CN115313397A - 一种基于智能软开关的电压就地控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基于智能软开关的电压就地控制方法，包括：确定SOP各端口与馈线连接处的电压额定值；获取SOP各端口与馈线连接处的电压有效值、电压‑有功功率灵敏度、电压‑无功功率灵敏度、SOP各端口输出的有功功率与无功功率；建立电压就地控制优化模型；求解所述电压就地控制优化模型，得出SOP各端口应向所连接馈线注入的有功功率与无功功率的参考值，按照求得的有功功率与无功功率参考值调整SOP各端口向馈线连接处注入的有功功率与无功功率值。本发明需要获取SOP的本地信息的前提下对SOP所连接馈线进行短时间尺度下的电压控制。

Description

一种基于智能软开关的电压就地控制方法
技术领域
本发明涉及电网电压控制技术领域，具体是一种基于智能软开关的电压就地控制方法。
背景技术
随着分布式电源的高比例接入，配电网正逐渐从无源网络转变为有源配电网络。在各类分布式电源中，风力发电和光伏发电在空间和时间分布上具有显著的不确定性，经常导致馈线功率和电压的急剧波动。由于分布式发电系统的高渗透率显著改变了配电网的运行方式，配电网中的电压越限问题已成为配电网安全运行的一个重要关注点。
目前有各类调压设备如：静止无功补偿器、可投切电容器组、有载调压开关等可以实现调压，但在阻抗比较高的配电网中，馈线电压不仅取决于无功功率，有功功率也对馈线电压分布有着重要影响。这些传统装置往往只能通过无功功率补偿馈线电压而忽略了有功功率的补偿效果，并且它们补偿的无功功率不能柔性连续可调。智能软开关是一种双端口或多端口设备，可以用于连接两条或多条配电网馈线，也可以用于连接两个或多个微电网。通过智能软开关(SOP)可以实现不同馈线或微网之间有功功率互相传输，还可以为所连接的馈线或微电网提供无功功率支撑，并且SOP提供的有功功率传输与无功功率支撑是柔性连续可调的。因此SOP是一种较为理想的电压调控设备。
但目前的基于SOP的调压策略大多是集中式或分布式的电压调控策略，需要提前获知配电网或微电网的全局拓扑及全局电气量信息才可以制定出有效的调压策略，这对于通信有极高的要求，且由于信息量庞大，模型求解复杂、耗时较长，无法满足短时间尺度下的调压需求。而风电、光伏等分布式电源的输出功率受天气等外界因素实时变化，会导致电网馈线电压出现频繁波动，因此需要一种可以在短时间尺度下对电压波动进行抑制的电压就地控制方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于智能软开关的电压就地控制方法，可在只需要获取SOP的本地信息的前提下对SOP所连接馈线进行短时间尺度下的电压控制。
本发明的技术方案是：
一种基于SOP的电压就地控制方法，包括以下步骤：
确定SOP各端口与馈线连接处的电压额定值；
获取SOP各端口与馈线连接处的电压有效值；
获取SOP各端口与馈线连接处的电压-有功功率灵敏度、电压-无功功率灵敏度；
获取SOP各端口输出的有功功率与无功功率；
建立基于所述SOP各端口与馈线连接处的电压额定值、所述SOP各端口与馈线连接处的电压有效值、所述SOP各端口与馈线连接处的电压-有功功率灵敏度、电压-无功功率灵敏度、所述SOP各端口输出的有功功率与无功功率的电压就地控制优化模型，
其中电压就地控制优化模型的目标函数为：根据所述SOP各端口与馈线连接处的电压有效值调整SOP各端口输出的有功功率与无功功率后，所述SOP各端口与馈线连接处电压有效值与所述SOP各端口与馈线连接处的电压额定值的差的平方之和最小；
电压就地控制优化模型的约束条件为：SOP各端口的容量约束；
求解所述电压就地控制优化模型，得出SOP各端口应向所连接馈线注入的有功功率与无功功率的参考值，按照求得的有功功率与无功功率参考值调整SOP各端口向馈线连接处注入的有功功率与无功功率值。
