一种含高比例分布式光伏电源的配电线路电压控制方法和系统

1.本发明属于配电网运行控制技术领域，涉及一种含高比例分布式光伏电源的配电线路电压控制方法和系统。


背景技术：

2.随着我国“分布式光伏整县推进”计划的大力开展，分布式光伏电源在配电网中的高度渗透接入将对传统的配电网运行控制模式提出挑战。分布式电源(distributed generators，dgs)的大规模、高比例接入实现了配电网能量供给的低碳化，但同时也造成了配电网的电压越限问题，并使配电网的优化与控制方式变得更加复杂。
3.对于分布式电源高渗透率接入的配电网的电压控制问题，通常采用集中控制的方式，统一调配可控资源，实现系统的全局最优，但这种方法量测数据量大、通讯负担重。
4.与集中控制方式和分布式控制方式相比，就地控制方式只需利用本地信息即可完成本地可调资源的控制，其响应速度快，投资成本低，通讯数据量小。利用q-v曲线进行就地控制可以实现对分布式电源不确定出力的快速响应，具有很好的鲁棒性。当前研究大多通过求解基于全网参数和准确预测数据的优化模型的方式整定q-v曲线，而在配电网实际运行中，很难获得准确的网络参数。同时，配电网运行状态随分布式电源出力的变化而变化，使得模型的抗干扰能力变差，这从一定程度上降低了就地控制的优势。
5.针对上述问题，有必要研究一种集中控制与就地控制相结合的电压控制方法，在减少调度主站计算压力和通信采集压力的同时，提升就地控制的协同能力，避免大量分散接入的分布式电源采用就地电压控制有可能带来的系统振荡问题。


