figure GDA0003642428490000125
在该配电系统中，不同的节点上安装了n个逆变器，将初始值u(t0)和c(t0)设置为：
ui(t0)＝QPV，i(t0) (16)
ci(t0)＝Prated，i (17)
在t0时刻，总无功支持量为
Figure GDA0003642428490000131
在t→∞时，根据额定容量Prated，i得到：
Figure GDA0003642428490000132
其中QPV，i(t0)表示在t0时刻，节点i处光伏逆变器产生的无功功率；
在(11)和(12)中的矩阵P描述了两节点间的双向通信线路的拓扑结构，其常数元素表示为：
Figure GDA0003642428490000133
其中l表示节点i和节点j之间的双向通信路的集合；Dj表示节点j的出度，因此，对于节点i：
Figure GDA0003642428490000134
Figure GDA0003642428490000135
若不考虑本地无功控制方法，在t+ΔT时节点i处逆变器的无功功率为
Figure GDA0003642428490000136
在(18)中，当t→∞时，无功功率负担据其额定容量在逆变器之间再分配，同时，本地变量方法会在全局方法的通信延迟期间改变本地光伏逆变器产生的无功功率，因此，t+ΔT时刻的无功功率再分配分量ΔQglobal(t+ΔT)表示为：
Figure GDA0003642428490000137
式子(10)用来调整本地无功功率的产生，在t+ΔT时从(10)中获得的QPV，i(t+ΔT)将在(20)中用作下一次迭代的ui(t+ΔT)。
进一步，所述步骤S6中，各节点最终无功补偿量的确定，具体包括以下步骤：
S6-1：求解本地逆变器最终无功补偿量
本地无功控制方法用于实时补偿本地光伏功率变化，而全局方案通过一定的时间间隔(通信时间延迟)在逆变器之间再分配无功支持负担，然而，无法避免的通信时间延迟会影响逆变器之间无功支持负载的重新分配，但不会影响稳压性能；
在t时刻对各个光伏逆变器的无功发电量进行测量，并在通信逆变器之间交换，考虑到通信延迟，根据t时刻的测量值在时刻t+ΔT上获得节点i处的无功功率再分配量ΔQglobal，i(t+ΔT)来调整本地无功功率，因此，本地逆变器在时刻t+ΔT产生的无功功率表示为：
QPV，i(t+ΔT)＝QPV，i(t+ΔT-Δt)+ΔQpro，i(t+ΔT)+ΔQglobal，i(t+ΔT)+ΔQre，i(t+ΔT) (23)
式中ΔQpro，i(t+ΔT)和ΔQre，i(t+ΔT)分别是从(1)和(3)中得到的本地变量。
为使本领域技术人员更好地理解本发明，算例分析包括以下构成：
一、算例描述及仿真结果分析
本发明算例选取5.2公里的配电线路和三个额定容量为1.5MWp的分布式光伏系统在配电网系统中进行仿真计算。仿真中使用的线路负载如图2所示，线路负载均匀分布在节点3、4、5处。SVR延时设置为2分钟，同时测量有功、无功电流以及次级侧的本地电压，用于估算远程节点的电压。LDC阻抗设置为R+jX＝0.823+j0.726Ω。
本节优化求解于MATLAB R2016a编译环境下，采用Yalmip优化工具建模，调用Cplex求解器求解，并基于优化结果在MATLAB/SIMULINK平台上搭建一次调频模型，仿真中离线无功控制方法的功率流设置为20S/次，无功功率再分配设置为1min/次。
为验证本发明方法的有效性，与另外两种运行模式进行对比研究：
模式1：传统的无功控制方法，SVR分接头在不同光伏功率曲线中的调节性能。
模式2：离线无功协调控制下的调度。
模式3：在线无功协调控制下的调度。
如表1所示，表1为电压调节性能和抽头操作，在光伏轻度波动和无波动的天气中，大规模集成光伏后，SVR能快速度调节系统电压且光伏电压波动很小。但在光伏波动剧烈的情况下会频繁触发SVR分接头移动，并且逆变器的寿命会变短、维护成本会变高。此外SVR分接头操作无法减少由光伏波动引起的电压波动次数。
