一種基于靈敏度的分布式光伏自動(dòng)發(fā)電控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及的是一種基于靈敏度的分布式光伏自動(dòng)發(fā)電控制方法，屬于光伏發(fā)電
技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著能源危機(jī)的日益嚴(yán)峻，可再生能源被大力發(fā)展并成為趨勢(shì)，而光伏發(fā)電是其 中的一種重要形式。隨著分布式光伏發(fā)電技術(shù)的發(fā)展，能源政策和電力市場(chǎng)的進(jìn)一步開(kāi)放， 配電網(wǎng)的運(yùn)行需要滿(mǎn)足對(duì)分布式可再生能源發(fā)電的高度兼容性。目前接入配電網(wǎng)的分布式 光伏發(fā)電系統(tǒng)一般是作為一個(gè)不可控電源運(yùn)行于最大功率跟蹤（MPPT)模式，但是當(dāng)配電 網(wǎng)中分布式光伏滲透率不斷提高時(shí)，由于光伏發(fā)電固有的隨機(jī)性與間歇性，使得配電網(wǎng)潮 流與供電電壓頻繁波動(dòng)，電能質(zhì)量惡化，供電可靠性降低，棄光現(xiàn)象日益嚴(yán)重，造成嚴(yán)重的 資源浪費(fèi)，給配電網(wǎng)安全、經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)諸多挑戰(zhàn)。光伏逆變器本身具有可觀的有功 無(wú)功調(diào)節(jié)能力，通過(guò)對(duì)光伏逆變器有功無(wú)功輸出進(jìn)行在線(xiàn)優(yōu)化控制，從源頭消除光伏并網(wǎng) 帶來(lái)的不確定性，可提高配網(wǎng)中分布式光伏的接入水平，提高資源利用率，實(shí)現(xiàn)可再生能源 的友好接入，具有廣闊的前景和巨大的經(jīng)濟(jì)意義。
[0003] 目前針對(duì)分布式光伏接入配電網(wǎng)帶來(lái)的電壓波動(dòng)問(wèn)題，主要采用的是調(diào)節(jié)變電站 變壓器分接頭，投切并聯(lián)電容器及在配電網(wǎng)中加裝連續(xù)無(wú)功補(bǔ)償裝置（SVC)，進(jìn)行調(diào)節(jié)。但 是變壓器分接頭，以及并聯(lián)電容器頻繁調(diào)節(jié)會(huì)大大降低設(shè)備使用壽命，并且難以對(duì)配電網(wǎng) 電壓實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)節(jié)，易給配電網(wǎng)造成沖擊，SVC等無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備安裝成本較高，不適合大規(guī) 模應(yīng)用。并且配網(wǎng)中的傳統(tǒng)無(wú)功調(diào)節(jié)手段不能有效的抑制電壓波動(dòng)時(shí)，又容易造成大規(guī)模 棄光現(xiàn)象發(fā)生，易造成資源的浪費(fèi)。針對(duì)此種情況，研究一種基于光伏逆變器本身有功-無(wú) 功調(diào)節(jié)能力的優(yōu)化控制策略具有巨大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值與廣闊應(yīng)用前景。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，提供一種基于靈敏度的分布式 光伏自動(dòng)發(fā)電控制方法；它通過(guò)靈敏度分析，推導(dǎo)節(jié)點(diǎn)電壓幅值擾動(dòng)與節(jié)點(diǎn)有功-無(wú)功注 入擾動(dòng)的關(guān)系，然后選取對(duì)電壓越限節(jié)點(diǎn)的電壓幅值影響最大的節(jié)點(diǎn)有功注入與無(wú)功注入 為調(diào)節(jié)變量，以分布式光伏有功出力最大與節(jié)點(diǎn)電壓幅值偏離額定值最小為目標(biāo)，建立分 布式光伏協(xié)調(diào)控制優(yōu)化模型，再通過(guò)粒子群算法求解該模型，分別求得參與調(diào)節(jié)的有功調(diào) 節(jié)節(jié)點(diǎn)的有功輸出與無(wú)功調(diào)節(jié)節(jié)點(diǎn)無(wú)功輸出，保證分布式光伏發(fā)電得到充分消納的同時(shí)維 持配電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)電壓水平在正常運(yùn)行范圍之內(nèi)。
[0005] 本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種基于靈敏度的分布式光伏自動(dòng)發(fā)電控制方法，其 特征在于該控制方法包括如下步驟：