技术实现要素：

6.为解决现有技术中存在的不足，本发明的目的在于，提供一种含高比例分布式光伏电源的配电线路电压控制方法和系统，通过台区智能融合终端接受调度主站控制目标，并采用边缘计算方法，优化组合台区内各个分布式电源有功功率和无功功率出力，实现集中控制与就地控制相结合的电压控制，可有效解决分布式光伏电源高渗透接入情形下的配电网电压控制难题。
7.为了实现上述目标，本发明采用如下技术方案：
8.一种含高比例分布式光伏电源的配电线路电压控制方法，包括以下步骤：
9.步骤1：调度主站计算各配电台区控制目标并进行台区控制指令下发，实现集中优化控制；
10.步骤2：各配电台区智能融合终端根据接受到的台区控制指令开展边缘计算，优化组合本台区内各个分布式光伏电源有功功率和无功功率出力，生成并下发电源控制指令，实现就地优化控制；
11.步骤3：各个分布式光伏电源执行电源控制指令，按照设定目标输出有功功率和无
功功率值。
12.本发明进一步包括以下优选方案：
13.优选地，步骤1中，调度主站基于短期负荷预测结果和分布式电源有功出力预测上限值，优化计算出各个低压配电台区的分布式电源发电功率控制目标，包括有功功率和无功功率控制目标，并将其下发至各配电台区智能融合终端。
14.优选地，步骤1中，调度主站以低压配电台区为节点，基于短期负荷预测结果和分布式电源有功出力预测上限值，采用如下的数学优化模型优化计算各个低压配电台区的分布式电源发电功率控制目标：
15.控制变量为：各个台区分布式电源发电功率s
g,i
＝p
g,i
jq
g,i
(i＝1,2....n)
16.优化目标为：
17.约束条件为：
[0018][0019][0020]
式中，p
g,i
、q
g,i
分别第i个台区分布式电源发电有功功率和无功功率值；
[0021]
ui(i＝1,2....n)对应短期负荷预测数据p
l,i
jq
l,i
和分布式电源发电功率p
g,i
jq
g,i
组合下，采用潮流计算方法得到的各个台区的电压值；
[0022]
p
l,i
、q
l,i
分别为第i个台区内排除了分布式电源以外的负荷整体短期预测有功功率和无功功率值；
[0023]uil
为配电线路允许电压下限，u
is
为配电线路允许电压上限；
[0024]
p
g,i，max
为基于气象条件预测得到的各个台区的分布式电源有功出力预测上限值；
[0025]sg,i,n
为节点所对应的台区内的分布式电源逆变器额定容量之和。
[0026]
优选地，步骤2中，各配电台区智能融合终端根据调度主站下发的有功功率和无功功率控制目标，根据其管辖范围内各个分布式电源逆变器的额定容量，按比例生成各个分布式电源的功率出力系数，并下发到智能电能表，并由智能电能表转发到分布式光伏电源。
[0027]
优选地，步骤2中，对第i个配电台区，调度主站下发的台区分布式电源有功功率和无功功率控制目标为p
g,i
、q
g,i
，假设台区智能融合终端管辖范围内有m个分布式电源，第j个分布式电源的逆变器额定容量为s
g,i,n,j
(j＝1,2....m)，则按比例生成台区内各个分布式电源的功率出力系数：
[0028]
[0029][0030]
其中，k
p,j
和k
q,j
分别为第j个分布式电源的有功功率出力系数和无功功率出力系数；
[0031]sg,i,n
为台区内第1-m个分布式电源逆变器额定容量之和。
[0032]
优选地，所述智能融合终端向上通过4g或5g方式与调度主站远程通信，向下通过rs-485方式与智能电能表通信；
[0033]
所述智能电能表通过rs-485、can或m-bus方式与分布式光伏电源通信。
[0034]
优选地，配电线路中分布式光伏电源分为存量分布式光伏电源和新建的分布式光伏电源；
[0035]
对于存量分布式光伏电源，其配置协议转换设备，以确保兼容各厂家协议，实现智能电能表与分布式光伏电源的信息交互；
[0036]
对于新建的分布式光伏电源，其采用统一的交互协议实现智能电能表与分布式光伏电源的信息交互。
[0037]
优选地，步骤3中，各分布式光伏电源根据配电台区智能融合终端下发的有功功率和无功功率出力系数调节逆变器控制参数，输出设定的有功和无功功率，实现配电线路电压控制。
[0038]
优选地，步骤3中，台区i(i＝1,2....n)内第j(j＝1,2....m)个分布式电源的有功功率p
g,i,j
和无功功率q
g,i,j
控制目标分别为：
[0039]
p
g,i,j
＝k
p,j
·sg,i,n,j
[0040]qg,i,j
＝k
q,j
·sg,i,n,j
[0041]
其中，k
p,j
和k
q,j
分别为台区i(i＝1,2....n)内第j个分布式电源的有功功率出力系数和无功功率出力系数；
[0042]sg,i,n,j
为台区i(i＝1,2....n)内第j个分布式电源的逆变器额定容量。
[0043]
本发明还提供一种含高比例分布式光伏电源的配电线路电压控制系统，所述系统实现上述的含高比例分布式光伏电源的配电线路电压控制方法。
[0044]
本发明的有益效果在于，与现有技术相比：
[0045]
本发明通过充分利用配电台区智能融合终端，实现集中控制与就地控制相结合的电压控制，大量分散的分布式光伏电源不需要全部接入调度主站，降低了通信压力和调度主站的数据处理和计算压力；同时也提升了低压配电台区内分布电源电压控制的协同能力。
[0046]
本发明基于配电台区智能融合终端实现集中控制与就地控制相结合的电压控制，因而不额外增加设备，经济性更优。
附图说明
[0047]
图1是本发明含高比例分布式光伏电源的配电线路电压控制方法原理示意图；
[0048]
图2是本发明配电台区智能融合终端与分布式光伏电源信息交互方案。
