本发明属于新能源电力系统安全稳定控制领域，尤其涉及一种基于新能源接入的无功电压时序递进优化控制方法。
背景技术：
：随着社会经济的快速发展，我国对能源的需求与日俱增，但化石能源日趋枯竭，核能发展受到限制，以煤炭、石油为主要能量来源的传统发电模式正面临资源可持续利用、气候变暖以及环境污染等一系列问题，这使得可再生能源的开发和利用逐渐成为社会可持续发展的必由之路。然而，大量新能源厂站分布式接入改变了电网中各支路潮流的流动特点，从而改变了电网的电压分布，且分布式电源的出力具有较强的随机性，会导致并网点电压波动，容易造成电压越限等问题。目前，对新能源电力系统电压控制主要利用无功调压设备和变压器分接头进行控制，对风电场站内的无功调节资源利用较少，而且目前的无功电压控制方法多集中于各无功补偿设备的协调控制，并没有考虑其动作频次，可能造成部分设备反复调节，部分设备不动作的现象，降低设备使用寿命。综上所述，目前风电集群接入电力系统无功电压控制已存在一些方法，但依然存在两个方面的问题需要改进：1)目前方法未充分利用分布式新能源厂站的无功调节资源，具有进一步的无功电压控制潜力；2)分布式电源出力的波动性易引发常规厂站无功设备频繁动作、反复调节等问题，影响电网及设备的安全运行。因此，我们在以上方法的基础上，提出一种基于新能源接入的无功电压时序递进优化控制方法，能够加强多种无功资源的协调控制，完善电网分层分布式的无功电压控制模式，保证分布式电源并网后电网的优质、经济和安全运行。技术实现要素：针对现有技术的不足，本发明的目的是一种基于新能源接入的无功电压时序递进优化控制方法，用于解决新能源功率波动引起电压越限而且传统方法会造成无功补偿设备频繁投切的问题，加强多种无功资源的协调控制，保证分布式电源并网后电网的优质、经济和安全运行。本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种基于新能源接入的无功电压时序递进优化控制方法，包括以下步骤：s1：计算单时间断面多形态新能源pcc的电压和功率因数；s2：根据电压和功率因数阈值判断pcc运行状态在九区图中的位置；s3：若pcc运行状态位于九区图非0区域，则首先进行单时间断面无功电压越限控制，使其进入九区图0区域；s4：若pcc点运行状态位于九区图0区域，则进行单时间断面无功电压多目标多约束优化控制；s5：在单时间断面优化控制的基础上，根据短期和超短期负荷预测，进行新能源电力系统时序递进优化控制，使得无功补偿设备动作次数最少。进一步的，所述s1包括以下步骤：s101：计算单时间断面多形态新能源pcc的电压upcc；s102：计算单时间断面多形态新能源pcc的功率因数进一步的，所述s2包括以下步骤：s201：设定pcc的电压阈值和功率因数阈值电压阈值取额定电压的±5％，功率因数阈值取额定功率因数的±5％；s202：根据pcc的功率因数阈值，计算pcc点无功功率阈值；s203：根据电压阈值和无功功率阈值绘制pcc九区图；s204：根据pcc当前运行状态和阈值，判断其在九区图的位置。进一步的，所述s3包括以下步骤：s301：pcc运行于九区图1区域时，先调节变压器分接头降低电压，然后切除电容器组；s302：pcc运行于九区图2区域时，先调整变压器分接头降低电压，待电压合格后再投入电容器组；s303：pcc运行于九区图3区域时，投入电容器组；s304：pcc点运行于九区图4区域时，先投入电容器组，待功率因数合格后调整变压器分接头升高电压；s305：pcc点运行于九区图5区域时，调整变压器分接头升高电压；s306：pcc点运行于九区图6区域时，先调整变压器分接头升高电压，待电压合格后切除电容器组；s307：pcc点运行于九区图7区域时，切除电容器组；s308：pcc点运行于九区图8区域时，先切除电容器组，待功率因数合格后调整变压器分接头降低电压。