[0006] a)通過(guò)對(duì)配網(wǎng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行工作點(diǎn)附近的局部線(xiàn)性化，求解配電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)電壓擾動(dòng)量與 節(jié)點(diǎn)注入有功-無(wú)功擾動(dòng)量的數(shù)學(xué)關(guān)系，即通過(guò)靈敏度分析法分析節(jié)點(diǎn)電壓幅值與節(jié)點(diǎn)有 功無(wú)功注入變化關(guān)系；
[0007] b)根據(jù)節(jié)點(diǎn)電壓與節(jié)點(diǎn)注入的靈敏度關(guān)系，分別選取配網(wǎng)中節(jié)點(diǎn)有功\無(wú)功注入 對(duì)節(jié)點(diǎn)電壓越限或波動(dòng)劇烈節(jié)點(diǎn)的電壓靈敏度最大的節(jié)點(diǎn)為有功\無(wú)功調(diào)節(jié)節(jié)點(diǎn)，參與有 功\無(wú)功優(yōu)化調(diào)控，不參與調(diào)節(jié)的光伏發(fā)電系統(tǒng)總是工作于最大功率跟蹤（MPPT)狀態(tài)；
[0008] c)以配網(wǎng)中分布式光伏出力最大化及節(jié)點(diǎn)電壓偏離額定值最小化為目標(biāo)，以有功 \無(wú)功調(diào)節(jié)節(jié)點(diǎn)的有功\無(wú)功出力值為求解變量，建立分布式光伏優(yōu)化模型，并利用一種新 型免疫雙態(tài)粒子群算法求解在滿(mǎn)足配網(wǎng)運(yùn)行約束約束的條件下，調(diào)節(jié)節(jié)點(diǎn)的有功-無(wú)功出 力最優(yōu)值。
[0009] 作為優(yōu)選，本發(fā)明所述的步驟a)中，所述的通過(guò)對(duì)配網(wǎng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行工作點(diǎn)附近的局 部線(xiàn)性化，求解配電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)電壓擾動(dòng)量與節(jié)點(diǎn)注入有功-無(wú)功擾動(dòng)量的數(shù)學(xué)關(guān)系，具體如 下：
[0010] 對(duì)于具有N個(gè)節(jié)點(diǎn)的電力網(wǎng)絡(luò)，令η=N-1，取平衡節(jié)點(diǎn)作為參考節(jié)點(diǎn)，將PV節(jié)點(diǎn) 增廣到潮流方程式中，可得2η個(gè)極坐標(biāo)形式的牛頓法潮流修正方程式：
[0011]
[0012] 其中f為雅可比矩陣，ΔΘ和AV分別為節(jié)點(diǎn)電壓相角與幅值擾動(dòng)矢量。 M L 則：
[0013]
[0014] 其中：V為η維節(jié)點(diǎn)電壓幅值對(duì)角陣，即V=diagh，v2, . . .，νη)。Β和G分別為節(jié) 點(diǎn)導(dǎo)納陣的實(shí)部和虛部，Bc〇S0為矩陣的一種簡(jiǎn)化寫(xiě)法，它和Β具有相同的結(jié)構(gòu)，其各部分 元素為Β中對(duì)應(yīng)元素與cosΘ^的乘積，其他項(xiàng)類(lèi)同，另外，上述Ρ和Q均為η階對(duì)角陣， 其對(duì)角元素分別為ΡV和β/vf。:正常情況下，非常小，故可令COS0 ^=1，8化0ij= 0,上式可做進(jìn)一步化簡(jiǎn)得：
[0015]
[0016] 考慮到正常運(yùn)行情況下節(jié)點(diǎn)電壓幅值標(biāo)么值在1.Opu附近，對(duì)上式方框部分進(jìn)行 高斯消去，計(jì)算得到電壓對(duì)節(jié)點(diǎn)注入功率的靈敏度為：
[0017] ΔV= ((B+Q) (G-P) 1 (B-Q) + (G+P)) 1ΔP
[0018] - ((G-P) (B+Q) 1 (G+P) + (B-Q)) 1ΔQ
[0019] 作為優(yōu)選：本發(fā)明所述的步驟c)中，以配網(wǎng)中分布式光伏出力最大化，配網(wǎng)穩(wěn)態(tài) 運(yùn)行有功網(wǎng)損最小化及節(jié)點(diǎn)電壓偏離額定值最小化為目標(biāo)，以有功\無(wú)功調(diào)節(jié)節(jié)點(diǎn)的有功 \無(wú)功出力值為求解變量，建立分布式光伏優(yōu)化模型，具體如下：
[0020] (1)目標(biāo)函數(shù)：
[0021]
[0022] 式中：D&為配網(wǎng)中光伏接入節(jié)點(diǎn)，為節(jié)點(diǎn)i上所掛接的光伏有功出力預(yù)測(cè) 值，為節(jié)點(diǎn)i上分布式光伏有功出力控制目標(biāo)值；v為節(jié)點(diǎn)j電壓幅值，為節(jié)點(diǎn)j 電壓幅值額定值（均為標(biāo)么值），α為權(quán)重系數(shù)且〇 <a< 1 ;
[0023] (2)配網(wǎng)功率平衡約束：
[0024] I： (6=1.
