一种10kV供电区域的无功电压优化控制方法及系统与流程

本发明涉及电力系统无功电压控制技术领域，更具体的，涉及一种10kv供电区域的无功电压优化控制方法及系统。

背景技术：

低压配电网存在着三相不平衡严重、供电半径长、网络损耗大、线路末端电压质量差、智能调压设备缺乏等问题。受限于控制方式及网络通道原因，传统电压控制方式中的avc(automaticvoltagecontrol，自动电压控制)系统范围无法延伸到低压配电网最末端，且存在计算复杂、智能化及灵活性不强的缺点，基于就地控制的vqc方式又由于缺乏整体层面上的协调，控制效果不佳。

此外，我国光伏发电从2013年开始呈现爆发式增长，到2019年累计装机容量实现了超10倍增长，而随着近年来国家政策往分布式光伏发电的倾斜，我国光伏发电市场结构发生明显变化，分布式光伏发电累计装机容量份额持续提升，到2019年其市场占比已提升至30.7％。

分布式光伏大规模接入低压配电网可能会出现潮流倒送、线路末端电压越上限的情况，且分布式光伏出力的间歇性和随机波动性会加剧电压波动，导致传统调压装置(如并联电容器组、变压器分接头)频繁动作，影响设备寿命，使得配电网的电压控制更为复杂。而传统配电网电压控制未发挥分布式光伏的无功电压调节能力，缺乏连续的精细化调控。

技术实现要素：

本发明目的在于提供了一种10kv供电区域的无功电压优化控制方法及系统，以解决现有技术无法实现连续精细化调控电压的问题。本发明提出的方法用于实现含分布式光伏的10kv配电网电压控制。

第一方面，本申请提供了一种10kv供电区域的无功电压优化控制方法，包括：

获取供电台区内所有节点的电网数据，根据所述电网数据计算三相不平衡度；

若三相不平衡度小于或等于2％，则根据电网数据确定电压越限的节点；

分别计算每个电压越限节点对供电台区内各个调控单元的电压灵敏度，根据电压灵敏度确定调控单元；

建立以变压器档位、电容器组数、分布式光伏无功出力为控制变量，以节点电压偏差最小和网损最小为优化目标的调控模型；

采用混合智能算法对求解所述调控模型，输出对无功电压的控制指令至调控单元。

在一些实施例中，所述根据所述电网数据计算三相不平衡度的步骤包括：

去除电网数据中的谐波信号；

将去除谐波信号的电网数据进行离散化处理，利用对称分量法分解出基波正序分量、负序分量和零序分量

其中up、un和u0分别为正序分量、负序分量和零序分量，为旋转因子，ua、ub和uc为三相电压相量；

由序分量计算出三相不平衡度，电压的零序不平衡度负序不平衡度

在一些实施例中，若三相不平衡度大于2％，则生成三相不平衡治理预警信号。

在一些实施例中，所述计算每个电压越限节点对供电台区内各个调控单元的电压灵敏度的步骤包括：

分别计算任意电压越限节点的节点电压对注入有功功率的灵敏度dpk、节点电压对注入无功功率的灵敏度dqk以及节点电压对变压器变比的灵敏度；

定义第i个电压越限节点对第h类的第j个调控单元的电压灵敏度为得到所有电压越限节点的电压灵敏度矩阵：

其中，n指配电网电压越限节点总数，h＝1、2、3、即将变压器、并联电容器、分布式光伏分为三类调控方式，m指第h类调控方式中有m个调控单元；

将电压灵敏度矩阵中的各类调控方式按照灵敏度大小排序，确定调控方式中灵敏度最大值对应的调控单元。

在一些实施例中，所述调控模型包括：

目标函数：

minf＝min{αfu+βfloss}

约束条件：

tjmin≤tj≤tjmax

0≤qcj≤qcjmax

其中ui、uin表示节点i的实际电压值和额定电压值，ploss,l表示第l条支路的损耗，α和β分别为优化目标节点电压偏差fu、网损floss对应的权重，pi、qi指节点i的注入有功、无功功率，tjmin、tjmax分别表示第j个变压器档位调整的上下限，qcjmax表示第j个电容器的无功注入上限值，表示第j个光伏逆变器无功注入的上下限。

在一些实施例中，所述调控模型被配置为执行下列方法：

选取变压器档位和和投切电容器组数为离散控制变量，执行小时级电压粗调；

选取分布式光伏无功出力为连续控制变量，执行实时电压细调。

在一些实施例中，所述采用混合智能算法对求解所述调控模型的步骤包括：

忽略分布式光伏无功出力情况，只考虑变压器档位和投切电容器组数，并满足离散变量动作次数约束，以一整天为时间维度要求目标函数最小，通过遗传算法计算出每个小时的变压器档位和投切电容器组数，确定为第一级的小时级电压粗调方案；

