一种基于有功自适应缩减的电压调节系统及调节方法与流程

1.本发明涉及新能源发电并网，具体是涉及一种基于有功自适应缩减的电压调节系统及调节方法。


背景技术：

2.目前户用光伏系统发展迅速，随之而来的是，光伏发电的随机间歇性特性导致低压配电网出现各种问题。在高光伏普及率和低负载条件下出现的众多问题之一是低压配电网中的反向功率流，增加了光伏并网点的电压。以致影响配电网的电能质量和供电可靠性，从而限制了光伏发电装置的容量。
3.当低压配电网出现过电压问题时，一般都是利用静止无功补偿器、静止调相机、并联电容器等无功补偿装置或者调节带有分接头的有载调压变压器、固态分接头变压器等调压设备。然而，装设无功补偿设备具有较大的暂态冲击且可能带来系统谐振问题。利用变压器进行电压调节成本较高且频繁地调整分接头会增加电压波动。而低压配电网的r/x较大，限制并网光伏的有功出力是一种抑制过电压的有效方法。
4.当并网点电压发生越限时，光伏缩减有功出力可以从根本上解决过电压问题。但是仅考虑并网节点电压不越限，单纯地缩减造成过电压的有功量，而不考虑经济性，将不能确保功率缩减的合理性。在利用储能方法时，配电网检测到系统过电压后，缩减光伏自身有功出力大小，将配电网电压越限造成的光伏有功缩减的电能利用储能设备存储起来。然而，储能的投资和运行维护需要较高的成本，不适合大规模安装。