Figure GDA0003642428490000151
表1
如表2所示电压调节性能和分接头移动次数，传统的Q-P下降曲线和离线无功控制方法均可以改善电压，调节性能并减少光伏功率剧烈波动时引起过多SVR分接头移动次数。由表2可知与传统的无功控制方法相比，离线无功控制方法的优势主要体现在三个方面：无功支持，线路损耗和光伏逆变器所需的容量。
Figure GDA0003642428490000161
表2
在表3中将电压调节成本进行比较可知：离线无功控制方法中轻度波动时光伏逆变器不产生无功功率，但在传统的Q-P下降曲线中，光伏逆变器会产生大量无功功率(7.164Mvarh)进行电压调节。因此逆变器必须承担电压调节带来的负担，这需更大容量的光伏逆变器且逆逆变器寿命会变短。此外，无功功率注入会增加线路电流，将产生更大的线路损耗。在表3中可知离线无功控制方法(117.7kWh)与传统的下Q-P垂曲线(142.5kWh)相比，可以节省约21％的线损。
Smax/PVC表示光伏系统额定容量的最大视在功率在一天之内的比值。根据表3电压调节成本的比较可得出结论，在所有天气种类的光伏波动情况下，离线无功控制方法比传统方法所需的逆变器投资要少.
Figure GDA0003642428490000162
Figure GDA0003642428490000171
表3
本发明旨在考虑无功支持量、线路损耗和所需的逆变器容量在三种方案中的最优方案。根据图4、5和6可知，比较3种模式可知所有光伏逆变器均根据离线无功控制方法调节其无功功率。因此，在线协调无功控制方法可以减缓由本地光伏功率变化引起的快速响应以及光伏逆变器之间的无功功率再分配。尤其是在线无功功率再分配中，相邻节点的无功功率支持比远程节点的无功功率支持更优先，这有利于电压调节。因此在电压调节方面，相邻节点的无功功率补偿比远程节点更有效。
在全天的仿真模拟中，采用剧烈波动和无波动的光伏功率曲线。由三张对比图及表4中可知离线无功控制方法可根据本地光伏功率波动提供无功功率补偿，表4为各节点处电压调节成本的比较。在光伏功率波动微小的节点处，逆变器不参与电压调节。在线无功协调控制方法中，所有光伏逆变器均承担无功补偿的负担。因此，逆变器的无功功率负担可减轻，逆变器的容量也可以减小。离线无功协调与在线无功协调的线路损耗是相似的
Figure GDA0003642428490000181
表4
综上可知，本发明以缓解电压波动和降低光伏逆变器的无功补偿负担为目标，考虑SVR和OLTC多种调节器调节电压，提出了一种致力于协调所有分布式光伏逆变器无功补偿量的全局控制策略。该方法能在保证电压质量的前提下，最大限度的减轻逆变器的无功支持负担、减小逆变器的容量、降低线路损耗。
在本说明书的描述中，对本发明的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施或示例进行结合和组合。此外，本说明书实施所述的额内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施案例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也包括本领域技术人员根据发明构思所能想到的等同技术手段。

Claims (4)

1.一种基于电压调节器和多光伏系统的配电网电压管理方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
S1：获取当前时刻的光伏数据信息，并与上一时刻的光伏数据信息进行对比，当两个连续时刻之间的光伏输出功率差值超过了预先定义的阈值则转入步骤S2，否则转入步骤S3；
S2：为应对光伏输出功率剧烈波动引起过电压问题，将采用比例无功功率补偿方案进行调节，转入步骤S4；