在第一级的小时级电压粗调方案基础上，将分布式光伏无功出力作为补充调节量，以一小时为时间维度要求目标函数最小，通过人工神经网络得到分布式光伏无功出力结果，确定为第二级的实时电压细调方案。

第二方面，本申请还提供了一种10kv供电区域的无功电压优化控制系统，包括三相不平衡监测装置、协调控制装置、调压控制装置、无功补控制偿装置和光伏控制装置；

所述三相不平衡监测装置和协调控制装置安装于供电台区配电变压器处；调压控制装置、无功补控制偿装置和光伏控制装置分散布置于供电台区中，通过无线通信与协调控制装置连接；三相不平衡监测装置通过采集的电网数据计算三相不平衡度，并据此生成三相不平衡治理预警信号或可电压治理信号；协调控制装置根据电网数据生成配电网电压优化控制结果，并发送对各调控单元的控制指令。

本申请提供的方案发挥了分布式光伏的电压调控作用，在三相不平衡度合格的条件下执行以变压器、补偿电容器作为离散调控单元的第一级电压粗调和以分布式光伏为连续调控单元的第二级电压细调，实现了配电网小时级静态无功优化与实时动态无功优化的结合，能有效控制10kv配电网各节点电压，减小电压波动幅度，避免设备频繁动作，在保障安全性的同时兼顾了经济性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例中示出的一种10kv供电区域的无功电压优化控制方法流程图；

图2为本申请实施例中示出的一种10kv供电区域的无功电压优化控制系统结构图。

具体实施方式

如图1所示，本申请提供了一种10kv供电区域的无功电压优化控制方法，具体包括以下步骤：

步骤一、获取供电台区内所有节点的电网数据，根据所述电网数据计算三相不平衡度；

具体的，在本实施例中，计算三相不平衡度的步骤包括：

首先，去除电网数据中的谐波信号，以避免谐波信号对计算结果的干扰，去除谐波信号的方式可以有多种，在此不予限制；

然后，将去除谐波信号的电网数据进行离散化处理，利用对称分量法分解出基波正序分量、负序分量和零序分量

其中up、un和u0分别为正序分量、负序分量和零序分量，为旋转因子，ua、ub和uc为三相电压相量；

最后，由序分量(正序、负序、零序)计算出三相不平衡度，电压的零序不平衡度负序不平衡度得到的三相不平衡度值可分别用于后续的判断过程。

步骤二、判断算得的三相不平衡度是否在合格范围内，例如，若三相不平衡度小于或等于2％，则说明此时可以通过电压调控对电压实施优化，可以对其中需要优化的节点实施相应的调控(发出可电压治理的信号)，接着就可以根据电网数据确定电压越限的节点，即在所有节点中选取需要进行调控的节点；反之，若三相不平衡度大于2％，则说明已出现了较大的数据不平衡的现象，简单对电压的调控亦不能满足需要，需要立即进行治理，因此，此时需要生成三相不平衡治理预警信号发送到指定部门以采取治理措施。

在确定电压越限节点的过程中，需要对每个节点进行电压是否越限的判断，如果存在某一个节点出现了电压越限，则需要继续执行本申请的后续步骤，若所有节点均未出现电压越限，则不需要执行电压调控，可以返回至步骤一，等待下一时刻的获取数据。在本实施例中，步骤一获取数据的频率可按照实际需求制定，在此不予限制。

步骤三、分别计算每个电压越限节点对供电台区内各个调控单元的电压灵敏度，根据电压灵敏度确定调控单元；

具体的，步骤三的运算步骤包括：

分别计算出任意电压越限节点k的节点电压对注入有功功率的灵敏度节点k电压对注入无功功率的灵敏度和节点k电压对变压器变比的灵敏度

其中，uk指第k个节点的电压，p、q分别指注入有功功率和无功功率，δn指变压器变比，第k-1个节点和第k个节点间为第k段支路，δuk、δu′k分别指变压器调节前后第k段线路的电压降，rk+jxk为第k段支路阻抗，ploss,n、qloss,n分别指其有功网损和无功网损，pn+jqn指第n个节点的视在功率，n为总节点数。

