基于馈线负荷功率控制的电网功率波动实时平抑控制方法技术

本发明专利技术提供了基于馈线负荷功率控制的电网功率波动实时平抑控制方法，包括以下步骤：S1，计算馈线负荷参考功率：选择配电网下网点作为功率波动平抑的控制对象，将下网点功率波动率限制到10％/min内作为控制目标；S2，设计馈线负荷功率控制器：选用PI控制器作为实时馈线负荷功率控制的主控制器；S3，设计时延补偿器：采用Smith预测器作为时延补偿器；S4，控制系统参数整定：利用Z

【技术实现步骤摘要】
基于馈线负荷功率控制的电网功率波动实时平抑控制方法


[0001]本专利技术涉及电网运行控制领域，尤其涉及基于馈线负荷功率控制的电网功率波动实时平抑控制方法。

技术介绍

[0002]受云层遮挡效应等影响，新能源功率实时时间尺度上会发生剧烈波动。对于海量的含高比例新能源电网，新能源实时功率波动通过配电网下网点传递给主网，主网需要配置大量价格高昂的快速功率调节资源完成功率波动平抑，系统运行成本大幅增加。我国已经发布标准对大型新能源电站并网点功率波动率进行限制，含高比例新能源配电网应积极承担新能源消纳的主体责任，探索在配电网内部就地平抑新能源功率波动的途径，缓解主网调频压力。
[0003]低成本、快速度且高精度的功率控制资源是配电网平抑功率波动的关键。馈线负荷功率控制是一种直接负荷控制技术，基于馈线负荷电压功率耦合特性，通过控制馈线电压调整馈线负荷功率。借助快速调压设备与高精度量测装置，馈线负荷功率控制技术可以在毫秒级时间尺度实现负荷功率的精准控制，具备参与新能源快速功率波动平抑控制的潜力。
[0004]在授权公告号为CN110034565B的专利文献公开了一种基于同步向量信息的配电网馈线负荷实时控制方法，包括以下步骤，步骤1、基于配电网中负荷功率与母线电压之间耦合关系，建立电抗器的配电网馈线功率控制模型；步骤2、建立基于PMU测量信息的负荷控制模型；步骤3、通过设置死区以及计算增益系数实现配电网的反馈控制。但是，该专利文献并没有突出使用PMU信息；其次，没有突出控制时延补偿；亦没有突出控制参数的自动整定优化。
[0005]在申请公布号为CN112884316A的专利文献公开了一种电力调控方法、装置、计算机设备和存储介质，该电力调控方法包括：获取馈线电路上连接的各充电站的调控需求数据，获取各充电站所属的运营商基于各充电站的调控需求数据反馈的调控响应数据，其中，调控需求数据用于表示电网需求，调控响应数据用于表示运营商的调控意愿。但是，该专利文献没有突出实时控制，也没有利用负荷的电压
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有功功率耦合特性，没有利用调电压的方式控制负荷有功功率。