[0025] 式中：^分別為節(jié)點(diǎn)i的有功無(wú)功注入，f為節(jié)點(diǎn)i電壓相量，為系統(tǒng)導(dǎo) 納矩陣對(duì)應(yīng)元素；
[0026] (3)節(jié)點(diǎn)電壓約束：
[0027]
[0028] 式中：Vl為節(jié)點(diǎn)i電壓幅值，ν_和分別為節(jié)點(diǎn)電壓幅值允許的最大與最小值。
[0029] (4)關(guān)口交換功率約束：
[0030] 為抑制光伏發(fā)電功率波動(dòng)對(duì)上級(jí)電網(wǎng)的影響，需考慮配電網(wǎng)根節(jié)點(diǎn)交換功率限 制，即：
[0031]
[0032] 式中七和t分別為從根節(jié)點(diǎn)流入配電網(wǎng)的有功無(wú)功功率；if11與巧胃分別為調(diào) 度中心設(shè)置的關(guān)口有功交換功率上下界，與amax分別為調(diào)度中心設(shè)置的關(guān)口無(wú)功交換 功率上下界；
[0033] (5)分布式光伏模塊運(yùn)行約束：
[0034]
[0035] 光伏模塊穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)采用PQ模型，通過(guò)逆變器并網(wǎng)，并網(wǎng)功率可實(shí)現(xiàn)有功無(wú)功獨(dú) 立控制；式中，Pi,oc為節(jié)點(diǎn)i光伏模塊有功出力值為節(jié)點(diǎn)i光伏有功出力預(yù)測(cè)值冼明 為節(jié)點(diǎn)i光伏模塊無(wú)功出力值，SliD(；為節(jié)點(diǎn)i光伏模塊容量。
[0036] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較有如下優(yōu)點(diǎn)：
[0037] 考慮到配電網(wǎng)中節(jié)點(diǎn)有功與無(wú)功注入不解耦的事實(shí)，綜合利用分布式光伏發(fā)電系 統(tǒng)有功-無(wú)功調(diào)節(jié)能力，比單一調(diào)節(jié)光伏出力或者無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備的無(wú)功輸出效率更高；利 用光伏逆變器本身得的特性對(duì)配電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)電壓波動(dòng)進(jìn)行抑制，不需要要額外的投資，適合 大規(guī)模應(yīng)用；基于靈敏度分析的方法選取對(duì)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)電壓影響最大的有功-無(wú)功調(diào)節(jié)節(jié) 點(diǎn)，每次調(diào)節(jié)過(guò)程避免了對(duì)所有光伏模塊的調(diào)節(jié)，同時(shí)一個(gè)優(yōu)化周期內(nèi)的求解變量不會(huì)隨 著配網(wǎng)中光伏接入點(diǎn)的增加提高，在配電網(wǎng)中分布式光伏滲透率逐漸提高時(shí)，不會(huì)出現(xiàn)模 型難以求解問(wèn)題，特別適合分布式光伏大規(guī)模接入情況。
【附圖說(shuō)明】
[0038] 圖1為本發(fā)明方法流程圖。
[0039] 圖2為利用粒子群算法求解本發(fā)明所建模型的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0040] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作更進(jìn)一步的說(shuō)明。一種基于靈敏度的分 布式光伏自動(dòng)發(fā)電控制方法，該控制方法包括如下步驟：
[0041] a)通過(guò)對(duì)配網(wǎng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行工作點(diǎn)附近的局部線(xiàn)性化，求解配電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)電壓擾動(dòng)量與 節(jié)點(diǎn)注入有功-無(wú)功擾動(dòng)量的數(shù)學(xué)關(guān)系，即通過(guò)靈敏度分析法分析節(jié)點(diǎn)電壓幅值與節(jié)點(diǎn)有 功無(wú)功注入變化關(guān)系；
