CN113241807A - 一种配电网低电压治理的分布式光伏逆变器自适应鲁棒调节方法 - Google Patents

一种配电网低电压治理的分布式光伏逆变器自适应鲁棒调节方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种配电网低电压治理的分布式光伏逆变器自适应鲁棒调节方法。为了解决现有配电网低电压治理技术的经济性和保守性问题，本发明提出了一种配电网低电压治理的分布式光伏逆变器鲁棒自适应调节方法。首先在电压灵敏度系数矩阵的基础上建立节点电压偏差优化模型，考虑分布式光伏逆变器容量线性化约束和出力的区间不确定性，设计分布式光伏逆变器根据分布式光伏出力不确定性自适应调节的策略，通过对偶变换将节点电压偏差鲁棒优化模型转化为确定性线性规划问题求解，实现了分布式光伏逆变器根据光伏出力的不确定性自适应鲁棒控制策略。

Description

一种配电网低电压治理的分布式光伏逆变器自适应鲁棒调节 方法
技术领域
本发明涉及配电网低电压治理领域，具体涉及一种配电网低电压治理的分布式光伏逆变器自适应鲁棒调节方法。
技术背景
随着大量分布式光伏接入配电网，配电网络由放射型的无源网络转变为用户与分布式光伏耦合的有源网络，改变了配电网络的电压分布，使得配电网的低电压问题日益严重。现有的配电网低电压治理方法主要有：优化配电网络结构、配置无功补偿装置和配电变压器有载调压等。优化配电网络结构是通过优化供电半径提高供电区域内的电压质量；配置无功补偿装置是装设并联无源电容器和SVG等有源电力电子装置等；配电变压器有载调压是通过关口节点处的有载调压变压器抽头来改善配电网的电压分布。这三种方法都需要一定的额外成本投入，且需要运行维护。另外，分布式光伏输出功率波动频繁，这三种方法很难快速响应分布式光伏输出功率的快速波动。
相比额外的投资成本，基于逆变器控制的分布式光伏具有一定快速无功响应能力得到了广泛的关注，在不增加成本的基础上，通过控制用户侧额分布式光伏逆变器的无功实现低电压治理则更加经济合理。现有的分布式光伏逆变器控制方法主要是基于光伏逆变器有功无功的就地电压控制策略和整体协调优化分布式光伏无功能力的多电压层级配电网无功电压协调控制策略。但这些方法均是基于确定性分布式光伏出力模型开展研究的，并未考虑实际配电网中分布式光伏出力的不确定性，得到的分布式光伏逆变器无功控制方案的鲁棒性较差。
发明内容:
本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：
一种配电网低电压治理的分布式光伏逆变器自适应鲁棒调节方法，其特征在于，包括:
步骤1、初始化，输入配电网线路参数、分布式光伏出力和负荷预测基准值；
步骤2、基于分布式光伏和负荷预测基准值，建立配电网牛顿迭代潮流方程，如下：
Figure BDA0003069575270000021
式中：ΔP、ΔQ为除去平衡节点的有功功率偏差和无功功率偏差，n为配电网总节点数。平衡节点为与输电网相连的根节点，Δθ、ΔV为除去平衡节点的节点电压相角偏差和节点电压幅值偏差。JP/θ、JP/V、JQ/θ、JQ/V为雅克比矩阵的四个分块矩阵，其对应的矩阵元素
Figure BDA0003069575270000022
分别计算如下：
Figure BDA0003069575270000023
式中：Pi、Qi为分别为节点i处的注入有功功率、无功功率；θj、Vj分别为节点j处的电压相角、电压幅值；
Figure BDA0003069575270000024
表示节点i处的注入有功功率对节点j处的电压相角的偏导数，
Figure BDA0003069575270000025
表示节点i处的注入有功功率对节点j处的电压幅值的偏导数，
Figure BDA0003069575270000026
表示节点i处的注入无功功率对节点j处的电压相角的偏导数，
Figure BDA0003069575270000027
表示节点i处的注入无功功率对节点j处的电压幅值的偏导数。
步骤3、基于步骤2得到的
Figure BDA0003069575270000028
求解其逆矩阵得到节点电压灵敏度系数矩阵
Figure BDA0003069575270000029
建立以配电网节点电压总偏差最小化的优化目标，如下：
Figure BDA00030695752700000210
式中：ΔVj表示节点j处的节点电压偏差；ΔPk、ΔQk分别表示节点k处的分布式光伏的有功出力和无功出力，m为分布式光伏的数目。
Figure BDA00030695752700000211
分别表示节点j处节点电压对节点k处的分布式光伏的有功出力和无功出力的灵敏度系数，其元素为KV/Q、KV/Q矩阵的元素：
Figure BDA0003069575270000031
式中，
Figure BDA0003069575270000032
与
Figure BDA0003069575270000033
互为逆矩阵。
步骤4、考虑基于光伏的分布式光伏出力的不确定性，建立以分布式光伏逆变器无功线性调节的自适应鲁棒优化目标，以获得逆变器无功线性调节系数αk：
