一种区域配电网汇集点电压无功耦合特性评估方法与流程

本发明涉及新能源接入配电网的安全稳定控制领域，具体涉及一种区域配电网汇集点电压无功耦合特性评估方法。

背景技术：

1、近年来，随着十四五规划“碳达峰”“碳中和”的提出，新能源发电占比在逐步提高，其中，不乏分布式新能源接入配电网的情况。在未来，越来越多的新能源会接入配电网，由于新能源出力的随机性与间歇性等特性，容易导致馈线电压越限现象的发生。

2、为保证分布式新能源接入配电网的电压稳定，需要设置合适的无功控制策略。对于光伏电站，可基于光伏并网的恒无功控制策略，按调压的需球调节逆变器的功率因数，以此来确定逆变器无功补偿，在该策略下，需要根据光伏电源有功功率输出与并网点电压，来分配光伏逆变器的无功输出。对于风力发电，同样有其控制策略，如根据滑模变结构控制原理，设置一种抑制转子绕组过电流和直流侧电容过电压的高阶滑模控制策略。或是针对电压无功控制不足，设置一种故障期间无功电流分配算法的lvrt控制策略。

3、因此，不论是何种新能源电站，需要知道电网扰动下，电压与无功电流之间的关系。部分研究直接以无功突变为切入点，进行对电压稳定的分析，但并未说明无功突变由何而来，与谁相关。

4、综上所述，现需要一种区域配电网汇集点电压无功的耦合特性评估方法，给出电压与无功电流之间的关系。

5、例如，一种在中国专利文献上公开的“一种基于有功电压耦合特性的负荷调频容量评估方法”，其公告号cn115566693a，充分挖掘负荷的有功电压耦合特性，当电网出现功率波动而导致频率波动时，通过调节负荷电压从而控制负荷功率来保证电网频率稳定，即当电网出现功率缺额时，负荷可以通过降低自身电压减少负荷功率，从而减少系统的不平衡功率来维持系统频率稳定，反之亦然。由于负荷在短时间内的处于电能质量标准范围内的电压波动并不会影响系统的时间运行，因此负荷具有很大的功率调控潜力。由于负荷调控时馈线电压有一定的约束关系，因此通过对负荷的调频容量评估能保证负荷的参与频率调控时，自身电压处于电能质量标准范围内，保证系统运行的可靠性。然而该方法不适用于确定电网扰动下，电压与无功电流之间的关系。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供一种区域配电网汇集点电压无功耦合特性评估方法，通过选取大量历史运行数据，包括区域配电网在不同时刻的拓扑结构特征模型、区域配电网内部分布式电源与负载的相关性、不同电网扰动作用下汇集点电压以及无功电流的值，建立一种区域配电网汇集点电压、无功的耦合关系，从而在得知区域配电网内部拓扑结构、电源与负荷的运行情况以及电网扰动下汇集点电压的大小后，可以耦合出区域配电网的无功电流值。

2、一种区域配电网汇集点电压无功耦合特性评估方法，包括：

3、步骤s1、获取区域配电网历史运行数据，建立区域配电网拓扑结构特征模型和区域配电网内部分布式电源与负载的相关性评估方法；

4、步骤s2、针对不同的拓扑结构特征模型以及不同的分布式电源与负载的相关性构建在电网扰动作用下电压跌落激励下区域配电网汇集点电压、无功电流耦合特性评估方法，得到汇集点电压与无功电流耦合系数；

5、步骤s3、基于区域配电网历史运行数据建立区域配电网汇集点电压-无功电流数学耦合模型，即系数表格，根据区域配电网内部拓扑结构、电源与负荷的运行情况以及电网扰动下汇集点电压的大小，通过系数表格查询汇集点电压与无功电流耦合系数，计算得到无功电流的值。

6、通过选取大量历史运行数据以及仿真结果数据，包括区域配电网在不同时刻的拓扑结构特征模型、区域配电网内部分布式电源与负载的相关性、不同电网扰动作用下汇集点电压以及无功电流的值，建立一种以系数表格形式呈现的区域配电网汇集点电压、无功的耦合关系，最终基于建立的区域配电网汇集点电压-无功电流数学耦合模型，从而在得知区域配电网内部拓扑结构、电源与负荷的运行情况以及电网扰动下汇集点电压的大小，可计算得到区域配电网的无功电流值。