定义第i个电压越限节点对第h类的第j个调控单元的电压灵敏度为则某时刻配电网所有电压越限节点的电压灵敏度矩阵：

其中，n指某时刻配电网电压越限节点总数，h＝1、2、3、即将变压器、并联电容器、分布式光伏分为三类调控方式，m指第h类调控方式中有m个调控单元；

将电压灵敏度矩阵中的各类调控方式按照灵敏度大小排序，确定调控方式中灵敏度最大值对应的调控单元。

步骤四、建立以变压器档位、电容器组数、分布式光伏无功出力为控制变量，以节点电压偏差最小和网损最小为优化目标的调控模型；

具体的，建立的调控模型包括：

目标函数：

minf＝min{αfu+βfloss}

约束条件：

tjmin≤tj≤tjmax

0≤qcj≤qcjmax

其中ui、uin表示节点i的实际电压值和额定电压值，ploss,l表示第l条支路的损耗，α和β分别为优化目标节点电压偏差fu、网损floss对应的权重，pi、qi指节点i的注入有功、无功功率，tjmin、tjmax分别表示第j个变压器档位调整的上下限，qcjmax表示第j个电容器的无功注入上限值，表示第j个光伏逆变器无功注入的上下限。

并且，上述调控模型在应用时具体被配置为执行下列方法：

选取变压器档位和和投切电容器组数为离散控制变量，执行小时级电压粗调；

选取分布式光伏无功出力为连续控制变量，执行实时电压细调。

步骤五、采用混合智能算法对求解所述调控模型，输出对无功电压的控制指令至调控单元。在本实施例中，混合智能算法是一种将粗调和细调相结合的方案，具体的，求解调控模型的步骤包括：

第一步，先忽略分布式光伏无功出力情况，只考虑变压器档位和投切电容器组数，并满足离散变量动作次数约束，以一整天为时间维度要求目标函数最小，通过遗传算法计算出每个小时的变压器档位和投切电容器组数，确定为第一级的小时级电压粗调方案；具体实施如下：

根据负荷预测数据和分布式光伏有功出力预测数据，取其对应时段的平均值确定为网络负荷和光伏出力值；

定义状态变量(各节点电压、网络损耗等)、控制变量(变压器档位、电容器组数)和遗传算法参数，编码建立初始种群；

进行解码，计算网络潮流；

计算目标函数值和适应度函数值，进行排序评价个体；

进行选择、交叉、变异操作，更新种群；

判断是否满足终止条件，满足便输出优化结果，反之则进入循环再次寻优。

第二步，在第一级的小时级电压粗调方案基础上，将分布式光伏无功出力作为补充调节量，以一小时为时间维度要求目标函数最小，通过人工神经网络得到分布式光伏无功出力结果，确定为第二级的实时电压细调方案。具体实施如下：

根据粗调周期内负荷预测数据和分布式光伏有功出力预测数据，在其该周期内的最大值与最小值之间随机生成一组网络负荷和光伏出力值；

设定该粗调周期内的变压器档位和投切电容器组数不变，通过优化求解得到对应的一组分布式光伏无功出力数据，作为神经网络的训练样本，并对样本进行归一化处理；

确定神经网络结构、误差精度和最大训练步数，选取神经网络的传递函数、训练函数；

建立网络，调用训练函数进行训练，对训练好的网络进行测试，判断是否满足要求，若不满足则进入循环再次调用训练函数，若满足则训练结束输出网络。

由上述技术方案可知，本申请提供了一种10kv供电区域的无功电压优化控制方法，包括获取供电台区内所有节点的电网数据，根据所述电网数据计算三相不平衡度；若三相不平衡度小于或等于2％，则根据电网数据确定电压越限的节点；分别计算每个电压越限节点对供电台区内各个调控单元的电压灵敏度，根据电压灵敏度确定调控单元；建立以变压器档位、电容器组数、分布式光伏无功出力为控制变量，以节点电压偏差最小和网损最小为优化目标的调控模型；采用混合智能算法对求解所述调控模型，输出对无功电压的控制指令至调控单元。本申请提供的方案发挥了分布式光伏的电压调控作用，在三相不平衡度合格的条件下执行以变压器、补偿电容器作为离散调控单元的第一级电压粗调和以分布式光伏为连续调控单元的第二级电压细调，实现了配电网小时级静态无功优化与实时动态无功优化的结合，能有效控制10kv配电网各节点电压，减小电压波动幅度，避免设备频繁动作，在保障安全性的同时兼顾了经济性。

由图2所示出的，本申请还提供了一种10kv供电区域的无功电压优化控制系统，用于执行上述的方法，系统包括三相不平衡监测装置、协调控制装置、调压控制装置、无功补控制偿装置和光伏控制装置；

所述三相不平衡监测装置和协调控制装置安装于供电台区配电变压器处；调压控制装置、无功补控制偿装置和光伏控制装置分散布置于供电台区中，通过无线通信与协调控制装置连接；三相不平衡监测装置通过采集的电网数据计算三相不平衡度，并据此生成三相不平衡治理预警信号或可电压治理信号；协调控制装置根据电网数据生成配电网电压优化控制结果，并发送对各调控单元的控制指令。

上述系统的执行过程中及有益效果已在前述方法实施例中描述，在此不予赘述。

本领域技术人员在考虑说明书和实施例公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由权利要求指出。