本发明涉及电力系统电压控制方案设计和应用，特别涉及一种基于分布式光伏逆变器无功调节的配电网电压控制方法。
背景技术：
1、随着全球经济加速发展，能源短缺和环境污染已经成为当前面临的严峻问题，因此推动了可再生能源发电的研究和发展，光伏发电在众多可再生能源资源中占有十分重要的地位。从2005年后光伏的并网装机容量呈现出快速增长的趋势，预计到2040年前后光伏发电在所有可再生能源发电中的比重将达到最大。由于光伏发电功率本身具有随机性、间歇性和波动性，高比例光伏并入配电网后配电网无功/电压控制面临严重挑战，主要表现在两个方面：光伏发电大量接入中低压配电网，配电网潮流及电压分布变得复杂，存在网损增加、电压越限风险；以有载调压变压器分接头(on load tap changer,oltc)和电容器组(capacitorbank,cb)等为代表的传统调压装置无法频繁响应电压快速变化，平抑电压波动效果欠佳由于电压幅值的高低直接影响用户的正常用电。光伏并网逆变器具有一定的无功发生能力，如何发挥其无功发生能力，以应对大量光伏接入配电网带来的电压波动问题，对配电网安全经济运行具有重要意义。
2、由于光伏出力和负荷具有一定的预测误差，配电网电压不确定波动和越限问题变得更加严重，采用传统改变有载调压变压器分接头档位和投切电容器组的集中式控制方法难以有效应对网络中出现的随机变动情况。光伏逆变器除了可以完成光伏电池板直流输出向交流有功的转换外，仍有额外容量向系统提供/吸收无功(不影响有功出力的情况下)。相比于控制分布式储能有功、分接头设备等，光伏并网逆变器具有吸收和发出无功功率的能力，并且响应快速，没有动作次数的限制。
3、随着光伏逆变器无功调节能力逐渐被挖掘，利用本地并网逆变器连续输出的无功功率实时平抑节点电压波动和越限受到广泛关注，但本地控制方法不能实现网络协调，容易造成部分调节资源的浪费从而影响电压控制整体效果。随着分层分区控制思想的引入，目前有一类研究提出采用配电网分区电压控制方法利用分区内部光伏有功无功调节能力进行区域电压协调控制。综合目前的研究来看，分区控制方法能够在提升电压控制速度的同时实现良好的区域协调效果，但目前大多数分区控制方法的响应时间尺度仍然较长，对于实时平抑电压不确定波动和越限的效果欠佳。
4、因此，人们迫切希望能够获得一种技术效果更优的，抑制电压波动能力强和限制电压越限效果好的分区电压控制方法。
技术实现思路
1、本发明提供了一种基于分布式光伏逆变器无功调节的配电网电压控制(无功/电压分区控制)方法。其针对现有技术的不足，具体提出了一种基于分布式光伏逆变器无功调节的配电网无功/电压分区控制方法，通过建立电压变化概率指标进行日前网络分区并在此基础上采用实时电压控制方法进行配电网电压控制能够平抑分区内部节点电压波动和越限并实现各分区电压控制之间的协调，提升分区电压控制的鲁棒性和有效性。
2、本发明的技术方案为：
3、基于分布式光伏逆变器无功调节的配电网电压控制方法，关键技术特征是：
4、其依次包括以下步骤及内容：
5、步骤1，首先选取任一光伏并网点j为分区内部主导控制节点；
6、步骤2，计算节点j光伏无功调节时网络中任一节点i的电压变化概率指标并与预先设定的节点j所属分区电压变化概率阈值ρq(j)进行比较；
7、若则将节点i划分至节点j所属分区中；若则将节点i划分至其他分区中；
8、此外若节点i的电压变化概率指标同时满足多个分区的电压变化概率阈值要求，则将节点i划分至电压变化概率指标取值较大的分区中；
9、步骤3，若网络中有剩余节点，则转向步骤2，否则转向步骤4；
