提高光伏配电网电压稳定裕度的方法及装置

1.本发明涉及一种提高光伏配电网电压稳定裕度的方法及装置。


背景技术：

2.分布式光伏的大规模接入，其出力的不确定性为配电网的安全运行带来了挑战。大量分布式光伏等新能源接入配电网不仅会导致系统电压分布发生较大变化，而且新能源的出力受外界环境影响很大，难以准确预测，使得配电网电压调整控制相对困难。受光照资源的影响，分布式光伏出力的随机性和波动性会导致电网潮流的不确定，配电网无功需求变化幅度大、速度快，可能造成电网电压的波动和闪变。
3.为了保证分布式光伏接入后配电网的电压稳定性，通常会在配电网安装无功补偿设备。与svc、svg等无功补偿设备相比，分布式调相机具备无功调节范围宽、受系统电压影响小、高低压穿越能力强以及无谐波等优点，调相机能够显著提高集中式新能源厂站并网的电压稳定性，避免风电、光伏等集中式新能源机组的脱网。
4.但由于调相机为旋转设备，制造和维护成本高，出于经济角度考虑，不可能在每一母线上都加装调相机进行无功补偿，因此有必要选取适合的母线布置调相机进行补偿，以达到提高系统电压稳定裕度的目的，如何选取最适合的母线布置调相机成为亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

