【《基于电压灵敏度的电压分区控制策略概述》3900字】

基于电压灵敏度的电压分区控制策略概述目录TOC\o"1-3"\h\u7975基于电压灵敏度的电压分区控制策略概述 150621.1电压灵敏度分析 1206001.1.1功率注入灵敏度 1294771.1.2变压器变比灵敏度 3183111.2网损灵敏度分析 32731.3基于灵敏度的电压控制 4114081.4基于关键节点的分区电压控制策略 6279511.5基于“先无功后有功”的控制策略 7在本文的电压控制方法中，想要足够光伏消纳的话，根据配电网电压灵敏度，根据“先最大程度地利用逆变器无功调节能力，后最小化地进行光伏有功剪切”这个方法，先调节无功电压，当无功无法调节的时候，开始有功的剪切。在分区内调节电压时，利用电压灵敏度矩阵，想要控制分区里的负荷节点电压，就要控制重要的光伏节点出力，可以利用光伏无功或者有功将过电压节点调整到合理区间之内，相比于传统的集中式控制，这种控制要更好一些。1.1电压灵敏度分析1.1.1功率注入灵敏度为了分析，建立以下低压配网线路。在这个线路上一共有个节点，这些节点里，每一个节点的视在功率S表示为P+jQ,用U0表示最左面的电压，然后是U1，U2，U3，一直到Un；每两个节点之间的支路阻抗用R+jX来表示，有功网损表示为Pn,无功网损表示为Qn。经过有功和无功注入后的每一段线路上传输的有功和无功表示为Pk和Qk。图2-1无支路低压配网我们用∆Uk来表示第k段线路的电压降（2-1）式中，Uk表示第k个节点的电压大小，Uk-1表示第k-1个节点的电压大小，PT,k表示第k段线路上传输的有功，QT,k表示第k段线路传输的无功，Rk表示第k段线路的电阻，Xk表示第k段线路的电抗。线路传输的有功和无功用下面的公式表示（2-2）式中，Pn表示第n个节点的有功功率，Plos,n表示第n个节点的有功网损，P表示对第p个节点注入的有功功率。当k小于等于p时，有功和无功均满足上面的公式，当k大于p时，有功和无功均满足下面的公式。（2-3） 式中，Qn表示第n个节点的无功功率，Qloss,n表示第n个节点的无功网损，Q表示对第p个节点注入的无功功率。当k小于等于p时，有功和无功均满足上面的公式，当k大于p时，有功和无功均满足下面的公式。由于接入了DG，会干扰到前面的接入点，所以要注意把两者区分开。当注入的有功和无功变化时，把第k段线路的电压降的增量表示为（2-4）式中，∆Uk表示第k段线路的电压降，(2-5)在上式中，P表示对第p个节点注入的有功功率，Q表示对第p个节点注入的无功功率。由此得第k段线路末端对应的第k个节点电压的变化为（2-6） 式中，表示由第1段到第k段线路的电压降的增量之和，表示节点电压对有功的灵敏度，表示节点电压对无功的灵敏度。那么前k个节点电压对有功的灵敏度表示为（2-7）对无功的灵敏度表示为（2-8）1.1.2变压器变比灵敏度总电压变化量可以用变压器对节点电压的改变量和该节点前所有线路电压降改变量的总和∆UOLTC-k来表示，即（2-9）式中，∆nUk表示变压器对节点电压的改变量，表示前k个节点线路电压降变化量之和。变压器变比灵敏度表示为（2-10）式中，∆Uk表示的是变压器调节之前线路的电压降，∆Uk’则表示调节之后的线路电压降，Pn表示第n个节点的有功功率，Qn表示第n个节点的无功功率，Plos,n表示第n段支路的有功网损，Qloss,n表示第n段线路的无功网损，Rk表示第k段线路的电阻，Xi表示第i个节点的电抗，Uk2表示第k段线路的电压的平方。1.2网损灵敏度分析根据有功和无功，我们可以求出网损，第段线路的网损表示为（2-11）式中，Z表示线路阻抗，QT,k表示第k段线路传输的无功，PT,k表示第k段线路传输的有功，线路网损对P、Q的灵敏度分别表示为（2-12）（2-13）式中，Sk表示第k段线路的网损，QT,k表示第k段线路传输的无功，PT,k表示第k段线路传输的有功，Uk表示第k段线路的电压，P表示节点有功功率，Q表示节点无功功率。每一段线路的灵敏度之和表示为总网损灵敏度，在下式中，LP-s表示有功对总网损的灵敏度，LQ-s表示无功对总网损的灵敏度。（2-14）（2-15）式中，Sk表示第k段线路的网损，P和Q分别表示节点的有功和无功功率。网损变化率表示为∆S如下式：（2-16）式中，LP-s是有功对总网损的灵敏度，LQ-s表示无功对总网损的灵敏度。（2-17）（2-18）式中，LΔn-s则表示总网损对它的灵敏度，Uk表示第k段线路的电压，Sk表示第k段线路的网损。1.3基于灵敏度的电压控制电力系统中，低压配电网上下波动向上向下都是在5%以内。如果它超了5%以上，那么需要减小它的电压，如果减少了5%以上，那么就需要增加它的电压。假设U为节点电压需要的调节量，用下式表示（2-19）式中，Uneed,1表示第一个节点电压需要的调节量，Uneed,2表示第2个节点电压需要的调节量，Uneed,n表示第n个节点电压需要的调节量。