一種阻抗自適應的逆變器無功電壓控制參數(shù)優(yōu)化方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及光伏逆變器無功電壓控制參數(shù)優(yōu)化領域，更具體地說是涉及一種含分 布式光伏的配電網(wǎng)中光伏逆變器的分區(qū)電壓控制及逆變器無功電壓控制參數(shù)的多目標優(yōu) 化方法。
【背景技術】
[0002] 隨著光伏發(fā)電技術的進步及國家政策的支持，分布式光伏發(fā)電得到快速發(fā)展，分 布式光伏安裝容量日益增加，配電網(wǎng)中分布式光伏朝著高滲透率、高密度方向發(fā)展。大量 分布式光伏接入配電網(wǎng)對電壓安全穩(wěn)定運行產(chǎn)生了重要影響，在現(xiàn)有含光伏的配電網(wǎng)的電 壓控制技術中，主要集中于配電站有載調(diào)壓器調(diào)壓措施、無功補償電容器組的投切、光伏限 功率運行三個方面，而對于高密度分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)自身的無功電壓調(diào)節(jié)能力則很少研 究。
[0003] 現(xiàn)有研究分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)電壓控制方面，大部分分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)處于不 可控的單位功率因數(shù)運行狀態(tài)，一部分具有定功率因數(shù)運行功能，或者運行于可調(diào)的功率 因數(shù)情形，但這些方法均不能根據(jù)光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)點電壓進行無功的實時調(diào)節(jié)以保證各 節(jié)點電壓均在電壓安全約束范圍內(nèi)。在采用V(Q)控制方法中，光伏逆變器的無功電壓控制 死區(qū)D兩端點對應的參數(shù)Vthl和Vth2通常采取關于1.Op.u.電壓標么值對稱的參數(shù)整定方 法，甚至部分研究直接根據(jù)經(jīng)驗確定該參數(shù)數(shù)值。實際中，因各個光伏安裝容量、位置及節(jié) 點負荷大小不同將會導致各分布式光伏并網(wǎng)點電壓所處水平不一致，即不同安裝位置的光 伏逆變器的V(Q)特性并不完全一致，故全網(wǎng)統(tǒng)一的逆變器控制參數(shù)優(yōu)化顯得不合理。目前 尚未有方法能進行在線實時的各逆變器參數(shù)的整定，尤其當有兩臺及以上逆變器并聯(lián)接入 同一公共連接點時，此時逆變器無功電壓V(?控制參數(shù)的整定成為難點。
[0004] 在含高密度分布式光伏的配電網(wǎng)中，迫切需要提出一種不僅能控制配電網(wǎng)電壓安 全穩(wěn)定的方法，同時還能在線實時進行逆變器的參數(shù)整定的方法。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005] 針對現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種阻抗自適應的逆變器無功電壓 控制參數(shù)優(yōu)化方法，通過epsilon解耦算法實現(xiàn)配電網(wǎng)中分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的分區(qū)控 制，各分區(qū)內(nèi)部通過無功電壓的V(Q)控制，以全年電壓偏差最小、無功需求量最小及全年 無功損耗最小為目標函數(shù)實現(xiàn)各逆變器V(?控制參數(shù)的優(yōu)化整定，采用年時序仿真考慮 了分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)和負荷的波動性和隨機性。
[0006] 本發(fā)明解決上述技術問題所采用的技術方案如下：
[0007] 本阻抗自適應的逆變器無功電壓控制參數(shù)優(yōu)化方法的特點是按如下步驟進行：
[0008] 步驟1、對含分布式光伏的配電網(wǎng)進行潮流計算，得到含有M個PQ節(jié)點及一個平衡 節(jié)點的配電網(wǎng)的Jacobi矩陣JM，M為正整數(shù)，所述配電網(wǎng)的總節(jié)點數(shù)為M+1 ;
[0009] 所述配電網(wǎng)的Jacobi矩陣JM按如下方式計算得到：
[0010] (1)、獲取所述配電網(wǎng)的電氣參數(shù)，所述電氣參數(shù)包括線路阻抗、各節(jié)點負荷有功 及無功分量、系統(tǒng)電壓等級、光伏安裝容量、逆變器功率因數(shù)運行范圍、年小時輻照強度及 環(huán)境溫度；
[0011] ⑵、利用所述電氣參數(shù)根據(jù)Newtown-Raphson算法進行配電網(wǎng)潮流計算，得到配 電網(wǎng)線性化的節(jié)點功率方程如式（1):
[0012]
[0013] 式⑴中：