具体实施方式
[0049]
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
[0050]
如图1所示，本发明的实施例1提供了一种含高比例分布式光伏电源的配电线路电压控制方法，在本发明优选但非限制性的实施方式中，所述方法包括以下步骤：
[0051]
步骤1：调度主站计算各配电台区控制目标并进行台区控制指令下发，实现集中优化控制；
[0052]
进一步优选地，调度主站基于当前电网运行电压数据，并结合短期预测负荷和分布式电源出力特性，优化计算出各个低压配电台区的分布式电源发电功率控制目标，包括有功功率和无功功率控制目标，并将其下发至各配电台区智能融合终端。
[0053]
调度主站以低压配电台区为节点，基于短期负荷预测结果和分布式电源有功出力预测上限值，采用如下的数学优化模型优化计算各个低压配电台区的分布式电源发电功率控制目标：
[0054]
控制变量为：各个台区分布式电源发电功率s
g,i
＝p
g,i
jq
g,i
(i＝1,2....n)
[0055]
优化目标为：
[0056]
约束条件为：
[0057][0058][0059]
式中，p
g,i
、q
g,i
分别第i个台区分布式电源发电有功功率和无功功率值；
[0060]
ui(i＝1,2....n)对应短期负荷预测数据p
l,i
jq
l,i
和分布式电源发电功率p
g,i
jq
g,i
组合下，采用潮流计算方法得到的各个台区的电压值；
[0061]
p
l,i
、q
l,i
分别为第i个台区内排除了分布式电源以外的负荷整体短期预测有功功率和无功功率值；
[0062]uil
为配电线路允许电压下限，u
is
为配电线路允许电压上限；
[0063]
p
g,i，max
为基于气象条件预测得到的各个台区的分布式电源有功出力预测上限值；
[0064]sg,i,n
为节点所对应的台区内的分布式电源逆变器额定容量之和。
[0065]
步骤2：各配电台区智能融合终端根据接受到的台区控制指令开展边缘计算，优化组合本台区内各个分布式光伏电源有功功率和无功功率出力，生成并下发电源控制指令，实现就地优化控制；
[0066]
进一步优选地，各配电台区智能融合终端升级软件程序，具备边缘计算能力，能够根据调度主站下发的有功功率和无功功率控制目标，在满足系统正常运行电气量约束的条件下，优化组合本台区内各个分布式光伏电源有功功率和无功功率出力，生成电源控制指
令，包括有功功率和无功功率出力系数，并通过rs-485通信下发到智能电能表，并由智能电能表转发到分布式光伏电源。
[0067]
对第i个配电台区，调度主站下发的台区分布式电源有功功率和无功功率控制目标为p
g,i
、q
g,i
，假设台区智能融合终端管辖范围内有m个分布式电源，第j个分布式电源的逆变器额定容量为s
g,i,n,j
(j＝1,2....m)，则按比例生成台区内各个分布式电源的功率出力系数：
[0068][0069][0070]
其中，k
p,j
和k
q,j
分别为第j个分布式电源的有功功率出力系数和无功功率出力系数；
[0071]sg,i,n
为台区内第1-m个分布式电源逆变器额定容量之和。
[0072]
所述智能融合终端向上通过4g或5g方式与调度主站远程通信，向下通过rs-485方式与智能电能表通信；
[0073]
所述智能电能表通过rs-485、can或m-bus等方式与分布式光伏电源通信。
[0074]
如图2所示，对于配电线路中的存量分布式光伏电源，其配置协议转换设备，以确保兼容各厂家协议，实现智能电能表与分布式光伏电源的信息交互；
[0075]
对于配电线路中新建的分布式光伏电源，其采用统一的交互协议实现智能电能表与分布式光伏电源的信息交互。
[0076]
步骤3：各个分布式光伏电源执行电源控制指令，按照设定目标输出有功功率和无功功率值，实现配电线路电压控制。
[0077]
进一步优选地，各分布式光伏电源根据配电台区智能融合终端下发的有功功率和无功功率出力系数调节逆变器控制参数，输出设定的有功和无功功率，实现配电线路电压控制。
[0078]
台区i(i＝1,2....n)内第j(j＝1,2....m)个分布式电源的有功功率p
g,i,j
和无功功率q
g,i,j
控制目标分别为：
[0079]
p
g,i,j
＝k
p,j
·sg,i,n,j
[0080]qg,i,j
＝k
q,j
·sg,i,n,j
[0081]
其中，k
p,j
和k
q,j
分别为台区i(i＝1,2....n)内第j个分布式电源的有功功率出力系数和无功功率出力系数；
[0082]sg,i,n,j
为台区i(i＝1,2....n)内第j个分布式电源的逆变器额定容量。
[0083]
本发明的一种含高比例分布式光伏电源的配电线路电压控制系统，用于实现上述的含高比例分布式光伏电源的配电线路电压控制方法。
[0084]
本发明的有益效果在于，与现有技术相比：
[0085]
本发明通过充分利用配电台区智能融合终端，实现集中控制与就地控制相结合的电压控制，大量分散的分布式光伏电源不需要全部接入调度主站，降低了通信压力和调度
主站的数据处理和计算压力；同时也提升了低压配电台区内分布电源电压控制的协同能力。
[0086]
本发明基于配电台区智能融合终端实现集中控制与就地控制相结合的电压控制，因而不额外增加设备，经济性更优。
[0087]
本发明申请人结合说明书附图对本发明的实施示例做了详细的说明与描述，但是本领域技术人员应该理解，以上实施示例仅为本发明的优选实施方案，详尽的说明只是为了帮助读者更好地理解本发明精神，而并非对本发明保护范围的限制，相反，任何基于本发明的发明精神所作的任何改进或修饰都应当落在本发明的保护范围之内。