S3：此时光伏功率波动微小，逆变器使用无功回退方案调节，在这种情况下，逆变器产生的无功功率将逐渐减小到零，不会引起明显的电压变化；
S4：根据步骤S2和S3的无功补偿方案，各电压节点计算下一时刻的本地无功补偿量；
S5：将本地光伏功率实时补偿方案通过一致性算法的计算实现逆变器之间的无功支持的全局再分配，最大限度减小无功支持的差异；
S6：根据上述步骤信息，求解全局无功再分配后各节点的最终无功补偿量；
所述步骤S2中，比例无功功率补偿方案包括以下步骤：
S2-1：计算各节点比例无功补偿方案的无功功率变化
当光伏功率变化|ΔPPV,i|，节点i两个连续时刻之间的间隔超过了预先定义的阈值ΔPlim,i时，逆变器应用无功比例补偿，在无功功率补偿中引入比例参数λ，保证沿馈线安装的逆变器的公平性；
Figure FDA0003642428480000021
式中ΔQpro,i(t+Δt)表示在t+Δt时刻节点i处的比例无功补偿方案的无功功率变化；Δt代表两次连续测量的时间间隔；
节点i上的预定义阈值ΔPlim,i确定为：
ΔPlim,i＝βPrated,i (2)
其中Prated,i是节点i处光伏系统的额定容量；参数β用于调整预定义的阈值ΔPlim,i，β的值应在最坏的情况下进行测量，当光伏系统同时以ΔPlim/Δt的速度增加或减少，它的发电功率不会发生剧烈的电压变化；
在所述S3步骤中，逆变器的无功回退方案包括以下步骤：
S3-1：计算各节点无功回退方案的无功功率变化
当光伏功率波动轻微时，无功回退方案将应用于光伏逆变器中，逆变器产生的无功功率逐渐减小到零，不会引起明显的电压变化，无功回退方案中的无功功率变化如下所示：
Figure FDA0003642428480000022
式中ΔQre,i(t+Δt)表示在t+Δt时刻节点i处的无功补偿方案的无功功率变化；ΔQr,i是节点i处无功功率回退的步长；
S3-2：确定各节点无功回退方案的回退步长
为了避免无功回退方案引起的过电压变化，ΔQr,i的步长应满足：
Figure FDA0003642428480000023
即：
Figure FDA0003642428480000031
其中
Figure FDA0003642428480000032
和
Figure FDA0003642428480000033
是相对于节点i上有功功率和无功功率的电压灵敏度，因此，最大回退步长ΔQmax,i确定为：
Figure FDA0003642428480000034
而ΔQr,i表示为：
ΔQr,i＝αΔQmax,i (7)
其中α的值由配电系统运营商决定，用于调节无功功率回退速度。
2.如权利要求1所述的一种基于电压调节器和多光伏系统的配电网电压管理方法，其特征在于，所述步骤S4中，本地无功补偿量的计算过程如下：
如果本地光伏功率偏差较大，将成比例进行无功补偿减轻电压波动；否则，若当前的光伏功率波动不大，则执行无功回退方案来减轻逆变器的无功支持负担；因此，在t+Δt时刻节点i处光伏逆变器产生的无功功率QPV,i(t+Δt)表示为：
QPV,i(t+Δt)＝QPV,i(t)+ΔQpro,i(t+Δt)+ΔQre,i(t+Δt) (8)。
3.如权利要求1所述的一种基于电压调节器和多光伏系统的配电网电压管理方法，其特征在于，所述步骤S5的无功支持负担再分配的模型建立以及求解包括以下步骤：
S5-1：确定全局无功补偿方案
快速移动的云层仅能覆盖大型配电系统中的部分分布式光伏面板，对于云层移动路径上的那些光伏系统，由光伏功率波动引起的电压变化需大量的无功功率补偿，而对于其他没有出现云瞬变效应的光伏系统，逆变器不会据上述设计的本地无功控制方法提供无功功率支持；因此，需设计了一个用于逆变器之间协调的全局方案，在该全局方案中，逆变器重新分配无功支持负担来减小逆变器的无功支持产生的差异；
S5-2：计算全局无功功率再分配量
