一种基于电压调节器和多光伏系统的配电网电压管理方法技术方案

一种基于电压调节器和多光伏系统的配电网电压管理方法，在传统的无功控制方法中，逆变器必须全天吸收无功功率，以消除光伏功率反向潮流所引起的过电压。配电网中常使用步进电压调节器参与系统电压管理，所以潜在的过电压亦可以通过调节SVR的分接头位置来消除。当SVR参与系统电压管理时，由光伏功率剧烈变化引起的电压波动由逆变器的无功输出缓解即可。本发明专利技术中提出了一种新颖的本地无功功率实时控制方法，用以缓解电压剧烈波动问题。与传统的无功控制方法相比，该方法可以显著降低光伏逆变器的无功补偿负担。由于仅需少量的无功功率注入配电网，线路损耗就可以大量降低(节省约20％)，同时逆变器容量亦可相应减少，从而降低投资成本。

【技术实现步骤摘要】
一种基于电压调节器和多光伏系统的配电网电压管理方法
本专利技术提出了一种基于电压调节器和多光伏系统的配电网电压管理方法。
技术介绍
当今社会，面对日益严峻的能源和环境问题，单靠化石能源供给人类日常生活工作已经不再是长久之计，因此可再生能源的开发已成为能源领域当下的主流方向。在配电网系统中，常采用光能等可再生能源来替代传统的化石能源。本专利技术是基于电压调节器和多光伏系统对配电网进行电压管理。由于光能具有强烈的随机性、间歇性、波动性和不可控性等特点，很难实现再生能源利用最大化。现在越来越多的将光能通过光伏逆变器应用于配电系统中。在传统的无功控制方法中，逆变器需全天吸收无功功率，以消除光伏功率反向潮流所引起的过电压问题。但是，传统的本地无功控制方法(例如Q-P曲线)中光伏逆变器的无功补偿负担艰巨，由此会加剧逆变器的损耗，带来较大的经济损失。同样，在配电网中也常使用步进电压调节器(SVR)参与系统电压管理，潜在的过电压问题亦可调节SVR的分接头位置来消除。因此，可以考虑通过光伏逆变器和电压调节器相互配合运行以达到更优的控制效果。综上所述，考虑到配电网中的线路损耗、逆变器损耗以及光伏逆变器的损耗和容量大小等因素，在配电网的电压管理系统中需要引入电压调节器和多光伏系统，寻找有效的解决方案。
技术实现思路
为克服传统的无功控制方法中，逆变器需全天吸收无功功率而消除光伏功率反向潮流而引起的过电压问题以及移动SVR分接头位置来缓解过电压问题，同时为了降低线路损耗、减小逆变器的容量，提高。本专利技术考虑了一种基于电压调节器和多光伏系统的配电网电压管理的算法。为了实现上述目的，本专利技术的技术方案为：一种基于电压调节器和多光伏系统的配电网电压管理方法，缓解电压波动问题及降低光伏逆变器的无功补偿负担，现有基础上基于一致性算法引入一种致力于协调所有分布式光伏逆变器无功补偿量的控制策略，所述方法包括以下步骤：S1：获取当前时刻的光伏数据信息，并与上一时刻的光伏数据信息进行对比，当两个连续时刻之间的光伏输出功率差值超过了预先定义的阈值则转入步骤S2，否则转入步骤S3；S2：为应对光伏输出功率剧烈波动引起过电压问题，将采用比例无功功率补偿方案进行调节，转入步骤S4；S3：此时光伏功率波动微小，逆变器使用无功回退方案调节，在这种情况下，逆变器产生的无功功率将逐渐减小到零，不会引起明显的电压变化；S4：根据步骤S2和S3的无功补偿方案，各电压节点计算下一时刻的本地无功补偿量；S5：将本地光伏功率实时补偿方案通过一致性算法的计算实现逆变器之间的无功支持的全局再分配，最大限度减小无功支持的差异；S6：根据上述步骤信息，求解全局无功再分配后各节点的最终无功补偿量。进一步，所述步骤S2中，比例无功功率补偿方案包括以下步骤：S2-1：计算各节点比例无功补偿方案的无功功率变化当光伏功率变化|ΔPPV,i|，节点i两个连续时刻之间的间隔超过了预先定义的阈值ΔPlim,i时，逆变器应用无功比例补偿，在无功功率补偿中引入比例参数λ，保证沿馈线安装的逆变器的公平性；式中ΔQpro,i(k+Δt)表示在t+Δt时刻节点i处的比例无功补偿方案的无功功率变化；Δt代表两次连续测量的时间间隔；节点i上的预定义阈值ΔPlim,i确定为：ΔPlim,i＝βPrated,i(2)其中Prated,i是节点i处光伏系统的额定容量；参数β用于调整预定义的阈值ΔPlim,i，β的值应在最坏的情况下进行测量，当光伏系统同时以ΔPlim/Δt的速度增加或减少，它的发电功率不会发生剧烈的电压变化。在所述S3步骤中，逆变器的无功回退方案包括以下步骤：S3-1：计算各节点无功回退方案的无功功率变化当光伏功率波动轻微时，无功回退方案将应用于光伏逆变器中，逆变器产生的无功功率逐渐减小到零，不会引起明显的电压变化，无功回退方案中的无功功率变化如下所示：式中ΔQre,i(k+Δt)表示在t+Δt时刻节点i处的无功补偿方案的无功功率变化；ΔQr,i是节点i处无功功率回退的步长；S3-2：确定各节点无功回退方案的回退步长为了避免无功回退方案引起的过电压变化，ΔQr,i的步长应满足：即：其中和是相对于节点i上有功功率和无功功率的电压灵敏度。