一種光伏電站無(wú)功分組調(diào)節(jié)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種光伏電站無(wú)功分組調(diào)節(jié)方法，屬于分布式電源控制技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 分布式能源發(fā)電是解決當(dāng)前能源短缺、環(huán)境污染的重要舉措之一。然而，隨著分布 式能源發(fā)電大規(guī)模的接入電網(wǎng)，分布式電源出力的隨機(jī)性、間歇性和波動(dòng)性給電網(wǎng)的安全 穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)了一些負(fù)面影響，而通過無(wú)功調(diào)節(jié)能夠明顯降低電能損耗、提高系統(tǒng)電壓質(zhì) 量，對(duì)保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義。
[0003] 目前傳統(tǒng)的無(wú)功分區(qū)方法主要包括圖論法、靈敏度法、人工智能法。但這些方法 都針對(duì)傳統(tǒng)發(fā)電系統(tǒng)，而并未考慮到分布式發(fā)電的隨機(jī)性與波動(dòng)性，從而不能準(zhǔn)確地分析 其對(duì)電力系統(tǒng)的影響，因此有必要對(duì)光伏發(fā)電的出力與負(fù)荷相關(guān)性進(jìn)行準(zhǔn)確的分析。目前 粒子群優(yōu)化算法PSO已廣泛應(yīng)用于無(wú)功優(yōu)化計(jì)算領(lǐng)域，但是PSO在理論上存在一個(gè)明顯的 缺陷，即當(dāng)PSO應(yīng)用于高維復(fù)雜的優(yōu)化問題時(shí)，容易過早收斂以及陷入局部最優(yōu)，因而不能 保證算法收斂到全局最優(yōu)，尤其隨著系統(tǒng)規(guī)模的增大，計(jì)算復(fù)雜性的極大增加將導(dǎo)致"維數(shù) 災(zāi)"問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種光伏電站無(wú)功分組調(diào)節(jié)方法，以解決目前光伏電站無(wú)功 調(diào)節(jié)中隨著系統(tǒng)規(guī)模增大導(dǎo)致計(jì)算復(fù)雜性極大增加的問題。
[0005] 本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題提供了一種光伏電站無(wú)功分組調(diào)節(jié)方法，該調(diào)節(jié)方法 包括以下步驟：
[0006] 1)將調(diào)度下發(fā)的目標(biāo)值轉(zhuǎn)換為無(wú)功功率目標(biāo)值Qraf，并根據(jù)電站的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)計(jì)算 出待分配的無(wú)功調(diào)節(jié)指令A(yù)Q ;
[0007] 2)計(jì)算光伏電站中各負(fù)荷節(jié)點(diǎn)之間的靈敏度距離，根據(jù)靈敏度距離對(duì)負(fù)荷節(jié)點(diǎn)進(jìn) 行分組；
[0008] 3)計(jì)算各發(fā)電單元出力與負(fù)荷的相關(guān)性，通過比較與各組負(fù)荷節(jié)點(diǎn)相關(guān)系數(shù)的大 小進(jìn)行歸并，以形成不同的發(fā)電節(jié)點(diǎn)；
[0009] 4)利用多目標(biāo)無(wú)功優(yōu)化算法建立無(wú)功優(yōu)化模型，求解該模型，計(jì)算出每個(gè)發(fā)電節(jié) 點(diǎn)待分配的無(wú)功調(diào)節(jié)指令Q rafl;
[0010] 5)將各發(fā)電節(jié)點(diǎn)待分配的無(wú)功調(diào)節(jié)指令Qrafl進(jìn)行分配，根據(jù)各發(fā)電節(jié)點(diǎn)下逆變器 的開機(jī)個(gè)數(shù)和當(dāng)前運(yùn)行狀況計(jì)算各逆變器的無(wú)功指令Q invlS功率因數(shù)指令cos θ ιηνι，并將 其下發(fā)給對(duì)應(yīng)的逆變器。
[0011] 所述步驟2)中采用電壓/無(wú)功靈敏度表示負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的單位無(wú)功變化對(duì)其他負(fù)荷 節(jié)點(diǎn)電壓幅值的影響程度，即得出兩負(fù)荷節(jié)點(diǎn)間電壓幅值變化量AV對(duì)無(wú)功功率變化量 A Q的靈敏度矩陣Svq，計(jì)算兩節(jié)點(diǎn)i、j之間的靈敏度距離Du，
[0012]
[0013]
[0014] 其中N為負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)。