先计算出无功功率再分配量ΔQglobal,i，将其应用于逆变器电压的重新分配中；
定理1：n维中的两个辅助数组定义如下：
u(t)＝[u1(t),…ui(t),…,un(t)]T (9)
c(t)＝[c1(t),…ci(t),…,cn(t)]T (10)
这两组数组被迭代为：
u(t+ΔT)＝Pu(t) (11)
c(t+ΔT)＝Pc(t) (12)
其中矩阵P∈Rn×n满足条件：1)矩阵P中所有元素都是非负的；2)P对应于强连接图；3)P包含正对角线元素，这三个条件保证了(11)和(12)的唯一收敛；
Figure FDA0003642428480000041
Figure FDA0003642428480000042
其中π∈Rn×1表示π＝Pπ的唯一正解，所有元素πi都大于零；
因此，由定理1，通过迭代(11)和(12)得到
Figure FDA0003642428480000051
即当t→∞时，
Figure FDA0003642428480000052
收敛于相同的值
Figure FDA0003642428480000053
在该配电系统中，不同的节点上安装了n个逆变器，将初始值u(t0)和c(t0)设置为：
ui(t0)＝QPV,i(t0) (16)
ci(t0)＝Prated,i (17)
在t0时刻，总无功支持量为
Figure FDA0003642428480000054
在t→∞时，根据额定容量Prated,i得到：
Figure FDA0003642428480000055
其中QPV,i(t0)表示在t0时刻，节点i处光伏逆变器产生的无功功率；
在(11)和(12)中的矩阵P描述了两节点间的双向通信线路的拓扑结构，其常数元素表示为：
Figure FDA0003642428480000056
其中l表示节点i和节点j之间的双向通信路的集合；Dj表示节点j的出度，因此，对于节点i：
Figure FDA0003642428480000057
Figure FDA0003642428480000058
若不考虑本地无功控制方法，在t+ΔT时节点i处逆变器的无功功率为
Figure FDA0003642428480000059
在(18)中，当t→∞时，无功功率负担据其额定容量在逆变器之间再分配；同时，本地变量方法会在全局方法的通信延迟期间改变本地光伏逆变器产生的无功功率，因此，t+ΔT时刻的无功功率再分配分量ΔQglobal(t+ΔT)表示为：
Figure FDA0003642428480000061
式子(10)用来调整本地无功功率的产生，在t+ΔT时从(10)中获得的QPV,i(t+ΔT)将在(20)中用作下一次迭代的ui(t+ΔT)。
4.如权利要求1所述的一种基于电压调节器和多光伏系统的配电网电压管理方法，其特征在于，所述步骤S6中，各节点最终无功补偿量的确定，包括以下步骤：
S6-1：求解本地逆变器最终无功补偿量
本地无功控制方法用于实时补偿本地光伏功率变化，而全局方案通过通信时间延迟在逆变器之间再分配无功支持负担，然而，无法避免的通信时间延迟会影响逆变器之间无功支持负载的重新分配，但不会影响稳压性能；
在t时刻对各个光伏逆变器的无功发电量进行测量，并在通信逆变器之间交换，考虑到通信延迟，根据t时刻的测量值在时刻t+ΔT上获得节点i处的无功功率再分配量ΔQglobal,i(t+ΔT)来调整本地无功功率，因此，本地逆变器在时刻t+ΔT产生的无功功率表示为：
QPV,i(t+ΔT)＝QPV,i(t+ΔT-Δt)+ΔQpro,i(t+ΔT)+ΔQglobal,i(t+ΔT)+ΔQre,i(t+ΔT)(23)
式中ΔQpro,i(t+ΔT)和ΔQre,i(t+ΔT)分别是从(1)和(3)中得到的本地变量。
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