进一步的，所述s4包括以下步骤：s401：确定优化控制的目标函数。优化控制的目标函数包括经济性目标和电压质量目标，经推算，反映系统经济性和电压稳定性的目标函数为：式中，α和β分别为经济性目标和电压稳定性目标的权重系数；ploss为系统的网络损耗函数；dv为系统支路电压稳定目标函数；ploss.0和dv.0为分别为网损和稳定指标的系统运行初始值。s402：确定优化控制的约束条件：包括等式约束和不等式约束：等式约束主要是潮流约束，优化控制的不等式约束包括变压器分接头变比上下限约束、发电机无功功率输出约束，无功补偿装置电纳约束、节点电压约束等。s403：确定多目标权重系数α和β：采用主观赋权法和变异系数(客观赋权)相结合的组合法确定权重，具体计算公式为：qi＝xiyi式中，qi为第i个目标的组合权重，q1＝α,q2＝β；xi为第i个目标的主观权重；yi为第i个目标的客观权重。进一步的，所述s5包括以下步骤：s501：根据短期日前负荷预测，将将一天时段分为负荷低谷期、负荷上升期、负荷高峰期和负荷下降期，进行分时段优化控制。在综合负荷低谷期和综合负荷下降期，控制目标函数变为：式中，tl、td分别为负荷低谷时间和负荷下降时间；在合负荷上升期和综合负荷高峰期，的控制目标函数为：式中，th、tu分别为高负荷低谷时间和负荷上升时间；s502：根据日内超短期负荷预测，进行日内控制，对日前的连续设备和离散设备的动作值进行修正，使得变压器和无功补偿设备动作次数较小。本发明公开了新能源电力系统安全稳定控制领域的一种基于新能源接入的无功电压时序递进优化控制方法。包括：计算单时间断面多形态新能源并网点(pcc点)电压和功率因数；根据电压和功率因数阈值判断pcc点运行状态在九区控制图中的位置；若pcc点运行状态位于九区图非0区域，进行单时间断面无功电压越限控制；若pcc点运行状态位于九区图0区域进行时间断面无功电压多目标多约束优化控制；在单时间断面优化控制的基础上，根据短期和超短期负荷预测，进行新能源电力系统多优化控制。本发明提供的一种基于新能源接入的无功电压时序递进优化控制方法能够加强多种无功资源的协调控制，完善电网分层分布式的无功电压控制模式，保证分布式电源并网后电网的优质、经济和安全运行。无功电压优化控制后，时间断面的网损经济指标下降幅度明显。在单时间断面优化控制的基础上，根据短期和超短期负荷预测，进行新能源电力系统时序递进优化控制，使得无功补偿设备动作次数最少。单时间断面的无功电压优化控制方法只考虑电力系统当前运行的状态，无法解决离散设备频繁动作的问题，通过时序递进的无功电压优化控制方法，就可以对离散设备的动作次数就行优化控制。无功优化后，可有效减少风电场的电容器动作次数，如实施例2所示。与现有技术相比，本发明提供的一种基于新能源接入的无功电压时序递进优化控制方法具有以下有益效果：(1)实现电力系统安全、优质、经济多控制目标分解协调，达成电网无功电压的安全稳定为首要控制目标，其次保证电压合格，在前两者的基础上使无功分布尽量满足分层平衡，以降低网损。(2)日内控制则是根据超前短期，预测精度较高，时间更短。(3)日内控制对日前的连续设备和离散设备的动作值进行修正，使得变压器和无功补偿设备动作次数减少。(4)无功电压优化控制后，时间断面的网损经济指标下降幅度明显。(5)无功优化后，可有效减少风电场的电容器动作次数。附图说明图1是本发明提供的一种基于新能源接入电力系统的无功电压时序递进优化控制方法流程图；图2是多形态新能源接入区域电网示意图。