一種基於交直流主動配電網電壓無功協調控制方法與流程

2023-06-19 17:51:36

本發明涉及一種控制方法，具體涉及一種基於交直流主動配電網電壓無功協調控制方法。
背景技術：
：隨著世界範圍內環境汙染和能源危機等問題日趨嚴重，以光伏、風電為代表的新能源發電快速發展。隨著市場的開放，分布式電源(DistributedGeneration，DG)在配電網中滲透率逐漸提高，給配電網帶來了巨大的技術與環境效益。但是由於分布式電源出力受氣象條件的制約具有較強的隨機性和波動性，分布式電源的出力波動以及負荷的快速變化會造成配電網內某些節點電壓波動甚至越限，影響供電電能質量。基於電壓源型換流器(VoltageSourceConverter，VSC)的柔性直流互聯繫統能夠實現有功功率和無功功率的解耦控制，動態支撐能力強。通過背靠背電壓源型換流器，將多個交流系統互聯構成交直流主動配電網，是提升高滲透率主動配電網中分布式電源消納水平的有效途徑。VSC換流站在交直流主動配電網系統中調節容量大，具備良好的動態電壓無功支撐能力。目前針對配電網電壓控制策略的研究中，挖掘柔性直流裝置的無功能力並利用其參與主動配電網電壓無功協調控制的研究較為少見。技術實現要素：為了填補現有技術的空白，本發明基於分布式電源高滲透率的交直流主動配電網，綜合考慮VSC換流站、DG及原配電網中離散無功設備的電壓無功調節能力，提出一種基於交直流主動配電網電壓無功協調控制方法。本發明是採用下述技術方案實現的：一種基於交直流主動配電網電壓無功協調控制方法，其特徵在於，所述方法包括：劃分配電網運行狀態，針對不同的運行狀態制定控制策略；並利用不同的控制策略，對處於不同運行狀態下的配電網電壓進行無功協調控制。優選的，所述劃分配電網運行狀態包括，根據配電網中各節點所處區域的電壓水平，將配電網運行狀態劃分為正常狀態、預警狀態和緊急狀態；其中，若節點電壓均滿足0.95p.u.≤Ui≤1.05p.u.範圍時，則表示配電網處於正常狀態；當任一節點電壓處於0.9p.u.≤Ui≤0.95p.u.或1.05p.u.≤Ui≤1.1p.u.範圍內時，則配電網進入預警狀態；所述預警狀態下，DG出力波動或失負荷引起配電網任意節點電壓越限；當配電網電壓偏離量最大所對應節點滿足Ui≤0.9p.u.或Ui≥1.1p.u.範圍時，則配電網進入緊急狀態；所述緊急狀態下，配電網發生緊急故障，節點電壓幅值變化大；或者，DG出力與負荷增減明顯。優選的，所述制定控制策略，具體包括制定配電網正常狀態下的全局優化控制策略、預警狀態下的校正控制策略，以及緊急狀態下的功率支援策略。進一步地，所述制定配電網正常狀態下的全局優化控制策略，即周期性注入無功源的無功功率調整動態無功儲備裕度，具體包括：以網損最小化為目標，建立正常狀態下的全局優化控制模型，其表達式為：minf=|QVSC-QVSC,setQVSC,max-QVSC,set|---(1)]]>式(1)中，QVSC為優化的VSC換流站無功功率，QVSC,set為VSC換流站的無功功率閾值，QVSC,max為VSC換流站的無功容量；所述正常狀態下的全局優化控制模型採用內點法求解。優選的，所述制定配電網預警狀態下的校正控制策略，即通過就地控制和集中控制策略相結合的方式調整電壓越限，具體包括：若電壓越限區域為DG接入點，則選擇就地控制策略，由恆功率因數控制自動轉為恆電壓控制，利用DG控制無功功率，校正DG接入點電壓恢復正常狀態；若就地控制策略下的DG無功功率達到上限約束且接入點電壓未恢復正常狀態，或者缺少無功支持進而出現節點對應區域電壓越限時，則選擇集中控制策略，利用全網無功設備對仍處於預警狀態的節點進行控制。進一步地，所述定義配電網的正常狀態和預警狀態的約束條件包括：通過式(2)和式(3)確定潮流約束，其表達式為：PG.i-PL.i-UiΣj=1nUj(Gijcosθij+Bijsinθij)=0---(2)]]>QG.i-QL.i-UiΣj=1nUj(Gijsinθij-Bijcosθij)=0---(3)]]>式中，PG.i為節點i處有功電源注入有功功率，PLi為節點i處的有功負荷，Ui、Uj分別為節點i、j的電壓，Gij和Bij分別為支路i-j的電導和電納，QG.i為節點i處無功源注入無功功率，QL.i為節點i處無功負荷；θij為節點i、j的相角差值；n為系統的節點數；通過式(4)確定無功源無功功率上、下限；QG.i.min≤QG.i≤QG.i.max(4)通過式(5)確定節點電壓的安全範圍；Ui.min≤Ui≤Ui.max(5)式中，QG.i.min為節點i處無功源注入無功功率最小值，QG.i.max為節點i處無功源注入無功功率最大值，Ui,min為節點i處的電壓最小值；Ui,max為節點i處的電壓最大值。