一种时间尺度电压无功协调控制方法技术

本发明专利技术公开了一种时间尺度电压无功协调控制方法，该方法包括：上层控制：控制变量为高压配电网的OLTC、电容器、大容量光伏电站，以所有分区主导节点与全网主要节点电压分布最优为优化目标，全局优化层为粗时间颗粒度，每1h执行一次，先对全网进行电压分区及主导节点选择，然后根据分区及主导节点选择结果，进行全局优化；下层控制：控制变量为10kV中压OLTC、电容器、小容量的光伏逆变器和SVG，各个子分区以自己分区内所有节点电压偏差和网损最小为优化目标，分区优化层为细时间颗粒度，每5min执行一次，执行上层控制时下层控制不动作。本发明专利技术提高各级配电网电压运行控制水平、降低电网设备损耗。

A time scale coordinated control method of voltage and reactive power

【技术实现步骤摘要】
一种时间尺度电压无功协调控制方法
本专利技术涉及一种时间尺度电压无功协调控制方法，属于分布式逆变器控制

技术介绍
在配电网变电站电压无功控制层面，传统的基于九区图的控制策略是通过实时监测变压器低压侧母线电压和变压器高压侧无功功率(或功率因数)，并以此作为控制状态量，根据其工作点在各运行区间的对应逻辑关系，得出调节分接头和投切电容器的控制指令，无法有效满足控制系统对负荷变化的有效连续调节的需要。后来对传统的九区图又进行了改进，对边界进行细分得到了十三区图、十七区图控制策略。而九区图及其改进的控制策略在实际运行时也存在所谓的“振荡动作”或误动作等问题。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：提供一种时间尺度电压无功协调控制方法，以解决现有技术中存在的问题。本专利技术采取的技术方案为：一种时间尺度电压无功协调控制方法，该方法包括包含上层控制和下层控制：1)上层控制：全局优化层，用于负责全局全网的优化，控制变量为高压配电网(220kV、110kV、35kV)的OLTC、电容器、大容量光伏电站，以所有分区主导节点与全网主要节点电压分布最优为优化目标，全局优化层为粗时间颗粒度，每1h执行一次，先对全网进行电压分区及主导节点选择，然后根据分区及主导节点选择结果，进行全局优化；2)下层控制：分区优化层，用于负责各个子分区内的优化，控制变量为10kV中压OLTC、电容器、小容量的光伏逆变器和SVG，各个子分区以自己分区内所有节点电压偏差和网损最小为优化目标，分区优化层为细时间颗粒度，每5min执行一次，执行上层控制时下层控制不动作，当某一子分区发生电压严重越界或者分区内无功调节能力不足时，紧急调用上层控制，并释放各个光伏逆变器和SVG的无功裕度，以保证其无功调节能力；上层控制和下层控制前提假设：1)OLTC、电容器属于离散调节，即无功电压调节效果不连续，且某时间段内有调节总次数限制，响应时间小于设定值，调节量大于设定量；2)配电网网络复杂、设备较多，考虑到电压具有分布特性，分区无功电压优化补偿效果更优。上层控制方法为：建立目标函数，上层全局优化主要负责全局全网的优化，控制变量为高压配电网(220kV、110kV、35kV)的OLTC档位、投切电容器的组数和光伏电站的无功出力，以所有分区主导节点与全网主要节点电压分布最优为优化目标，设置目标函数数学模型为所有分区主导节点与全网主要节点电压电压偏移量总和最小，如下式所示，式中，D为所有分区主导节点与全网主要节点集合，Ui为第i个节点的电压幅值，Ui,set为第i个节点设定的电压期望值；目标函数的约束条件包括等式约束和不等式约束；①等式约束等式约束为潮流约束：式中，Pi、Qi分别为节点i的有功注入功率和无功注入功率；θij为节点i和节点j电压向量的相位差；Gij和Bij分别为节点i和节点j之间线路的电导和电纳；②不等式约束主导节点或全网主要节点电压约束：Vimin≤Vi,dom≤Vimax(3)式中，Vimin和Vimax分别为主导节点或全网主要节点i允许的电压最小值和最大值；高压配电网可投切电容器组与有载调压变压器分接头调节范围约束：式中，Qci是第i个可投切电容器的无功输出，Qcimin和Qcimax是第i个可投切电容器的最小无功输出和最大无功输出，Tki是第i个有载调压变压器分接头的档位大小，Tkimin和Tkimax是第i个有载调压变压器分接头的最低档位和最高档位；接入高压配电网的光伏电站的无功出力调节范围约束：QPVimin≤QPVi≤QPVimax(5)式中，QPVi为第i个光伏电站的无功输出大小，QPVimin和QPVimax分别为第i个光伏电站允许的无功输出最小值和最大值；高压配电网可投切电容器组与有载调压变压器分接头调节次数约束：式中，Qci(t)和Qci(t+1)为t小时和t+1小时第i个可投切电容器组的无功输出，Sci为第i个可投切电容器组每组电容器的无功大小，Ncimax为第i个可投切电容器组一天24小时内最大可投切次数，Tki(t)和Tki(t+1)为t小时和t+1小时第i个有载调压变压器分接头的档位大小，STi为第i个有载调压变压器分接头每一档位的大小，NTimax为第i个有载调压变压器分接头一天24小时内最大可调节次数；采用改进的粒子群算法进行求解。上层控制方法为：建立目标函数，下层分区优化层主要负责各个子分区内的电压和网损优化，控制变量为中压OLTC档位、电容器投切、光伏逆变器以及SVG设备，各个子分区以自己分区内所有节点电压偏差和网损最小为优化目标，设置目标函数数学模型为各个子分区内所有节点电压偏差和分区内网损最小，如下式所示，式中，f2,k为第k个子分区的目标函数值，Dk为第k个子分区内所有节点集合，Ui为第k个子分区内第i个节点的电压幅值，Ui,set为第k个子分区内第i个节点设定的电压期望值，Ploss,k为第k个子分区内系统网损，α和β为归一化权重系数；目标函数的约束条件包括等式约束和不等式约束；①等式约束等式约束主要为潮流约束：式中，Pi、Qi分别为节点i的有功注入功率和无功注入功率；θij为节点i和节点j电压向量的相位差；Gij和Bij分别为节点i和节点j之间线路的电导和电纳；②不等式约束第k个子分区内所有节点电压约束：Vimin≤Vi,k≤Vimax(9)式中，Vimin和Vimax分别为第k个子分区内节点i的电压最小值和最大值。中压配电网可投切电容器组与有载调压变压器分接头调节范围约束：式中，Qci是第i个可投切电容器的无功输出，Qcimin和Qcimax是第i个可投切电容器的最小无功输出和最大无功输出，Tki是第i个有载调压变压器分接头的档位大小，Tkimin和Tkimax是第i个有载调压变压器分接头的最低档位和最高档位；中压配电网可投切电容器组与有载调压变压器分接头调节次数约束：式中，Qci(t)和Qci(t+1)为t小时和t+1小时第i个可投切电容器组的无功输出，Sci为第i个可投切电容器组每组电容器的无功大小，Ncimax为第i个可投切电容器组一天24小时内最大可投切次数，Tki(t)和Tki(t+1)为t小时和t+1小时第i个有载调压变压器分接头的档位大小，STi为第i个有载调压变压器分接头每一档位的大小，NTimax为第i个有载调压变压器分接头一天24小时内最大可调节次数；光伏与SVG无功出力约束：式中，QSi为第i个光伏逆变器的无功输出大小，QSimin和QSimax为第i个光伏逆变器的无功输出最小值和最大值，QSVGi为第i个SVG的无功输出大小，QSVGimin和QSVGimax为第i个SVG的无功输出最小值和最大值；采用改进的粒子群算法进行求解。本专利技术的有益效果：与现有本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种时间尺度电压无功协调控制方法，其特征在于：该方法包括包含上层控制和下层控制：1)上层控制：全局优化层，用于负责全局全网的优化，控制变量为高压配电网的OLTC、电容器、大容量光伏电站，以所有分区主导节点与全网主要节点电压分布最优为优化目标，全局优化层为粗时间颗粒度，每1h执行一次，先对全网进行电压分区及主导节点选择，然后根据分区及主导节点选择结果，进行全局优化；2)下层控制：分区优化层，用于负责各个子分区内的优化，控制变量为10kV中压OLTC、电容器、小容量的光伏逆变器和SVG，各个子分区以自己分区内所有节点电压偏差和网损最小为优化目标，分区优化层为细时间颗粒度，每5min执行一次，执行上层控制时下层控制不动作，当某一子分区发生电压严重越界或者分区内无功调节能力不足时，紧急调用上层控制，并释放各个光伏逆变器和SVG的无功裕度，以保证其无功调节能力。/n