Figure BDA0003069575270000034
式中：αk分布式光伏逆变器无功线性决策系数，ΔQk＝αkΔPk，即逆变器的无功Qk根据分布式光伏的有功出力的不确定性波动而自适应调节，如下：
Figure BDA0003069575270000035
式中：
Figure BDA0003069575270000036
为节点k处分布式光伏基准值处的无功出力。进一步引入辅助变量tj j＝2,…,n，将自适应鲁棒优化模型的绝对值去掉，即为
Figure BDA0003069575270000037
Figure BDA0003069575270000038
Figure BDA0003069575270000039
步骤5、建立分布式光伏逆变器调节容量约束的线性化模型：通过将
Figure BDA00030695752700000310
Figure BDA00030695752700000311
带入到分布式光伏逆变器线性化约束
Figure BDA0003069575270000041
中，式中，
Figure BDA0003069575270000042
是节点k处分布式光伏逆变器的容量，
Figure BDA0003069575270000043
构造如下的分布式光伏逆变器调节容量约束线性化条件：
Figure BDA0003069575270000044
Figure BDA0003069575270000045
式中：
Figure BDA0003069575270000046
为节点k处分布式光伏基准值处的有功出力和无功出力。
步骤6、考虑分布式光伏出力预测误差区间
Figure BDA0003069575270000047
Figure BDA0003069575270000048
通过对偶变换将步骤4、步骤5所建立的自适应鲁棒优化模型转换为确定性的线性规划模型如下：
Figure BDA0003069575270000049
Figure BDA00030695752700000410
Figure BDA00030695752700000411
Figure BDA00030695752700000412
Figure BDA00030695752700000413
Figure BDA00030695752700000414
γ′kφ+γ″kφ≥(cosφ-sinφ)+αk(cosφ+sinφ)
γ′kφ≥0,γ″kφ≤0
Figure BDA00030695752700000415
式中：θ′jk、θ″jk、γ′kφ、γ′kφ为对偶变量。
步骤7、求解步骤6建立的确定性线性规划模型，得到分布光伏逆变器无功线性决策系数αi，输出
Figure BDA00030695752700000416
表示分布式光伏逆变器无功出力Qk在基准点处
Figure BDA0003069575270000051
的基础上根据分布式光伏预测误差不确定性量ΔPk来实时线性调节逆变器出力，进而使得配电网的电压偏差最小。
因此，本发明具有如下优点：根据分布式光伏有功预测出力的波动性来优化分布式光伏的逆变器无功功率，设计了分布式光伏逆变器自适应线性调节规则；与现有的优化技术相比，本发明可以克服分布式光伏出力频繁波动的电压越限问题，维持节点电压在安全范围。
附图说明
图1为本发明的一种配电网低电压治理的分布式光伏逆变器自适应鲁棒调节流程图。
具体实施方式：
为了更加清楚地说明本发明的技术方案及其优点，下文将结合附图对本发明进行进一步详细说明。此处所描述的具体实例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提出了一种配电网低电压治理的分布式光伏逆变器自适应鲁棒调节方法，流程图如图1所示，本发明的分布式光伏逆变器自适应鲁棒调节方法包括以下步骤：
第一步：初始化，输入配电网线路参数，分布式光伏出力和负荷预测基准值；
第二步：基于分布式光伏和负荷预测基准值，建立配电网牛顿迭代潮流方程，如下：
Figure BDA0003069575270000052
式中：ΔP、ΔQ为除去平衡节点的有功功率偏差和无功功率偏差，n为配电网总节点数。平衡节点为与输电网相连的根节点，Δθ、ΔV为除去平衡节点的节点电压相角偏差和节点电压幅值偏差。JP/θ、JP/V、JQ/θ、JQ/V为雅克比矩阵的四个分块矩阵，其对应的矩阵元素
Figure BDA0003069575270000053
分别计算如下：
Figure BDA0003069575270000054
式中：Pi、Qi为分别为节点i处的注入有功功率、无功功率；θj、Vj分别为节点j处的电压相角、电压幅值；
Figure BDA0003069575270000061
表示节点i处的注入有功功率对节点j处的电压相角的偏导数，
Figure BDA0003069575270000062
表示节点i处的注入有功功率对节点j处的电压幅值的偏导数，
Figure BDA0003069575270000063