5.本发明的发明目的在于提供一种提高光伏配电网电压稳定裕度的方法及装置，能够选取适合的母线布置调相机，有效提高配电网电压稳定裕度。
6.基于同一发明构思，本发明具有两个独立的技术方案：
7.1、一种提高光伏配电网电压稳定裕度的方法，包括如下步骤：
8.步骤1：计算未布置调相机时光伏配电网各母线的电压稳定性指标；
9.步骤2：根据光伏配电网各母线的电压稳定性指标，选取光伏配电网的电压最薄弱母线，布置预设容量的调相机进行无功补偿；
10.步骤3：判断光伏配电网的电压稳定裕度是否达到优化目标，如果是，结束优化；否则，计算光伏配电网各母线电压稳定性指标变化量,进而计算光伏配电网各母线电压稳定性-无功功率灵敏度指标，选取所述灵敏度指标最大的母线，作为调相机的优化布置结果。
11.进一步地，步骤1中，各母线的电压稳定性指标通过如下方法获得，
12.将光伏配电网所有节点划分为负荷节点集合l(α
l
＝{1,2,...,n
l
})与发电机节点集合g(αg＝{1,2,...,ng})，所述负荷节点集合即负荷母线集合，n
l
表示负荷母线的个数，发电机节点集合即发电机母线集合，ng表示发电机母线的个数；
13.负荷节点i(i∈a
l
)的电压稳定性指标li为：
[0014][0015]
式中，f
ik
＝-z
iiyik
为负荷参与因子，其中z
ii
为节点i的自阻抗，y
ik
为节点i、k之间的互导纳；uk、ui分别为发电机节点与负荷节点的电压相量。
[0016]
进一步地，步骤2中，选取电压稳定性指标最大的母线作为电压最薄弱母线。
[0017]
进一步地，步骤2中，调相机的预设无功补偿容量按光伏电站总容量的20％配置。
[0018]
进一步地，步骤3中，若则判断光伏配电网的电压稳定裕度是达到优化目标，lb为电压稳定裕度的边界值。
[0019]
进一步地，步骤3中，所述计算光伏配电网各母线电压稳定性指标变化量通过如下方法获得，
[0020]
通过电力系统仿真计算软件，计算布置调相机前后的光伏配电网各母线的电压稳定性指标。
[0021]
进一步地，步骤3中，所述计算光伏配电网各母线电压稳定性-无功功率灵敏度指标通过如下方法获得，
[0022]
计算稳态时每一母线的电压稳定性-无功功率灵敏度指标lsi
si
；
[0023]
计算暂态时每一母线的电压稳定性-无功功率灵敏度指标lsi
ti
；
[0024]
取二者的平均值，得到每一母线的电压稳定性-无功功率灵敏度指标
[0025]
进一步地，步骤3中，通过如下公式计算稳态时每一母线的电压稳定性-无功功率灵敏度指标lsi
si
；
[0026][0027]
式中，q
j0
为在母线j注入的初始无功功率值；δq
j0
为母线j的注入无功功率变化值；li(q
j0
)为母线i在母线j注入无功功率为q
j0
时的电压稳定性指标。
[0028]
进一步地，步骤3中，通过如下公式计算暂态时每一母线的电压稳定性-无功功率灵敏度指标lsi
ti
：
[0029][0030]
式中，n为故障后的总步长；δq
j0
(t)为t时刻母线j注入的无功功率变化值；li(t,q
j0
)为母线i在母线j注入无功功率为q
j0
，t时刻的电压稳定性指标。
[0031]
2、一种基于配电网高可靠性的分布式光伏储能优化配置装置，用于执行上述的方
法。
[0032]
本发明具有的有益效果：
[0033]
本发明计算未布置调相机时光伏配电网各母线的电压稳定性指标；根据光伏配电网各母线的电压稳定性指标，选取光伏配电网的电压最薄弱母线，布置预设容量的调相机进行无功补偿；判断光伏配电网的电压稳定裕度是否达到优化目标，如果是，结束优化；否则，计算光伏配电网各母线电压稳定性指标变化量,进而计算光伏配电网各母线电压稳定性-无功功率灵敏度指标，选取所述灵敏度指标最大的母线，作为调相机的优化布置结果。本发明基于母线的电压稳定性指标和电压稳定性-无功功率灵敏度指标，选取适合的母线布置调相机进行无功补偿，有效提高配电网电压稳定裕度，增强系统的电压稳定性。本发明不需各母线均设置调相机，只需选取适合的母线布置调相机，有效降低运行的经济成本。本发明可以有效解决受光照资源的影响，分布式光伏出力的随机性和波动性会导致电网潮流的不确定，配电网无功需求变化幅度大、速度快，可能造成电网电压的波动和闪变的问题。
附图说明
[0034]
图1是本发明提高光伏配电网电压稳定裕度的方法流程图。
具体实施方式
[0035]
下面结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本发明的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本发明的保护范围之内。
[0036]
实施例一：
[0037]
提高光伏配电网电压稳定裕度的方法
[0038]
如图1所示，本发明方法包括如下步骤：
[0039]
步骤1：计算未布置调相机时光伏配电网各母线的电压稳定性指标(l指标)。
[0040]
各母线的电压稳定性指标通过如下方法获得，
[0041]
将光伏配电网所有节点划分为负荷节点集合l(α
l
＝{1,2,...,n
l
})与发电机节点集合g(αg＝{1,2,...,ng})，所述负荷节点集合即负荷母线集合，n
l
表示负荷母线的个数，发电机节点集合即发电机母线集合，ng表示发电机母线的个数；
[0042]
根据节点分类结果，系统的状态方程可以表示为：
[0043][0044]
式中，i
l
、ig分别为负荷节点(母线)和发电机节点的注入电流；ul、ug分别为负荷节点和发电机节点的电压；
[0045]
负荷节点(母线)i(i∈a
l
)的电压稳定性指标li为：
[0046][0047]
式中，f
ik
＝-z
iiyik
为负荷参与因子，其中z
ii
为节点i的自阻抗，y
ik
为节点i、k之间的互导纳；uk、ui分别为发电机节点与负荷节点的电压相量。
[0048]
步骤2：根据光伏配电网各母线的电压稳定性指标(l指标)，选取光伏配电网的电压最薄弱母线，布置预设容量的调相机进行无功补偿。
[0049]
选取电压稳定性指标(l指标)最大的母线作为电压最薄弱母线。
[0050]
进一步地，步骤2中，调相机的预设无功补偿容量按光伏电站总容量的20％配置。
[0051]
步骤3：判断光伏配电网的电压稳定裕度是否达到优化目标，如果是，若lb为电压稳定裕度的边界值，则判断光伏配电网的电压稳定裕度是达到优化目标。结束优化；否则，计算光伏配电网各母线电压稳定性指标变化量,进而计算光伏配电网各母线电压稳定性-无功功率灵敏度指标，选取所述灵敏度指标最大的母线，作为调相机的优化布置结果。
[0052]
所述计算光伏配电网各母线电压稳定性指标(l指标)变化量通过如下方法获得，
[0053]
通过电力系统仿真计算软件，计算布置调相机前后的光伏配电网各母线的电压稳定性指标。
[0054]
所述计算光伏配电网各母线电压稳定性-无功功率灵敏度指标(l-q灵敏度指标)lsii通过如下方法获得，
[0055]
计算稳态时每一母线的电压稳定性-无功功率灵敏度指标lsi
si
；
[0056]
通过如下公式计算稳态时每一母线的电压稳定性-无功功率灵敏度指标lsi
si
；
[0057][0058]
式中，q
j0
为在母线j注入的初始无功功率值；δq
j0
为母线j的注入无功功率变化值；li(q
j0
)为母线i在母线j注入无功功率为q
j0
时的电压稳定性指标。
[0059]
计算暂态时每一母线的电压稳定性-无功功率灵敏度指标lsi
ti
；
[0060]
通过如下公式计算暂态时每一母线的电压稳定性-无功功率灵敏度指标lsi
ti
：
[0061][0062]
式中，n为故障后的总步长；δq
j0
(t)为t时刻母线j注入的无功功率变化值；li(t,q
j0
)为母线i在母线j注入无功功率为q
j0
，t时刻的电压稳定性指标。
[0063]
取二者的平均值，得到每一母线的电压稳定性-无功功率灵敏度指标
[0064]
实施例二：
[0065]
一种基于配电网高可靠性的分布式光伏储能优化配置装置
[0066]
所述装置用于执行实施例一所述的方法。
[0067]
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。
[0068]
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

