[发明专利]一种用于含高渗透率光伏配电系统的三段式无功电压控制方法

权利要求书

1.一种用于含高渗透率光伏配电系统的三段式无功电压控制方法，其特征在于，包括以下三个阶段：

第一阶段：考虑电容器组的投入和有载分接开关的动作，根据分布式光伏电源发电量和负荷量的预测值对电容器组和有载分接开关进行小时级优化调度；

第二阶段：考虑光伏逆变器的无功调度在短周期内调度光伏逆变器以降低电网的能量损失，视为对第一阶段决策的补偿；第二阶段的任一决策周期中，需要预测下个周期的发电量和负荷量，并对下一周期的光伏逆变器无功输出进行调度优化；

第三阶段：考虑光伏逆变器的下垂特性对电压的实时响应和下垂控制的光伏逆变器提供的实时无功功率支持，以缓解发生的电压偏移；

其中第三阶段为实时阶段，由光伏逆变器在本地实现电压控制，同时优化器等待下一个15分钟前光伏发电和负荷的预测数据，若预测数据符合T≤4，则继续进行第二阶段，若不符合T≤4，则等待下一个小时前光伏发电和负荷的预测数据，继续进行第一阶段；其中T为当前周期序号；

所述优化调度通过三段式无功电压控制随机优化模型实现；

所述三段式无功电压控制随机优化模型，首先基于三段式无功电压控制方法，考虑分布式发电和符合的随机性下，通过多阶段协调控制使配电网的有功损耗最小，得到三段式无功电压控制优化模型；然后基于三段式无功电压控制优化模型，采用概率建模方法直接构造少量的典型场景，模拟实时不确定性变量，最终得到三段式无功电压控制随机优化模型；

所述三段式无功电压控制方法具体为：

考虑典型的径向运行配电网中，采用配电网潮流方程描述其潮流约束，潮流方程如式(1)所示，

式中：P_hi、P_ij分别为系统中节点h至节点i、节点i至节点j的有功传输，Q_hi、Q_ij分别为系统中的节点h至节点i、节点i至节点j的无功传输；V_h、V_i分别为h点和i点的节点电压；p_i为节点的有功负荷；q_i为节点的无功负荷；r_hi为线路电阻；x_hi为线路电抗；

由于潮流约束的非凸性，忽略线路损耗对潮流方程进行线性化处理，同时考虑到配电网络中接入分布式电源和传统的无功设备，无功设备为有载分接开关、电容器组，线性化的配电潮流方程如式(2)，

式中：为系统的有功损耗；V_n为系统的额定电压；为节点的有功负荷和无功负荷；为光伏的有功出力和无功出力；为电容器组的无功输出；

本地给配电网电压/无功控制设备中，逆变器根据实时母线电压幅值变化采用下垂控制产生或吸收无功功率，下垂方程如式(3)所示，

式中：f表示电网频率；V表示电网电压；f_n为逆变器设置的额定频率；V_n为逆变器设置的额定电压；分别为逆变器设置的额定有功和额定无功；m_p、n_q为逆变器的有功下垂系数和无功下垂系数；P_i^PV、分别为逆变器的有功输出和无功输出；

同时考虑到逆变器的无功容量受到有功输出的影响，最大无功输出Q_imax表达式如式(4)所示：

Q_imax表示逆变器i的最大无功输出；S_i表示逆变器i的视在功率容量；P_i表示逆变器的实时有功输出；

所述三段式无功电压控制优化模型具体为：

i、j表示节点i和节点j的编号；h表示节点h的编号；Q_ni表示逆变器i的额定无功输出；V_h表示节点h的电压；表示节点h到节点i的线路有功损耗；Q_i表示逆变器i的无功输出；n_q表示逆变器的无功下垂系数；V_itc表示下垂曲线的截距；V₀表示额定电压；V_s表示变电站降压变的额定电压；k_oltc表示有载调压变压器的档位；V_tap表示有载调压变压器每个档位对应输出电压的变化量；Q_cb表示电容器组每个档位对应的无功投入量；k_cbi表示电容器组的档位；V_i表示i点的节点电压的最小值；表示i点的节点电压的最大值；表示系统中节点i至节点j的有功传输所对应的系统变量标志；表示系统中节点h至节点i的有功传输所对应的系统变量标志；表示系统中节点i至节点j的无功传输所对应的系统变量标志；表示系统中节点h至节点i的无功传输所对应的系统变量标志；表示节点的有功负荷所对应的系统变量标志；表示节点的无功负荷所对应的系统变量标志；表示光伏的有功出力所对应的系统变量标志；表示i点的节点电压所对应的系统变量标志；表示h点的节点电压所对应的系统变量标志；k_oltc表示有载调压变压器的档位的最小值；表示有载调压变压器的档位的的最大值；表示电容器组的档位的最大值。