图3是实施例2负荷出力特性图。图4是实施例2风电出力特性图。图5是实施例2光伏电站出力特性图。图6是本发明优化控制方法九区图控制示意图。图7是本发明优化控制方法前后风电场pcc点电压变化情况示意图。图8是本发明优化控制方法前后光伏电站pcc点电压变化情况示意图。具体实施方式下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。一种基于新能源接入的无功电压时序递进优化控制方法，包括以下步骤：s1：计算单时间断面多形态新能源pcc的电压和功率因数；s2：根据电压和功率因数阈值判断pcc运行状态在九区图中的位置；s3：若pcc运行状态位于九区图非0区域，则首先进行单时间断面无功电压越限控制，使其进入九区图0区域；s4：若pcc点运行状态位于九区图0区域，则进行单时间断面无功电压多目标多约束优化控制；s5：在单时间断面优化控制的基础上，根据短期和超短期负荷预测，进行新能源电力系统时序递进优化控制，使得无功补偿设备动作次数最少。进一步的，所述s1包括以下步骤：s101：计算单时间断面多形态新能源pcc的电压upcc；s102：计算单时间断面多形态新能源pcc的功率因数进一步的，所述s2包括以下步骤：s201：设定pcc的电压阈值和功率因数阈值电压阈值取额定电压的±5％，功率因数阈值取额定功率因数的±5％；s202：根据pcc的功率因数阈值，计算pcc点无功功率阈值；s203：根据电压阈值和无功功率阈值绘制pcc九区图；s204：根据pcc当前运行状态和阈值，判断其在九区图的位置。进一步的，所述s3包括以下步骤：s301：pcc运行于九区图1区域时，先调节变压器分接头降低电压，然后切除电容器组；s302：pcc运行于九区图2区域时，先调整变压器分接头降低电压，待电压合格后再投入电容器组；s303：pcc运行于九区图3区域时，投入电容器组；s304：pcc点运行于九区图4区域时，先投入电容器组，待功率因数合格后调整变压器分接头升高电压；s305：pcc点运行于九区图5区域时，调整变压器分接头升高电压；s306：pcc点运行于九区图6区域时，先调整变压器分接头升高电压，待电压合格后切除电容器组；s307：pcc点运行于九区图7区域时，切除电容器组；s308：pcc点运行于九区图8区域时，先切除电容器组，待功率因数合格后调整变压器分接头降低电压。进一步的，所述s4包括以下步骤：s401：确定优化控制的目标函数。优化控制的目标函数包括经济性目标和电压质量目标，经推算，反映系统经济性和电压稳定性的目标函数为：式中，α和β分别为经济性目标和电压稳定性目标的权重系数；ploss为系统的网络损耗函数；dv为系统支路电压稳定目标函数；ploss.0和dv.0为分别为网损和稳定指标的系统运行初始值。s402：确定优化控制的约束条件：包括等式约束和不等式约束：等式约束主要是潮流约束，优化控制的不等式约束包括变压器分接头变比上下限约束、发电机无功功率输出约束，无功补偿装置电纳约束、节点电压约束等。s403：确定多目标权重系数α和β：采用主观赋权法和变异系数(客观赋权)相结合的组合法确定权重，具体计算公式为：qi＝xiyi式中，qi为第i个目标的组合权重，q1＝α,q2＝β；xi为第i个目标的主观权重；yi为第i个目标的客观权重。进一步的，所述s5包括以下步骤：s501：根据短期日前负荷预测，将将一天时段分为负荷低谷期、负荷上升期、负荷高峰期和负荷下降期，进行分时段优化控制。