一种考虑分布式储能的配电网电能质量控制方法及装置与流程

本发明涉及配电运行分析，具体涉及一种考虑分布式储能的配电网电能质量控制方法及装置。

背景技术：

1、分布式电源发电的间歇性、随机性以及电动汽车充电行为的随机性都会加剧配电网电压的频繁波动。电压问题已成为限制分布式电源和电动汽车大规模接入配电网的主要因素之一。同时，储能系统作为配电网中一种灵活可控资源，能够在波动平抑、削峰填谷等方面发挥重要作用。近年来，随着储能技术的完善和电池价格的降低，储能技术越来越得到广泛应用。在配电网中，分布式储能得到了快速发展。因此如何利用分布式储能系统的优化控制，支撑高渗透率分布式电源和电动汽车的发展，提升配电网电能质量，延缓配电网建设改造。

2、目前，对于分布式储能系统的优化控制进行研究已成为重要研究方向之一，然而，现有技术中存在下述缺陷：

3、(1)当发生电压越限问题后，现有配电网对分布式储能的调控没有明确的交互互动和分析计算模式；

4、(2)现有配电网缺少对分布式储能管控流程实用化方法；

5、(3)在配电网对分布式储能实施管控时，面向电网部分的控制模型需要包含较多参数的精准模型，在配电网中难以获取，制约了分布式储能管控的现场实施。

6、例如：现有技术一，详见论文“分布式储能系统参与调压的主动电网两段式电压协调控制策略_张江林”中第2节，公开了考虑储能系统的配电网电压控制方法，具体：在每个采样时刻，以分布式电源、负荷的短期预测值及储能系统当前状态作为初始值，以预测时域内网络损耗最小为目标函数，在线求解预测时域的开环优化控制问题，实现对传统调压设备和储能系统的控制。控制模型中详细考虑了潮流平衡方程，为混合整数型非线性规划模型。通过变量替换将非线性模型转换为线性模型、非线性约束转换为锥约束，然后应用锥优化法求解。

7、现有技术一的缺点主要体现在2方面：

8、(1)模型考虑了详细的潮流平衡方程，需要各节点功率的短期预测数据值，增加了配电网实际应用时模型构建难度。

9、(2)控制模型为混合整数型非线性规划模型，虽然进行了锥约束转换，但是本质仍为二阶模型，在面向大规模配电网应用时，仍然存在求解不稳定的情况。

10、再例如：现有技术二详见论文“分布式储能系统参与调压的主动电网两段式电压协调控制策略_张江林”中第1节，公开了基于电压灵敏度的储能控制方法，具体的，储能单元的有功功率充放电行为直接影响其寿命，而无功功率输出主要取决于其逆变器，因此先通过储能单元无功控制调节电压，当输出的无功功率达到其限值而电压仍然越限时，再启动储能单元的有功功率充放电控制。

11、若不能将本地电压控制在允许范围内，则将本地电压当前值发送给中央控制器；接收中央控制器发送的其他节点的越限电压值，实施对其他节点电压的控制。控制器进行协调控制。协调控制过程如下：若系统中某节点电压越限，中央控制器首先检查所有储能单元是否有可用无功容量，若有，则计算并选择其最大灵敏度对应的储能单元为控制对象，计算无功整定值；若储能单元没有可用无功容量，中央控制器再检查所有储能单元是否有可用的充放电容量，若有，计算有功整定值。

12、现有技术二的缺点主要体现在2方面：

13、(1)当分布式电源导致配电网电压升高时，如果按照储能系统无功控制原理，需增大储能系统吸收的无功功率，本质就是增大无功导致的线路电压降，这种方式对储能系统和配电网而言并不合理。

