一种分布式光伏群协同调度方法及系统与流程

本发明涉及分布式光伏群协同调度领域， 特别是涉及一种大面积分布式屋顶光伏群协同调度方法及系统。

背景技术：

1、随着分布式光伏的发展，大量屋顶光伏以分布式方式接入低压配电网。与传统集中式光伏电站不同，屋顶光伏具有“点多面广、单点容量小、接入位置分散、出力波动性强”的特点，给配电网的安全稳定运行带来了严峻挑战；

2、在大量屋顶光伏并网调度中，电压越限和反向重过载是最为突出的两类运行风险。电压越限是指午间光伏大发时段，低压台区负荷较低，潮流反向注入导致台区末端电压显著抬升，可能超过国家标准规定的电压上限，影响用户设备安全并触发电网保护；反向重过载是指大规模光伏功率经配电变压器低压侧向上级电网倒送，当反向功率超过变压器额定容量时，会导致变压器绕组过热、绝缘加速老化，严重时造成设备损坏；

3、现有的针对电压越限和反向重过载问题的治理手段包括安装防逆流保护装置、设置独立的有功或无功调节策略等，但是针对电压越限问题，需要增加无功吸收，而针对反向重过载问题，则需要限制配电变压器总视在功率，同时考虑设计包含两者治理策略需要考虑两者之间存在的物理耦合冲突。现有中的方案均是将两个问题作为独立逻辑进行分别处理，缺一统一的协同优化治理方法，导致调度结果往往顾此失彼：即要么限制有功消纳换取安全，要么为配电变压器保留过多的安全裕度，影响发电效率；

4、因此如何设计一种统一的协同优化治理方法或系统，在保证配电变压器电压不越限的前提下，尽可能多地发出有功并吸收无功来压降，实现配电变压器安全裕度与光伏消纳率的最佳平衡，最大化提高光伏效率是现有技术中急需解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种分布式光伏群协同调度方法及系统，其根据屋顶光伏分布的地理位置划分为多个台区，在台区控制端部署有台区智能融合终端，基于台区智能融合终端预设的基于有功-无功联合灵敏度调度算法实现边缘自治，通过计算配电变压器动态视在功率上限替代传统静态容量约束，并采用多层帕累托优化策略，在保证电压合格和配电变压器热稳定的双重安全约束下，最大化光伏有功消纳，显著减少光伏弃光损失。同时在协同调度中心设置云平台，仅接收台区发送的紧急调度请求实现台区级协调调度，避免了集中式调度中心对海量屋顶光伏节点调度时的算力瓶颈，实现毫秒级就地决策、分钟级区域协调。

2、本发明提供一种分布式光伏群协同调度方法，所述协同调度方法包括：

3、根据屋顶光伏组件分布的地理位置设置多个台区，每个台区内包含多个屋顶光伏组件，所述多个屋顶光伏组件经台区配电变压器电连接至配电网；

4、每个台区设置有台区控制端，所述台区控制端部署有台区智能融合终端；所述台区智能融合终端基于采集的配电变压器三相电压和计算的配电变压器热裕度qm判断二者是否符合运行条件；若均符合运行条件，则所述台区智能融合终端根据预设的分层调度规则进行台区自治；

5、若所述台区智能融合终端判断二者有任一项不符合运行条件，则台区智能融合终端发送紧急调度请求至协同调度中心，所述协同调度中心的云平台根据接收的各台区短期负荷预测数据、台区当前实际的出口总功率和储能/柔性负荷的可调容量，向各台区智能融合终端下发调度策略参数，进行台区级协调调度。

6、优选地，所述台区智能融合终端基于采集的配电变压器三相电压和计算的配电变压器热裕度qm判断二者是否符合运行条件，具体包括：

7、采集的配电变压器三相电压任一相电压不超过电压警戒阈值；以及计算的配电变压器热裕度qm高于热裕度警戒阈值。

8、优选地，所述台区智能融合终端根据预设的分层调度规则进行台区自治，具体包括：

9、所述台区智能融合终端采用配电变压器热稳定动态评估模块计算当前时刻的短时动态视在功率上限sl，并将sl传输给有功-无功联合灵敏度调度模块；采用灵敏度在线辨识模块计算台区有功-无功灵敏度矩阵并传输给有功-无功联合灵敏度调度模块；所述有功-无功联合灵敏度调度模块根据接收的短时动态视在功率上限sl和有功-无功灵敏度矩阵，以及采集的配电变压器三相电压和台区当前实际的出口总功率进行综合判断，并根据综合判断结果调用分层调度策略相对应的调度层进行自治调度。