技术实现思路

[0006]本专利技术实施例的目的在于提供基于馈线负荷功率控制的电网功率波动实时平抑控制方法，研究实时闭环控制馈线负荷功率，通过源
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荷功率实时互补，限制配电网下网点功率波动率，实现新能源功率波动在配电网内部就地平抑。
[0007]为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：
[0008]本专利技术实施例提供基于馈线负荷功率控制的电网功率波动实时平抑控制方法，包括以下步骤：
[0009]S1，计算馈线负荷参考功率：选择配电网下网点作为功率波动平抑的控制对象，将下网点功率波动率限制到10％/min内作为控制目标；
[0010]S2，设计馈线负荷功率控制器：选用PI控制器作为实时馈线负荷功率控制的主控制器；
[0011]S3，设计时延补偿器：采用Smith预测器作为时延补偿器，Smith预测器通过在反馈回路中引入补偿环节，将控制通道中纯滞后部分与其他部分分离，完成时延的补偿；
[0012]S4，控制系统参数整定：利用Z
‑
N频域整定法实现控制增益自动计算；
[0013]S5，进行功率波动平抑控制：启动馈线负荷功率控制程序，量测系统采集系统运行数据，生成馈线负荷的参考功率，混合控制器根据参考功率实时控制馈线电压，保证配电网下网点功率波动率限制到目标水平。
[0014]在一些实施例中，在步骤S1中，采用式(1)作为馈线负荷的参考功率：
[0015][0016]式中，P
L，ref
(k)为k时刻目标馈线负荷的参考功率；为k时刻前1分钟时配电网下网点功率；P
PV
(k)为k时刻系统内光伏功率；P
other
(k)为k时刻系统其他馈线负荷功率；P
L
(k)为k时刻目标馈线负荷功率；ΔV
feeder
(k)为k时刻目标馈线电压与额定电压的偏差；β为平滑因子；K
V
为电压因子；FRNL为下网点功率波动率。
[0017]在一些实施例中，在步骤S2中，PI控制器由偏差信号计算、控制死区、PI控制、滤波以及限幅环节组成；首先，馈线负荷功率与馈线负荷参考功率进行比较，生成功率偏差信号；功率偏差信号通过死区环节后得到实际功率偏差信号；实际功率偏差信号经过PI控制生成电压控制信号；使用一阶惯性环节对电压控制信号进行滤波处理；同时，采用限幅环节对电压控制信号进行限制。
[0018]在一些实施例中，电压控制信号是功率偏差信号比例项与积分项的总和，采用式(2)计算：
[0019][0020]式中，KP与KI分别为比例控制与积分控制增益；η为开关因子；T为控制时刻集合；x1为实际的功率偏差信号；x2为电压控制信号。
[0021]在一些实施例中，开关因子限制积分项大小，开关因子取决于积分项数值与偏差信号方向，采用式(3)：
[0022][0023]式中，与分别为积分项所允许最大与最小范围。
[0024]在一些实施例中，在步骤S3中，馈线负荷响应过程利用馈线负荷调节特性传递函数表示，电压调节与通讯时延分别通过调压器控制传递函数与时延环节表示；当馈线负荷调节特性传递函数、调压器控制传递函数以及时延环节被准确估计时，y3近似等于无时延时的馈线负荷功率，y4近似等于有时延时的馈线负荷功率，PI控制器输入信号y2近似等于参考功率与无时延馈线负荷功率的偏差，采用式(4)：
[0025][0026]式中，y1为馈线负荷参考功率与有时延的馈线负荷功率的偏差信号；y2为PI控制器输入信号；y3为无时延时的馈线负荷功率；y4为有时延时的馈线负荷功率；P
L,ref
为馈线负荷参考功率；P
L
为无时延时的馈线负荷功率；e
‑
τs
为时延环节。
[0027]高比例分布式光伏的接入能够有效提高配电网的经济效益，同时大大降低碳排放，具有显著的环境保护效应。随着接入配电网的光伏容量大幅提升，新能源出力的波动性也对配电网的调节灵活性提出了新的要求。光伏的出力受到温度、光照强度等环境因素影响，其出力具有较强的随机性与波动性。在大量接入光伏前，配电网中仅在负荷侧存在波动性，而负荷波动的规律性较强，且负荷功率预测技术已相对成熟，因此现有配电网的灵活性调节的需求并不大。分布式光伏的大量接入给源侧也带来了随机性。而且，光伏出力的预测精度目前尚不高。光伏出力的强瞬变性将导致配电网的运行点范围显著扩大。如果配电网缺乏有效的灵活调节手段应对光伏的出力波动，就会出现设备利用率偏低、电压频繁越界等问题。该问题甚至会导致配电网中出现弃光，造成新能源的浪费。而现有的配电网在规划阶段并未考虑配电网中会接入大量的分布式光伏，因此，分布式光伏的接入会给配电网的正常运行带来严峻的挑战。
[0028]丰富配电网的灵活调节手本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于馈线负荷功率控制的电网功率波动实时平抑控制方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，计算馈线负荷参考功率：选择配电网下网点作为功率波动平抑的控制对象，将下网点功率波动率限制到10％/min内作为控制目标；S2，设计馈线负荷功率控制器：选用PI控制器作为实时馈线负荷功率控制的主控制器；S3，设计时延补偿器：采用Smith预测器作为时延补偿器，Smith预测器通过在反馈回路中引入补偿环节，将控制通道中纯滞后部分与其他部分分离，完成时延的补偿；S4，控制系统参数整定：利用Z
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N频域整定法实现控制增益自动计算；S5，进行功率波动平抑控制：启动馈线负荷功率控制程序，量测系统采集系统运行数据，生成馈线负荷的参考功率，混合控制器根据参考功率实时控制馈线电压，保证配电网下网点功率波动率限制到目标水平。2.如权利要求1所述的基于馈线负荷功率控制的电网功率波动实时平抑控制方法，其特征在于：在步骤S1中，采用式(1)作为馈线负荷的参考功率：式中，P
L，ref
(k)为k时刻目标馈线负荷的参考功率；为k时刻前1分钟时配电网下网点功率；P
PV
(k)为k时刻系统内光伏功率；P
other
(k)为k时刻系统其他馈线负荷功率；P
L
(k)为k时刻目标馈线负荷功率；ΔV
feeder
(k)为k时刻目标馈线电压与额定电压的偏差；β为平滑因子；K
V
为电压因子；FRNL为下网点功率波动率。3.如权利要求1所述的基于馈线负荷功率控制的电网功率波动实时平抑控制方法，其特征在于：在步骤S2中，PI控制器由偏差信号计算、控制死区、PI控制、滤波以及限幅环节组成；首先，馈线负荷功率与馈线负荷参考功率进行比较，生成功率偏差信号；功率偏差信号通过死区环节后得到实际功率偏差信号；实际功率偏差信号经过PI控制生成电压控制信号；使用...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐箭，谢博宇，廖思阳，柯德平，孙元章，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：