因此，最大回退步长ΔQmax,i确定为：而ΔQr,i表示为：ΔQr,i＝αΔQmax,i(7)其中α的值由配电系统运营商决定，用于调节无功功率回退速度。进一步，所述步骤S4中，本地无功补偿量的计算过程为：如果本地光伏功率偏差较大，将成比例进行无功补偿减轻电压波动，否则，若当前的光伏功率波动不大，则执行无功回退方案来减轻逆变器的无功支持负担，因此，在t+Δt时刻节点i处光伏逆变器产生的无功功率QPV,i(t+Δt)表示为：QPV,i(t+Δt)＝QPV,i(t)+ΔQpro,i(t+Δt)+ΔQre,i(t+Δt)(8)。进一步，所述步骤S5的无功支持负担再分配的模型建立以及求解包括以下步骤：S5-1：确定全局无功补偿方案快速移动的云层仅能覆盖大型配电系统中的部分分布式光伏面板，对于云层移动路径上的那些光伏系统，由光伏功率波动引起的电压变化需大量的无功功率补偿，而对于其他没有出现云瞬变效应的光伏系统，逆变器不会据上述设计的本地无功控制方法提供无功功率支持，因此，需设计了一个用于逆变器之间协调的全局方案。在该全局方案中，逆变器重新分配无功支持负担来减小逆变器的无功支持产生的差异；S5-2：计算全局无功功率再分配量先计算出无功功率再分配量ΔQglobal,i，将其应用于逆变器电压的重新分配中；定理1：n维中的两个辅助数组定义如下：u(t)＝[u1(t),…ui(t),…,un(t)]T(9)c(t)＝[c1(t),…ci(t),…,cn(t)]T(10)这两组数组被迭代为：u(t+ΔT)＝Pu(t)(11)c(t+ΔT)＝Pc(t)(12)其中矩阵P∈Rn×n满足条件：1)矩阵P中所有元素都是非负的；2)P对应于强连接图；3)P包含正对角线元素，这三个条件保证了(11)和(12)的唯一收敛；其中π∈Rn×1表示π＝Pπ的唯一正解，所有元素πi都大于零；因此，由定理1，通过迭代(11)和(12)得到即当t→∞时，收敛于相同的值在该配电系统中，不同的节点上安装了n个逆变器，将初始值u(t0)和c(t0)设置为：ui(t0)＝QPV,i(t0)(16)ci(t0)＝Prated,i(17)在t0时刻，总无功支持量为在t→∞时，根据额定容量Prated,i得到：其中QPV,i(t0)表示在t0时刻，节点i处光伏逆变器产生的无功功率；在(11)和(1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于电压调节器和多光伏系统的配电网电压管理方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：/nS1：获取当前时刻的光伏数据信息，并与上一时刻的光伏数据信息进行对比，当两个连续时刻之间的光伏输出功率差值超过了预先定义的阈值则转入步骤S2，否则转入步骤S3；/nS2：为应对光伏输出功率剧烈波动引起过电压问题，将采用比例无功功率补偿方案进行调节，转入步骤S4；/nS3：此时光伏功率波动微小，逆变器使用无功回退方案调节，在这种情况下，逆变器产生的无功功率将逐渐减小到零，不会引起明显的电压变化；/nS4：根据步骤S2和S3的无功补偿方案，各电压节点计算下一时刻的本地无功补偿量；/nS5：将本地光伏功率实时补偿方案通过一致性算法的计算实现逆变器之间的无功支持的全局再分配，最大限度减小无功支持的差异；/nS6：根据上述步骤信息，求解全局无功再分配后各节点的最终无功补偿量。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于电压调节器和多光伏系统的配电网电压管理方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
S1：获取当前时刻的光伏数据信息，并与上一时刻的光伏数据信息进行对比，当两个连续时刻之间的光伏输出功率差值超过了预先定义的阈值则转入步骤S2，否则转入步骤S3；
S2：为应对光伏输出功率剧烈波动引起过电压问题，将采用比例无功功率补偿方案进行调节，转入步骤S4；
S3：此时光伏功率波动微小，逆变器使用无功回退方案调节，在这种情况下，逆变器产生的无功功率将逐渐减小到零，不会引起明显的电压变化；
S4：根据步骤S2和S3的无功补偿方案，各电压节点计算下一时刻的本地无功补偿量；
S5：将本地光伏功率实时补偿方案通过一致性算法的计算实现逆变器之间的无功支持的全局再分配，最大限度减小无功支持的差异；
S6：根据上述步骤信息，求解全局无功再分配后各节点的最终无功补偿量。