進一步地，所述集中控制策略採用電壓無功靈敏度算法以各無功源的出力調整量f最小為目標、配電網各節點電壓恢復正常狀態為約束，構建電壓校正模型，其表達式為；minf=Σi=1m|ΔQi|---(6)]]>式中，ΔQi為節點i處無功源輸出調整量；m為含可控無功源的節點數目。進一步地，所述制定配電網緊急狀態下的功率支援策略包括：根據越限節點的電壓偏離程度以及該節點與VSC換流站交流母線電壓變化靈敏度確定VSC換流站交流母線電壓調整量；並根據VSC換流站交流母線電壓變化量與VSC換流站無功功率調整量之間的關係確定VSC換流站的無功功率調整量；通過調整VSC換流站的無功功率校正越限電壓，使其恢復正常狀態。進一步地，所述VSC換流站無功功率調整量的獲取方法具體包括：採用電壓無功靈敏度算法，通過式(7)獲取緊急狀態下的VSC換流站連接點i的電壓變化靈敏度λi,VSC，確定VSC換流站連接點電壓調整量，其表達式為：ΔUVSC=Ui,N-Ui,Xλi,VSCUi,N=0.9(Ui,X1.1)---(7)]]>式中，ΔUVSC為VSC換流站連接點電壓調整量，Ui,X為節點i當前電壓，Ui,N為節點i調整後的目標值，下標N表示目標值，下標x表示當前值；獲取VSC換流站無功功率調整量如式(8)所示：ΔQVSC≈ΔUVSCSc(8)式中，ΔQVSC為VSC換流站無功功率調整量，Sc為VSC換流站短路容量。與最接近的現有技術，本發明的技術方案具有以下突出的有益效果：本發明所提出的基於交直流主動配電網電壓無功協調控制方法，制定了配電網不同電壓運行狀態下的電壓控制策略，提出主動配電網電壓運行正常狀態下通過適量投入離散無功設備置換柔性直流裝置的無功功率，該方法可以在正常狀態提高配電網動態無功儲備容量，增強配電網應對潛在電壓波動的能力；提出主動配電網電壓運行預警狀態下就地控制與集中控制相協調的配電網電壓控制模式，就地控制實現分布式電源、柔性直流裝置的快速電壓校正，集中控制作為就地控制的保障並能實現控制區域的全面覆蓋；提出主動配電網電壓運行緊急狀態下利用柔性直流換流器有功無功解耦調節、無功容量大、調節速度快的特點實現配電網節點電壓的快速支撐控制。充分挖掘並利用了不同類型無功源的電壓支撐特性與無功源的相互協調關係，對分布式電源高滲透率的交直流配電網電壓控制起到良好效果，顯著提高配電網動態無功儲備裕度，保證了配電網供電穩定性，提高了電能質量，具有推廣價值。附圖說明圖1為配電網不同運行狀態下的電壓控制方法流程圖；具體實施方式下面結合附圖對本發明的具體實施方式做進一步的詳細說明。如圖1所示，本發明提供一種基於交直流主動配電網電壓無功協調控制方法，所述方法包括劃分配電網運行狀態，針對不同的運行狀態制定控制策略，並利用不同的控制策略對處於不同運行狀態下的配電網電壓進行無功協調控制。劃分配電網運行狀態包括，根據配電網中各節點所處區域的電壓水平，將配電網運行狀態劃分為正常狀態、預警狀態和緊急狀態；其中，若節點電壓均滿足0.95p.u.≤Ui≤1.05p.u.範圍時，則表示配電網處於正常狀態；當任一節點電壓處於0.9p.u.≤Ui≤0.95p.u.或1.05p.u.≤Ui≤1.1p.u.範圍內時，則配電網進入預警狀態；所述預警狀態下，DG出力波動或失負荷引起配電網任意節點電壓越限；當配電網電壓偏離量最大所對應節點滿足Ui≤0.9p.u.或Ui≥1.1p.u.範圍時，則配電網進入緊急狀態；所述緊急狀態下，配電網發生緊急故障，節點電壓幅值變化大；或者，DG出力與負荷增減明顯。針對不同的運行狀態制定控制策略，具體包括制定配電網正常狀態下的全局優化控制策略、預警狀態下的校正控制策略，以及緊急狀態下的功率支援策略。其中，正常狀態下配電網內各節點電壓合格，此時周期地進行全局優化控制，通過適量投入離散無功設備，置換柔性直流裝置等連續無功源的無功功率，提高配電網的動態無功儲備裕度。制定配電網正常狀態下的全局優化控制策略，即周期性注入無功源的無功功率調整動態無功儲備裕度，具體包括：以網損f最小化為目標，建立正常狀態下的全局優化控制模型，其表達式：minf=|QVSC-QVSC,setQVSC,max-QVSC,set|---(1)]]>式(1)中，QVSC為優化的VSC換流站無功功率，QVSC,set為VSC換流站的無功功率閾值，QVSC,max為VSC換流站的無功容量；所述正常狀態下的全局優化控制模型採用內點法求解。