一种考虑源荷预测误差及突变的电网无功电压控制方法与流程

1.本发明涉及区域电网无功电压控制领域，具体涉及一种考虑源荷预测误差及突变的电网无功电压控制方法。
技术背景
2.可再生能源因环境问题、技术创新和新政策等因素大量接入区域电网，但其高渗透性会造成电网低电压以及功率需求增大的现象。目前现有的常规调压装置有调压器、并联电容器组和有载调压变压器(oltc)等，但以上装置很难快速响应由可再生能源的间歇性引起的电压突变，此外，频繁操作也会使装置本身寿命缩短。
3.基于逆变器控制的分布式电源和软开关等设备由于其灵活性而备受关注，基于逆变器的分布式电源由于其具有损耗最小化、无功功率支持和电压调节等诸多优点，而现有的采用基于逆变器控制的分布式电源设备进行调压时会增加系统损耗，软开关设备常用来降低损耗和馈线负载平衡，调压效果不佳。区域电网中基于电力电子的调压设备和常规调压设备会同时存在，但不同设备对区域电网的节能操作的综合影响还未开展研究，且常规调压设备由于其物理限制，不能频繁操作。目前并没有开展针对源荷预测误差及突变时的电网的无功电压控制方法，因此可以提出一种考虑源荷预测误差及突变的电网无功电压控制方法来消除高渗透可再生能源发电带来的风险。


技术实现要素：
:
4.本发明提出了一种考虑源荷预测误差及突变的电网无功电压控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
5.步骤1：输入区域电网线路节点支路参数、指数负荷功率模型、多项式负荷功率模型、有载调压变压器分接头设置、并联电容器组容量设置等初始化数据。
6.步骤2：构建基于逆变器的分布式电源的有功约束条件、无功约束条件、有功损耗条件和软开关的有功功率约束条件、软开关的无功功率约束条件及软开关的容量约束条件；
7.步骤3：进入日前调度阶段，构建常规调压设备、基于逆变器的分布式电源设备、软开关的协调优化目标函数及区域电网潮流约束条件以及母线电压幅值限值约束条件，结合步骤2中的约束条件，采用基于k-means场景缩减的随机分析及离散连续优化算法给出的常规调压设备、基于逆变器的分布式电源设备、软开关的输出配置。
8.步骤4：进入日内控制阶段，根据日前调度优化结果和预测偏差，构建基于模型预测控制的滚动优化控制目标函数，结合步骤2以及步骤3中的约束条件确定该阶段下的基于逆变器的分布式电源设备、软开关装置的输出方案。
9.步骤5：进入实时控制阶段，基于日内控制阶段的结果和发电/负荷的突变，采用自主控制算法确定基于逆变器的分布式电源设备、软开关的电压无功调度优化，以缓解因太阳辐射的间歇性行为和其他气象因素带来的电压升降的问题。
10.作为优选，步骤1所述指数负荷功率模型的定义为：
[0011][0012]
式中：v
it
为第t个时段节点i的指数负荷有功、无功功率、节点电压；v
it,nom
为扰动前稳态情况下第t个时段节点i的指数负荷所吸收的有功、无功功率、节点电压；指数为取决于节点i处的负荷类型。
[0013]
步骤1所述多项式负荷功率模型的定义为：
[0014][0015]
式中：
zi
、
ii
、
pi
为恒定阻抗、恒定电流、恒定功率在节点i总负荷所占的比例；为第t个时段节点i的多项式负荷有功、无功功率；为扰动前稳态情况下第t个时段节点i的多项式负荷所吸收的有功、无功功率。
[0016]
步骤1所述有载调压变压器分接头设置的定义为：
[0017][0018]
式中：tap
t
∈{tap
min,t
，
……
，-1,0,1，
……
tap
max,t
},为第t个时段有载调压变压器分接头位置；
[0019]
步骤1所述并联电容器组设置的定义为：
[0020][0021]
式中：为第t个时段节点i上的并联电容器组切换步骤；为第t个时段节点i上电容器组额定值；为节点i上的电容器组阶跃变化；ω
cap
为节点电容器组集合。
[0022]
作为优选，步骤2所述基于逆变器的分布式电源的有功约束条件为:
[0023][0024]
式中：为第t个时段节点i上的基于逆变器的分布式电源的有功功率；为第t个时段节点i上的基于逆变器的分布式电源的有功功率最大限值。
[0025][0026]
式中：为第t个时段节点i上的基于逆变器的分布式电源的实时有功功率；为第t个时段节点i上的基于逆变器的分布式电源的有功损耗。
[0027]
步骤2所述基于逆变器的分布式电源的无功约束条件为:
[0028][0029]
式中：为第t个时段节点i上的基于逆变器的分布式电源的无功功率；为第t个时段节点i上的基于逆变器的分布式电源的无功功率最大限值；为第t个时段节点i上的基于逆变器的分布式电源的视在功率最大限值。
[0030]
步骤2所述基于逆变器的分布式电源的有功损耗条件为：
[0031][0032]
式中：η
inv
为节点i上基于逆变器的分布式电源的损耗系数。
[0033]
步骤2所述软开关的有功功率约束条件为：
[0034][0035]
式中：为第t个时段节点i上软开关的有功功率、有功损耗；为第t个时段节点j上软开关的有功功率、有功损耗。