2.如权利要求1所述的基于电压调节器和多光伏系统的配电网电压管理方法，其特征在于，所述步骤S2中，比例无功功率补偿方案包括以下步骤：
S2-1：计算各节点比例无功补偿方案的无功功率变化
当光伏功率变化|ΔPPV，i|，节点i两个连续时刻之间的间隔超过了预先定义的阈值ΔPlim，i时，逆变器应用无功比例补偿，在无功功率补偿中引入比例参数λ，保证沿馈线安装的逆变器的公平性；



式中ΔQpro，i(k+Δt)表示在t+Δt时刻节点i处的比例无功补偿方案的无功功率变化；Δt代表两次连续测量的时间间隔；
节点i上的预定义阈值ΔPlim，i确定为：
ΔPlim，i＝βPrated，i(2)
其中Prated，i是节点i处光伏系统的额定容量；参数β用于调整预定义的阈值ΔPlim，i，β的值应在最坏的情况下进行测量，当光伏系统同时以ΔPlim/Δt的速度增加或减少，它的发电功率不会发生剧烈的电压变化。


3.如权利要求1或2所述的一种基于电压调节器和多光伏系统的配电网电压管理方法，其特征在于，在所述S3步骤中，逆变器的无功回退方案包括以下步骤：
S3-1：计算各节点无功回退方案的无功功率变化
当光伏功率波动轻微时，无功回退方案将应用于光伏逆变器中，逆变器产生的无功功率逐渐减小到零，不会引起明显的电压变化，无功回退方案中的无功功率变化如下所示：



式中ΔQre，i(k+Δt)表示在t+Δt时刻节点i处的无功补偿方案的无功功率变化；ΔQr，i是节点i处无功功率回退的步长；
S3-2：确定各节点无功回退方案的回退步长
为了避免无功回退方案引起的过电压变化，ΔQr，i的步长应满足：



即：
其中和是相对于节点i上有功功率和无功功率的电压灵敏度，因此，最大回退步长ΔQmax，i确定为：



而ΔQr，i表示为：
ΔQr，i＝αΔQmax，i(7)
其中α的值由配电系统运营商决定，用于调节无功功率回退速度。


4.如权利要求1或2所述的一种基于电压调节器和多光伏系统的配电网电压管理方法，其特征在于，所述步骤S4中，本地无功补偿量的计算过程如下：
如果本地光伏功率偏差较大，将成比例进行无功补偿减轻电压波动；否则，若当前的光伏功率波动不大，则执行无功回退方案来减轻逆变器的无功支持负担；因此，在t+Δt时刻节点i处光伏逆变器产生的无功功率QPV，i(t+Δt)表示为：
QPV，i(t+Δt)＝QPV，i(t)+ΔQpro，i(t+Δt)+ΔQre，i(t+Δt)(8)。


5.如权利要求1或2所述的一种基于电压调节器和多光伏系统的配电网电压管理方法，其特征在于，所述步骤S5的无功支持负担再分配的模型建立以及求解包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘红武，李凡，赵崇娟，柳昂，顾伟康，陈玉伟，胡钰莹，陈睿智，万瑞妮，王瑶，王力成，杨宇，
申请(专利权)人：国网浙江省电力有限公司湖州供电公司，湖州电力设计院有限公司，浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33