CN113991732A - 分布式配电网双目标电压控制方法、装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种分布式配电网双目标电压控制方法、装置,所述方法包括:计算配电网中各分布式能源控制模块的并网电压,和电压安全范围;所述能源控制模块包括能源设备、逆变器和用电设备;若并网电压不在电压安全范围之内,调用控制模块中的逆变器和用电设备参与电压控制,其中:使用逆变器成本、用电设备成本和配电网的电压偏差建立目标函数,以逆变器无功功率、用电设备有功功率和电压安全范围作为约束条件;在约束条件下对目标函数进行取值,选取逆变器无功功率和用电设备有功功率参与电压控制。采用上述方案,将电压控制在合理范围内,保证清洁能源设备稳定输出功率的同时,降低配电网的经济成本,保证系统的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及配电网电压控制技术领域,尤其涉及一种分布式配电网双目标电压控制方法、装置。
背景技术
如今光电、风电和水电等清洁能源因具有资源丰富和环境友好等优势,获得了前所未有的关注和发展。
清洁能源通常采用分布式接入配电网,但在分布式电源的发电在电网中的比例过大时,会对电力系统的稳定性造成不良影响,因为分布式电源接入配电网后,可以改变潮流的分布和流向,比如潮流可能会从用户侧流向电源侧,进而影响电压分布。如合理利用,分布式电源可以抬高电网电压,改善欠电压问题,但是超出合理的范围会导致过电压,损坏电网设备,威胁生命安全,为此需要限制分布式电源接入配电网的比例。
目前采用的配电网电压控制的技术方案通常是,依靠逆变器的无功调控,或是储能装置的有功调控。其中存在的问题有:(1)逆变器无功容量较小,如果调用配电网片区所有或大部分逆变器的无功容量,将会降低清洁能源获取设备功率输出的稳定性;(2)储能装置价格昂贵,依靠储能装置进行功率管理的经济性较差;(3)储能系统难以满足即插即用以及能量和信息的双向交互需求,也即能量变化相对于控制管理具有滞后性。
发明内容
发明目的:本发明提供一种分布式配电网双目标电压控制方法、装置,旨在通过用电设备的有功功率和逆变器的无功功率共同对电压进行调控,并将成本纳入考虑范围,实现将电压控制在合理范围内,保证清洁能源设备稳定输出功率的同时,降低配电网的经济成本,保证系统的可靠性。
技术方案:本发明提供一种分布式配电网双目标电压控制方法,包括:
计算配电网中各分布式能源控制模块的并网电压,和电压安全范围;所述能源控制模块包括能源设备、逆变器和用电设备;若并网电压不在电压安全范围之内,调用控制模块中的逆变器和用电设备参与电压控制,其中:使用逆变器成本、用电设备成本和配电网的电压偏差建立目标函数,以逆变器无功功率、用电设备有功功率和电压安全范围作为约束条件;在约束条件下对目标函数进行取值,选取逆变器无功功率和用电设备有功功率参与电压控制。
具体的,获取配电网母线电压,通过电压偏差上限系数和电压偏差下限系数计算得到电压安全范围;获取以下参数用于计算能源控制模块的并网电压:控制模块中能源设备的有功功率和无功功率,逆变器的无功功率,用电设备的有功功率,配电网节点上负载的有功功率和无功功率,以及各能源控制模块控制的负载侧的电阻和电抗。
具体的,所述能源控制模块的并网电压采用以下公式计算:
Ui=UN+((PPi-PLi-PDi)Ri+(QPi-QLi-QVi)Xi)/UN,
其中,Ui表示并网电压,下标i表示能源控制模块的序号,UN表示母线电压,PPi和QPi分别表示能源设备的有功功率和无功功率,PLi和QLi分别表示负载的有功功率和无功功率,PDi表示用电设备的有功功率,QVi表示逆变器的无功功率,Ri和Xi分别表示能源控制模块控制的负载侧的电阻和电抗;
所述电压安全范围采用以下公式计算:UL=εUN,UH=δUN,
其中,UL表示电压下限,ε表示电压偏差下限系数,UH表示电压上限,δ表示电压偏差上限系数。
具体的,所述建立目标函数,包括:使用逆变器成本、用电设备成本、配电网的电压偏差和能源控制模块的故障响应概率建立目标函数。
具体的,所述目标函数为:f=w1×C+w2×G+w3×J-w4×F,
其中,w1、w2、w3和w4分别表示目标函数中的变量的权重,C表示逆变器成本,G表示用电设备成本,J表示配电网的电压偏差,F表示能源控制模块的故障响应概率;
所述约束条件为:PDi-min≤PDi≤PDi-max,QVi-min≤QVi≤QVi-max,UL≤Ui≤UH,
其中,PDi-min和PDi-max分别表示用电设备有功功率的下限和上限,QVi-min和QVi-max分别表示逆变器无功功率的下限和上限。
