基于电压灵敏度矩阵户用光伏并网逆变器分散式控制方法技术

本发明专利技术涉及低压配电网技术，具体涉及基于电压灵敏度矩阵户用光伏并网逆变器分散式控制方法，包括：建立低压配电网网络结构模型；选定配电网中电压优先控制节点；选定所有电压优先控制节点的屋顶光伏控制为功率因数‑有功输出控制模式，其控制模式以光伏系统有功输出达到启动值时开始输出无功；根据电压优先控制节点在对电压影响权重大的节点降序排列的排序，确定其功率因素阈值约束条件，并以所有电压优先控制节点处的光伏系统输出无功功率总和最少为目标，构建低压配电网电压控制模型，从而确定各电压优先控制节点处屋顶光伏逆变器功率因数控制值。该方法保证了分散式控制时各节点的协调控制，降低了无功补偿控制时的网损。

Decentralized control method of household photovoltaic grid connected inverter based on voltage sensitivity matrix

The invention relates to the low-voltage distribution network technology, in particular to the decentralized control method of the household photovoltaic grid connected inverter based on the voltage sensitivity matrix, including: establishing the network structure model of the low-voltage distribution network; selecting the voltage priority control node in the distribution network; selecting the roof photovoltaic control of all the voltage priority control nodes as the power factor \u2011 active output control mode, and the control mode is light When the active power output of the V-system reaches the starting value, it starts to output the reactive power; according to the descending order of the nodes which have great influence on the voltage, the power factor threshold constraints are determined, and the voltage control model of the low-voltage distribution network is constructed to minimize the total output reactive power of the photovoltaic system at all the voltage priority control nodes, so as to determine each power Power factor control value of roof photovoltaic inverter at voltage priority control node. This method ensures the coordinated control of each node in decentralized control and reduces the network loss in reactive compensation control.