【技术特征摘要】
1.一种时间尺度电压无功协调控制方法，其特征在于：该方法包括包含上层控制和下层控制：1)上层控制：全局优化层，用于负责全局全网的优化，控制变量为高压配电网的OLTC、电容器、大容量光伏电站，以所有分区主导节点与全网主要节点电压分布最优为优化目标，全局优化层为粗时间颗粒度，每1h执行一次，先对全网进行电压分区及主导节点选择，然后根据分区及主导节点选择结果，进行全局优化；2)下层控制：分区优化层，用于负责各个子分区内的优化，控制变量为10kV中压OLTC、电容器、小容量的光伏逆变器和SVG，各个子分区以自己分区内所有节点电压偏差和网损最小为优化目标，分区优化层为细时间颗粒度，每5min执行一次，执行上层控制时下层控制不动作，当某一子分区发生电压严重越界或者分区内无功调节能力不足时，紧急调用上层控制，并释放各个光伏逆变器和SVG的无功裕度，以保证其无功调节能力。


2.根据权利要求1所述的一种时间尺度电压无功协调控制方法，其特征在于：上层控制方法为：建立目标函数，上层全局优化主要负责全局全网的优化，控制变量为高压配电网的OLTC档位、投切电容器的组数和光伏电站的无功出力，以所有分区主导节点与全网主要节点电压分布最优为优化目标，设置目标函数数学模型为所有分区主导节点与全网主要节点电压电压偏移量总和最小，如下式所示，



式中，D为所有分区主导节点与全网主要节点集合，Ui为第i个节点的电压幅值，Ui,set为第i个节点设定的电压期望值；
目标函数的约束条件包括等式约束和不等式约束；
①等式约束
等式约束为潮流约束：



式中，Pi、Qi分别为节点i的有功注入功率和无功注入功率；θij为节点i和节点j电压向量的相位差；Gij和Bij分别为节点i和节点j之间线路的电导和电纳；
②不等式约束
主导节点或全网主要节点电压约束：
Vimin≤Vi,dom≤Vimax(3)
式中，Vimin和Vimax分别为主导节点或全网主要节点i允许的电压最小值和最大值；
高压配电网可投切电容器组与有载调压变压器分接头调节范围约束：



式中，Qci是第i个可投切电容器的无功输出，Qcimin和Qcimax是第i个可投切电容器的最小无功输出和最大无功输出，Tki是第i个有载调压变压器分接头的档位大小，Tkimin和Tkimax是第i个有载调压变压器分接头的最低档位和最高档位；
接入高压配电网的光伏电站的无功出力调节范围约束：
QPVimin≤QPVi≤QPVimax(5)
式中，QPVi为第i个光伏电站的无功输出大小，QPVimin和QPVimax分别为第i个光伏电站允许的无功输出最小值和最大值；
高压配电网可投切电容器组与有载调压变压器分接头调节次数约束：



式中，Qci(t)和Qci(t+1)为t小时和t+1小时第i个可投切电容器组的无功输出，Sci为第i个可投切电容器组每组电容器的无功大小，Ncimax...

【专利技术属性】
技术研发人员：李庆生，唐学用，刘振铭，赵庆明，黄玉辉，邓朴，刘文霞，张裕，刘金森，罗宁，陈巨龙，蒋泽甫，
申请(专利权)人：贵州电网有限责任公司，
类型：发明
国别省市：贵州;52