具体的,所述目标函数中的变量的权重的计算过程,包括:以目标函数中特定变量的重要程度作为基准,根据目标函数中其他变量相对于特定变量的重要程度,计算变量的权重;采用以下公式计算:w1=αw2=βw3=γw4,w1+w2+w3+w4=1,
其中,α、β和γ分别表示对应的变量的重要程度系数。
具体的,所述逆变器成本采用以下公式计算:C=η∑i=1 n|QVi|,
其中,η表示单位逆变器无功功率价格,n表示能源控制模块总数;
所述用电设备成本采用以下公式计算:G=μ∑i=1 n|PDi|,
其中,μ表示单位用电设备有功功率价格;
所述配电网的电压偏差采用以下公式计算:J=∑i=1 m((Ui-UN)/UN),
其中,m表示配电网中的节点总数;
所述故障响应概率采用以下公式计算:F=∑i=1 n(Eli/(Eli+Ei)),
其中,下标li表示序号为i的能源控制模块的节点的相邻节点,Ei为i节点的逆变器和用电设备的容量和,Eli为i节点的相邻节点的逆变器和用电设备的容量和。
具体的,所述用电设备为即插即用设备。
具体的,在约束条件下,计算目标函数的最小值。
具体的,本发明还提供一种分布式配电网双目标电压控制装置,包括计算单元和调用单元,其中:
所述计算单元,用于计算配电网中各分布式能源控制模块的并网电压,和电压安全范围;所述能源控制模块包括能源设备、逆变器和用电设备;
所述调用单元,用于若并网电压不在电压安全范围之内,调用控制模块中的逆变器和用电设备参与电压控制,其中:
使用逆变器成本、用电设备成本和配电网的电压偏差建立目标函数,以逆变器无功功率、用电设备有功功率和电压安全范围作为约束条件;
在约束条件下对目标函数进行取值,选取逆变器无功功率和用电设备有功功率参与电压控制。
有益效果:与现有技术相比,本发明具有如下显著优点:将电压控制在合理范围内,保证清洁能源设备稳定输出功率的同时,降低配电网的经济成本,保证系统的可靠性。
附图说明
图1为本发明提供的分布式配电网双目标电压控制方法的流程示意图;
图2为本发明提供的分布式配电网的线路示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。
参阅图1,其为本发明提供的分布式配电网双目标电压控制方法的流程示意图,其中包括具体步骤。
步骤1,计算配电网中各分布式能源控制模块的并网电压,和电压安全范围。
本发明实施例中,所述能源控制模块包括能源设备、逆变器和用电设备。
在具体实施中,能源控制模块是以清洁能源获取设备为核心形成的模块,能源设备作为电源可以为负载提供电力,逆变器可以对电流进行转换,用电设备在能源设备的电力供给下工作,同时具备控制功能,可以控制逆变器和用电设备的功率,由此对模块接入配电网的电压进行控制。
在具体实施中,能源设备指清洁能源获取设备,具体可以为光伏、风电发电设备、水电发电设备等;并网电压指能源控制模块接入母线的电压,也即能源控制模块的整体电压;电压安全范围指能源控制模块的并网电压的安全范围。
本发明实施例中,获取配电网母线电压,通过电压偏差上限系数和电压偏差下限系数计算得到电压安全范围;
获取以下参数用于计算能源控制模块的并网电压:控制模块中能源设备的有功功率和无功功率,逆变器的无功功率,用电设备的有功功率,配电网节点上负载的有功功率和无功功率,以及各能源控制模块控制的负载侧的电阻和电抗。
在具体实施中,电压偏差上限系数和电压偏差下限系数可以依据配电网实际的情况进行相应的设定,主要考虑的因素有配电网的范围、负载的情况等。
本发明实施例中,所述能源控制模块的并网电压采用以下公式计算:
Ui=UN+((PPi-PLi-PDi)Ri+(QPi-QLi-QVi)Xi)/UN,
其中,Ui表示并网电压,下标i表示能源控制模块的序号,UN表示母线电压,PPi和QPi分别表示能源设备的有功功率和无功功率,PLi和QLi分别表示负载的有功功率和无功功率,PDi表示用电设备的有功功率,QVi表示逆变器的无功功率,Ri和Xi分别表示能源控制模块控制的负载侧的电阻和电抗;
所述电压安全范围采用以下公式计算:
UL=εUN,UH=δUN,
其中,UL表示电压下限,ε表示电压偏差下限系数,UH表示电压上限,δ表示电压偏差上限系数。
在具体实施中,下标i表示能源控制模块的序号,带有下标i的标识表示第i个能源控制模块的相关参数。
步骤2,若并网电压不在电压安全范围之内,调用控制模块中的逆变器和用电设备参与电压控制。
在具体实施中,在控制模块的并网电压在安全范围之外时,表明可能会发生过电压,损坏电网设备,威胁生命安全,为此需要控制分布式控制模块的并网电压。