10、优选地，所述台区智能融合终端采用配电变压器热稳定动态评估模块计算当前时刻的短时动态视在功率上限sl，具体包括：

11、所述台区智能融合终端基于采集的当前时刻配电变压器所处环境温度， 计算配电变压器绕组热点温度：

12、；

13、其中，为当前环境温度，为当前顶层油温升，为绕组热点对顶层油温的温升；

14、在稳态条件下，配电变压器稳态方程可表示为：

15、；

16、；

17、其中，为额定负载下的顶层油温升；，k为当前负载率，is为当前配电变压器电流，in为配电变压器额定电流；r为额定负载损耗与空载损耗之比；x为油浸式变压器的油指数；为热点梯度；y为绕组指数；

18、获取配电变压器设计允许的绕组热点温度上限值，则当前时刻允许的最大绕组热点温升为：

19、；

20、根据稳态条件下，绕组热点对顶层油温的温升的计算公式进行反推，获得当前时刻允许的短时最大负载率ka：

21、；

22、则短时动态视在功率上限sl为：；其中，sn为配电变压器额定容量；

23、其中，；kal为当前时刻允许的实际调度短时最大负载率，为安全裕度系数。

24、优选地，所述台区智能融合终端采用采用灵敏度在线辨识模块计算台区有功-无功灵敏度矩阵，具体包括：

25、灵敏度在线辨识模块根据采集的台区内各逆变器的功率值，基于台区线路拓扑结构计算各逆变器的电压-有功灵敏度、电压-无功灵敏度、视在功率-有功灵敏度和视在功率-无功灵敏度：

26、其中第i台逆变器灵敏度参数包括电压-有功灵敏度，表征第 i台逆变器有功变化对台区末端电压uend的影响；

27、电压-无功灵敏度,表征第 i台逆变器无功变化对台区末端电压uend的影响；

28、视在功率-有功灵敏度，表征第 i台逆变器有功变化对配电变压器出口视在功率的影响；

29、视在功率-无功灵敏度，表征第 i台逆变器无功变化对配电变压器出口视在功率的影响；

30、对台区内各逆变器的灵敏度参数进行加权平均计算，得到台区有功-无功灵敏度矩阵[ ,,,]；其中表示台区整体电压-有功灵敏度；表示台区整体电压-无功灵敏度； 为台区整体视在功率-有功灵敏度；为台区整体视在功率-无功灵敏度。

31、优选地，所述有功-无功联合灵敏度调度模块进行综合判断，并根据综合判断结果调用分层调度策略相对应的调度层进行自治调度，具体包括：

32、所述有功-无功联合灵敏度调度模块将采集的配电变压器出口的三相电压ua、ub、uc分别和电压越限阈值ut进行比较判断；以及采集获取台区当前总有功功率pt和台区当前总无功功率qt，计算配电变压器的热裕度qm和实际视在功率sa：

33、；

34、；

35、第一层调度规则：当采集的三相电压ua、ub、uc均小于电压越限阈值ut，且实际视在功率sa小于短时动态视在功率上限sl，则不干预台区设备自动运行，并持续监测判断；

36、第二层调度规则：当采集的三相电压ua、ub、uc有任一相电压超过电压越限阈值ut，且配电变压器的热裕度，则仅启动无功吸收策略，不削减各逆变器有功出力，将有功维持满发状态；qn为需要吸收的总无功功率；将需要吸收的总无功功率qn分解换算为各逆变器的无功功率调度指令发送给各逆变器执行调度；

37、其中；

38、；表示台区整体电压-无功灵敏度的绝对值；umax为电压限值，ud为电压控制死区值；

39、第三层调度规则：当采集的三相电压ua、ub、uc有任一相电压超过电压越限阈值ut，且配电变压器的热裕度，构造以“最大化有功消纳、满足电压不越限与热稳定双重硬约束”为目标的帕累托优化模型，联合寻优求解最小的有功削减量和对应的无功吸收量；求解最小的有功削减量和对应的无功吸收量之后，换算各逆变器有功功率削减量和无功功率吸收量下发对应的功率调整指令至各逆变器进行调节调度；

40、第四层调度规则：当采集的三相电压ua、ub、uc均小于电压越限阈值ut，且实际视在功率sa大于等于短时动态视在功率上限sl，则仅通过削减有功出力以恢复热稳定，求解最小的有功削减量，换算为各逆变器的有功功率调度指令发送给各逆变器执行调度。