技术特征：
1.一种提高光伏配电网电压稳定裕度的方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：计算未布置调相机时光伏配电网各母线的电压稳定性指标；步骤2：根据光伏配电网各母线的电压稳定性指标，选取光伏配电网的电压最薄弱母线，布置预设容量的调相机进行无功补偿；步骤3：判断光伏配电网的电压稳定裕度是否达到优化目标，如果是，结束优化；否则，计算光伏配电网各母线电压稳定性指标变化量,进而计算光伏配电网各母线电压稳定性-无功功率灵敏度指标，选取所述灵敏度指标最大的母线，作为调相机的优化布置结果。2.根据权利要求1所述的提高光伏配电网电压稳定裕度的方法，其特征在于：步骤1中，各母线的电压稳定性指标通过如下方法获得，将光伏配电网所有节点划分为负荷节点集合l(α
l
＝{1,2,...,n
l
})与发电机节点集合g(α
g
＝{1,2,...,n
g
})，所述负荷节点集合即负荷母线集合，n
l
表示负荷母线的个数，发电机节点集合即发电机母线集合，n
g
表示发电机母线的个数；负荷节点i(i∈a
l
)的电压稳定性指标l
i
为：式中，f
ik
＝-z
ii
y
ik
为负荷参与因子，其中z
ii
为节点i的自阻抗，y
ik
为节点i、k之间的互导纳；u
k
、u
i
分别为发电机节点与负荷节点的电压相量。3.根据权利要求2所述的提高光伏配电网电压稳定裕度的方法，其特征在于：步骤2中，选取电压稳定性指标最大的母线作为电压最薄弱母线。4.根据权利要求1所述的提高光伏配电网电压稳定裕度的方法，其特征在于：步骤2中，调相机的预设无功补偿容量按光伏电站总容量的20％配置。5.根据权利要求2所述的提高光伏配电网电压稳定裕度的方法，其特征在于：步骤3中，若则判断光伏配电网的电压稳定裕度是达到优化目标，l
b
为电压稳定裕度的边界值。6.根据权利要求1所述的提高光伏配电网电压稳定裕度的方法，其特征在于：步骤3中，所述计算光伏配电网各母线电压稳定性指标变化量通过如下方法获得，通过电力系统仿真计算软件，计算布置调相机前后的光伏配电网各母线的电压稳定性指标。7.根据权利要求1所述的提高光伏配电网电压稳定裕度的方法，其特征在于：步骤3中，所述计算光伏配电网各母线电压稳定性-无功功率灵敏度指标通过如下方法获得，计算稳态时每一母线的电压稳定性-无功功率灵敏度指标lsi
si
；计算暂态时每一母线的电压稳定性-无功功率灵敏度指标lsi
ti
；取二者的平均值，得到每一母线的电压稳定性-无功功率灵敏度指标
8.根据权利要求7所述的提高光伏配电网电压稳定裕度的方法，其特征在于：步骤3中，通过如下公式计算稳态时每一母线的电压稳定性-无功功率灵敏度指标lsi
si
；式中，q
j0
为在母线j注入的初始无功功率值；δq
j0
为母线j的注入无功功率变化值；l
i
(q
j0
)为母线i在母线j注入无功功率为q
j0
时的电压稳定性指标。9.根据权利要求7所述的提高光伏配电网电压稳定裕度的方法，其特征在于：步骤3中，通过如下公式计算暂态时每一母线的电压稳定性-无功功率灵敏度指标lsi
ti
：式中，n为故障后的总步长；δq
j0
(t)为t时刻母线j注入的无功功率变化值；l
i
(t,q
j0
)为母线i在母线j注入无功功率为q
j0
，t时刻的电压稳定性指标。10.一种提高光伏配电网电压稳定裕度的装置，其特征在于：用于执行权利要求1至9任何一项所述的方法。

技术总结
本发明涉及一种提高光伏配电网电压稳定裕度的方法及装置，计算未布置调相机时光伏配电网各母线的电压稳定性指标；根据光伏配电网各母线的电压稳定性指标，选取光伏配电网的电压最薄弱母线，布置预设容量的调相机进行无功补偿；判断光伏配电网的电压稳定裕度是否达到优化目标，如果是，结束优化；否则，计算光伏配电网各母线电压稳定性指标变化量,进而计算光伏配电网各母线电压稳定性-无功功率灵敏度指标，选取所述灵敏度指标最大的母线，作为调相机的优化布置结果。机的优化布置结果。机的优化布置结果。


技术研发人员：张自力 田志杰 宋敬良 武晓明 李永亮 李秉晔 许国瑞
受保护的技术使用者：华北电力大学
技术研发日：2022.12.19
技术公布日：2023/7/21