进一步的，所述SOP各端口与馈线连接处的电压-有功功率灵敏度为节点注入功率发生单位变化时节点电压的变化量，即：
Figure BDA0003763940340000031
Figure BDA0003763940340000032
式中，ΔP为SOP端口注入馈线连接处即PCC处的有功功率变化量，ΔUrms为ΔP引起的PCC处的电压有效值变化量；节点电压-有功功率灵敏度SPV、节点电压-无功功率灵敏度SQV通过扰动观察法或线路参数计算得到。
进一步的，所述电压就地控制优化模型的目标函数为：
min[(ΔU1)2+(ΔU2)2+…+(ΔUn)2] (3)
上式中n为所述SOP的端口书，n为大于等于2的正整数，ΔU1、ΔU2、…、ΔUn分别为：
ΔU1＝Urms1+ΔP1·SPV1+ΔQ1·SQV1-UN1 (4)
ΔU2＝Urms2+ΔP2·SPV2+ΔQ2·SQV2-UN2 (5)
ΔUn＝Urms n+ΔPn·SPV n+ΔQn·SQV n-UN n (6)
其中，ΔP1、ΔP2、…、ΔPn为SOP在PCC#1、PCC#2、…、PCC#n处注入有功功率的增量，ΔQ1、ΔQ2、…、ΔQn为SOP在PCC#1、PCC#2、…、PCC#n处注入无功功率的增量；
所述电压就地控制优化模型的约束条件为：
Figure BDA0003763940340000041
本发明的有益效果是：
1.本发明采用的电压就地控制方法仅需SOP的本地信息，无需采集整个配电网的全局信息，对通信无要求，可以极大缓解通信压力；
2.本发明采用的电压就地控制方法仅需SOP的本地信息，因此模型求解速度极快，可以满足抑制电压快速波动的需求。
附图说明
图1为本发明基于智能软开关的电压就地控制方法其中一个实施例的流程图；
图2为本发明实施例两端口SOP的示意图；
图3为本发明实施例PCC#1处电压就地控制效果图；
图4为本发明实施例PCC#2处电压就地控制效果图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
以两端口SOP为例说明本发明的技术方案，多端口SOP与两端口SOP的方案类似。参见图1，本发明实施例提供一种基于智能软开关的电压就地控制方法，包括如下步骤：
步骤一：参见图2，分别确定SOP两个端口与馈线连接处即PCC#1、PCC#2处的额定电压值UN1、UN2。
步骤二：参见图2，分别获取SOP两个端口与馈线连接处即PCC#1、PCC#2处的实际电压有效值Urms1、Urms2。
步骤三：参见图2，分别获取SOP各两个端口与馈线连接处即PCC#1、PCC#2处的电压-有功功率灵敏度SPV1、SPV2，电压-无功功率灵敏度SQV1、SQV2。其中SPV、SQV的定义为：节点注入功率发生单位变化时节点电压的变化量，即：
Figure BDA0003763940340000051
Figure BDA0003763940340000052
式中，ΔP为SOP端口注入馈线连接处即PCC处的有功功率变化量，ΔUrms为ΔP引起的PCC处的电压有效值变化量。节点电压-有功功率灵敏度SPV、节点电压-无功功率灵敏度SQV可以通过扰动观察法或线路参数计算得到。
步骤四：参见图2，分别获取SOP两个端口输出的有功功率P1、P2与无功功率Q1、Q2(以SOP向馈线注入功率为功率正方向)。
步骤五：建立基于所述SOP各端口与馈线连接处的电压额定值、所述SOP各端口与馈线连接处的电压有效值、所述SOP各端口与馈线连接处的电压-有功功率灵敏度、电压-无功功率灵敏度、所述SOP各端口输出的有功功率与无功功率的电压就地控制优化模型，所述电压就地控制优化模型的目标函数为：
min[(ΔU1)2+(ΔU2)2]
若为n端口SOP，则目标函数为：
min[(ΔU1)2+(ΔU2)2+…+(ΔUn)2] (3)
