基于电压灵敏度矩阵的分布式储能自适应下垂控制方法与流程

1.本发明属于电网电压治理技术领域，具体涉及一种基于电压灵敏度矩阵的分布式储能自适应下垂控制方法。


背景技术：

2.为了提高对于光伏能源的消纳，主要的电压调节手段可分为有功控制手段和无功控制手段。对于r/x较大的配电网，使用有功控制手段，较无功控制手段而言，能更为显著改善电压。因此常常引入分布式储能，且对于储能接入节点使用有功-电压下垂控制，从而实现电压就地治理。但是，传统的定下垂系数的下垂控制属于，下垂系数的设计完全依赖于日前光伏出力预测，因此难以适应新能源渗透率高的配电网中发电侧注入功率变化较大的情况，容易导致各节点储能出力不尽合理，节点电压波动大甚至越限。
3.为了提高使用下垂控制后系统运行安全性，提出基于有功-电压灵敏度矩阵的分布式储能自适应下垂控制方法，从而在提高系统对于光伏新能源消纳的基础上，保证系统电压运行在合理范围之内。


技术实现要素：

4.针对于现有技术的不足，本发明提供以下技术方案：
5.一种分布式储能自适应下垂控制方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
6.在分布式储能接入节点，对储能装置采用有功-电压下垂控制，根据配电网实时运行情况，生成有功-电压灵敏度矩阵，各储能节点的下垂系数取反应本节点注入功率变化对本节点电压变化影响的相应有功-电压灵敏度系数；
7.根据各节点预设的下垂系数、配电网各节点实时电压和有功-电压灵敏度矩阵，建立下垂控制模型，通过所述模型预测使用下垂控制之后的配电网各节点的恢复电压；
8.调整节点下垂系数大小，直到经过闭环模型计算后，各节点电压预测值不超出预设的限值为止，并实施调整后的下垂系数。
9.可选地，所述下垂控制模型包括下垂控制模块和电力系统响应模块。
10.可选地：所述储能接入节点采取的有功-电压下垂控制及相应如下式：
11.所述有功-电压下垂控制为：vi＝v
n-kip
i,b
ꢀꢀ
(1)
12.式中，ki(i＝1,2
…
n-1)为节点i的下垂系数，n
–
1为去除平衡节点后的配电网节点数，p
i,b
为接入节点i的储能装置的有功出力，vi为节点i的电压，vn为配电网标准电压。
13.可选地，各节点下垂系数取值：
14.式中，ki(i＝1,2
…
n-1)为节点i的下垂系数，n
–
1为去除平衡节点后的配电网节点数，k为各节点下垂系数形成的对角矩阵，s
v-p
为配电网有功-电压灵敏度矩阵。
15.可选地，所述下垂控制模块为：k-1
·sv-p
(v
n-v) v
ss
＝v
ꢀꢀ
(3)
16.可选地，所述电力系统相应模块通过下式预测使用下垂控制之后的配电网各节点的恢复电压：
17.v＝(i k-1
·sv-p
)-1
·
(k-1
·sv-p
·vn
v
ss
)
ꢀꢀ
(4)
18.式中，v
ss
为使用下垂控制之前各节点实时电压列向量，v为使用下垂控制之后，各节点恢复电压的预测值列向量；k为各节点下垂系数形成的对角矩阵，vn为配电网标准电压，i为单位矩阵。
19.可选地，所述的有功-电压灵敏度矩阵的生成方式如下式：
[0020][0021][0022][0023]
式中，δvm为功率注入变化导致节点m电压幅值的变化的幅度，δpi和δqi分布表示节点i注入有功功率、无功功率的变化值，s
i,pv
和s
i,qv
分布表示节点i注入有功功率、无功功率变化对节点m的电压幅值影响的有功-电压灵敏度系数和无功-电压灵敏度系数，vj、rj和xj分别为线路j的末端节点电压、线路电阻和线路电抗，b为节点i到平衡节点所经过线路序号集合与节点m到平衡节点所经过线路的线路序号集合的交集；
[0024]si,pv
和s
i,qv
分别是组成配电网有功-电压灵敏度矩阵s
v-p
和无功-电压灵敏度矩阵s
v-q
的矩阵元素。
[0025]
一种计算机可读的存储介质，存储有计算机指令，所述指令执行时，能够实现上述的下垂控制方法。
[0026]
一种分布式储能自适应下垂控制系统，包括接入交流配电网的控制单元，所述控制单元存储有所述的存储介质。
[0027]
上述任一分布式储能自适应下垂控制方法在交流配电网中的应用。
[0028]
该基于系统下垂控制闭环模型的电压预测方法基于电网实时运行情况，对所设计下垂系数合理性进行验证，并对可能导致电压越限的节点下垂系数进行适当调整，从而在提高系统对于光伏新能源消纳的基础上，保证系统电压运行在合理范围之内。
[0029]
有益效果：本发明与现有技术相比较，具有以下优点：
[0030]
(1)使用有功-电压灵敏度矩阵设计各储能接入节点的下垂系数，使由光伏出力不确定性导致的系统中盈余/缺少的有功功率在各个储能变流器之间合理分配。
[0031]
(2)利用有功-电压灵敏度矩阵，将下垂控制部分和电力系统对功率变化的响应两部分结合，建立系统下垂控制闭环模型，通过求解根据闭环模型所建立的方程，得到使用所设计好的下垂系数之后，各节点恢复电压。从而较求解电力系统潮流的分析方法，能更快地预测下垂控制生效之后对各节点电压的影响，及时调整由于电力系统中功率变化而导致的设计不合理的下垂系数，保证各节点电压运行在合理范围内。
附图说明
[0032]
为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员来
讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0033]
图1为本发明的结构示意图；
[0034]
图2为闭环模型示意框图。
具体实施方式
[0035]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
[0036]
如图1～2所示，在本发明的一些示例中，公开了一种基于电压灵敏度矩阵的分布式储能自适应下垂控制方法，
[0037]
(1)在分布式储能接入节点，对储能装置采用有功-电压下垂控制，根据配电网实时运行情况，生成有功-电压灵敏度矩阵，各储能节点的下垂系数取灵敏度矩阵相应位置的对角元素，即反应本节点注入功率变化对本节点电压变化影响的相应有功-电压灵敏度系数。
[0038]
(2)根据各节点设计好的下垂系数、配电网各节点实时电压和有功-电压灵敏度矩阵，建立包含下垂控制部分和电力系统响应部分两模块的系统下垂控制闭环模型。根据此模型预测使用下垂控制之后，配电网各节点的恢复电压。若预测的节点电压大于(小于)电压上限(下限)，则调整相应节点下垂系数大小，直到经过闭环模型计算后，各节点电压预测值不越限为止，再将最终所得各下垂系数带入下垂控制方案并实施，保证了使用下垂控制之后系统的安全合理运行。
[0039]
本发明提出的有功-电压下垂控制策略及相应各节点下垂系数取值方案如下式：
[0040]vi
＝v
n-kip
i,b
ꢀꢀ
(1)
[0041][0042]
式中，n
–
1为去除平衡节点后的配电网节点数，ki(i＝1,2
…
n-1)为节点i的下垂系数，k为各节点下垂系数形成的对角矩阵，s
v-p
为对节点注入功率变化具有宽适应性的配电网有功-电压灵敏度矩阵，p
i,b
为接入节点i的储能装置的有功出力，vi为节点i的电压，vn为配电网标准电压。
[0043]
其中，所使用的配电网有功-电压灵敏度矩阵s
v-p
的生成方式如下式：
[0044][0045][0046][0047]
式中，δvm为功率注入变化导致节点m电压幅值的变化的幅度，δpi和δqi分布表示节点i注入有功功率、无功功率的变化值，s
i,pv
和s
i,qv
分布表示节点i注入有功功率、无功功率变化对节点m的电压幅值影响的有功-电压灵敏度系数和无功-电压灵敏度系数，vj、rj和xj分布为线路j的末端节点电压、线路电阻和线路电抗，b为节点i到平衡节点所经过线路序号集合与节点m到平衡节点所经过线路的线路序号集合的交集。
[0048]si,pv
和s
i,qv
分别是配电网有功-电压灵敏度矩阵s
v-p
和无功-电压灵敏度矩阵s
v-q
的矩阵元素。
[0049]
对于r/x较大的配电网，有功功率注入对系统各节点电压的改善高于无功功率，仅考虑在储能接入节点引入有功-电压下垂控制，因此，在设计下垂系数初值时，仅考虑配电网有功-电压灵敏度矩阵s
v-p
。
[0050]
本发明提出的系统下垂控制闭环模型以及各节点恢复电压预测方法如下式：
[0051]
k-1
·sv-p
(v
n-v) v
ss
＝v
ꢀꢀ
(6)
[0052]
v＝(i k-1
·sv-p
)-1
·
(k-1
·sv-p
·vn
v
ss
)
ꢀꢀ
(7)
[0053]
式中，v
ss
为使用下垂控制之前各节点实时电压列向量，v为使用下垂控制之后，各节点恢复电压的预测值列向量；i为单位矩阵。
[0054]
系统下垂控制闭环模型示意框图如图2所示。图中，第一部分为下垂控制部分数学模型，描述下垂控制如何根据节点电压变化调整储能有功功率出力，第二部分为电力系统响应部分数学模型，描述实际电力系统如何根据储能发出有功功率的变化改变各节点电压。下垂控制生效后，系统稳定运行点处的各节点电压向量v，是第一部分和第二部分同时作用的结果。通过求解根据图2所示闭环模型得到的方程(6)，可以得到下垂控制生效、系统稳定后，各节点电压的预测值v。
[0055]
上述示例的下垂控制方法，可以应用在线路阻抗主要呈现阻性的、光伏能源渗透率高的交流配电网中，使得下垂控制系数更加合理。
[0056]
另外，在本发明的另一些示例中，还公开了一种计算机可读的存储介质以及分布式储能自适应下垂控制系统。所述计算机可读的存储介质存储有计算机指令，所述指令执行时，能够实现上述示例中的下垂控制方法。所述的分布式储能自适应下垂控制系统，包括接入交流配电网的控制单元，所述控制单元存储有上述的存储介质。
[0057]
更具体地，指令可以是计算机可读的语言。上述的计算机可以是一个通用计算机设备或者是一个专用计算机设备。在具体实现中，计算机可以是台式机、便携式电脑、网络服务器、掌上电脑(personal digital assistant，pda)、移动手机、平板电脑、无线终端设备、通信设备或者嵌入式设备。所述的存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。举例而言，所述的存储介质例如为但不限于磁性介质(例如：软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如：数字通用光盘(digital versatile disc，dvd))、或者半导体介质(例如：固态硬盘(solid state disk，ssd))等。
[0058]
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。