7、作为优选，所述区域配电网拓扑结构特征模型包括：采用1/0代表开关闭合/打开，构建区域配电网的拓扑关系，采用一串1/0向量代表不同的拓扑结构；将区域配电网内分布式电源等值为1个电源、负载等值为1个负载，，区域配电网拓扑结构、电源出力和负荷需求的不同将会引起等值电源与等值负载的特性不同。定义区域配电网拓扑特征向量st＝[st,1,st,2,...,st,vk st,k]，其中，k为区域配电网内的开关总数；拓扑特征向量中各元素按照固定开关顺序排列；st,v为t时刻开关v的状态特征，st,v＝1表示t时刻第v个开关闭合，st,v＝0表示t时刻第v个开关打开，st表示区域配电网在t时刻的拓扑结构。不同的拓扑结构会影响到区域配电网内部负载与分布式电源的相关性，区域配电网并不是孤立的，不同的居于区域配电网之间都是相互连通，并且其连通性由开关控制，因此采用1/0代表开关闭合/打开，构建出区域配电网的拓扑关系，而不同的拓扑结构反映出来的区域配电网内部负载与分布式电源的相关性也不尽相同。

8、作为优选，所述区域配电网内部分布式电源与负载的相关性评估方法包括：区域配电网内部负载与分布式电源往往具有一定的差异性与互补性，会影响到整个区域配电网的对外输出特性，而这种差异对区域配电网分布式电源与负荷在电压、无功响应特性的耦合是否会产生强相关的影响不得而知，因此分别从曲线幅值与曲线外形的角度对区域配电网内部负载与分布式电源进行相关性分析。

9、作为优选，所述曲线幅值包括采用选取典型值的方式概括出区域配电网内部负载与分布式电源的关系：

10、分别对等值负载及等值电源选取幅值点，找到等值负载的最大值/最小值，和等值的最大值/最小值所对应的等值电源的值；找到等值电源的最大值/最小值，和等值电源的最大值/最小值所对应的等值负载的值；

11、根据选取的典型值概括出区域配电网内部负载与分布式电源的大小关系，即区域配电网内部负载与分布式电源的幅值关系，并根据幅值关系表示区域配电网内部分布式电源与负载的相关性。

12、不仅拓扑结构具有对区域配电网分布式电源与负荷在电压、无功响应特性的耦合评估产生影响的可能性，区域配电网内部负载以及分布式电源的大小也会影响到整体的对外输出特性，进而影响到耦合评估方法，而分析整条负载与电源的大小不够现实，因此采用选取典型值的方式概括出区域配电网内部负载与分布式电源的关系。

13、作为优选，所述曲线外形包括：

14、采用肯德尔相关系数法对曲线外形的相关性分析；用τ表示曲线外形的相关系数，其计算公式为：

15、

16、其中，p＝(p1,p2,…,pn)为区域配电网内部等值电源输出功率时间序列；

17、pload＝(pload,1,pload,2,…,pload,n)为区域配电网内部等值负载时间序列；

18、符号函数sgn(pi-pj)表示为符号函数sgn(pload,i-pload,j)表示为τ(p,pload)为p和pload的kendall相关系数；n为按采样点的个数；

19、匹配度的大小与匹配程度强弱的关系为：匹配度大小介于[-1,1]，匹配度数值越大匹配程度越强；数值为1时代表完全匹配；数值为-1时代表完全不匹配。

20、作为优选，所述电压跌落激励下区域配电网汇集点电压、无功电流耦合特性评估方法包括：采集区域配电网电压跌落的数据并建立区域配电网电压跌落模型；采集区域配电网无功电流的数据采集并建立区域配电网无功电流模型；构建耦合特性拟合方法。