表示节点i处的注入无功功率对节点j处的电压相角的偏导数，
Figure BDA0003069575270000064
表示节点i处的注入无功功率对节点j处的电压幅值的偏导数。
第三步：基于步骤2得到的
Figure BDA0003069575270000065
求解其逆矩阵得到节点电压灵敏度系数矩阵
Figure BDA0003069575270000066
建立以配电网节点电压总偏差最小化的优化目标，如下：
Figure BDA0003069575270000067
式中：ΔVj表示节点j处的节点电压偏差；ΔPk、ΔQk分别表示节点k处的分布式光伏的有功出力和无功出力，m为分布式光伏的数目。
Figure BDA0003069575270000068
分别表示节点j处节点电压对节点k处的分布式光伏的有功出力和无功出力的灵敏度系数，其元素为KV/Q、KV/Q矩阵的元素：
Figure BDA0003069575270000069
式中，
Figure BDA00030695752700000610
与
Figure BDA00030695752700000611
互为逆矩阵。
第四步：考虑基于光伏的分布式光伏出力的不确定性，建立以分布式光伏逆变器无功线性调节的自适应鲁棒优化目标，以获得逆变器无功线性调节系数αk：
Figure BDA00030695752700000612
式中：αk分布式光伏逆变器无功线性决策系数，ΔQk＝αkΔPk，即逆变器的无功Qk根据分布式光伏的有功出力的不确定性波动而自适应调节，如下：
Figure BDA0003069575270000071
式中：
Figure BDA0003069575270000072
为节点k处分布式光伏基准值处的无功出力。进一步引入辅助变量tj j＝2,…,n，将自适应鲁棒优化模型的绝对值去掉，即为
Figure BDA0003069575270000073
Figure BDA0003069575270000074
Figure BDA0003069575270000075
第五步：建立分布式光伏逆变器调节容量约束的线性化模型：通过将
Figure BDA0003069575270000076
Figure BDA0003069575270000077
带入到分布式光伏逆变器线性化约束
Figure BDA0003069575270000078
中，式中，
Figure BDA0003069575270000079
是节点k处分布式光伏逆变器的容量，
Figure BDA00030695752700000710
构造如下的分布式光伏逆变器调节容量约束线性化条件：
Figure BDA00030695752700000711
Figure BDA00030695752700000712
式中：
Figure BDA00030695752700000713
为节点k处分布式光伏基准值处的有功出力和无功出力。
第六步：考虑分布式光伏出力预测误差区间
Figure BDA00030695752700000714
Figure BDA00030695752700000715
通过对偶变换将步骤4、步骤5所建立的自适应鲁棒优化模型转换为确定性的线性规划模型如下：
Figure BDA00030695752700000716
Figure BDA0003069575270000081
Figure BDA0003069575270000082
Figure BDA0003069575270000083
Figure BDA0003069575270000084
Figure BDA0003069575270000085
γ′kφ+γ″kφ≥(cosφ-sinφ)+αk(cosφ+sinφ)
γ′kφ≥0,γ″kφ≤0
Figure BDA0003069575270000086
式中：θ′jk、θ″jk、γ′kφ、γ′kφ为对偶变量。
第七步：求解步骤6建立的确定性线性规划模型，得到分布光伏逆变器无功线性决策系数αi，输出
Figure BDA0003069575270000087
表示分布式光伏逆变器无功出力Qk在基准点处
Figure BDA0003069575270000088
的基础上根据分布式光伏预测误差不确定性量ΔPk来实时线性调节逆变器出力，进而使得配电网的电压偏差最小。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (1)

1.一种配电网低电压治理的分布式光伏逆变器自适应鲁棒调节方法，其特征在于，包括:
步骤1、初始化，输入配电网线路参数、分布式光伏出力和负荷预测基准值；
步骤2、基于分布式光伏和负荷预测基准值，建立配电网牛顿迭代潮流方程，如下：
Figure FDA0003069575260000011
式中：ΔP、ΔQ为除去平衡节点的有功功率偏差和无功功率偏差，n为配电网总节点数；平衡节点为与输电网相连的根节点，Δθ、ΔV为除去平衡节点的节点电压相角偏差和节点电压幅值偏差；JP/θ、JP/V、JQ/θ、JQ/V为雅克比矩阵的四个分块矩阵，其对应的矩阵元素