【技术实现步骤摘要】
基于电压灵敏度矩阵户用光伏并网逆变器分散式控制方法
本专利技术属于低压配电网
，尤其涉及基于电压灵敏度矩阵户用光伏并网逆变器分散式控制方法。
技术介绍
分布式光伏发电是进一步提高我国新能源渗透率的主要技术措施之一。由于典型居民用电负荷与屋顶光伏发电系统输出功率不匹配，低压配电网中部分节点电压在白天可能超过允许的上限值。由于低压配电线路的高电阻电抗比，低压配电网的电压调节方法可分为两类：基于有功功率削减的控制方法和基于无功功率补偿的控制方法。基于无功功率补偿的控制方法是目前最为经济的低压配电网电压调节方法。现有的研究中，所有的屋顶光伏并网逆变器均采用相同的控制参数，未计及各节点的差异性。事实上，任意节点无功变化量对整个低压配电网的电压影响权重不同，故而应当依据节点位置的不同，对其安装处的户用光伏逆变器采取不同的控制策略，从而优化总输出无功功率，降低系统网损。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种确定安装在不同节点的光伏逆变器各自的控制参数，控制低压配电网节点电压在允许范围内，减少光伏逆变器总输出无功功率，以降低网损的方法。为实现上述目的，本专利技术采用和技术方案是：基于电压灵敏度矩阵户用光伏并网逆变器分散式控制方法，包括以下步骤：步骤1、建立低压配电网网络结构模型，根据低压配电网各线路阻抗信息建立电压-无功灵敏度矩阵；步骤2、依据电压-无功灵敏度矩阵，结合各节点负荷信息，计算各节点无功功率变化值对整个低压配电网电压影响权重W，选定配电网中电压优先控制节点；<br>步骤3、选定所有电压优先控制节点的屋顶光伏控制为功率因数-有功输出控制模式，其控制模式以光伏系统有功输出达到启动值时开始输出无功，启动值以配电网任意节点出现电压越限为条件来确定；步骤4、根据电压优先控制节点在对电压影响权重大的节点降序排列的排序，确定其功率因素阈值约束条件，并以所有电压优先控制节点处的光伏系统输出无功功率总和最少为目标，构建低压配电网电压控制模型，从而确定各电压优先控制节点处屋顶光伏逆变器功率因数控制值。在上述的基于电压灵敏度矩阵户用光伏并网逆变器分散式控制方法中，步骤1所述建立低压配电网网络结构模型具体方法如下：步骤1.1、配电网节点数为N、Zi为节点i-1到节点i的支路阻抗、Pi+jQi为节点i的负荷，Pi为节点i的负荷有功功率，Qi为节点i的负荷无功功率，确定电压上限允许值为Umax，确定电压下限允许值为Umin；i∈[1,N]；利用各节点负荷与支路阻抗，确定配电网各节点电压应当满足：式中Ui是节点i的电压，ΘCN0,i是节点0到节点i路径上的线路和节点的集合，Pl和Ql分别代表节点l-1到节点l路径传输的有功与无功功率；步骤1.2、根据各节点负荷数据得出配电网有功与无功灵敏度矩阵为：式中代表节点i对节点j的电压-有功灵敏度，Ui是节点i的电压，Pj和Qj分别代表节点j的有功功率与无功功率大小，ΘCN0,i∩ΘCN0,j是节点0到节点i与节点0到节点j路径上的线路和节点的交集，Ul是节点l的电压数据，Rl和Xl分别代表节点l负荷的电阻与电抗数据。在上述的基于电压灵敏度矩阵户用光伏并网逆变器分散式控制方法中，步骤2所述计算各节点无功功率变化值对整个低压配电网电压影响权重W，选定配电网电压优先控制节点具体步骤为：步骤2.1、通过式(3)计算可得带有n个节点的低压配电网无功灵敏度矩阵SU-Q为：根据式(4)计算总电压调整量Vadjust：步骤2.2、以最小的输出无功功率将电压保持在合理的范围内，设定电压影响权重Wi来反映单个节点无功功率改变对全局电压的影响，具体为：式中表示节点i+1对节点j+1的电压-无功灵敏度，n表示配电网节点数量；步骤2.3、将各节点依据电压影响权重从大到小重新排列形成集合K，通过对电压影响权重较高的节点进行控制，实现控制配电网中各节点的电压运行状况，其中电压优先控制节点的数量p应当满足约束条件：式中，n表示配电网节点数量，Ki表示新集合K中第i个电压影响权重大小。在上述的基于电压灵敏度矩阵户用光伏并网逆变器分散式控制方法中，步骤3所述有功输出启动值通过以下方法求得：根据各节点光伏出力以及负荷情况，将各节点功率、电压大小作为约束条件，利用前推回代算法构建初步潮流计算模型：式中Pload,j与Qload,j分别代表节点j的有功与无功负荷大小，ΘCNi,n表示节点i和结束节点n之间的节点集，Pline,i与Qline,i代表节点i-1到节点i之间传输的有功与无功功率，Pstart,j为节点j处的光伏系统有功输出启动值，δ为节点电压与电压限制值之间的偏差值；δ取0.01p.u.，利用前推回代算法，通过式(8)确定所有电压优先控制点处的光伏系统有功输出启动值Pstart。在上述的基于电压灵敏度矩阵户用光伏并网逆变器分散式控制方法中，步骤4所述确定各电压优先控制节点处屋顶光伏逆变器功率因数控制值包括以下步骤：步骤4.1、依据式(2)、式(3)所确立的有功与无功灵敏度矩阵，以及式(7)计算得到电压优选控制节点数量p，结合功率因数-有功输出控制模式，计算电压优先控制节点中电压控制所应当满足的控制参数阈值条件，电压优选控制节点j功率因数PFj的计算公式为：(9)式中PFct,j为节点j设定的最大功角，Prated为节点光伏额定输出有功功率，Pstart，j为节点j开始进行调压控制时的有功功率；步骤4.2、得到电压优选控制节点j的功率因数控制值后，利用电压灵敏度计算出各节点的电压大小，具体为：式中Ui'为迭代过后节点i的电压大小，Ui为节点i的初始电压大小；在高渗透率的屋顶光伏系统中，按j排序的节点的功率因数PFj由电压灵敏度和所需的电压调节量确定；步骤4.3、根据电压优先控制节点处无功功率变化对电压影响权重，对其进行降序排列，并依据下式进行电压优先控制节点的功率因数控制值分析：式中r表示式(7)中形成集合K中节点j所在的序号数，Ppv表示光伏发电系统的输出有功功率，PFset为最大电压影响权重节点处预置的功率因数参数，PFct,j表示节点j处光伏逆变器的功率因数阈值，Ulim,i为节点i的限定电压值；δ为节点电压与电压限制值之间的偏差值；δ取0.01p.u.，利用前推回代算法对上述节点电压进行计算，得出最大电压影响权重节点处预置的功率因数参数PFset，从而确定所有优选控制节点处的功率因数参数值。本专利技术的有益效果，(1)依据各节点无功变化量对整个低压配电网电压影响的权重，确定电压优先控制节点，相比所有节点均为控制节点的低压配电网电压调节方案，控制策略得以简化；(2)电压优先控制节点采用功率因数-有功输出控制模式，且各优先控制节点的功率因数控制值不同，保证了分散式控制时各节点的协调控制。在控制各节点电压处于允许值范围内的同时本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于电压灵敏度矩阵户用光伏并网逆变器分散式控制方法，其特征是，包括以下步骤：/n步骤1、建立低压配电网网络结构模型，根据低压配电网各线路阻抗信息建立电压-无功灵敏度矩阵；/n步骤2、依据电压-无功灵敏度矩阵，结合各节点负荷信息，计算各节点无功功率变化值对整个低压配电网电压影响权重W，选定配电网中电压优先控制节点；/n步骤3、选定所有电压优先控制节点的屋顶光伏控制为功率因数-有功输出控制模式，其控制模式以光伏系统有功输出达到启动值时开始输出无功，启动值以配电网任意节点出现电压越限为条件来确定；/n步骤4、根据电压优先控制节点在对电压影响权重大的节点降序排列的排序，确定其功率因素阈值约束条件，并以所有电压优先控制节点处的光伏系统输出无功功率总和最少为目标，构建低压配电网电压控制模型，从而确定各电压优先控制节点处屋顶光伏逆变器功率因数控制值。/n