在综合负荷低谷期和综合负荷下降期，控制目标函数变为：式中，tl、td分别为负荷低谷时间和负荷下降时间；在合负荷上升期和综合负荷高峰期，的控制目标函数为：式中，th、tu分别为高负荷低谷时间和负荷上升时间；s502：根据日内超短期负荷预测，进行日内控制，对日前的连续设备和离散设备的动作值进行修正，使得变压器和无功补偿设备动作次数较小。本发明公开了新能源电力系统安全稳定控制领域的一种基于新能源接入的无功电压时序递进优化控制方法。包括：计算单时间断面多形态新能源并网点(pcc点)电压和功率因数；根据电压和功率因数阈值判断pcc点运行状态在九区控制图中的位置；若pcc点运行状态位于九区图非0区域，进行单时间断面无功电压越限控制；若pcc点运行状态位于九区图0区域进行时间断面无功电压多目标多约束优化控制；在单时间断面优化控制的基础上，根据短期和超短期负荷预测，进行新能源电力系统多优化控制。本发明提供的一种基于新能源接入的无功电压时序递进优化控制方法能够加强多种无功资源的协调控制，完善电网分层分布式的无功电压控制模式，保证分布式电源并网后电网的优质、经济和安全运行。实施例1参考图1和图7，一种基于新能源接入的无功电压时序递进优化控制方法，包括：s1：计算单时间断面多形态新能源并网点(pcc点)电压和功率因数；s2：根据电压和功率因数阈值判断pcc点运行状态在九区控制图中的位置；s3：若pcc点运行状态位于九区图非0区域，则首先进行单时间断面无功电压越限控制，使其进入九区图0区域；s4：若pcc点运行状态位于九区图0区域，则进行单时间断面无功电压多目标多约束优化控制；s5：在单时间断面优化控制的基础上，根据短期和超短期负荷预测，进行新能源电力系统时序递进优化控制，使得无功补偿设备动作次数最少。步骤s1包括以下步骤：s101：计算单时间断面多形态新能源并网点(pcc点)电压upcc；s102：计算单时间断面多形态新能源并网点(pcc点)的功率因数具体计算公式为：步骤s2包括以下步骤：s201：设定pcc点电压阈值和功率因数阈值电压阈值取额定电压的±5％，功率因数阈值取额定功率因数的±5％；s202：根据pcc点功率因数阈值，计算pcc点无功功率阈值，具体计算公式为：s203：根据电压阈值和无功功率阈值绘制pcc点九区图；s204：根据pcc点当前运行状态和阈值，判断其在九区图的位置，具体判断依据如下：步骤s3包括以下步骤：s301：pcc点运行于九区图1区域时，先调节变压器分接头降低电压，然后考虑切除电容器组；s302：pcc点运行于九区图2区域时，先调整变压器分接头降低电压，待电压合格后再考虑投入电容器组；s303：pcc点运行于九区图3区域时，投入电容器组；s304：pcc点运行于九区图4区域时，先投入电容器组，待功率因数合格后再考虑调整变压器分接头升高电压；s305：pcc点运行于九区图5区域时，调整变压器分接头升高电压；s306：pcc点运行于九区图6区域时，先调整变压器分接头升高电压，待电压合格后再考虑切除电容器组；s307：pcc点运行于九区图7区域时，切除电容器组；s308：pcc点运行于九区图8区域时，先切除电容器组，待功率因数合格后再考虑调整变压器分接头降低电压。需要特殊说明的是，上述步骤并无明确先后顺序之分。步骤s4包括以下步骤：s401：确定优化控制的目标函数。优化控制的目标函数包括经济性目标和电压质量目标，其中经济目标函数为：式中，ploss为系统的网络损耗函数；n为网络节点数；ui、uj分别为节点i和节点j的电压幅值；gij和bij分别为节点导纳矩阵中的电导和电纳，θij为节点i和节点j的电压相角差。电压质量目标函数为：式中，dv为系统支路电压稳定目标函数；n为系统中的支路数；ui、uj分别网络中某条支路首节点i和末节点j的电压幅值；r和x为对应线路的电阻和电抗；pij和qij分别为输电线路i节点注入的有功功率和无功功率。