变压器抽头与多逆变器协调的有源配电网电压调节方法技术

本发明专利技术公开了一种变压器抽头与多逆变器协调的有源配电网电压调节方法。在配电网中，当馈线末端同时出现抬升/跌落时本发明专利技术能够基于模糊控制理论对变压器抽头位置进行调整来维持馈线末端电压稳定，同时维持逆变器保证单位功率因数输出，可以使逆变器利用效率得以提升。当不同馈线末端电压变化趋势不同，出现一端高电压另一端低电压的情况时，本发明专利技术中的功率分配优化模块(PAO)在传统的Q‑V调节曲线的基础上引入优化模块，通过协调馈线上光伏电源的状态使得馈线电压在维持额定范围内的同时保证总的光伏输出功率达到最大。本发明专利技术在维持配电网电压稳定的同时，还能保证光伏电源的输出功率，提高了新能源发电业主的经济效益，具有良好的社会和经济效益。

Voltage regulation method for active distribution network coordinated by transformer tap and multiple Inverters

The invention discloses a voltage regulation method for an active distribution network coordinated by a transformer tap and multiple inverters. In the distribution network, the invention can adjust the tap position of the transformer based on fuzzy control theory to maintain the voltage stability of the feeder terminal when the feeder terminal is lifted or dropped simultaneously, and maintain the inverter to ensure the output of the unit power factor, so that the utilization efficiency of the inverter can be improved. The power allocation optimization module (PAO) in the present invention introduces an optimization module based on the traditional Q_V regulation curve when the voltage variation trends at the end of different feeders are different and the high voltage at one end and the low voltage at the other end occur. The feeder voltage is kept within the rated range by coordinating the state of the photovoltaic power supply on the feeder. The total PV output power is guaranteed to reach the maximum. The invention can not only maintain the voltage stability of distribution network, but also ensure the output power of photovoltaic power supply, improve the economic benefits of new energy power generation owners, and have good social and economic benefits.