本发明实施例中,所述用电设备为即插即用设备。
在具体实施中,储能系统难以满足即插即用以及能量和信息的双向交互需求,能量变化相对于控制管理具有滞后性,而即插即用设备可以有效的克服该问题,即插即用设备可以立即响应有功功率的控制指令,其有功功率可以快速调整至要求的数值,对于配电网系统而言,可以进行有效管理,实现能量和信息的双向交互需求。
本发明实施例中,使用逆变器成本、用电设备成本和配电网的电压偏差建立目标函数,以逆变器无功功率、用电设备有功功率和电压安全范围作为约束条件;
在约束条件下对目标函数进行取值,选取逆变器无功功率和用电设备有功功率参与电压控制。
在具体实施中,将逆变器成本和用电设备的成本作为重要的考虑因素,兼顾整个配电网系统的经济性,避免出现完全依靠有功功率进行电压控制时成本过高的情形,同时,也将配电网的电压偏差程度作为考虑因素,在成本和电压偏差程度之间达到平衡,以尽量低的成本,达到最好的电压控制效果。
在具体实施中,同时引入逆变器的无功功率和用电设备的有功功率进行电压控制,避免因使用单一种类功率带来的问题,同时,将两者的成本同时作为目标函数的变量,可以在两者之间也达到平衡,获取成本最低的电压控制方式。
在具体实施中,在约束条件下对目标函数进行取值,所获得的逆变器无功功率和用电设备有功功率的数值,是针对单个控制模块的。
本发明实施例中,引入能源控制模块的故障响应概率作为目标函数的变量之一。
在具体实施中,故障响应概率表征配电网系统的可靠性,在某控制模块存在故障时,相邻节点上的控制模块是否有足够的功率容量为其应急控制电压。该变量的引入,也是重要的改进点之一,确保在电压的控制过程中,保留一定的容量以防故障的发生。
本发明实施例中,所述目标函数为:
f=w1×C+w2×G+w3×J-w4×F,
其中,w1、w2、w3和w4分别表示目标函数中的变量的权重,C表示逆变器成本,G表示用电设备成本,J表示配电网的电压偏差,F表示能源控制模块的故障响应概率;
所述约束条件为:
PDi-min≤PDi≤PDi-max,
QVi-min≤QVi≤QVi-max,
UL≤Ui≤UH,
其中,PDi-min和PDi-max分别表示用电设备有功功率的下限和上限,QVi-min和QVi-max分别表示逆变器无功功率的下限和上限。
本发明实施例中,所述逆变器成本C采用以下公式计算:
C=η∑i=1 n|QVi|,
其中,η表示单位逆变器无功功率价格,n表示能源控制模块总数;
所述用电设备成本G采用以下公式计算:
G=μ∑i=1 n|PDi|,
其中,μ表示单位用电设备有功功率价格;
所述配电网的电压偏差J采用以下公式计算:
J=∑i=1 m((Ui-UN)/UN),
其中,m表示配电网中的节点总数;
所述故障响应概率采用以下公式计算:
F=∑i=1 n(Eli/(Eli+Ei)),
其中,下标li表示序号为i的能源控制模块的节点的相邻节点,Ei为i节点的逆变器和用电设备的容量和,Eli为i节点的相邻节点的逆变器和用电设备的容量和。
在具体实施中,逆变器和用电设备的容量和可以指逆变器的无功功率容量和用电设备的有功功率容量的和。
在具体实施中,逆变器的成本和用电设备的成本,以单位功率的价格计算。
本发明实施例中,以目标函数中特定变量的重要程度作为基准,根据目标函数中其他变量相对于特定变量的重要程度,计算变量的权重;采用以下公式计算:
w1=αw2=βw3=γw4,
w1+w2+w3+w4=1,
其中,α、β和γ分别表示对应的变量的重要程度系数。
在具体实施中,目标函数中的变量指逆变器成本、用电设备成本、配电网的电压偏差和故障响应概率。
本发明还提供一种分布式配电网双目标电压控制装置,包括计算单元和调用单元,其中:
所述计算单元,用于计算配电网中各分布式能源控制模块的并网电压,和电压安全范围;所述能源控制模块包括能源设备、逆变器和用电设备;
所述调用单元,用于若并网电压不在电压安全范围之内,调用控制模块中的逆变器和用电设备参与电压控制,其中:
使用逆变器成本、用电设备成本和配电网的电压偏差建立目标函数,以逆变器无功功率、用电设备有功功率和电压安全范围作为约束条件;
在约束条件下对目标函数进行取值,选取逆变器无功功率和用电设备有功功率参与电压控制。
本发明实施例中,所述计算单元,用于获取配电网母线电压,通过电压偏差上限系数和电压偏差下限系数计算得到电压安全范围;
获取以下参数用于计算能源控制模块的并网电压:控制模块中能源设备的有功功率和无功功率,逆变器的无功功率,用电设备的有功功率,配电网节点上负载的有功功率和无功功率,以及各能源控制模块控制的负载侧的电阻和电抗。