【技术特征摘要】
1.基于电压灵敏度矩阵户用光伏并网逆变器分散式控制方法，其特征是，包括以下步骤：
步骤1、建立低压配电网网络结构模型，根据低压配电网各线路阻抗信息建立电压-无功灵敏度矩阵；
步骤2、依据电压-无功灵敏度矩阵，结合各节点负荷信息，计算各节点无功功率变化值对整个低压配电网电压影响权重W，选定配电网中电压优先控制节点；
步骤3、选定所有电压优先控制节点的屋顶光伏控制为功率因数-有功输出控制模式，其控制模式以光伏系统有功输出达到启动值时开始输出无功，启动值以配电网任意节点出现电压越限为条件来确定；
步骤4、根据电压优先控制节点在对电压影响权重大的节点降序排列的排序，确定其功率因素阈值约束条件，并以所有电压优先控制节点处的光伏系统输出无功功率总和最少为目标，构建低压配电网电压控制模型，从而确定各电压优先控制节点处屋顶光伏逆变器功率因数控制值。


2.如权利要求1所述的基于电压灵敏度矩阵户用光伏并网逆变器分散式控制方法，其特征是，步骤1所述建立低压配电网网络结构模型具体方法如下：
步骤1.1、配电网节点数为N、Zi为节点i-1到节点i的支路阻抗、Pi+jQi为节点i的负荷，Pi为节点i的负荷有功功率，Qi为节点i的负荷无功功率，确定电压上限允许值为Umax，确定电压下限允许值为Umin；i∈[1,N]；
利用各节点负荷与支路阻抗，确定配电网各节点电压应当满足：



式中Ui是节点i的电压，ΘCN0,i是节点0到节点i路径上的线路和节点的集合，Pl和Ql分别代表节点l-1到节点l路径传输的有功与无功功率；
步骤1.2、根据各节点负荷数据得出配电网有功与无功灵敏度矩阵为：






式中代表节点i对节点j的电压-有功灵敏度，Ui是节点i的电压，Pj和Qj分别代表节点j的有功功率与无功功率大小，ΘCN0,i∩ΘCN0,j是节点0到节点i与节点0到节点j路径上的线路和节点的交集，Ul是节点l的电压数据，Rl和Xl分别代表节点l负荷的电阻与电抗数据。


3.如权利要求2所述的基于电压灵敏度矩阵户用光伏并网逆变器分散式控制方法，其特征是，步骤2所述计算各节点无功功率变化值对整个低压配电网电压影响权重W，选定配电网电压优先控制节点具体步骤为：
步骤2.1、通过式(3)计算可得带有n个节点的低压配电网无功灵敏度矩阵SU-Q为：



根据式(4)计算总电压调整量Vadjust：



步骤2.2、以最小的输出无功功率将电压保持在合理的范围内，设定电压影响权重Wi来反映单个节点无功功率改变对全局电压的影响，具体为：



式中表示节点i+1对节点j+1的电压-无功灵敏度，n表示配电网节点数量；
步骤2.3、将各节点依据电...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐金锐，张明浩，熊斌宇，李旸，侯慧，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42