进行标准化处理后，最终反映系统经济性和电压稳定性的目标函数为：式中，α和β分别为经济性目标和电压稳定性目标的权重系数；ploss.0和dv.0为分别为网损和稳定指标的系统运行初始值。s402：确定优化控制的约束条件。优化控制的等式约束主要是潮流约束，具体表达式为：式中，pi和qi分别为节点i的节点注入有功功率和注入无功功率；优化控制的不等式约束包括变压器分接头变比上下限约束、发电机无功功率输出约束，无功补偿装置电纳约束、节点电压约束等，具体约束表达式为：式中，ki、kimin、kimax分别为分接头的档位、最小档位和最大档位；qg、qgmin、qgmax分别为发电机无功、最小无功和最大无功；bc、bcmin、bcmax分别为无功补偿装置的电纳及极限值；ui、uimin、uimax分别为网络中节点i的电压幅值及极限值。s403：确定多目标权重系数α和β。采用主观赋权法和变异系数(客观赋权)相结合的组合法确定权重，具体计算公式为：qi＝xiyi(9)式中，qi为第i个目标的组合权重，q1＝α,q2＝β；xi为第i个目标的主观权重；yi为第i个目标的客观权重。yi的计算公式为：式中，为第i个指标的目标函数值均值；si为第i个指标的目标函数值标准差。步骤s5包括以下步骤：s501：根据短期日前负荷预测，将将一天时段分为负荷低谷期、负荷上升期、负荷高峰期和负荷下降期，进行分时段优化控制。在综合负荷低谷期和综合负荷下降期，电力系统的流通的功率较少，系统中各支路的电压损耗也较小，此时只考虑网络的有功功率损耗，控制目标函数变为：式中，tl、td分别为负荷低谷时间和负荷下降时间。在综合负荷上升期和综合负荷高峰期，电力系统的流通的功率增加，这时系统的电压损耗增大，需要考虑系统的电压稳定问题，此时的控制目标函数为：式中，th、tu分别为高负荷低谷时间和负荷上升时间。s502：根据日内超短期负荷预测，进行日内日控制，修正日前控制的负荷数据，重新优化。日内控制则是根据超前短期，预测精度较高，时间更短。在日内控制模式中，根据超短期负荷预测，修正日前控制的负荷数据，重新对负荷变化趋势划分时间段。按照新划分的时间段，重新进行优化计算，此时式(8)中的约束条件增加变压器分接头和无功补偿装备动作次数限制约束，具体表达式如下：式中，nci、ncimax分别为变压器分接头的动作次数及动作次数上限；ti、tcimax分别为无功补偿器的动作次数及动作上限。可见日内控制主要是对日前的连续设备和离散设备的动作值进行修正，使得变压器和无功补偿设备动作次数较小。实施例2结合图2～图6所示，并参考以下简化：实际中变压器的变比很少调节，仿真中不再调节变压器变比，认为变压器的变比为1；风机的最大出力为99mw，最大负荷功率为50+j30mva，负荷的功率因数不变；光伏电站的最大出力为40mw，最大负荷功率为30+j10mva，负荷的功率因数不变；风电场中安装离散无功补偿装置电容器组16mvar，每组容量为2mvar，共8组，安装连续无功补偿装置svg容量27mvar；光伏电站逆变器可以发出连续的无功功率。以此为例，本发明提供的一种基于新能源接入的无功电压时序递进优化控制方法包括：s1：计算单时间断面多形态新能源并网点(pcc点)电压和功率因数；某一时间断面，该区域电网风电出力52％，光伏出力60％，该时间断面下的新能源并网点(pcc点)的电压和功率因数如表1所示。s2：根据电压和功率因数阈值判断pcc点运行状态在九区控制图中的位置；通过计算得到pcc点电压阈值和功率因数阈值如表2所示：表1pcc点运行状态表汇集点名电压(p.u.)有功功率(p.u.)无功功率(p.u.)