41、优选地，所述第二层调度规则中，仅启动无功吸收策略，具体还包括：

42、第i台逆变器分配吸收的无功功率qn,i为：

43、；其中，qi,a为第i台逆变器当前可用的无功吸收容量，j为台区内逆变器总数量；

44、；其中，si,r为第i台逆变器的额定视在功率，pi,current为当前第i台逆变器的有功功率。

45、优选地，所述第三层调度规则中，联合寻优求解最小的有功削减量和对应的无功吸收量，具体还包括：

46、目标函数为最小的有功削减量和对应的无功吸收量；

47、硬约束条件为：

48、1、电压恢复约束：；其中表示台区整体电压-有功灵敏度的绝对值，表示台区整体电压-无功灵敏度的绝对值；

49、2、动态热稳定约束：；

50、3、变量非负约束：，；

51、4、调节范围约束：；其中pmin,r为台区必须保留的最小有功功率；

52、，其中，为第i台逆变器允许的最大无功功率吸收量；si,r为第i台逆变器的额定视在功率，pi,current为第i台逆变器的有功功率；

53、根据电压恢复约束中和之件的函数关系，将目标函数转化为对唯一变量的求解：

54、;

55、将代入动态热稳定约束中，采用二分法或黄金分割法可快速求解最小的有功削减量；

56、求解最小的有功削减量和对应的无功吸收量之后，针对各逆变器的有功削减，采用等比例削减方式：

57、；其中，为第i台逆变器分配的有功功率削减量，pi,current为第i台逆变器的有功功率，j为台区内逆变器总数量；

58、按照各逆变器剩余无功容量比例分配对应的无功吸收量：

59、；其中，为第i台逆变器分配对应的无功吸收，qi,a为第i台逆变器当前可用的无功吸收容量。

60、优选地，所述第四层调度规则中，仅通过削减有功出力以恢复热稳定，求解最小的有功削减量，具体还包括：

61、动态热稳定约束为：；

62、求解最小的有功削减量，针对各逆变器的有功削减，采用等比例削减方式：

63、；其中，为第i台逆变器分配的有功功率削减量，pi,current为第i台逆变器的有功功率，j为台区内逆变器总数量。

64、本发明还提供一种分布式光伏群协同调度系统，所述协同调度系统包括：多个台区和协同调度中心；

65、其中，多个台区的每个台区内包含多个屋顶光伏组件，所述多个屋顶光伏组件经台区配电变压器电连接至配电网；每个台区设置有台区控制端，所述台区控制端部署有台区智能融合终端；所述台区智能融合终端包括数据采集模块、有功-无功联合灵敏度调度模块和执行模块；

66、其中，所述台区智能融合终端有功-无功联合灵敏度调度模块先基于数据采集模块采集的配电变压器三相电压和计算的配电变压器热裕度qm判断二者是否符合运行条件；若均符合运行条件，则所述台区智能融合终端根据预设的分层调度规则进行台区自治，并发送对应的台区自治指令至执行模块中的各逆变器执行自治调度；若二者有任一项不符合运行条件，则向协同调度中心发送紧急调度请求；

67、所述协同调度中心的云平台根据接收的各台区短期负荷预测数据、台区当前实际的出口总功率和储能/柔性负荷的可调容量，在接收到台区智能融合终端发送紧急调度请求时，向各台区智能融合终端下发调度策略参数，各台区智能融合终端基于各自的调度策略参数控制执行模块执行调度动作以进行台区级协调调度。

68、本发明的有益效果在于：1、可实时评估计算配电变压器热容量限值，利用配电变压器设计的短时过载能力，计算出距离“真正的过载危险”还有多少热容量和时间裕度”，替代了传统的“一刀切”静态容量限制，提升了电网对光伏的接纳能力；

69、2、传统治理方法是电压越限时启动无功吸收降压，但吸收无功会增加流过变压器的视在功率，反而加剧反向过载风险；为防止过载又直接削减有功，造成不必要的弃光损失，两者在统一调度中互相冲突。本发明提出一种基于有功-无功联合灵敏度调度算法，可将电压约束也热稳定约束纳入同一个优化问题中统一求解，精确计算“为降压需要吸收多少无功”与“吸收这些无功会挤占多少配电变压器容量”之间的定量关系，从而找到同时满足两个约束的最小有功削减量，从根本上消除了二者之间调度冲突的问题；

70、3、针对屋顶光伏点多面广、线路参数不准、拓扑结构随负荷变动频繁变化等导致线路模型不可靠的问题，采用数据驱动的灵敏度辨识方法，从实际运行数据中实时估计电压-有功、电压-无功、视在功率-有功、视在功率-无功灵敏度矩阵。不依赖离线物理参数，能够自适应拓扑变化和参数漂移，并且灵敏度矩阵定期滚动更新，保证控制精度；

71、4、采用热裕度qm作为核心判断指标，直接表示“在当前有功出力不变的前提下，变压器还能额外承受多少无功功率”。该指标与电压控制所需的qn可直接比较，使调度决策逻辑简单直观，实现了对过载的实时精确监测；

72、5、云平台只有当台区智能融合终端监测到三相电压和配电变压器的热裕度qm进入“警戒区”时，才向云平台发送紧急调度请求或激活本地预置的自治策略，将核心优化计算下沉至台区智能融合终端，减轻云平台的计算压力，提高系统响应速度。