一种基于先进控制的分布式光伏电压治理方法及系统与流程

本发明涉及分布式光伏配电网电压治理，更具体地说，它涉及一种基于先进控制的分布式光伏电压治理方法及系统。

背景技术：

1、在含高渗透率分布式光伏的低压配电网中，云团沿馈线方向移动时，各光伏并网节点依次经历有功出力骤变，形成电压扰动的空间传播链。为抑制下游节点电压越限，需协同估计云影传播方向和速度，从而为下游节点提供前馈预警并提前部署无功储备。

2、现有技术通常采用直接共享各节点有功出力变化数据的方式来协同估计云影传播参数。然而，在商住混合区域中，分布式光伏系统分属不同业主或运营商，有功出力变化的时刻和幅度直接反映装机容量、遮挡比例和发电效率等商业敏感信息，各产权主体不愿暴露真实发电数据。若直接对出力变化数据添加固定方差的隐私噪声，噪声污染的时间差信息将导致云影传播速度和方向的估计产生严重偏差，使下游节点前馈预测的扰动到达时间发生错位，无功预调节提前或滞后于实际扰动到达时刻，反而加剧电压越限风险。因此，现有技术难以在保护多产权主体商业敏感信息的同时维持云影传播参数估计精度，导致前馈电压治理的有效性无法保障。

技术实现思路

1、本发明提供一种基于先进控制的分布式光伏电压治理方法及系统，解决相关技术中分布式光伏并网节点在云影扰动下电压波动难以提前预判、前馈补偿与隐私保护无法兼顾的技术问题。

2、本发明公开了一种基于先进控制的分布式光伏电压治理方法，包括以下步骤：

3、获取配电网各分布式光伏并网节点的实时有功出力时间序列及地理坐标信息，各节点独立检测本地有功出力突变事件，记录突变时刻  与突变幅度 ；

4、各节点对突变时刻  叠加拉普拉斯噪声生成扰动时刻值 ，所述拉普拉斯噪声的尺度参数  随协同估计轮次按指数衰减设置，各节点将扰动时刻值通过分布式通信向相邻节点发送；

5、各节点收集多个上游邻居在连续多次云影事件中发送的扰动时刻序列，利用加权滑动平均滤波器进行方差衰减处理，输出滤波后时间差及各节点对残余方差；

6、基于滤波后时间差与节点间地理距离向量，利用鲁棒加权最小二乘方法拟合云影传播速度矢量估计值及其置信区间；

7、基于云影传播速度矢量估计值的置信区间与下游节点地理位置，生成各下游节点的扰动预达时间区间，结合上游突变幅度与传播衰减系数计算各下游节点的预测出力变化幅度，组成前馈扰动预测向量；

8、基于前馈扰动预测向量，在扰动预达时间区间内线性分配前馈无功储备增量，并与本地实时电压偏差的反馈无功补偿量融合，生成综合无功功率控制指令下发至逆变器执行。

9、进一步地，所述尺度参数  的计算方式为：，其中  为初始尺度参数， 为衰减速率参数， 为当前协同估计轮次编号， 为自然常数。

10、进一步地，所述加权滑动平均滤波器对邻居节点  的扰动时刻估计值  的计算方式为：，其中  为参与滤波的历史云影事件数量， 为第  次事件对应的滤波权重， 为第  次云影事件中邻居节点  发送的扰动时刻值；所述滤波权重  基于对应轮次噪声方差的倒数进行归一化获得，即，其中  为第  次云影事件对应的协同估计轮次编号。

11、进一步地，所述利用鲁棒加权最小二乘方法拟合云影传播速度矢量估计值，包括：对节点间地理距离向量  进行小数定标归一化处理得到 ，其中  为定标因子；引入辅助慢度矢量 ，建立观测方程 ，其中 为滤波后时间差， 为残差项；以各节点对残余方差  的倒数作为权重，求解加权最小二乘得到 ；由辅助慢度矢量恢复云影传播速度矢量估计值 ，其中  为辅助慢度矢量估计值的模的平方。