[0015] 所述步驟1)中負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的分組方法為：
[0016] A.計(jì)算各負(fù)荷節(jié)點(diǎn)兩兩之間的距離，構(gòu)成一個(gè)對(duì)稱距離矩陣D1];
[0017] B.選擇Dlj中的非對(duì)角上的最小元素，將該對(duì)角元素對(duì)應(yīng)的兩個(gè)組合成一個(gè)新組， 同時(shí)在Dlj中消去對(duì)應(yīng)的行和列；
[0018] C.計(jì)算新組與剩下的未合并的組之間的距離，組成一個(gè)行矩陣和一個(gè)列矩陣，將 這兩個(gè)矩陣并入D1,，更新距離矩陣D 1];
[0019] D.重復(fù)步驟B-C，直至達(dá)到設(shè)定的組數(shù)。
[0020] 所述步驟3)中是運(yùn)用各個(gè)發(fā)電單元無(wú)功出力和負(fù)荷節(jié)點(diǎn)之間的相關(guān)性來(lái)衡量每 個(gè)發(fā)電單元對(duì)負(fù)荷的影響，根據(jù)負(fù)荷節(jié)點(diǎn)分組結(jié)果，比較發(fā)電單元與各負(fù)荷分組的相關(guān)系 數(shù)R 1/直大小，將發(fā)電單元?jiǎng)澐值脚c它相關(guān)性最強(qiáng)的負(fù)荷節(jié)點(diǎn)所在分組中，保證區(qū)域內(nèi)發(fā)電 單元對(duì)負(fù)荷的強(qiáng)耦合關(guān)系，最終形成不同的發(fā)電節(jié)點(diǎn)。
[0021] 所述步驟2)中相關(guān)性系數(shù)的計(jì)算公式為：
[0022]
[0023] 其中R1,為第i個(gè)發(fā)電單元實(shí)際無(wú)功出力與第j個(gè)負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的相關(guān)系數(shù)，t為時(shí)間， η為數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)，Xlt為第i個(gè)發(fā)電單元在t時(shí)刻的實(shí)際出力，Y jt為第j個(gè)負(fù)荷節(jié)點(diǎn)在t時(shí)刻 的實(shí)際負(fù)荷大小，無(wú)為第i個(gè)發(fā)電單元在時(shí)間段內(nèi)所有樣本的平均值，ξ為第j個(gè)負(fù)荷節(jié) 點(diǎn)在時(shí)間段內(nèi)所有樣本的平均值。
[0024] 所述步驟4)建立的無(wú)功優(yōu)化模型以電壓偏差最少、有功損耗為最小為目標(biāo)函數(shù)， 即：
[0025] F = ^(X11X2)+f^X1, X2)
[0026] 其中 (X1, X2) = Ploss, f2 (X1, X2) = du，義丨=["二，0;,.]，A = ["/ ]，
[0027] Plciss為有功功率損耗，du為電壓偏差，Upv為各發(fā)電單元的電壓矢量，Qpv為各 發(fā)電單元的無(wú)功出力矢量，U 1S負(fù)荷節(jié)點(diǎn)電壓矢量，U11為第i個(gè)負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的電壓值，U11. -SU llSUll^i = 1，2，..·^ U11.隨與UH._分別為負(fù)荷節(jié)點(diǎn)電壓的上下限值，NgN1 分別為發(fā)電單元數(shù)與負(fù)荷節(jié)點(diǎn)。
[0028] 所述步驟4)中模型的求解采用分層多粒子群算法，將控制變量X1 為粒子群中粒子的位置，其中各發(fā)電單元無(wú)功出力與電壓的最大、最小值構(gòu)成了位置解的 可行域。
[0029] 所述分層多粒子群算法的求解過程如下：
[0030] a第一層優(yōu)化時(shí)，所得L個(gè)分組對(duì)應(yīng)L個(gè)子群，運(yùn)用隨機(jī)選擇法分別對(duì)每個(gè)子群進(jìn) 行最優(yōu)化計(jì)算，得出整體極值Gi (i = 1，2,…L);
[0031] b第二層接收傳入的L個(gè)整體極值G1，進(jìn)行分組之間的協(xié)調(diào)和第二次優(yōu)化，得到全 局最優(yōu)解Gbf3st;
[0032] c如果滿足迭代結(jié)束條件，輸出最優(yōu)結(jié)果Gtest，包括各發(fā)電單元無(wú)功出力與電壓控 制變量的取值，狀態(tài)變量負(fù)荷節(jié)點(diǎn)電壓值的數(shù)據(jù)以及對(duì)應(yīng)的有功功率損耗與電壓偏差值， 不滿足則根據(jù)迭代公式更新粒子的飛行速度，重新計(jì)算目標(biāo)函數(shù)值并更新粒子群i的整體 極值G 1，把該位置向量解傳送到第二層，轉(zhuǎn)到步驟b繼續(xù)計(jì)算。