[0036][0037]
式中：a
i,s
、a
j,s
为节点i、j处软开关的损耗系数；为第t个时段节点i、j上软开关的无功功率。
[0038]
步骤2所述软开关的无功功率约束条件为：
[0039][0040]
式中：为节点i上软开关的无功功率最小限值、最大限值；为节点j上软开关的无功功率最小限值、最大限值。
[0041]
步骤2所述软开关的容量约束条件为：
[0042][0043]
式中：s
ij,s
为节点i上软开关的视在功率。
[0044]
作为优选，步骤3所述常规调压设备、基于逆变器的分布式电源设备、软开关的协调优化目标函数由cvr操作降低的功耗、区域电网中的网损两部分组成：
[0045][0046]
式中：第一项表示通过cvr操作降低的功耗，ω1为功耗系数，ω
nd
为区域电网节点总数集合，为第t个时段带cvr操作的节点电压；第二项是区域电网中的网损，为第t个时段连接节点i的有功损耗。
[0047]
步骤3所述区域电网潮流约束条件为：
[0048][0049]
式中：为第t个时段区域电网的有功功率；nd为区域电网节点总数；为第t个时段节点j电压；为第t个时段节点ij之间支路电导，为第t个时段节点ij之间支路电纳；为第t个时段节点i的相角；为第t个时段节点j的相角。
[0050][0051]
式中：第t个时段区域电网的无功功率；
[0052]
步骤3所述母线电压幅值限值约束条件为：
[0053]vmin
≤v
it
≤v
max
[0054]
式中：v
min
、v
max
为第t个时段节点i的电压最小限值、最大限值。
[0055]
步骤3所述采用基于k-means场景缩减的随机分析目的是对协调优化目标函数进行进一步调整，协调优化目标函数调整后为：
[0056][0057]
式中：nr为缩减场景的个数；为缩减场景数的概率由表示。
[0058]
作为优选，步骤4所述基于模型预测控制的滚动优化控制目标函数为：
[0059][0060]
式中：t
p
为预测范围，tk为时间尺度。
[0061]
作为优选，步骤5进入实时控制阶段，基于日内控制阶段的结果和发电/负荷的突变，采用自主控制算法确定基于逆变器的分布式电源设备、软开关的电压无功调度优化，以缓解因太阳辐射的间歇性行为和其他气象因素带来的电压升降的问题。所述基于逆变器的分布式电源设备、软开关的电压无功调度优化函数为：
[0062][0063]
式中：为第t时刻基于逆变器的分布式电源/软开关的补偿无功功率；为a1节点的电压；为a2节点的电压；为a3节点的电压；为a4节点的电压。
[0064]
本发明优点在于，提出的一种考虑源荷预测误差及突变的电网无功电压控制方法能够有效应对发电/负荷的突变以及预测偏差，可消除高渗透可再生能源发电带来的风险，
缓解因太阳辐射的间歇性行为和其他气象因素带来的电压升降的问题。
附图说明
[0065]
图1：为本发明方法流程图。
具体实施方式：
[0066]
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发明一部分实施例，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0067]
本发明的具体实施方式为一种考虑源荷预测误差及突变的电网无功电压控制方法，如图1所示，包括以下步骤：
[0068]
步骤1：输入区域电网线路节点支路参数、指数负荷功率模型、多项式负荷功率模型、有载调压变压器分接头设置、并联电容器组容量设置等初始化数据。
[0069]
步骤1所述指数负荷功率模型的定义为：
[0070][0071]
式中：v
it
为第t个时段节点i的指数负荷有功、无功功率、节点电压；v
it,nom
为扰动前稳态情况下第t个时段节点i的指数负荷所吸收的有功、无功功率、节点电压；指数为取决于节点i处的负荷类型。
[0072]
步骤1所述多项式负荷功率模型的定义为：
[0073][0074]
式中：
zi
、
ii
、
pi
为恒定阻抗、恒定电流、恒定功率在节点i总负荷所占的比例；为第t个时段节点i的多项式负荷有功、无功功率；为扰动前稳态情况下第t个时段节点i的多项式负荷所吸收的有功、无功功率。
[0075]
步骤1所述有载调压变压器分接头设置的定义为：
[0076][0077]
式中：tap
t
∈{tap
min,t
，
……
，-1,0,1，
……
tap
max,t
},为第t个时段有载调压变压器分接头位置；
[0078]
步骤1所述并联电容器组设置的定义为：
[0079][0080]
式中：为第t个时段节点i上的并联电容器组切换步骤；为第t个时段节点i上电容器组额定值；为节点i上的电容器组阶跃变化；ω
cap
为节点电容器组集合。
[0081]
步骤2：构建基于逆变器的分布式电源的有功约束条件、无功约束条件、有功损耗条件和软开关的有功功率约束条件、软开关的无功功率约束条件及软开关的容量约束条件；
[0082]
步骤2所述基于逆变器的分布式电源的有功约束条件为:
[0083][0084]
式中：为第t个时段节点i上的基于逆变器的分布式电源的有功功率；为第t个时段节点i上的基于逆变器的分布式电源的有功功率最大限值。
[0085][0086]
式中：为第t个时段节点i上的基于逆变器的分布式电源的实时有功功率；为第t个时段节点i上的基于逆变器的分布式电源的有功损耗。
[0087]
步骤2所述基于逆变器的分布式电源的无功约束条件为:
[0088][0089]
式中：为第t个时段节点i上的基于逆变器的分布式电源的无功功率；为第t个时段节点i上的基于逆变器的分布式电源的无功功率最大限值；为第t个时段节点i上的基于逆变器的分布式电源的视在功率最大限值。
[0090]
步骤2所述基于逆变器的分布式电源的有功损耗条件为：
[0091][0092]
式中：η
inv
为节点i上基于逆变器的分布式电源的损耗系数。
[0093]
步骤2所述软开关的有功功率约束条件为：
[0094][0095]
式中：为第t个时段节点i上软开关的有功功率、有功损耗；为第t个时段节点j上软开关的有功功率、有功损耗。
[0096][0097]
式中：a
i,s
、a
j,s
为节点i、j处软开关的损耗系数；为第t个时段节点i、j上软开关的无功功率。
[0098]
步骤2所述软开关的无功功率约束条件为：
[0099]
[0100]
式中：为节点i上软开关的无功功率最小限值、最大限值；为节点j上软开关的无功功率最小限值、最大限值。
[0101]
步骤2所述软开关的容量约束条件为：
[0102][0103]
式中：s
ij,s
为节点i上软开关的视在功率。
[0104]
步骤3：进入日前调度阶段，构建常规调压设备、基于逆变器的分布式电源设备、软开关的协调优化目标函数及区域电网潮流约束条件以及母线电压幅值限值约束条件，结合步骤2中的约束条件，采用基于k-means场景缩减的随机分析及离散连续优化算法给出的常规调压设备、基于逆变器的分布式电源设备、软开关的输出配置。
[0105]
步骤3所述常规调压设备、基于逆变器的分布式电源设备、软开关的协调优化目标函数由cvr操作降低的功耗、区域电网中的网损两部分组成：
[0106][0107]
式中：第一项表示通过cvr操作降低的功耗，ω1为功耗系数，ω
nd
为区域电网节点总数集合，为第t个时段带cvr操作的节点电压；第二项是区域电网中的网损，为第t个时段连接节点i的有功损耗。
[0108]
步骤3所述区域电网潮流约束条件为：
[0109][0110]
式中：为第t个时段区域电网的有功功率；nd为区域电网节点总数；为第t个时段节点j电压；为第t个时段节点ij之间支路电导，为第t个时段节点ij之间支路电纳；为第t个时段节点i的相角；为第t个时段节点j的相角。
[0111][0112]
式中：第t个时段区域电网的无功功率；
[0113]
步骤3所述母线电压幅值限值约束条件为：
[0114][0115]
式中：v
min
、v
max
为第t个时段节点i的电压最小限值、最大限值。
[0116]
步骤3所述采用基于k-means场景缩减的随机分析目的是对协调优化目标函数进行进一步调整，协调优化目标函数调整后为：
[0117][0118]
式中：nr为缩减场景的个数；为缩减场景数的概率由表示。
[0119]
步骤4：进入日内控制阶段，根据日前调度优化结果和预测偏差，构建基于模型预
测控制的滚动优化控制目标函数，结合步骤2以及步骤3中的约束条件确定该阶段下的基于逆变器的分布式电源设备、软开关装置的输出方案。
[0120]
步骤4所述基于模型预测控制的滚动优化控制目标函数为：
[0121][0122]
式中：t
p
为预测范围，tk为时间尺度。
[0123]
步骤5：进入实时控制阶段，基于日内控制阶段的结果和发电/负荷的突变，采用自主控制算法确定基于逆变器的分布式电源设备、软开关的电压无功调度优化，以缓解因太阳辐射的间歇性行为和其他气象因素带来的电压升降的问题。
[0124]
步骤5进入实时控制阶段，基于日内控制阶段的结果和发电/负荷的突变，采用自主控制算法确定基于逆变器的分布式电源设备、软开关的电压无功调度优化，以缓解因太阳辐射的间歇性行为和其他气象因素带来的电压升降的问题。所述基于逆变器的分布式电源设备、软开关的电压无功调度优化函数为：
[0125][0126]
式中：为第t时刻基于逆变器的分布式电源/软开关的补偿无功功率；为a1节点的电压；为a2节点的电压；为a3节点的电压；为a4节点的电压。
[0127]
应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。
[0128]
应当理解的是，上述针对较佳实施例的描述较为详细，并不能因此而认为是对本发明专利保护范围的限制，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围情况下，还可以做出替换或变形，均落入本发明的保护范围之内，本发明的请求保护范围应以所附权利要求为准。