本发明实施例中,所述计算单元,用于采用以下公式计算能源控制模块的并网电压:
Ui=UN+((PPi-PLi-PDi)Ri+(QPi-QLi-QVi)Xi)/UN,
其中,Ui表示并网电压,下标i表示能源控制模块的序号,UN表示母线电压,PPi和QPi分别表示能源设备的有功功率和无功功率,PLi和QLi分别表示负载的有功功率和无功功率,PDi表示用电设备的有功功率,QVi表示逆变器的无功功率,Ri和Xi分别表示能源控制模块控制的负载侧的电阻和电抗;
所述电压安全范围采用以下公式计算:
UL=εUN,UH=δUN,
其中,UL表示电压下限,ε表示电压偏差下限系数,UH表示电压上限,δ表示电压偏差上限系数。
本发明实施例中,所述调用单元,用于使用逆变器成本、用电设备成本、配电网的电压偏差和能源控制模块的故障响应概率建立目标函数。
本发明实施例中,所述目标函数为:
f=w1×C+w2×G+w3×J-w4×F,
其中,w1、w2、w3和w4分别表示目标函数中的变量的权重,C表示逆变器成本,G表示用电设备成本,J表示配电网的电压偏差,F表示能源控制模块的故障响应概率;
所述约束条件为:
PDi-min≤PDi≤PDi-max,
QVi-min≤QVi≤QVi-max,
UL≤Ui≤UH,
其中,PDi-min和PDi-max分别表示用电设备有功功率的下限和上限,QVi-min和QVi-max分别表示逆变器无功功率的下限和上限。
本发明实施例中,所述调用单元,用于目标函数中的变量的权重的计算,包括:
以目标函数中特定变量的重要程度作为基准,根据目标函数中其他变量相对于特定变量的重要程度,计算变量的权重;采用以下公式计算:
w1=αw2=βw3=γw4,
w1+w2+w3+w4=1,
其中,α、β和γ分别表示对应的变量的重要程度系数。
本发明实施例中,所述调用单元,用于采用以下公式计算逆变器成本:
C=η∑i=1 n|QVi|,
其中,η表示单位逆变器无功功率价格,n表示能源控制模块总数;
所述用电设备成本采用以下公式计算:
G=μ∑i=1 n|PDi|,
其中,μ表示单位用电设备有功功率价格;
所述配电网的电压偏差采用以下公式计算:
J=∑i=1 m((Ui-UN)/UN),
其中,m表示配电网中的节点总数;
所述故障响应概率采用以下公式计算:
F=∑i=1 n(Eli/(Eli+Ei)),
其中,下标li表示序号为i的能源控制模块的节点的相邻节点,Ei为i节点的逆变器和用电设备的容量和,Eli为i节点的相邻节点的逆变器和用电设备的容量和。
本发明实施例中,所述用电设备为即插即用设备。
本发明实施例中,所述调用单元,用于在约束条件下,计算目标函数的最小值。
本领域内的技术人员应明白,本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此,本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且,本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器,使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中,使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品,该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上,使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理,从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制,尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明,所属领域的普通技术人员应当理解:依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换,而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换,其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (10)
1.一种分布式配电网双目标电压控制方法,其特征在于,包括:
计算配电网中各分布式能源控制模块的并网电压,和电压安全范围;所述能源控制模块包括能源设备、逆变器和用电设备;
若并网电压不在电压安全范围之内,调用控制模块中的逆变器和用电设备参与电压控制,其中:
使用逆变器成本、用电设备成本和配电网的电压偏差建立目标函数,以逆变器无功功率、用电设备有功功率和电压安全范围作为约束条件;
在约束条件下对目标函数进行取值,选取逆变器无功功率和用电设备有功功率参与电压控制。
2.根据权利要求2所述的配电网双目标电压控制方法,其特征在于,所述计算配电网中各分布式能源控制模块的并网电压,以及对应的电压安全范围,包括:
获取配电网母线电压,通过电压偏差上限系数和电压偏差下限系数计算得到电压安全范围;
获取以下参数用于计算能源控制模块的并网电压:控制模块中能源设备的有功功率和无功功率,逆变器的无功功率,用电设备的有功功率,配电网节点上负载的有功功率和无功功率,以及各能源控制模块控制的负载侧的电阻和电抗。
3.根据权利要求2所述的配电网双目标电压控制方法,其特征在于,所述能源控制模块的并网电压采用以下公式计算:
Ui=UN+((PPi-PLi-PDi)Ri+(QPi-QLi-QVi)Xi)/UN,
其中,Ui表示并网电压,下标i表示能源控制模块的序号,UN表示母线电压,PPi和QPi分别表示能源设备的有功功率和无功功率,PLi和QLi分别表示负载的有功功率和无功功率,PDi表示用电设备的有功功率,QVi表示逆变器的无功功率,Ri和Xi分别表示能源控制模块控制的负载侧的电阻和电抗;
所述电压安全范围采用以下公式计算:
UL=εUN,UH=δUN,
其中,UL表示电压下限,ε表示电压偏差下限系数,UH表示电压上限,δ表示电压偏差上限系数。
4.根据权利要求3所述的配电网双目标电压控制方法,其特征在于,所述建立目标函数,包括:
使用逆变器成本、用电设备成本、配电网的电压偏差和能源控制模块的故障响应概率建立目标函数。
5.根据权利要求4所述的配电网双目标电压控制方法,其特征在于,所述目标函数为:
f=w1×C+w2×G+w3×J-w4×F,
其中,w1、w2、w3和w4分别表示目标函数中的变量的权重,C表示逆变器成本,G表示用电设备成本,J表示配电网的电压偏差,F表示能源控制模块的故障响应概率;
所述约束条件为:
PDi-min≤PDi≤PDi-max,
QVi-min≤QVi≤QVi-max,
UL≤Ui≤UH,
其中,PDi-min和PDi-max分别表示用电设备有功功率的下限和上限,QVi-min和QVi-max分别表示逆变器无功功率的下限和上限。
6.根据权利要求5所述的分布式配电网双目标电压控制方法,其特征在于,所述目标函数中的变量的权重的计算过程,包括:
以目标函数中特定变量的重要程度作为基准,根据目标函数中其他变量相对于特定变量的重要程度,计算变量的权重;采用以下公式计算:
w1=αw2=βw3=γw4,
w1+w2+w3+w4=1,
其中,α、β和γ分别表示对应的变量的重要程度系数。
7.根据权利要求6所述的分布式配电网双目标电压控制方法,其特征在于,所述逆变器成本采用以下公式计算:
C=η∑i=1 n|QVi|,
其中,η表示单位逆变器无功功率价格,n表示能源控制模块总数;
所述用电设备成本采用以下公式计算:
G=μ∑i=1 n|PDi|,
其中,μ表示单位用电设备有功功率价格;
所述配电网的电压偏差采用以下公式计算:
J=∑i=1 m((Ui-UN)/UN),
其中,m表示配电网中的节点总数;
所述故障响应概率采用以下公式计算:
F=∑i=1 n(Eli/(Eli+Ei)),
其中,下标li表示序号为i的能源控制模块的节点的相邻节点,Ei为i节点的逆变器和用电设备的容量和,Eli为i节点的相邻节点的逆变器和用电设备的容量和。
8.根据权利要求1至7任一项所述的分布式配电网双目标电压控制方法,其特征在于,所述用电设备为即插即用设备。
9.根据权利要求8所述的分布式配电网双目标电压控制方法,其特征在于,所述在约束条件下对目标函数进行取值,包括:
在约束条件下,计算目标函数的最小值。
10.一种分布式配电网双目标电压控制装置,其特征在于,包括计算单元和调用单元,其中:
所述计算单元,用于计算配电网中各分布式能源控制模块的并网电压,和电压安全范围;所述能源控制模块包括能源设备、逆变器和用电设备;
所述调用单元,用于若并网电压不在电压安全范围之内,调用控制模块中的逆变器和用电设备参与电压控制,其中:
使用逆变器成本、用电设备成本和配电网的电压偏差建立目标函数,以逆变器无功功率、用电设备有功功率和电压安全范围作为约束条件;
在约束条件下对目标函数进行取值,选取逆变器无功功率和用电设备有功功率参与电压控制。
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