第i个节点的电压需求可以表示为（2-20）式中，Ui表示第i个节点的电压幅值，当电压幅值小于0.95的时候，电压需求等于0.95减去电压幅值；当电压幅值处于0.95到1.05之间时，电压需求为零；当电压幅值超过1.05时，电压需求则等于1.05减去电压幅值。我们可以用电压需求和灵敏度之间的关系来求调节量K，第i个单元所需调节量用Ki来表示，（2-21）便于分析，把电压对有功和无功的灵敏度分别表示为Lp,k和Lq,k，两者都定义电压灵敏度。上式中Lu,i表示第i个单元的电压灵敏度。在电压控制期间，如果电压偏离安全运行范围程度小，可以把这个节点放在后面调节，如果电压偏离安全运行范围程度大的话，就优先解决这个节点；考虑到经济方面的损失，优先选择调节成本低的节点；基于调节的无功装置需要优先调节灵敏度高的节点，比起先灵敏度低的节点，这样会更有效率。在这里引入了一个可以通过调节β的大小来决定网损调节和电压调节的优先程度的函数，即（2-22）式中,表示第j个单位的惩罚因子，LU,j表示第j个单元的电压灵敏度矩阵，LL,j则表示网损灵敏度矩阵，Fj表示第j个单位的优先程度，Uneed表示电压的需求，通过改变β的大小来决定先调节网损还是电压，我们就把β表示为网损灵敏度的权重系数。（2-23）式中，Lu表示节点的灵敏度矩阵，这个矩阵一共m列n行，分别表示调节方式总数和节点数。在调控策略上优先寻找一个电压灵敏度为正向最大值的调控单元以及网损灵敏度为负向最大值的调控单元，起到有效提升电压，快速降低网损的作用。综上所述，先调节电压，调节好电压之后再调节网损。如果电压低于安全运行范围，要在同一方向上优化电压和网损，如果同时优化电压和网损，可以通过控制β的大小，让它们处于同等级别，如果电压高于安全运行范围，要把β变大才能阻止网损变坏。如果电压稳定的话，在调节时电压的波动范围不会变得很大，可以先调控网损，最终电压和网损都满足要求。1.4基于关键节点的分区电压控制策略假设某一个含高比例分布式光伏的配电网，我们对其进行无功分区，将配电网这样一个大区域分成许多个子分区，记为,每个子分区内部的节点具有强耦合的特性，不同的分区里的节点具有弱耦合的特性，每个分区都可以独立控制区内电压，对其他分区里的节点电压没有影响。首先在分区内部，所有的光伏节点集合记为光伏集合H，集合H又包括了可调光伏节点集合和不可调光伏节点集合，然后再把负荷节点进行分类，这里面的负荷节点有电压处于安全运行范围的，称其为正常节点集合；有一些是不在安全运行范围的，称其为过电压节点集合。具体见下面的电压控制图2-2。图2-2无功子分区CQ,k内电压控制图在过电压节点集合里，把其中电压偏离值最大的节点作为关键的节点，电压的幅值记为Vmax，把电压偏离值最大的这个电压变化量记为ΔVmax，根据上文分析的无功电压灵敏度矩阵，把可调光伏集合里的关键光伏节点定义为无功电压灵敏度值最大的光伏PVi，其灵敏度值为Lq,k。根据无功电压灵敏度，为了让Vmax回归正常，PVi需要无功输出Qn，即（2-23）用Qs表示无功容量，如果Qs比Qn大，就根据Qn对Vmax进行无功补偿，然后进行分区内的潮流计算，如果潮流计算之后还有节点的电压不在安全运行的范围，需要重复几次上述操作。如果Qs比Qn小的话，就用Qs补偿Vmax，再把该节点放到不可调光伏节点集合里，在最新的可调光伏节点集合里，找到无功灵敏度值最大的光伏继续无功补偿。如果分区里面每一个节点的电压都是处于安全运行范围内，就不再需要调节分区电压了。有功分区电压控制和无功分区电压的控制规则相同，故不描述。1.5基于“先无功后有功”的控制策略考虑到“最有效地利用光伏无功调节能力、最有效地进行有功剪切”，下面讲的是先无功后有功的方法。具体流程图2-3，过程如下。第一步：对配电网进行无功分区划分，记为{C1Q,C2Q,C3Q，...，CNQ}。图2-3基于集群划分的无功、有功电压控制流程图第二步：看看子分区内有没有电压不在安全运行范围的节点，如果所有的电压节点都处于安全运行范围内，我们就可以结束，如果存在节点电压不在安全运行范围内，将节点电压不在安全运行范围内的所有分区记为可调节集合M，节点电压处于安全运行范围内的所有分区记为不可调集合N，然后继续第三步。第三步：从节点电压不在安全运行范围内的分区里选出电压偏离值最大的节点，把对应的子分区记为CjQ。第四步：在上面提到的子分区CQ,j内控制无功电压，然后对光伏进行无功补偿，接着对整个配电网进行一次潮流计算，如果全部电压都在安全的运行范围内，就可以结束了；如果还有节点电压偏离了安全运行范围，继续第五步。第五步：把子分区CjQ放在节点电压处于安全运行范围内的分区里。看看M中是否还有节点电压偏离了安全运行范围，如果偏离了安全运行范围，就重复上两步；如果M中节点电压处