[0033] 所述各發(fā)電節(jié)點(diǎn)待分配的無(wú)功調(diào)節(jié)指令Qrafl采用等無(wú)功功率的調(diào)節(jié)方式進(jìn)行分 配。
[0034] 所述計(jì)算得到的無(wú)功指令QinvlS功率因數(shù)指令cos Θ ^^通過組播的方式群發(fā)給 對(duì)應(yīng)的逆變器。
[0035] 本發(fā)明的有益效果是：該方法首先對(duì)負(fù)荷節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分組；然后根據(jù)發(fā)電出力與負(fù) 荷的相關(guān)性來(lái)對(duì)站內(nèi)發(fā)電單元進(jìn)行歸并計(jì)算，形成不同的發(fā)電節(jié)點(diǎn)，使系統(tǒng)的整體出力能 夠在最大程度上跟蹤當(dāng)?shù)氐呢?fù)荷；采用多目標(biāo)無(wú)功優(yōu)化算法建立目標(biāo)函數(shù)，利用分層多粒 子群優(yōu)化算法對(duì)各發(fā)電節(jié)點(diǎn)的無(wú)功目標(biāo)值進(jìn)行求解，計(jì)算出每個(gè)發(fā)電節(jié)點(diǎn)待分配的無(wú)功調(diào) 節(jié)指令〇^ 1;將各發(fā)電節(jié)點(diǎn)待分配的無(wú)功調(diào)節(jié)指令Qrafl進(jìn)行分配，根據(jù)各發(fā)電節(jié)點(diǎn)下逆變 器的開機(jī)個(gè)數(shù)和當(dāng)前運(yùn)行狀況計(jì)算各逆變器的無(wú)功指令Q invlS功率因數(shù)指令cos θ ιηνι，并 將其下發(fā)給對(duì)應(yīng)的逆變器。本發(fā)明在對(duì)發(fā)電單元進(jìn)行分組時(shí)通過計(jì)算發(fā)電單元出力與負(fù)荷 的相關(guān)性，從而減少更多的不可控性和不確定性，可有效提高分組的準(zhǔn)確性；在優(yōu)化時(shí)考慮 分組結(jié)果，采用多粒子群分層優(yōu)化算法，把大規(guī)模系統(tǒng)分解為各個(gè)子系統(tǒng)單獨(dú)進(jìn)行優(yōu)化，然 后對(duì)各子系統(tǒng)的優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行全系統(tǒng)第二次優(yōu)化，降低了系統(tǒng)優(yōu)化變量的維數(shù)和復(fù)雜性， 避免了大量無(wú)效解的產(chǎn)生，從而提高逆變器無(wú)功分配的精度和速度。
【附圖說明】
[0036] 圖1是本發(fā)明光伏電站無(wú)功分組調(diào)節(jié)方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0037] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】做進(jìn)一步的說明。
[0038] 本發(fā)明首先基于負(fù)荷節(jié)點(diǎn)之間的電氣距離，運(yùn)用聚類分析方法對(duì)負(fù)荷節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分 組；然后考慮光伏發(fā)電出力與負(fù)荷的相關(guān)性來(lái)對(duì)站內(nèi)發(fā)電單元進(jìn)行歸并計(jì)算，從而形成不 同的發(fā)電節(jié)點(diǎn)，使系統(tǒng)的整體出力能夠在最大程度上跟蹤當(dāng)?shù)氐呢?fù)荷；運(yùn)用分層多粒子群 優(yōu)化算法對(duì)各發(fā)電節(jié)點(diǎn)的無(wú)功目標(biāo)值進(jìn)行求解，并將求解出的無(wú)功目標(biāo)值下發(fā)給各發(fā)電節(jié) 點(diǎn)內(nèi)逆變器，實(shí)現(xiàn)光伏電站的全站最優(yōu)調(diào)節(jié)。該方法的實(shí)現(xiàn)流程如圖1所示，具體實(shí)施過程 如下。
[0039] 1.將電壓定值或調(diào)度下發(fā)的目標(biāo)指令轉(zhuǎn)換為無(wú)功功率目標(biāo)值Q"f，并根據(jù)電站的 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)計(jì)算出待分配的無(wú)功調(diào)節(jié)指令A(yù) Q。判斷A Q與站內(nèi)SVG的容量XQsvg的大小，若 AQ彡XQsvg，只調(diào)節(jié)SVG即可滿足無(wú)功需求；若AQ > XQsvg，AQ與XQsvg相比得到的剩 余的無(wú)功需求A Qinv由并網(wǎng)逆變器來(lái)提供。
[0040] 2.對(duì)光伏電站中負(fù)荷節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分組處理
[0041] 負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的分組方法為：