10、步骤4，在划分出以各光伏并网点为主导控制节点的分区结构后，若存在节点j光伏无功调节时任一光伏并网点k的电压变化概率指标则将节点j和节点k所的两分区合并为以节点j为主导控制节点的同一分区，否则转向步骤5；
11、步骤5，结束分区，结合分区结构，调节光伏逆变器出力。
12、本发明所述基于分布式光伏逆变器无功调节的配电网电压控制方法，优选要求保护的技术内容是：
13、步骤2中计算电压变化概率指标的过程依次满足下述要求：
14、步骤2.1，首先，建立日前电压优化控制的模型：
15、步骤2.1.1，构建电压越限风险罚函数作为目标函数，其表达式如下：
16、
17、其中
18、p(vi,t)＝pr{vi,t＜vimin∪vi,t＞vimax} (2)
19、式中：p(vi,t)为t时刻节点i电压越限概率；vi,t、vimax、vimin分别为t时刻节点i电压及其上限、下限；ρv为电压置信水平。
20、建立网络有功损耗目标函数，其表达式如下：
21、
22、式中：pij,t、qij,t分别为t时刻支路ij有功功率和无功功率；rij为支路ij电阻；l为支路集；t为时间集。
23、建立节点电压偏差目标函数，表达式如下：
24、
25、式中：n为节点集。
26、综上得原问题的目标函数为：
27、min f＝ω1f1+ω2f2+ω3f3 (5)
28、式中：ω1、ω2、ω3为各子目标函数的权重系数，且满足ω1+ω2+ω3＝1；
29、步骤2.1.2，建立目标函数的线性和非线性约束条件；
30、采取光伏无功调节机会约束来限制光伏无功调节越限概率在允许范围内，得到其光伏无功调节机会约束表达式；
31、支路潮流约束为：
32、
33、式中：ppv,i,t、qpv,i,t分别为t时刻节点i光伏有功和无功出力；qc,i,t为t时刻节点i电容器组补偿量；pl,i,t、ql,i,t分别为t时刻节点i负荷有功和无功；gij、bij分别为支路ij的电导和电纳；θij,t为t时刻节点i和j的相角差；
34、oltc档位调节约束为：
35、kij,t＝κij,t·δki j (7)
36、
37、κij,t∈z (9)
38、式中：kij,t为t时刻oltc的变比；δkij为oltc的调节步长；κij,t、分别为t时刻oltc的调节档位及其上限、下限；
39、cb动作约束为：
40、qc,i,t＝nc,i,t·qc (10)
41、
42、nc,i,t∈z (12)
43、式中：qc,i,t为t时刻节点i电容器组的总补偿量；qc为单组电容器补偿量；nc,i,t、分别为t时刻节点i电容器台数及其上限；
44、进一步优选：
45、受到光伏逆变器视在容量的限制，光伏出力随机变化会引起光伏最大无功调节容量的不确定变动，因此采取光伏无功调节机会约束来限制光伏无功调节越限概率在允许范围内，其光伏无功调节机会约束表达式为：
46、
47、式中：为t时刻节点j光伏实际无功补偿量；为t时刻节点j光伏最大无功容量；ρq(j)为节点j光伏无功调节置信水平；spv,j为节点j光伏视在容量；ppv,j,t为t时刻节点j光伏有功出力；
48、步骤2.2，其次，在日前电压优化控制模型的基础上，基于电压变化概率指标进行日前分区：
49、步骤2.2.1，根据日前电压优化控制后得到的节点电压概率密度函数求得日前所有场景下节点i电压随机波动的范围，将其表示为
50、其中τ1和τ2分别为日前电压优化控制后节点i电压越下限和越上限最严重的时刻，和分别为τ1和τ2时刻节点i的电压幅值。据此得到的τ1和τ2时刻下网络运行场景即为日前节点i电压越限最严重的两个极限场景，其能够代表日前节点i的所有电压越限场景。通过以下两式计算两极限场景下节点i的电压控制需求：
51、