技术实现要素：

5.发明目的：针对以上缺点，本发明提供一种提高光伏发电输出功率的基于有功自适应缩减的电压调节系统。
6.本发明还提供一种基于有功自适应缩减的电压调节方法。
7.技术方案：为解决上述问题，本发明采用一种基于有功自适应缩减的电压调节系统，包括光伏系统、配电网，还包括adp控制器以及总控制器：
8.所述adp控制器用于分别对电压差δv及功率缩减值进行自适应动态规划运算，得到下垂系数所需调整值m
adp
，所述电压差δv为光伏系统与配电网连接点处的实时电压和理想临界电压之间存在的差值，所述功率缩减值为调整电压所需缩减的有功功率值p
curt
；
9.所述总控制器用于根据实时电压计算电压差δv、根据调整值m
adp
计算调节后的下垂系数m
t
、根据下垂系数m
t
计算有功功率值p
curt
，且总控制器与adp控制器共同作用，对有功功率值p
curt
与调整值m
adp
形成闭环控制，总控制器根据最终的调整电压所需缩减的有功功率值p
curt
得到光伏系统注入配电网的有功功率值p
inv
。
10.进一步的，所述adp控制器包括执行网络和评价网络，所述执行网络用于产生控制动作，所述评价网络用于优化执行网络的权值。
11.进一步的，所述执行网络包括一个输入层和一个隐含层，所述输入层节点数为6，
所述隐含层的节点数为6；输入包括电压差δv的单位值x1、电压差δv一次步长延迟的单位值x2、电压差δv两次步长延迟的单位值x3、有功功率值p
curt
的单位值x4、有功功率值p
curt
的一次步长延迟的单位值x5、有功功率值p
curt
的两次步长延迟的单位值x6；输出为下垂系数所需调整值m
adp
。
12.进一步的，所述评价网络包括一个输入层和一个隐含层，所述输入层节点数为7，所述隐含层的节点数为6；输入包括电压差δv的单位值x1、电压差δv一次步长延迟的单位值x2、电压差δv两次步长延迟的单位值x3、有功功率值p
curt
的单位值x4、有功功率值p
curt
的一次步长延迟的单位值x5、有功功率值p
curt
的两次步长延迟的单位值x6、执行网络的输出；输出为最优成本。
13.进一步的，所述评价网络中采用最优成本函数j
*
(t)，最优成本函数j
*
(t)需满足最优贝尔曼方程：
[0014][0015]
其中，u(t)为t时刻并网点的电压，r(t)为u(t)在t时刻发生的直接成本，uc是用平衡的常量，当将uc的值设置为0时，评价网络的输出更新执行网络的权重。
[0016]
进一步的，所述评价网络中的直接成本r(t)满足如下关系：
[0017][0018]
其中，c、a1、a2、a3、a4、a5、a6为常数。在设计直接成本r(t)时，当存在正压差和功率缩减时，上述方程中的c值取1，从而产生相应的激励信号来调整动作网络的权值。激励信号可以用二进制格式定义，“0”表示调整成功，
“‑
1”表示调整失败。
[0019]
本发明还采用一种基于有功自适应缩减的电压调节方法，包括以下步骤：
[0020]
(1)接收光伏系统与配电网并网点处的实时电压v(t)，并计算实时电压v(t)与理想临界电压v
cri
之间的电压差δv；
[0021]
(2)对电压差δv进行自适应动态规划adp运算，得到光伏系统下垂控制时的下垂系数所需调整值m
adp
；
[0022]
(3)根据得到的调整值m
adp
，计算得到调节后光伏系统的下垂系数m
t
；
[0023]
(4)根据得到的调节后下垂系数m
t
，计算得到调整电压所需缩减的有功功率值p
curt
；
[0024]
(5)对所需缩减的有功功率值p
curt
进行adp运算，得到下垂系数所需调整值m
adp
，并重复步骤(3)-(5)，直至所需缩减的有功功率值p
curt
不再变化；
[0025]
(6)根据步骤(5)得到的最终所需缩减有功功率值p
curt
，得到光伏系统注入配电网的有功功率值p
inv
。
[0026]
进一步的，所述步骤(3)中下垂系数m
t
的计算公式为：
[0027]mt
＝m
adp
mc[0028]
其中，mc为恒定下垂系数；
[0029]
所述步骤(4)中调整电压所需缩减的有功功率值p
curt
的计算公式为：
[0030]
p
curt
＝m
t
δv；
[0031]
所述步骤(6)中光伏系统注入配电网的有功功率值p
inv
的计算公式为：
[0032]
p
inv
＝p
mppt-p
curt
[0033]
其中，p
mppt
为光伏系统最大输出功率。
[0034]
有益效果：本发明相对于现有技术，其显著优点是本发明采用adp作为辅助控制器，通过将电压差和功率缩减值作为adp控制器的输入信号，实现下垂系数的动态调整，在配电网接入光伏出现过电压时，能够自适应地缩减光伏有功功率，维持低压配电网的稳定性。有效解决分布式光伏发电并网点过电压问题，以及对解决为控制配电网低压而造成的分布式光伏并网的配电网总能量损失过大的问题具有积极作用。
附图说明
[0035]
图1所示为本发明电压调节系统的总体结构框图；
[0036]
图2所示为本发明中adp控制器的工作原理示意图；
[0037]
图3所示为本发明中低压配电网结构示意图；
[0038]
图4所示为本发明中光伏有功出力示意图；
[0039]
图5所示为本发明中不同时段的负荷功率示意图；
[0040]
图6所示为本发明中下垂系数的变化情况示意图；
[0041]
图7所示为本发明中不同控制方法下并网处电压变化情况示意图；
[0042]
图8所示为本发明中不同控制方法下下光伏有功出力情况示意图；
[0043]
图9所示为本发明中不同控制方法下光伏功率缩减值的变化情况示意图。
具体实施方式
[0044]
实施例1
[0045]
如图1所示，本实施例中的一种基于有功自适应缩减的电压调节系统，包括光伏系统、配电网、adp控制器以及总控制器。adp控制器为自适应动态规划控制器，电压差δv及功率缩减值为控制器的输入，adp控制器分别对电压差δv及功率缩减值进行自适应动态规划运算，得到下垂系数所需调整值m
adp
，所述电压差δv为光伏系统与配电网连接点处的实时电压和理想临界电压之间存在的差值，所述功率缩减值为调整电压所需缩减的有功功率值p
curt
；总控制器根据实时电压计算电压差δv、根据调整值m
adp
计算调节后的下垂系数m
t
、根据下垂系数m
t
计算有功功率值p
curt
。总控制器与adp控制器共同作用，对有功功率值p
curt
与调整值m
adp
形成闭环控制，总控制器根据最终的调整电压所需缩减的有功功率值p
curt
得到光伏系统注入配电网的有功功率值p
inv
。
[0046]
实施例2
[0047]
本实施例中的一种基于有功自适应缩减的电压调节方法，包括以下步骤：
[0048]
(1)总控制器接收光伏系统与配电网并网点处的实时电压v(t)，并计算实时电压v(t)与理想临界电压v