14、(2)考虑到分布式电源的并网导致了配电线路电压分布的复杂性，单一根据某个节点越限程度选取灵敏度最大储能单元的控制方式，并不能满足复杂的运行情况需求。

技术实现思路

1、为了克服上述缺陷，本发明提出了一种考虑分布式储能的配电网电能质量控制方法及装置。

2、第一方面，提供一种考虑分布式储能的配电网电能质量控制方法，所述考虑分布式储能的配电网电能质量控制方法包括：

3、步骤1监测配电网是否存在电压越限，当配电网存在电压越限时，执行步骤2；

4、步骤2设置电压迭代次数l＝1，设置电压限值修正次数r＝0；

5、步骤3构建当前电压迭代次数对应的电压优化控制模型；

6、步骤4采用线性规软件对当前电压迭代次数对应的电压优化控制模型进行求解，若电压优化控制模型有解，则将求解得到的各储能系统在t时段第l次电压控制所需充放电功率作为控制策略对各储能系统进行控制，执行步骤5，否则，修正电压限值，令r＝r+1，并返回步骤2；

7、步骤5判断电压限值修正次数r是否为0，若是，则将求解得到的各储能系统在t时段第l次电压控制所需充放电功率作为控制策略对各储能系统进行控制后执行步骤6，否则，将求解得到的各储能系统在t时段第l次电压控制所需充放电功率作为控制策略对各储能系统进行控制后返回步骤3；

8、步骤6判断配电网是否存在电压越限，若是，则执行步骤7，否则，返回步骤1；

9、步骤7判断当前控制周期是否超出预设控制周期，若是，则更新线路节点对储能系统的灵敏度矩阵后返回步骤2，否则，令l＝l+1后返回步骤2。

10、优选的，所述电压优化控制模型包括：以储能系统充放电功率调控偏差最小为目标的目标函数及其对应的约束条件。

11、进一步的，所述目标函数如下：

12、

13、上式中，f为目标值，ns为发生电压越限的馈线上储能系统总数，ck,t为第k个储能系统在t时段的充放电费用，为第k个储能系统在t时段第l次电压控制的第一辅助变量，为第k个储能系统在t时段第l次电压控制的第二辅助变量。

14、进一步的，所述第k个储能系统在t时段第l次电压控制的第一辅助变量和第二辅助变量满足：

15、

16、

17、上式中，为第k个储能系统在t时段的所规划的储能充放电功率，为第k个储能系统在t时段第l次电压控制所需充放电功率。

18、进一步的，所述约束条件如下：

19、

20、

21、

22、

23、λk，ch＝{0，1}

24、

25、

26、

27、

28、

29、上式中，为电压上限值对应的第r次修正值，为t时段内在第l-1次电压控制前m节点电压，sp，mk为线路节点对储能系统的灵敏度矩阵中第m个节点电压对第k个节点储能系统流出功率的灵敏度，为电压下限值对应的第r次修正值，pk，max为第k个储能系统的充放电功率上限，sock，min为第k个储能系统荷电状态下限，为第k个储能系统在t时段内在第l-1次电压控制前的荷电状态，△t1为单位控制周期，△t2为预设控制周期，为第k个储能系统在t时段第l次电压控制的第三辅助变量，ηk，ch为第k个储能系统充电效率，ηk，dis为第k个储能系统放电效率，sock，max为第k个储能系统荷电状态上限，m为预设实数，m∈ωm，ωm为线路节点集合，λk，ch为第k个储能系统的充电状态变量。

30、进一步的，所述第k个储能系统在t时段第l次电压控制的第三辅助变量为：

31、

32、进一步的，所述修正电压限值，包括：

33、当配电网的电压越上限时，按下式修正所述电压上限值：

34、

35、当配电网的电压越下限时，按下式修正所述电压下限值：

36、

37、上式中，为t时段内在第l次电压控制前m节点电压，umin为电压下限初始值，umax为电压上限初始值，a为修正系数。

38、进一步的，所述判断当前控制周期是否超出预设控制周期，包括：

39、若满足(l+1)δt2＞δt1，则当前控制周期超出预设控制周期，否则，当前控制周期未超出预设控制周期。

40、进一步的，所述更新线路节点对储能系统的灵敏度矩阵，包括：

41、按下式更新线路节点对储能系统的灵敏度矩阵中第m个节点电压对第k个节点储能系统流出功率的灵敏度：

42、

43、上式中，为第k个储能系统在t时段内在第l次电压控制线路节点对储能系统的灵敏度矩阵中第m个节点电压对第k个节点储能系统流出功率的灵敏度，为m节点第l次电压控制后实际电压差值，为m节点第l次电压控制后依据灵敏度计算得到的电压差值，为第k个储能系统在t时段内在第l-1次电压控制线路节点对储能系统的灵敏度矩阵中第m个节点电压对第k个节点储能系统流出功率的灵敏度。