52、步骤2.2.2，由于光伏逆变器能够通过发出无功功率抑制电压越下限和吸收无功功率抑制电压越上限，因此根据日前潮流计算中雅克比矩阵求逆得到的电压灵敏度矩阵分别计算出将τ1和τ2时刻节点i的电压幅值控制至正常范围所需的节点j光伏无功调整量；
53、根据日前潮流计算中雅克比矩阵求逆得到的电压灵敏度矩阵分别计算出将τ1和τ2时刻节点i的电压幅值控制至正常范围所需的节点j光伏无功调整量为：
54、
55、式中：svq为电压-无功灵敏度矩阵，其中分别为τ1和τ2时刻所属的t1和t2时段内节点j注入无功对节点i电压的灵敏度系数。
56、步骤2.2.3，为了实现对两极限场景下无功电压控制的整合以进行日前分区，本发明选取τ1和τ2时刻节点j所需光伏无功调整量中的最大值作为日前节点j所需光伏无功调整量；
57、日前节点j所需光伏无功调整量，其表达式为：
58、
59、式中：τ0为节点j所需光伏无功调整量取最大值的时刻(τ1或τ2时刻)。
60、步骤2.2.4，由此可得日前节点j所需光伏无功补偿总量；
61、日前节点j所需光伏无功补偿总量为：
62、
63、式中：为τ0时刻所属t0时段内节点j光伏无功调节计划值；
64、步骤2.3，然后，构建电压变化概率指标：
65、在满足日前电压优化控制中光伏无功调节机会约束式(13)的前提下，假设成立，即可在τ0时刻利用节点j光伏的无功调节能力将节点i电压控制至正常范围，则有
66、
67、将式(20)代入上式，得
68、
69、对上式进行变换后得
70、
71、式中：表示节点j光伏无功调节时节点i的电压变化概率指标；ρq(j)为节点j光伏无功调节置信水平，此处将其设定为节点j所属分区的电压变化概率阈值；由于式(23)是在的条件下成立，因此能够在满足上式即能够同时满足日前所有场景下分区内部电压控制需求和光伏无功调节机会约束的前提下划分节点j所属日前分区结构；
72、电压变化概率指标分区流程图见图1；
73、步骤2.4，最后，在电压分区的基础上，进行分区实时电压控制。
74、所述基于分布式光伏逆变器无功调节的配电网电压控制方法还根据分解协调原理对相邻分区之间的状态变量进行等效处理，将相邻分区之间的联络线等效加入对应的两分区中以实现区间解耦，并设定等效后相邻分区内部边界节点电压及边界传输功率相等的条件，使得能够在完成各分区内部电压控制的同时实现区间分布式协调求解，以达到全局电压协调控制效果；具体满足下述步骤和内容要求：
75、步骤一，首先进行电压灵敏度控制以将区间状态变量等效后分区内部的越限电压控制至正常范围；
76、设定分区cj内部τ时刻节点i的电压控制需求为
77、
78、式中：vi,τ为日前电压优化控制后τ时刻节点i的电压幅值；
79、步骤二，为了将分区内部所有节点电压控制至正常范围，取分区内部所有节点电压控制需求对应主导控制节点处光伏无功调整量的最大值，基于电压-无功灵敏度计算出分区cj内部τ时刻主导控制节点j光伏无功调整量为
80、
81、在式(25)所得结果中，若则光伏发出无功功率以抑制电压越下限；若则光伏吸收无功功率以抑制电压越上限；
82、步骤三，受到光伏最大无功容量的限制，在采取光伏无功补偿控制后未能满足分区内部电压控制需求时采取光伏有功削减控制以最终将分区内部所有节点电压控制至正常范围，基于电压-有功灵敏度计算出分区cj内部τ时刻主导控制节点j光伏有功削减量为
83、
84、式中：svp为电压-有功灵敏度矩阵，其中svp(i,j)t为τ时刻所属t时段节点j注入有功对节点i电压的灵敏度系数；
85、为了有效抑制光伏出力随机变化引起的节点电压不确定波动，采取无功跟踪控制利用光伏逆变器的动态无功调节能力来减轻光伏出力预测误差对节点电压的影响，并将光伏并网点电压跟踪控制至与所选取的分区内部主导观测节点电压相同；