Figure FDA0003069575260000012
分别计算如下：
Figure FDA0003069575260000013
式中：Pi、Qi为分别为节点i处的注入有功功率、无功功率；θj、Vj分别为节点j处的电压相角、电压幅值；
Figure FDA0003069575260000014
表示节点i处的注入有功功率对节点j处的电压相角的偏导数，
Figure FDA0003069575260000015
表示节点i处的注入有功功率对节点j处的电压幅值的偏导数，
Figure FDA0003069575260000016
表示节点i处的注入无功功率对节点j处的电压相角的偏导数，
Figure FDA0003069575260000017
表示节点i处的注入无功功率对节点j处的电压幅值的偏导数；
步骤3、基于步骤2得到的
Figure FDA0003069575260000018
求解其逆矩阵得到节点电压灵敏度系数矩阵
Figure FDA0003069575260000019
建立以配电网节点电压总偏差最小化的优化目标，如下：
Figure FDA0003069575260000021
式中：ΔVj表示节点j处的节点电压偏差；ΔPk、ΔQk分别表示节点k处的分布式光伏的有功出力和无功出力，m为分布式光伏的数目；
Figure FDA0003069575260000022
分别表示节点j处节点电压对节点k处的分布式光伏的有功出力和无功出力的灵敏度系数，其元素为KV/Q、KV/Q矩阵的元素：
Figure FDA0003069575260000023
式中，
Figure FDA0003069575260000024
与
Figure FDA0003069575260000025
互为逆矩阵；
步骤4、考虑基于光伏的分布式光伏出力的不确定性，建立以分布式光伏逆变器无功线性调节的自适应鲁棒优化目标，以获得逆变器无功线性调节系数αk：
Figure FDA0003069575260000026
式中：αk分布式光伏逆变器无功线性决策系数，ΔQk＝αkΔPk，即逆变器的无功Qk根据分布式光伏的有功出力的不确定性波动而自适应调节，如下：
Figure FDA0003069575260000027
式中：
Figure FDA0003069575260000028
为节点k处分布式光伏基准值处的无功出力；进一步引入辅助变量tj j＝2,…,n，将自适应鲁棒优化模型的绝对值去掉，即为
Figure FDA0003069575260000029
Figure FDA00030695752600000210
Figure FDA00030695752600000211
步骤5、建立分布式光伏逆变器调节容量约束的线性化模型：通过将
Figure FDA00030695752600000212
Figure FDA0003069575260000031
带入到分布式光伏逆变器线性化约束
Figure FDA0003069575260000032
中，式中，
Figure FDA0003069575260000033
是节点k处分布式光伏逆变器的容量，
Figure FDA0003069575260000034
构造如下的分布式光伏逆变器调节容量约束线性化条件：
Figure FDA0003069575260000035
Figure FDA0003069575260000036
式中：
Figure FDA0003069575260000037
为节点k处分布式光伏基准值处的有功出力和无功出力；
步骤6、考虑分布式光伏出力预测误差区间
Figure FDA0003069575260000038
通过对偶变换将步骤4、步骤5所建立的自适应鲁棒优化模型转换为确定性的线性规划模型如下：
Figure FDA0003069575260000039
Figure FDA00030695752600000310
Figure FDA00030695752600000311
Figure FDA00030695752600000312
Figure FDA00030695752600000313
Figure FDA00030695752600000314
γ′kφ+γ″kφ≥(cosφ-sinφ)+αk(cosφ+sinφ)
γ′kφ≥0,γ″kφ≤0
Figure FDA00030695752600000315
式中：θ′jk、θ″jk、γ′kφ、γ′kφ为对偶变量；
步骤7、求解步骤6建立的确定性线性规划模型，得到分布光伏逆变器无功线性决策系数αi，输出
Figure FDA00030695752600000316
表示分布式光伏逆变器无功出力Qk在基准点处
Figure FDA00030695752600000317
的基础上根据分布式光伏预测误差不确定性量ΔPk来实时线性调节逆变器出力，进而使得配电网的电压偏差最小。
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