44、进一步的，所述m节点第l次电压控制后实际电压差值如下：

45、

46、所述m节点第l次电压控制后依据灵敏度计算得到的电压差值如下：

47、

48、上式中，为第k个储能系统在t时段第l-1次电压控制所需充放电功率。

49、第二方面，提供一种考虑分布式储能的配电网电能质量控制装置，所述考虑分布式储能的配电网电能质量控制装置包括：

50、监测模块，用于监测配电网是否存在电压越限，当配电网存在电压越限时，执行初始化模块；

51、初始化模块，用于设置电压迭代次数l＝1，设置电压限值修正次数r＝0；

52、构建化模块，用于构建当前电压迭代次数对应的电压优化控制模型；

53、第一分析模块，用于采用线性规软件对当前电压迭代次数对应的电压优化控制模型进行求解，若电压优化控制模型有解，则将求解得到的各储能系统在t时段第l次电压控制所需充放电功率作为控制策略对各储能系统进行控制，执行第二分析模块，否则，修正电压限值，令r＝r+1，并返回初始化模块；

54、第二分析模块，用于判断电压限值修正次数r是否为0，若是，则将求解得到的各储能系统在t时段第l次电压控制所需充放电功率作为控制策略对各储能系统进行控制后执行第三分析模块，否则，将求解得到的各储能系统在t时段第l次电压控制所需充放电功率作为控制策略对各储能系统进行控制后返回构建化模块；

55、第三分析模块，用于判断配电网是否存在电压越限，若是，则执行第四分析模块，否则，返回监测模块；

56、第四分析模块，用于判断当前控制周期是否超出预设控制周期，若是，则更新线路节点对储能系统的灵敏度矩阵后返回初始化模块，否则，令l＝l+1后返回初始化模块。

57、第三方面，提供一种计算机设备，包括：一个或多个处理器；

58、所述处理器，用于存储一个或多个程序；

59、当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，实现所述的考虑分布式储能的配电网电能质量控制方法。

60、第四方面，提供一种计算机可读存储介质，其上存有计算机程序，所述计算机程序被执行时，实现所述的考虑分布式储能的配电网电能质量控制方法。

61、本发明上述一个或多个技术方案，至少具有如下一种或多种有益效果：

62、本发明提供了一种考虑分布式储能的配电网电能质量控制方法及装置，所述方法包括：步骤1监测配电网是否存在电压越限，当配电网存在电压越限时，执行步骤2；步骤2设置电压迭代次数l＝1，设置电压限值修正次数r＝0；步骤3构建当前电压迭代次数对应的电压优化控制模型；步骤4采用线性规软件对当前电压迭代次数对应的电压优化控制模型进行求解，若电压优化控制模型有解，则将求解得到的各储能系统在t时段第l次电压控制所需充放电功率作为控制策略对各储能系统进行控制，执行步骤5，否则，修正电压限值，令r＝r+1，并返回步骤2；步骤5判断电压限值修正次数r是否为0，若是，则将求解得到的各储能系统在t时段第l次电压控制所需充放电功率作为控制策略对各储能系统进行控制后执行步骤6，否则，将求解得到的各储能系统在t时段第l次电压控制所需充放电功率作为控制策略对各储能系统进行控制后返回步骤3；步骤6判断配电网是否存在电压越限，若是，则执行步骤7，否则，返回步骤1；步骤7判断当前控制周期是否超出预设控制周期，若是，则更新线路节点对储能系统的灵敏度矩阵后返回步骤2，否则，令l＝l+1后返回步骤2。本发明提供的技术方案，能够以实现基于分布式储能的紧急电能质量控制，可覆盖分布式储能系统并网运行的所有配电网。进一步的，各类控制模型均由非线性模型转换为线性规划模型，提升了实际应用中求解可靠性。