[0042] 首先采用電壓/無(wú)功靈敏度表示負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的單位無(wú)功變化對(duì)其他負(fù)荷節(jié)點(diǎn)電壓 幅值的影響程度，即得出兩負(fù)荷節(jié)點(diǎn)間電壓幅值變化量A V對(duì)無(wú)功功率變化量AQ的靈敏 度矩陣Svq，根據(jù)該靈敏度矩陣計(jì)算兩節(jié)點(diǎn)之間的靈敏度距離Du。
[0043]
[0044]
[0045] 然后根據(jù)負(fù)荷節(jié)點(diǎn)之間的靈敏度距離D1,，運(yùn)用聚類算法對(duì)負(fù)荷節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分組處 理。將所有負(fù)荷節(jié)點(diǎn)都獨(dú)自作為一個(gè)組存在，每步合并距離最小的兩個(gè)組，即將節(jié)點(diǎn)歸并到 與它的最大電氣距離所在所有節(jié)點(diǎn)集合中為最小的那個(gè)節(jié)點(diǎn)集合，直至最終聚類個(gè)數(shù)滿足 要求，完成對(duì)負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的分組。具體實(shí)現(xiàn)步驟如下：
[0046] A.將N個(gè)負(fù)荷節(jié)點(diǎn)作為N個(gè)組單獨(dú)存在，計(jì)算兩兩之間的距離，以形成一個(gè)對(duì)稱距 離矩陣D#
[0047] B.選擇距離矩陣Dlj中的非對(duì)角上的最小元素，將該對(duì)角元素對(duì)應(yīng)的兩個(gè)組合成 一個(gè)新組，同時(shí)在矩陣D 1,中消去對(duì)應(yīng)的行和列。
[0048] C.計(jì)算新組與剩下的未合并的組之間的距離，組成一個(gè)行矩陣和一個(gè)列矩陣，將 這兩個(gè)矩陣并入D1,，更新距離矩陣D u，此時(shí)，該距離矩陣D1,為N-I階方陣。
[0049] D.重復(fù)步驟B-C，直至距離矩陣Dl j的階數(shù)達(dá)到預(yù)定的組數(shù)為止。
[0050] 3.將光伏電站中的各發(fā)電單元?jiǎng)澐殖砂l(fā)電節(jié)點(diǎn)
[0051] 該過程首先計(jì)算各個(gè)發(fā)電單元出力與負(fù)荷的相關(guān)性，然后通過比較與各組負(fù)荷節(jié) 點(diǎn)相關(guān)系數(shù)大小進(jìn)行歸并，以形成不同的發(fā)電節(jié)點(diǎn)。
[0052] 運(yùn)用各個(gè)發(fā)電單元無(wú)功出力和負(fù)荷節(jié)點(diǎn)之間的相關(guān)性來(lái)衡量每個(gè)發(fā)電單元對(duì)負(fù) 荷的影響，這里用相關(guān)系數(shù)R 1,來(lái)表示發(fā)電單元無(wú)功出力和負(fù)荷節(jié)點(diǎn)之間的相關(guān)性，相關(guān)系 數(shù)M勺計(jì)算公式為：
[0053]
[0054] 其中R1,為第i個(gè)發(fā)電單元實(shí)際無(wú)功出力與第j個(gè)負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的相關(guān)系數(shù)，t為時(shí)間， η為數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)，Xlt為第i個(gè)發(fā)電單元在t時(shí)刻的實(shí)際出力，Y jt為第j個(gè)負(fù)荷節(jié)點(diǎn)在t時(shí)刻 的實(shí)際負(fù)荷大小，^為第i個(gè)發(fā)電單元在時(shí)間段內(nèi)所有樣本的平均值，ξ為第j個(gè)負(fù)荷節(jié) 點(diǎn)在時(shí)間段內(nèi)所有樣本的平均值。
[0055] 根據(jù)負(fù)荷節(jié)點(diǎn)分組結(jié)果，比較發(fā)電單元與各符合分組的相關(guān)系數(shù)R1,值大小，將發(fā) 電單元?jiǎng)澐值脚c它相關(guān)性最強(qiáng)的負(fù)荷節(jié)點(diǎn)所在的分組中，以保證區(qū)域內(nèi)發(fā)電單元對(duì)負(fù)荷的 強(qiáng)偶合關(guān)系，最終形成不同的發(fā)電節(jié)點(diǎn)。
[0056] 4.運(yùn)用多目標(biāo)無(wú)功優(yōu)化算法
[0057] 本實(shí)施例中多目標(biāo)無(wú)功優(yōu)化算法的無(wú)功優(yōu)化模型以電壓偏差最少、有功損耗最小 為目標(biāo)函數(shù)：F = (X1, X2) +f2 (X1, X2)
[0058] 其中，(X1, X2) = Plciss, f2 (X1, X2) = du，Plciss為有