12、进一步地，所述鲁棒加权最小二乘方法还包括：在迭代过程中，对残差绝对值超过残差中位数三倍的节点对将其权重置零后重新求解，直至无新的异常节点对被剔除。

13、进一步地，所述扰动预达时间区间的计算方式为：，其中  为下游节点  相对于上游参考节点的归一化距离向量， 和  分别为与置信区间边界对应的辅助慢度矢量。

14、进一步地，所述预测出力变化幅度的计算方式为：，其中 为上游参考节点的观测突变幅度， 为传播衰减系数， 为下游节点  与参考节点之间沿传播方向的归一化距离；所述传播衰减系数  由历史多次云影事件中各节点突变幅度与归一化距离按对数线性方程组通过最小二乘法拟合获得。

15、进一步地，所述线性分配前馈无功储备增量的计算方式为：，其中  为当前时刻， 为目标无功补偿量， 为下游节点  处的本地电压灵敏度系数。

16、进一步地，还包括自适应调整步骤：在云影事件结束后，各节点计算实际扰动到达时刻  相对于预测区间的预测偏差量 ；当预测偏差量  超过预设偏差阈值 时，将衰减速率参数调整为 ，其中  为放缓因子；当累计隐私预算消耗  超过预设预算上限时，将衰减速率参数调整为。

17、本发明公开了一种基于先进控制的分布式光伏电压治理系统，用于执行上述基于先进控制的分布式光伏电压治理方法，包括：

18、突变检测模块，用于获取各分布式光伏并网节点的实时有功出力时间序列及地理坐标信息，独立检测本地有功出力突变事件并记录突变时刻与突变幅度；

19、隐私噪声注入与通信模块，用于对突变时刻叠加轮次关联的指数衰减拉普拉斯噪声生成扰动时刻值，并通过分布式通信向相邻节点发送；

20、滤波处理模块，用于收集多个上游邻居在连续多次云影事件中发送的扰动时刻序列，利用加权滑动平均滤波器进行方差衰减处理，输出滤波后时间差及各节点对残余方差；

21、传播参数估计模块，用于基于滤波后时间差与节点间地理距离向量，利用鲁棒加权最小二乘方法拟合输出云影传播速度矢量估计值及其置信区间；

22、前馈预测模块，用于基于云影传播速度矢量估计值的置信区间与下游节点地理位置生成扰动预达时间区间，结合上游突变幅度与传播衰减系数计算各下游节点的预测出力变化幅度，输出前馈扰动预测向量；

23、前馈无功计算模块，用于基于前馈扰动预测向量在扰动预达时间区间内线性分配前馈无功储备增量；

24、控制指令融合模块，用于将前馈无功预储备量与本地实时电压偏差的反馈无功补偿量融合，生成综合无功功率控制指令并下发至逆变器执行；

25、自适应调整模块，用于在云影事件结束后比对实际扰动到达时刻与预测区间，计算预测偏差统计量，自适应调整下一轮拉普拉斯噪声尺度参数的衰减速率参数。

26、本发明具有以下有益效果：

27、对突变时刻施加轮次关联的指数衰减拉普拉斯噪声，使各产权主体在参与分布式通信时无需暴露真实的有功出力变化数据，从而保护了装机容量和发电效率等商业敏感信息。

28、由于拉普拉斯噪声尺度参数按轮次指数衰减，后期通信的噪声强度逐步降低，加权滑动平均滤波器利用多次云影事件的时序冗余信息对噪声污染的时间差数据进行方差衰减处理，从而恢复可靠的节点间时间差估计，保障了传播参数估计的收敛精度。

29、鲁棒加权最小二乘拟合通过残余方差反向加权并剔除异常节点对，抑制了噪声残余较大的节点对对云影传播速度矢量估计的干扰，使传播方向和速度的估计结果具有鲁棒性。

30、区间化的扰动预达时间使前馈无功预调节窗口能够覆盖实际扰动可能到达的时间范围，即使单次传播参数估计存在偏差，前馈调节窗口仍能涵盖实际扰动到达时刻，避免了无功预调节时机错位导致的电压越限加剧。

31、自适应衰减速率参数调整根据预测偏差量和累计隐私预算消耗动态平衡噪声强度，使系统在长期运行中持续维持前馈电压治理的有效性，同时将总隐私预算消耗控制在预设上限以内。