21、作为优选，所述区域配电网电压跌落的数据采集以及模型建立包括：

22、搭建区域配电网测试模型，在各路电网扰动作用下，通过仿真得到汇集点电压曲线；

23、采集不同电网扰动下汇集点电压跌落持续时间以及汇集点电压跌落程度：选取不同扰动下的汇集点电压um＝(um,0,um,1,…,um,a)，其中，m代表不同的电网扰动，电压um采用标幺值，um,0＝1p.u.，每隔0.05p.u.选取一次电压数据，采集到无电压数据为止；

24、采集不同电压下对应的汇集点电压跌落持续时间从um,1开始进行逐级的数据采集，直到即当电压为um,b时，电压跌落持续时间为0s；

25、建立区域配电网电压跌落数据模型：其中，um,b-1为第m种电网扰动下的汇集点电压跌落程度，为第m种电网扰动下的电压跌落持续时间。

26、作为优选，所述区域配电网无功电流的数据采集以及模型建立包括：

27、搭建区域配电网测试模型，在各路电网扰动作用下，通过仿真得到无功电流变化曲线，采集不同电网扰动下无功电流变化持续时间以及无功电流变化强度：

28、选取不同扰动下的无功电流im＝(im,0,im,1,…,im,c)，其中，m代表不同的电网扰动，无功电流im采用标幺值，im,0＝0p.u.，每隔0.05p.u.选取一次无功电流数据，采集到无电流数据为止；

29、采集不同无功电流下对应的无功电流变化持续时间其中，从im,1开始进行逐级的数据采集，直到即当无功电流为im,d时，无功电流变化持续时间为0s；

30、搭建区域配电网无功电流的数据模型：im,d-1为第m种电网扰动下的无功电流变化强度，为第m种电网扰动下的无功电流变化持续时间。

31、9.如权利要求6所述的一种区域配电网汇集点电压无功耦合特性评估方法，其特征在于，所述耦合特性拟合方法包括：

32、将区域配电网电压跌落数据模型和区域配电网无功电流的数据模型中的um,b-1与im,d-1作为拟合样本，以无功电流i为纵轴，电压u为横轴，建立电压-无功电流坐标系，将样本在坐标系中点出，并根据其散点规律采用线性函数进行拟合，拟合关系为u＝αi+β，其中，α,β为待定系数；

33、选取与作为拟合样本，以无功电流变化持续时间△ti为纵轴，电压跌落持续时间△tu为横轴，建立电压跌落持续时间-无功电流变化持续时间坐标系，将样本在坐标系中点出，并根据其散点规律采用线性函数进行拟合，拟合关系为△ti＝λ△tu+μ，其中，λ,η为待定系数。

34、作为优选，所述基于区域配电网历史运行数据建立区域配电网汇集点电压-无功电流数学耦合模型包括：

35、步骤s101、构建耦合数据模型x＝[st,τ,△u,△i,△tu,△ti]：

36、步骤s102、以小时为单位，选取每小时内的典型区域配电网拓扑结构st以及区域配电网内部分布式电源与负载的相关系数τ，在单位小时内，模拟并统计不同电网扰动作用下的电压u、无功电流i、电压跌落持续时间△tu和电流变化持续时间△ti，计算出耦合数据模型x的每一组数据下，待定系数α,β,λ,η的具体值，得到数学耦合模型系数模型

37、步骤s103、通过数学耦合模型系数模型得到基于区域配电网历史运行数据建立的区域配电网汇集点电压-无功电流数学耦合模型为：

38、步骤s104、使用时按照对应区域配电网拓扑结构st、区域配电网内部分布式电源与负载的相关系数τ、跌落后电压以及电压跌落持续时间查询对应的数学耦合模型系数，代入实际的值进行计算。

39、本发明的有益效果为：

40、通过选取大量历史运行数据以及仿真结果数据，包括区域配电网在不同时刻的拓扑结构特征模型、区域配电网内部分布式电源与负载的相关性、不同电网扰动作用下汇集点电压以及无功电流的值，建立一种以系数表格形式呈现的区域配电网汇集点电压、无功的耦合关系，最终基于建立的区域配电网汇集点电压-无功电流数学耦合模型，从而在得知区域配电网内部拓扑结构、电源与负荷的运行情况以及电网扰动下汇集点电压的大小，可计算得到区域配电网的无功电流值。