86、由于主导观测节点电压幅值决定着控制后的分区内部整体电压水平，因此选取分区内部所有时段累积电压偏差最小的节点作为主导观测节点以尽可能减小控制后分区内部电压越限风险；分区内部主导观测节点选取条件的表达式为
87、
88、步骤四，假设节点o为所选取的分区cj内部主导观测节点，则能够将分区cj内部τ时刻任一光伏并网点j注入的复电流表示为
89、
90、式中：δoj,τ为τ时刻节点j复电压和节点o复电压之间的相位差；δppv,j,τ为τ时刻节点j光伏出力预测误差值；δqpv,j,τ为τ时刻节点j光伏无功调整量；
91、步骤五，将的实部和虚部分离可得满足线路电压降为零条件下的变换等式
92、
93、vo,τvj,τsinδoj,τ＝-xδppv,j,τ+rδqpv,j,τ (30)
94、式中：r、x分别为光伏并网点上游线路的电阻和电抗；
95、步骤六，将式(29)和(30)联立，得
96、
97、其中
98、
99、步骤七，由于从主导观测节点o到光伏并网点j之间线路上的电压降均为零，因此有vj,τ＝vo,τ，将其代入式(31)得
100、
101、求解上式得到减轻由光伏出力预测误差引起的节点电压不确定波动的分区cj内部τ时刻节点j光伏无功调整量为
102、
103、由式(34)能够知道，在无功跟踪控制中能够根据光伏出力不确定变化动态调整光伏无功补偿量，实现对节点电压不确定波动的抑制并将各光伏并网点电压跟踪控制至与分区内部主导观测节点电压相同；
104、但无功跟踪控制实质上为本地控制方式，易受到光伏最大无功容量限制从而难以满足实际无功补偿要求；因此当分区内部电压越限时优先进行电压灵敏度控制以实现功率电压控制的协调，当分区内部所有节点电压处于正常范围且光伏无功调节容量有剩余时再进行无功跟踪控制以抑制节点电压波动并规避电压越限风险；
105、由此，得τ时刻节点j光伏无功补偿总量的表达式为：
106、
107、其中
108、
109、式中：qpv,j,t为τ时刻所属t时段节点j光伏无功调节计划值。
110、本发明的有益效果为：
111、与现有技术相比，本发明提出了一种基于分布式光伏逆变器无功调节的配电网无功/电压分区控制方法，提出一种基于电压变化概率指标的配电网日前分区方法并采取分区实时电压控制手段以平抑电压的波动和越限。
112、相比依赖于模型的分布式电压控制方法，本发明方法具有更快的收敛速度和更优的控制收敛结果，且不受参数不精确问题影响，相比于集中式控制方法,本发明能够利用节点就地控制能力，具有更快的响应速度。
1.基于分布式光伏逆变器无功调节的配电网电压控制方法，其特征在于：
2.按照权利要求1所述基于分布式光伏逆变器无功调节的配电网电压控制方法，其特征在于：步骤2中计算电压变化概率指标的过程依次满足下述要求：
3.按照权利要求2所述基于分布式光伏逆变器无功调节的配电网电压控制方法，其特征在于：
4.按照权利要求3所述基于分布式光伏逆变器无功调节的配电网电压控制方法，其特征在于：
5.按照权利要求3所述基于分布式光伏逆变器无功调节的配电网电压控制方法，其特征在于：所述基于分布式光伏逆变器无功调节的配电网电压控制方法满足下述要求：
6.按照权利要求1-5其中之一所述基于分布式光伏逆变器无功调节的配电网电压控制方法，其特征在于：所述基于分布式光伏逆变器无功调节的配电网电压控制方法还根据分解协调原理对相邻分区之间的状态变量进行等效处理，将相邻分区之间的联络线等效加入对应的两分区中以实现区间解耦，并设定等效后相邻分区内部边界节点电压及边界传输功率相等的条件，使得能够在完成各分区内部电压控制的同时实现区间分布式协调求解，以达到全局电压协调控制效果；具体满足下述步骤和内容要求：