制定配電網預警狀態下的校正控制策略，即通過就地控制和集中控制策略相結合的方式調整電壓越限，具體包括：若電壓越限區域為DG接入點，則選擇就地控制策略，由恆功率因數控制自動轉為恆電壓控制，利用DG控制無功功率，校正DG接入點電壓恢復正常狀態；若就地控制策略下的DG無功功率達到上限約束且接入點電壓未恢復正常狀態，或者缺少無功支持進而出現節點對應區域電壓越限時，則選擇集中控制策略，利用全網無功設備對仍處於預警狀態的節點進行控制。預警狀態下的集中就地協調控制策略，能夠快速、全面對輕度的電壓越限節點進行校正，使配電網電壓水平恢復到正常狀態。定義配電網的正常狀態和預警狀態的約束條件包括：通過式(2)和式(3)確定潮流約束，其表達式為：PG.i-PL.i-UiΣj=1nUj(Gijcosθij+Bijsinθij)=0---(2)]]>QG.i-QL.i-UiΣj=1nUj(Gijsinθij-Bijcosθij)=0---(3)]]>式中，PG.i為節點i處有功電源注入有功功率，PLi為節點i處的有功負荷，Ui、Uj分別為節點i、j的電壓，Gij和Bij分別為支路i-j的電導和電納，QG.i為節點i處無功源注入無功功率，QL.i為節點i處無功負荷；θij為節點i、j的相角差值；通過式(4)確定無功源無功功率上、下限；QG.i.min≤QG.i≤QG.i.max(4)通過式(5)確定節點電壓的安全範圍；Ui.min≤Ui≤Ui.max(5)式中，QG.i.min為節點i處無功源注入無功功率最小值，QG.i.max為節點i處無功源注入無功功率最大值，Ui,min為節點i處的電壓最小值；Ui,max為節點i處的電壓最大值。集中控制策略採用電壓無功靈敏度算法以各無功源的出力調整量f最小為目標、配電網各節點電壓恢復正常狀態為約束，構建電壓校正模型，其表達式為；minf=Σi=1m|ΔQi|---(6)]]>式中，ΔQi為節點i處無功源輸出調整量。制定配電網緊急狀態下的功率支援策略包括，VSC換流站無功儲備容量大，調節速度快，在優先保證VSC換流站交流母線電壓合格的原則下，根據越限節點的電壓偏離程度以及該節點與VSC換流站交流母線電壓變化靈敏度確定VSC換流站交流母線電壓調整量；並根據VSC換流站交流母線電壓變化量與VSC換流站無功功率調整量之間的關係確定VSC換流站的無功功率調整量；通過調整VSC換流站的無功功率校正越限電壓，使其恢復正常狀態。VSC換流站無功功率調整量的獲取方法具體包括：根據極坐標形式下的N節點系統功率方程的修正方程如下式：ΔPΔQ=HNJLΔθΔU/U]]>由於電力系統中各節點幅值主要與無功潮流有關，且大量運算經驗表明，J子陣各元素數值很小，將上式簡化得：ΔQ＝LΔU/U將係數矩陣L轉化為節點導納矩陣表示方式並代入上式可得：ΔQ＝UBΔUΔU＝B-1ΔQ/UΔUiΔUj=BiΔQ/U(BjΔQ/U)-1=BiBj-1]]>λi,j為節點i對節點j電壓變化的靈敏度，由此可得到緊急狀態下電壓越限節點i對VSC連接點的電壓變化靈敏度λi,VSC。採用電壓無功靈敏度算法，通過式(7)獲取緊急狀態下的VSC換流站連接點i的電壓變化靈敏度λi,VSC，確定VSC換流站連接點電壓調整量，其表達式為：ΔUVSC=Ui,N-Ui,Xλi,VSCUi,N=0.9(Ui,X1.1)---(7)]]>式中，ΔUVSC為VSC換流站連接點電壓調整量，Ui,X為節點i當前電壓，Ui,N為節點i調整後的目標值；下標N表示目標值，下標x表示當前值；獲取VSC換流站無功功率調整量如式(8)所示：ΔQVSC≈ΔUVSCSc(8)式中，ΔQVSC為VSC換流站無功功率調整量，Sc為VSC換流站短路容量。緊急狀態下的電壓快速支撐控制，可以有效提高區域內緊急狀態下的配電網電壓水平，減小因故障或分布式電源、負荷突然變化引起的電壓越限問題。最後應當說明的是：以上實施例僅用以說明本申請的技術方案而非對其保護範圍的限制，儘管參照上述實施例對本申請進行了詳細的說明，所屬領域的普通技術人員應當理解：本領域技術人員閱讀本申請後依然可對申請的具體實施方式進行種種變更、修改或者等同替換，這些變更、修改或者等同替換，其均在其申請待批的權利要求範圍之內。當前第1頁1&nbsp2&nbsp3&nbsp