上式中的ΔU1、ΔU2、…、ΔUn分别为：
ΔU1＝Urms1+ΔP1·SPV1+ΔQ1·SQV1-UN1 (4)
ΔU2＝Urms2+ΔP2·SPV2+ΔQ2·SQV2-UN2 (5)
ΔUn＝Urms n+ΔPn·SPV n+ΔQn·SQV n-UN n (6)
其中，ΔP1、ΔP2、…、ΔPn为SOP在PCC#1、PCC#2、…、PCC#n处注入有功功率的增量，ΔQ1、ΔQ2、…、ΔQn为SOP在PCC#1、PCC#2、…、PCC#n处注入无功功率的增量。
所述电压就地控制优化模型的约束条件为：
ΔP1＝-ΔP2
-S≤Q1+ΔQ1≤S
-S≤Q2+ΔQ2≤S
Figure BDA0003763940340000071
Figure BDA0003763940340000072
n端口SOP的电压就地控制优化模型的约束条件为：
Figure BDA0003763940340000073
步骤六：利用成熟优化模型求解方法求解步骤五所述电压就地控制优化模型，得到ΔP1、ΔP2、…、ΔPn、ΔQ1、ΔQ2、…、ΔQn。基于所得ΔP1、ΔP2、…、ΔPn、ΔQ1、ΔQ2、…、ΔQn计算可得用于电压就地控制的SOP两个端口输出有功功率与无功功率参考值：
Pref1＝P1+ΔP1
Qref1＝Q1+ΔQ1
Pref2＝P2+ΔP2
Qref2＝Q2+ΔQ2
n端口SOP的各端口输出的有功功率参考值与无功功率参考值为：
Pref1＝P1+ΔP1
Qref1＝Q1+ΔQ1
Pref2＝P2+ΔP2
Qref2＝Q2+ΔQ2
Figure BDA0003763940340000081
Pref n＝Pn+ΔPn
Qref n＝Qn+ΔQn
式中，Pref1为用于电压就地控制的SOP向PCC#1注入的有功功率参考值、Qref1为SOP向PCC#1注入的无功功率参考值、Pref2为SOP向PCC#2注入的有功功率参考值、Qref2为SOP向PCC#2注入的无功功率参考值、…、Pref n为SOP向PCC#n注入的有功功率参考值、Qref n为SOP向PCC#n注入的无功功率参考值。
步骤七：按照步骤六所述Pref1、Qref1、Pref2、Qref2、…、Pref n、Qrefn分别调整SOPn个端口向PCC#1、PCC#2、…、PCC#n注入的有功功率与无功功率值，从而抑制PCC#1、PCC#2、…、PCC#n处的电压波动，实现基于SOP的电压就地控制。
下面以一个算例对本发明提出的一种基于智能软开关的电压就地控制方法的实现步骤与效果进行说明，具体步骤如下：
步骤一：确定SOP两个端口与馈线连接处即PCC#1、PCC#2处的额定电压值UN1＝220V、UN2＝220V。
步骤二：分别获取SOP两个端口与馈线连接处即PCC#1、PCC#2处的实际电压有效值Urms1＝217.2V、Urms2＝214.5V。
步骤三：通过扰动观察法分别获取SOP各两个端口与馈线连接处即PCC#1、PCC#2处的电压-有功功率灵敏度SPV1＝1.5×10-3、SPV2＝1.5×10-3，电压-无功功率灵敏度SQV1＝0.936×10-3、SQV2＝0.936×10-3。
步骤四：分别获取SOP两个端口输出的有功功率P1＝0、P2＝0与无功功率Q1＝0、Q2＝0。
步骤五：按照具体实施方式中所述步骤五建立起所述电压就地控制优化模型。
步骤六：求解步骤五中所建立的优化模型，计算得到Pref1＝-3051W、Pref2＝3051W、Qref1＝14424Var、Qref2＝13509Var。