【技术实现步骤摘要】
变压器抽头与多逆变器协调的有源配电网电压调节方法
本专利技术涉及变压器抽头与多逆变器协调的有源配电网电压调节方法，适用于含有高渗透率可再生能源的配电网电压稳定控制和可再生能源利用效率的提升。
技术介绍
随着可再生能源应用技术的发展，传统配电网中分布式电源的装机数量逐年提升，由于可再生能源受外界环境的影响，如光照强度、负载以及温度等，具有随机性和间歇性，分布式电源和负荷的出力特性不匹配将会导致电网电压出现波动现象。特别是光伏扶贫地区，由于配电网线路较长，且R/X的比重较大，因此出现电压波动的现象更为严重，而且由于线路损耗的存在越靠近馈线末端，电压问题愈加明显。由于类型和分布电源容量的不同，不同馈线的电压波动的趋势是不同的。通常情况下，在安装小水电的馈线，由于小水电站的出力较为平稳，电压比较稳定；而在安装光伏电源的馈线，现有的光伏电源都是经过MPPT模块利用光伏并网逆变器与电网连接，由于光伏出力的最大值出现在午时，而此时居民负荷很少，但在夜间负荷需求增加，光伏电源却没有了功率输出，这也就使得含光伏的馈线呈现白天高电压，夜间低电压的现象。现有的针对电压波动的调节方法通常是基于Q-V(无功功率-电压)曲线，对电压进行调节。当电压超出死区范围后，无功功率控制器按照设定的Q-V曲线开始输出相应的无功功率，功率因数开始改变，如图3所示。为第m个光伏并网逆变器可以输出的无功功率，其大小与最小功率因数有关，和V分别为第m个光伏并网逆变器电压死区上下限。当电压超过死区范围，利用图3所示的电压和无功功率曲线，根据当前测得的电压大小控制逆变器输出相应的无功功率进行补偿，达到维持光伏并网点的电压在限定范围之内的目的。为第m个光伏并网逆变器电压调节的上限。当电压抬升，则输出的感性无功功率增加，当电压降低，则输出的容性无功功率增加，达到稳定电压的目的。上式为Q-V曲线的设置方式。根据其提供的关系，对电压进行无功功率调控。其调控能力受最小功率因数制约，并与死区电压范围和最大电压限有关。可以根据并网点m的电压大小Vm，计算出逆变器需要输出的无功功率Qm。但是这种方法只能针对光伏并网逆变器进行调节，而对含有多跟馈线的配电网来说，有些馈线含有小水电，需要对配电网主变压器抽头进行电压调节，而调节主变抽头位置则会影响其他馈线的电压情况，因此需要一种协调方法。此外在一根含有光伏并网逆变器的馈线中，单纯的采用Q-V的调节方法没有考虑到多逆变器之间的协调控制，导致了弃光现象较为严重。本专利技术针对含多种可再生能源的配电网电压波动问题，基于模糊控制理论和逆变器功率协调优化方法对变压器抽头和逆变器功率输出进行控制，从而达到治理电压波动的目的。
技术实现思路
有鉴于此，为了解决现有技术的上述问题，本专利技术提出了一种变压器抽头与多逆变器协调的有源配电网电压调节方法，协调变压器抽头和多逆变器之间关系，针对配电网电压波动现象进行治理，同时尽可能的提升可再生能源的利用效率。本专利技术通过以下技术手段解决上述问题：一种变压器抽头与多逆变器协调的有源配电网电压调节方法，适用于含有光伏、小水电等分布式电源的有源配电网系统，所述光伏并网系统包括光伏阵列；所述光伏阵列与光伏并网逆变器连接；该方法包括以下步骤：1)测量每根馈线末端电压，Vj(j＝1,2,…)，然后计算相应电压最大值Vmax和电压最小值Vmin：Vmax＝max{V1,V2,…,Vj}Vmin＝min{V1,V2,…,Vj}2)以最大和最小电压为模糊控制器的输入值，τ1和τ2分别为模糊控制器的两个输出值，进行模糊运算；τ1＝fuzzy1(Vmax,Vmin)τ2＝fuzzy2(Vmax,Vmin)其中τ1和τ2是两个模糊控制模块的计算结果，fuzzy1和fuzzy2分别为模糊运算逻辑1和逻辑2。3)利用得到的模糊运算结果τ1和τ2，利用如下式计算出抽头输出信号fTap和逆变器闭锁信号fLock。其中fTap(t0)和fTap(t1)是变压器抽头在t0和t1时刻状态，和是变压器抽头可以调节的最大和最小位置，其值由变压器的可调档位决定。fLock是逆变器闭锁信号，当fLock(t0)和fLock(t1)是逆变器在t0和t1时刻状态。当fLock等于1时，逆变器会进入闭锁状态，维持当前功率因数进行功率输出，当fLock等于0时，逆变器会跟随PAO模块进行相应的无功补偿来调节电压。4)对传统的Q-V曲线，引入斜率修正系向量ε：ε＝[ε1；ε2；…εm]其中ε1,ε2,…,εm代表第1,2…,m个逆变器的修正系数，m代表逆变器的个数，每个逆变器有对应的修正系数。修正后的第m个逆变器的Q-V曲线为：式中，Vm表示第m个逆变器并网节点电压，表示修正后第m个逆变器输出的无功功率，为逆变器能输出的最大无功功率，和为死区上下限，和为最大电压下上限，εm是斜率修正系数也是要求解的变量，km表示默认的斜率，由下式计算可得：5)为了光伏电源的利用效率最大，设定光伏电源的总功率最大为目标函数：第m个逆变器的当前视在功率输出|Sm|，由MPPT的运算结果决定。ε是变量矩阵，也是需要求解的目标。第m个逆变器的无功功率Qm(t1)在t1时刻的输出为：6)为保证在输出最大功率的同时馈线电压也必须处于正常范围内，通过电压和功率的灵敏度对修正后的电压进行估算，可以得到节点i的电压在t1时刻的估计值为：其中Vi(t0)和Vi(t1)表示在PAO调节之前和调节之后的节点i的电压，ΔVi(t0)表示t0时刻节点i的电压变化量，N表示节点总数量，SPV和SQV表示电压对有功功率和无功功率的灵敏度矩阵。ΔPj和ΔQj表示当前时刻和前一时刻的功率。7)根据线路要求，设定优化模型为：其中，Vhigh和Vlow为电压的最大和最小值；Imax为导线最大载流量，I为导线电流；Pm、Qm和Sm为第m个逆变器的有功、无功和视在功率；SPV为所有光伏逆变器发出的功率，Sload为所有负荷吸收的功率，Stf为变压器最大能承载的功率；εm为修正系数。8)以修正系数ε＝[ε1；ε2；…εm]为变量，求解优化模型得到逆变器相应的斜率修正系数向量ε，修正后的斜率带入修正后的Q-V式进行计算得到无功功率输出向量Qnew。其中，表示第1,…,m个逆变器需要输出的无功功率。9)将计算出的Qnew送入相应的逆变器，逆变器根据计算结构进行无功补偿操作。与现有技术相比，本专利技术的有益效果至少包括：本专利技术通过模糊控制器协调逆变器与变压器抽头之间的关系，针对某些不能对并网逆变器进行调节的馈线可以进行电压调节，同时在馈线末端电压变化趋势一样时，可以通过调节抽头达到调节电压的目的，使得逆变器能够保持最大功率因数输出的状态，提升并网逆变器运行效率。当抽头无法调节时，馈线中的逆变器之间可以通过PAO模块进行无功功率补偿，相较于传统的Q-V曲线，该方法修正了曲线的斜率，利用灵敏度分析方法估算了功率改变对电压的影响，在保证电压稳定的同时能够尽可能的使逆变器有功功率输出的总和最大，提升了可再生能源的利用效率，具有较高的经济效益。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种变压器抽头与多逆变器协调的有源配电网电压调节方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：测量每根馈线末端电压，Vj(j＝1,2,…)，得到末端电压最大值Vmax和最小值Vmin，跳转至下一步；步骤二：根据模糊运算逻辑，计算出变压器抽头输出信号fTap和逆变器闭锁信号fLock，跳转至下一步；步骤三：读取变压器抽头输出信号fTap，根据输出逻辑调节到相应的抽头档位，跳转至下一步；步骤四：将逆变器闭锁信号fLock分配到各个逆变器，若该信号值为0，则逆变器维持当前功率因数进行功率输出，跳转步骤一进行下一个循环；若该信号值为1，则跳转至步骤五，进行逆变器开始进行功率分配优化的运算；步骤五：以斜率修正系数向量ε为未知数对Q‑V曲线进行修改，每个逆变器都得到一个含有斜率修正系数的无功功率输出向量