cri
之间的电压差δv；
[0049]
δv＝v(t)-v
cri
[0050]
(2)电压差δv输入adp控制器，adp控制器对电压差δv进行自适应动态规划adp运算，得到光伏系统下垂控制时的下垂系数所需调整值m
adp
；
[0051]
(3)总控制器根据得到的调整值m
adp
，计算得到调节后光伏系统的下垂系数m
t
：
[0052]mt
＝m
adp
mc[0053]
其中，mc为恒定下垂系数；
[0054]
(4)总控制器根据得到的调节后下垂系数m
t
，计算得到调整电压所需缩减的有功功率值p
curt
：
[0055]
p
curt
＝m
t
δv
[0056]
(5)有功功率值p
curt
输入adp控制器，adp控制器对所需缩减的有功功率值p
curt
进行adp运算，得到下垂系数所需调整值m
adp
，并重复步骤(3)-(5)，形成闭环控制过程，直至所需缩减的有功功率值p
curt
不再变化；
[0057]
(6)根据步骤(5)得到的最终不再变化的所需缩减有功功率值p
curt
，得到光伏系统注入配电网的有功功率值p
inv
：
[0058]
p
inv
＝p
mppt-p
curt
[0059]
其中，p
mppt
为光伏系统最大输出功率。当并网点处的实时电压v(t)在理想运行条件下时，即v(t)≤v
cri
，光伏系统发出的全部有功注入低压配电网，即p
inv
＝p
mppt
；当并网点处的实时电压v(t)超过正常工作条件时，即v(t)＞v
cri
，则注入低压配电网的有功功率为p
inv
＝p
mppt-m
t
(v(t)-v
cri
)。
[0060]
如图2所示，adp控制器由神经网络实现，包括执行网络和评价网络两部分，执行网络负责产生控制动作，评价网络则根据信号对执行网络的权值进行优化。执行网络结构为6-6-1结构，输入层的节点数为6，输入包括电压差δv的单位值x1、电压差δv一次步长延迟的单位值x2、电压差δv两次步长延迟的单位值x3、有功功率值p
curt
的单位值x4、有功功率值p
curt
的一次步长延迟的单位值x5、有功功率值p
curt
的两次步长延迟的单位值x6。隐藏层的节点数为6，包括h1～h6。输出层节点数为1，执行网络的输出节点u是下垂系数所需调整值m
adp
，用于调整恒定下垂系数mc来获得自适应有功缩减的总下垂系数m
t
。
[0061]
评价网络结构为7-6-1结构，输入层的节点数为7，输入包括电压差δv的单位值x1、电压差δv一次步长延迟的单位值x2、电压差δv两次步长延迟的单位值x3、有功功率值p
curt
的单位值x4、有功功率值p
curt
的一次步长延迟的单位值x5、有功功率值p
curt
的两次步长延迟的单位值x6、执行网络的输出u。隐藏层的节点数为6，包括h1～h6。输出层节点数为1，评价网络的输出节点为j。评价网络中的最优成本函数j
*
(t)需满足最优贝尔曼方程：
[0062][0063]
其中，u(t)为t时刻并网点的电压，r(t)为u(t)在t时刻发生的直接成本，uc是用平衡的常量，当将uc的值设置为0时，评价网络的输出更新执行网络的权重。
[0064]
评价网络中的直接成本r(t)满足如下关系：
[0065][0066]
其中，c、a1、a2、a3、a4、a5、a6为常数。在设计直接成本r(t)时，当存在正压差和功率缩减时，上述方程中的c值取1，从而产生相应的激励信号来调整动作网络的权值。激励信号可以用二进制格式定义，“0”表示调整成功，
“‑
1”表示调整失败。在本实施例中，a1、a2、a3、a4、a5、a6分别取0.1、0.1、0.2、0.3、0.2、0.1。
[0067]
如图3所示，本实施例中，以12栋房屋组成的低压配电网为例，每间房屋都配有光伏系统，图4为该低压配电网光伏有功出力的示意图，图5为该低压配电网不同时段的负荷功率示意图。该低压配电网通过40kva、10kv/0.22kv的变压器与电网相连，线路阻抗为0.559 j0.285ω/km。在本实施例中，首先将基准简化为一个单屋，一天中光伏有功出力峰
值为36.82kw，负荷功率的时间尺度为1小时。
[0068]
传统的下垂控制方法中的下垂系数的计算公式为：
[0069][0070]
其中，p
max
是电压从v
cri1
到v
cri2
期间，光伏逆变器限制的最大功率。
[0071]
然后通过adp控制器训练，以获得mc的调整值，使系统实现最小功率限功率，并在整个过程中防止过电压。adp的实施分两个阶段进行。在第一阶段训练执行网络，将电压保持在v
cri2
以下的同时进行训练，直到获得最小功率缩减值。第二阶段训练评价网络，执行网络训练出的权值用于评价网络的模拟，以获得期望的目标。如图6所示，由于设置了激励信号对电压差和功率缩减值的较大值给予负激励，调节后下垂系数m
t
遵循光伏辐照度的相反趋势，当限值功率较高时，降低下垂值。
[0072]
如图7所示，在没有增加控制策略时最大电压达到了237.5v(220v的1.08p.u.)，超过了电压偏差的上限，采用下垂控制策略时的最大电压为233.2v(220v的1.06p.u.)；采用有功自适应缩减方法时的最大电压为235.4v(220v的1.07p.u.)，达到国标gb/t 12325-2008l《电能质量供电电压偏差》规定20kv及以下三相供电电压偏差的最大值。
[0073]
如图8和图9所示，对比于传统下垂控制方法，本实施例中的有功自适应缩减的调节方法，将光伏发电的输出功率峰值由29.16kw增加到31.7kw。峰值功率限幅从7.68kw降低到5.16kw。可见，基于有功自适应缩减的电压调节方法可以保证并网点电压不越限的同时，提高光伏发电的输出功率，且维持低压配电网的稳定性。
[0074]
本实施例还提供一种计算机存储介质，计算机存储介质存储有电压控制系统控制方法的程序，电压控制系统控制方法的程序被至少一个处理器执行时上述电压控制系统控制方法的步骤。
[0075]
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0076]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0077]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0078]
以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非对其保护范围的限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解:本领域技术人员阅读本发明后依然可对发明的具体实施方式进行种种变更、修改或者等同替换，但这些
变更、修改或者等同替换，均在发明待批的权利要求保护范围之内。