步骤七：按照步骤六所得Pref1、Qref1、Pref2、Qref2分别调整SOP两个端口向PCC#1、PCC#2注入的有功功率与无功功率值，从而对电压进行就地控制。参见图3、图4，在0.2s后采用本发明所提出的基于SOP的智能软开关电压就地控制方法后，PCC#1处的电压有效值从217.2V恢复到额定值220V，PCC#2处的电压有效值从214.5V恢复到额定值220V。并且由于本发明提出的优化模型所需变量极少，在步骤六中的模型求解时间在毫秒级，因此在启用本发明所提出的控制方法后，在毫秒级时间段内便可响应电压偏差，得出用于补偿电压偏差的SOP各端口输出的有功与无功功率参考值。参见图3、图4，在0.2s启动本发明所提出的基于SOP的智能软开关电压就地控制方法后，电压几乎立刻开始改善，证明本发明的控制方法响应速度十分快。
综上所述，利用本发明所提出的一种基于智能软开关的电压就地控制方法可以在仅利用SOP的本地信息的前提下实现对SOP所连接的PCC节点电压进行合理控制，大大降低了电压优化控制模型中的变量数与求解时间，且对通信无要求。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种基于智能软开关的电压就地控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
确定SOP各端口与馈线连接处的电压额定值；
获取SOP各端口与馈线连接处的电压有效值；
获取SOP各端口与馈线连接处的电压-有功功率灵敏度、电压-无功功率灵敏度；
获取SOP各端口输出的有功功率与无功功率；
建立基于所述SOP各端口与馈线连接处的电压额定值、所述SOP各端口与馈线连接处的电压有效值、所述SOP各端口与馈线连接处的电压-有功功率灵敏度、电压-无功功率灵敏度、所述SOP各端口输出的有功功率与无功功率的电压就地控制优化模型，
其中电压就地控制优化模型的目标函数为：根据所述SOP各端口与馈线连接处的电压有效值调整SOP各端口输出的有功功率与无功功率后，所述SOP各端口与馈线连接处电压有效值与所述SOP各端口与馈线连接处的电压额定值的差的平方之和最小；
电压就地控制优化模型的约束条件为：SOP各端口的容量约束；
求解所述电压就地控制优化模型，得出SOP各端口应向所连接馈线注入的有功功率与无功功率的参考值，按照求得的有功功率与无功功率参考值调整SOP各端口向馈线连接处注入的有功功率与无功功率值。
2.如权利要求1所述的基于智能软开关的电压就地控制方法，其特征在于：所述SOP各端口与馈线连接处的电压-有功功率灵敏度为节点注入功率发生单位变化时节点电压的变化量，即：
Figure FDA0003763940330000021
Figure FDA0003763940330000022
式中，ΔP为SOP端口注入馈线连接处即PCC处的有功功率变化量，ΔUrms为ΔP引起的PCC处的电压有效值变化量；节点电压-有功功率灵敏度SPV、节点电压-无功功率灵敏度SQV通过扰动观察法或线路参数计算得到。
3.如权利要求2所述的基于智能软开关的电压就地控制方法，其特征在于：所述电压就地控制优化模型的目标函数为：
min[(ΔU1)2+(ΔU2)2+…+(ΔUn)2] (3)
上式中n为所述SOP的端口书，n为大于等于2的正整数，ΔU1、ΔU2、…、ΔUn分别为：
ΔU1＝Urms1+ΔP1·SPV1+ΔQ1·SQV1-UN1 (4)
ΔU2＝Urms2+ΔP2·SPV2+ΔQ2·SQV2-UN2 (5)
Figure FDA0003763940330000023
其中，ΔP1、ΔP2、…、ΔPn为SOP在PCC#1、PCC#2、…、PCC#n处注入有功功率的增量，ΔQ1、ΔQ2、…、ΔQn为SOP在PCC#1、PCC#2、…、PCC#n处注入无功功率的增量；
所述电压就地控制优化模型的约束条件为：
ΔP1+ΔP2+…ΔPn＝0
Figure FDA0003763940330000031
Figure FDA0003763940330000032
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