【技术特征摘要】
1.一种变压器抽头与多逆变器协调的有源配电网电压调节方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：测量每根馈线末端电压，Vj(j＝1,2,…)，得到末端电压最大值Vmax和最小值Vmin，跳转至下一步；步骤二：根据模糊运算逻辑，计算出变压器抽头输出信号fTap和逆变器闭锁信号fLock，跳转至下一步；步骤三：读取变压器抽头输出信号fTap，根据输出逻辑调节到相应的抽头档位，跳转至下一步；步骤四：将逆变器闭锁信号fLock分配到各个逆变器，若该信号值为0，则逆变器维持当前功率因数进行功率输出，跳转步骤一进行下一个循环；若该信号值为1，则跳转至步骤五，进行逆变器开始进行功率分配优化的运算；步骤五：以斜率修正系数向量ε为未知数对Q-V曲线进行修改，每个逆变器都得到一个含有斜率修正系数的无功功率输出向量其中，表示第1,…,m个逆变器需要输出的无功功率，以光伏的输出有功功率最大建立目标函数，跳转至下一步；步骤六：基于灵敏度分析估算节点电压，即下一个时刻(t1)的电压估计值Vi(t1)，建立电压约束，跳转至下一步；步骤七：设置电流、逆变器、变压器和参数的约束条件，以步骤五中的目标函数和建立的约束条件建立优化模型，跳转至下一步；步骤八：求解目标函数，得到逆变器相应的斜率修正系数向量ε，把新的斜率修正系数带入修正后的Q-V曲线，计算出逆变器的无功功率输出向量Qnew，跳转至下一步；步骤九：将无功功率输出向量Qnew值送入每个相应的逆变器，逆变器按照相应的值进行无功功率输出，返回步骤一，进行新一轮循环。2.根据权利要求1所述的变压器抽头与多逆变器协调的有源配电网电压调节方法，其特征在于，在步骤二中变压器抽头输出信号fTap和逆变器闭锁信号fLock由下面的式计算得到：τ1＝fuzzy1(Vmax,Vmin)τ2＝fuzzy2(Vmax,Vmin)其中τ1和τ2是两个模糊控制模块的计算结果，根据模糊逻辑进行计算，fuzzy1和fuzzy2分别为模糊运算逻辑1和逻辑2；fTap(t0)和fTap(t1)是变压器抽头在t0和t1时刻状态，和是变压器抽头可以调节的最大和最小位置；fLock是逆变器闭锁信号，fLock(t1)是逆变器在t1时刻状态。3.根据权利要求2所述的变压器抽头与多逆变器协调的有源配电网电压调节方法，其特征在于，在步骤五中，的计算式由传统的Q-V曲线修正得到，如下面的式子所示：式中，Vm表示第m个逆变器并网节点电压，表示修正后第m个逆变器输出的无功功率，为逆变器能输出的最大无功功率，和为死区上下限，为最大电压上限，εm是斜率修正系数也是要求解的变量，km表示默认的斜率，由下式计算可得：为了光伏电源的利用效率最大，设定光伏电源的总功率Ptotal最大为目标函数：第m个逆变器的当前视在功率输出|Sm|，由MP...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘嘉彦，李勇，曹一家，谭益，林刚，乔学博，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43