功率因数pcc-a0.930.520.600.91pcc-b0.970.600.150.97表2pcc点电压和功率因数阈值表由表1中所示pcc点运行状态可知，pcc-a点的电压和功率因数均小于阈值，位于九区图4区域；pcc-b点的电压和功率因数均在阈值范围内，位于九区图0区域。s3：若pcc点运行状态位于九区图非0区域，则进行单时间断面无功电压越限控制；pcc-a点位于九区图4区域，属于非0区域，需要进行无功电压越限控制，根据式(3)可知，应当先投入电容器组，待功率因数合格后再考虑调整变压器分接头升高电压，经过计算，投入的无功情况如表3所示。表3越限控制表汇集点名电容器组svgpcc-a2mvar×8＝16mvar12.57mvar变压器分接头不动作。s4：若pcc点运行状态位于九区图0区域，则进行单时间断面无功电压多目标多约束优化控制；(1)pcc点在经过电压越限控制后，其运行状态数据如表4所示：由表4中所示pcc点运行状态可知，pcc-a点和pcc-b点的电压和功率因数均在阈值范围内，位于九区图0区域，应该进行优化控制。表4越限控制后状态表汇集点名电压(p.u.)有功功率(p.u.)无功功率(p.u.)功率因数pcc-a0.960.520.1510.96pcc-b0.970.600.1750.96(2)根据式(4)～(6)确定优化控制的目标函数。(3)优化控制的等式约束条件按照式(7)进行约束，不等式约束条件按照式(8)进行选取。(4)确定权重系数。首先主观权数xi，假设经济目标和电压质量目标的权重秩和为1，5个专家给出的评价矩阵如下：计算可得经济目标的主观权重为xploss＝0.49，电压质量目标的权重为xdv＝0.51。采取8个时间点样本，根据式(10)计算两个目标的客观权重矩阵为：计算可得经济目标的客观权重为yploss＝0.9918，电压质量目标的客观权重为ydv＝0.0041。根据式(9)可求两个目标的组合权重，进行归一化后得经济目标的组合权重为0.996，电压质量目标的组合权重为0.004。电压稳定指标的权重较小，主要因为选取的采样点，网络损耗波动较大，而电压稳定指标的值波动较小，或者说，系统中负荷和电源功率波动时对电压稳定指标影响较小，对系统的网络损耗影响较大。按照上述优化模型求解，得到优化前后各新能源站的无功补偿情况如表5所示。表5无功补偿容量的对比优化后网损经济指标和电压稳定指标的结果如表6所示。由表6可知，无功电压优化控制后，该时间断面的网损经济指标降低11.37％，下降幅度明显，说明本文所提时间断面无功电压优化控制的正确性。s5：在单时间断面优化控制的基础上，根据短期和超短期负荷预测，进行新能源电力系统时序递进优化控制，使得无功补偿设备动作次数最少。表6网损和电压稳定指标结果对比单时间断面的无功电压优化控制方法只考虑电力系统当前运行的状态，无法解决离散设备频繁动作的问题，如果能够知道未来电力系统的运行状况，就可以对离散设备的动作次数就行优化控制，即时序递进的无功电压优化控制方法。为了证明本专利所提时序递进方法控制的有效性，不妨设负荷出力特性，风电场出力特性和光伏电站出力特性分别如图3～图5所示。经过优化控制前后风电场和光伏电站的pcc点电压变化情况如图7和图8所示。优化后光伏电站和风电场的pcc点电压升高，因为经过优化控制后，风电经过优化控制前后的电容器组动作情况如表7所示。表7优化前后电容器动作情况表无功优化前，风电场的电容器动作次数13次，优化后，电容器动作次数9次，降低了4次，在达到相同补偿效果的前提下，可有效减少电容器动作次数。以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。当前第1页12