[0014] AS和AV分別為配電網(wǎng)PQ節(jié)點的電壓相角變化量和電壓幅值變化量；
[0015] AP和AQ分別為配電網(wǎng)PQ節(jié)點注入的有功功率變化量和無功功率變化量；
[0016] S5P和SVP分別為配電網(wǎng)PQ節(jié)點的有功電壓相角靈敏度矩陣和有功電壓幅值靈敏 度矩陣；
[0017] S5Q和SVQ分別為配電網(wǎng)PQ節(jié)點的無功電壓相角靈敏度矩陣和無功電壓幅值靈敏 度矩陣；
[0018] 則Jacobi矩陣JM為：
[0019] 步驟2、對于所述Jacobi矩陣JM中的無功電壓幅值靈敏度矩陣SVQ按行進行歸一 化，得到歸一化矩陣S'VQ，并對所述歸一化矩陣S'VQ進行epsilon解親計算，具體按如下 步驟進行：
[0020] ⑴、矩陣SVQ表征為：SVQ=[sJmxm，Sl]為矩陣SVQ第i行第j列的元素，則有：
[0021]
[0022] 記KpK2~IV"KM依次為矩陣SVQ中各行元素絕對值的最大值，并對矩陣SVQ各行 按s'sij/Ki進行歸一化，得到歸一化矩陣S'VQ，S' VQ= [s'i.j]MXM;其中：i，?]?= 1，2,…，M，所述矩陣SVQ和矩陣S'VQ均為M維矩陣；
[0023] (2)、對所述歸一化矩陣S' %按如下過程進行epsilon解耦計算得到強耦合性節(jié) 點矩陣卻Q :設定閾值e，并按式（2)對矩陣S'VQ進行epsilon解耦計算得到強耦合性節(jié) 點矩陣
[0024]
(2)
[0025] 若S' VQ中元素s' i.j為：|s' 。| <e，則令s'0 ;
[0026] 若S' VQ中元素s' 1]=為|s' J彡e，則保持s' ^原先數(shù)值；式Q中各元素均 大于e，eSR為殘差矩陣，SR*各元素均小于或等于1 ;
[0027] (3)、矩陣起Q通過式⑶的行列置換矩陣W的變換得到由N個分塊矩陣W"An 構(gòu)成的對角矩陣乂義g=辦嘆丨冬4,…，.'\丨，0<
[0028]
(3)
[0029] 式（3)中，行列置換矩陣W由深度優(yōu)先搜索DFS算法計算得到；
[0030] (4)、采用線性遞增法確定最優(yōu)閾值ep:
[0031] 選取e滿足s'min彡e彡s' _，取e從s'min開始按照步長Ae= 〇?Is'max 進行線性遞增，重復步驟2中（2)至（3)的過程，計算不同e下矩陣S'VQ的印silon解耦計 算，當首次計算得到所有分塊矩陣Ai、A2~AN的維數(shù)均不超過矩陣S'VQ維數(shù)的15% -20% 時，確定此時的e為最優(yōu)閾值ep;s'min和s' _分別為矩陣S'VQ中元素s' ^的最小 元素和最大元素；
[0032] (5)、由所述行列置換矩陣W及最優(yōu)閾值ep對矩陣S' %進行最優(yōu)epsilon分解 得到最優(yōu)對角矩陣；|為：
[003^1
[0034] 所述最優(yōu)對角矩陣的^中N個分塊矩陣A2，…，AN分別一一對應將配電網(wǎng)中M個 PQ節(jié)點劃分到N個相互獨立且不重疊的子區(qū)域隊，82，…，BNft，且在配電網(wǎng)同一子區(qū)域中的 各節(jié)點視為電壓無功強耦合點，不同子區(qū)域之間各節(jié)點則具有弱耦合性；
[0035] 步驟3、所述配電網(wǎng)中N個相互獨立且不重疊的子區(qū)域隊，B2，…，BN內(nèi)逆變器均采 用無功電壓V(?控制方法進行光伏并網(wǎng)點的電壓調(diào)節(jié)；
[0036] 步驟4、采用由逆變器向配電網(wǎng)注入低頻諧波電流的阻抗自適應方法在線實時測 量各逆變器接入點短路阻抗Z，并由測量得到的阻抗Z與根據(jù)式（4)的阻抗自適應特性曲線 D=f(Z)確定無功電壓V(Q)控制的死區(qū)寬度D:
[0037]
[0038]式⑷中，0_和D_分別為逆變器死區(qū)寬度最小值和最大值，取D_=0,D_= 0. 2p.u.，ZJPZ"分別表示阻抗自適應下垂區(qū)間的最小值和最大值，ZJPZH由通過實際測 量獲得的逆變器并網(wǎng)點短路阻抗最小值和最大值確定；
[0039] 所述由逆變器向配電網(wǎng)注入低頻諧波電流的阻抗自適應方法在線實時測量各逆 變器接入點短路阻抗Z是按如下過程進行：
[0040] 通過逆變器向配電網(wǎng)注入低頻諧波電流，并在線實時測量逆變器并網(wǎng)點處的電壓 向量及電流向量，按式（5)計算得到該時刻逆變器的接入點短路阻抗Z:
[0041 ]
[0042] 式（5)中，V和I分別為逆變器并網(wǎng)點處電壓及電流幅值，辦和科分別為逆變器并 網(wǎng)點處電壓相角和電流相角，心和"分別為電網(wǎng)電阻和電抗分量，co為注入諧波次數(shù)；
[0043] 步驟5、在含有2臺及以上的逆變器并聯(lián)接入配電網(wǎng)時，采用具有諧波補償功能的 逆變器依次向配電網(wǎng)注入低頻諧波電流的方法測量各逆變器接入點短路阻抗Z，所述逆變 器具有的諧波補償功能由比例諧振控制器單元實現(xiàn)；所述比例諧振控制器單元的傳遞函數(shù) Gconp (s)為：
[0044]