[0042] b)根據(jù)節(jié)點(diǎn)電壓與節(jié)點(diǎn)注入的靈敏度關(guān)系，分別選取配網(wǎng)中節(jié)點(diǎn)有功\無(wú)功注入 對(duì)節(jié)點(diǎn)電壓越限或波動(dòng)劇烈節(jié)點(diǎn)的電壓靈敏度最大的節(jié)點(diǎn)為有功\無(wú)功調(diào)節(jié)節(jié)點(diǎn)，參與有 功\無(wú)功優(yōu)化調(diào)控，不參與調(diào)節(jié)的光伏發(fā)電系統(tǒng)總是工作于最大功率跟蹤（MPPT)狀態(tài)；
[0043] c)以配網(wǎng)中分布式光伏出力最大化及節(jié)點(diǎn)電壓偏離額定值最小化為目標(biāo)，以有功 \無(wú)功調(diào)節(jié)節(jié)點(diǎn)的有功\無(wú)功出力值為求解變量，建立分布式光伏優(yōu)化模型，并利用一種新 型免疫雙態(tài)粒子群算法求解在滿(mǎn)足配網(wǎng)運(yùn)行約束約束的條件下，調(diào)節(jié)節(jié)點(diǎn)的有功-無(wú)功出 力最優(yōu)值。
[0044] 所述的步驟a)中，所述的通過(guò)對(duì)配網(wǎng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行工作點(diǎn)附近的局部線(xiàn)性化，求解配 電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)電壓擾動(dòng)量與節(jié)點(diǎn)注入有功-無(wú)功擾動(dòng)量的數(shù)學(xué)關(guān)系，具體如下：
[0045] 對(duì)于具有N個(gè)節(jié)點(diǎn)的電力網(wǎng)絡(luò)，令η=N-1，取平衡節(jié)點(diǎn)作為參考節(jié)點(diǎn)，將PV節(jié)點(diǎn) 增廣到潮流方程式中，可得2η個(gè)極坐標(biāo)形式的牛頓法潮流修正方程式：
[0046]
[0047] 其中：tj為雅可比矩陣，ΛΘ和AV分別為節(jié)點(diǎn)電壓相角與幅值擾動(dòng)矢量。 Μ..L 則：
[0048]
[0049] 其中：V為η維節(jié)點(diǎn)電壓幅值對(duì)角陣，即V=diagh，v2, . . .，νη)。Β和G分別為節(jié) 點(diǎn)導(dǎo)納陣的實(shí)部和虛部，Bc〇S0為矩陣的一種簡(jiǎn)化寫(xiě)法，它和Β具有相同的結(jié)構(gòu)，其各部分 元素為Β中對(duì)應(yīng)元素與cosΘ^的乘積，其他項(xiàng)類(lèi)同，另外，上述Ρ和Q均為η階對(duì)角陣， 其對(duì)角元素分別為W和ρ,/ν,2。正常情況下，非常小，故可令COS0 ij= Ο，上式可做進(jìn)一步化簡(jiǎn)得：
[0050]
[0051] 考慮到正常運(yùn)行情況下節(jié)點(diǎn)電壓幅值標(biāo)么值在1.Opu附近，對(duì)上式方框部分進(jìn)行 高斯消去，計(jì)算得到電壓對(duì)節(jié)點(diǎn)注入功率的靈敏度為：
[0052] ΔV= ((B+Q) (G-P) 1 (B-Q) + (G+P)) 1ΔP
[0053] - ((G-P) (B+Q) 1 (G+P) + (B-Q)) 1ΔQ
[0054] 所述的步驟c)中，以配網(wǎng)中分布式光伏出力最大化，配網(wǎng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行有功網(wǎng)損最小 化及節(jié)點(diǎn)電壓偏離額定值最小化為目標(biāo)，以有功\無(wú)功調(diào)節(jié)節(jié)點(diǎn)的有功\無(wú)功出力值為求 解變量，建立分布式光伏