CN110034565A - 一种基于同步向量信息的配电网馈线负荷实时控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及配电网分布式能源就地消纳技术，具体涉及一种基于同步向量信息的配电网馈线负荷实时控制方法，包括以下步骤，步骤1、基于配电网中负荷功率与母线电压之间耦合关系，建立电抗器的配电网馈线功率控制模型；步骤2、建立基于PMU测量信息的负荷控制模型；步骤3、通过设置死区以及计算增益系数实现配电网的反馈控制。该控制方法能够有效提高配电网的快速调节能力，以应对高比例光伏的功率波动性，从而，提高配电网的光伏消纳能力。通过PMU量测信息对光伏的瞬变进行平抑，在控制对象中利用电压‑有功功率耦合特性进行控制，避免了对负荷的启停控制。
Description
技术领域
本发明属于配电网分布式能源就地消纳技术领域，尤其涉及一种基于同步向量信息的配电网馈线负荷实时控制方法。
背景技术
高比例分布式光伏的接入能够有效提高配电网的经济效益，同时大大降低碳排放，具有显著的环境保护效应。随着接入配电网的光伏容量大幅提升，新能源出力的波动性也对配电网的调节灵活性提出了新的要求。光伏的出力受到温度、光照强度等环境因素影响，其出力具有较强的随机性与波动性。在大量接入光伏前，配电网中仅在负荷侧存在波动性，而负荷波动的规律性较强，且负荷功率预测技术已相对成熟，因此现有配电网的灵活性调节的需求并不大。分布式光伏的大量接入给源侧也带来了随机性。而且，光伏出力的预测精度目前尚不高。光伏出力的强瞬变性将导致配电网的运行点范围显著扩大。如果配电网缺乏有效的灵活调节手段应对光伏的出力波动，就会出现设备利用率偏低、电压频繁越界等问题。该问题甚至会导致配电网中出现弃光，造成新能源的浪费。而现有的配电网在规划阶段并未考虑配电网中会接入大量的分布式光伏，因此，分布式光伏的接入会给配电网的正常运行带来严峻的挑战。
丰富配电网的灵活调节手段，提升配电网的灵活性用以应对比例日益增高的分布式光伏的出力波动性，对于提高配电网的运行经济性和新能源消纳能力至关重要。然而，与主网不同，配电网中并没有大量的发电机，其可调节的手段相对主网而言十分匮乏。分布式电源如柴油发电机和CHP机组的调节是配电网调节的重要手段。然而，柴油发电机、CHP机组和储能的造价都十分昂贵。专门的加装这些设备应对光伏波动性并不合算。
此外，有研究提出可以调节光伏的出力，作为配电网的调节手段。但是这种调节负荷开关的调节手段为离散性的调节手段，通常是用在较长时间尺度的潮流优化，对于光伏功率的快速连续波动并不适用。
事实上，配电网的负荷具有十分可观的调节潜力。如果能够挖掘负荷的调节潜力，能够大幅提升配电网的调节灵活性。配电网的负荷侧需求响应也是目前的研究重点。传统方法都是依靠电价激励实现配电网的需求侧响应。在配电网需要负荷降低时提高电价，引导用户少用电。在配电网需要负荷增加时，降低电价，刺激用户多用电。但是，这类基于电价激励的负荷需求侧响应，受负荷的调节意愿影响较大。电网侧发出调节需求后，并无法确定会有多少负荷参与响应。而且，这种负荷需求侧响应的速度慢。因此，该方法适合解决长时间尺度的潮流优化问题。而对于提高配电网的调节灵活性解决新能源功率波动的实时平抑问题，该方法并不适用。
随着分布式光伏比例的大幅提高，提高配电网的调节灵活性以实现分布式光伏出力波动的实时平抑至关重要。分布式光伏出力快速波动会导致配电网的运行点大幅度偏移，不确定性强，增高了变压器的过载风险。电网为了确保设备不过载，会为设备预留较多裕度，设备负载率低。另外，光伏出力的快速波动也会导致配电网的电压频繁越界。
发明内容
本发明的目的是提供一种实现配电网中高比例光伏功率波动的实时就地平抑的方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于同步向量信息的配电网馈线负荷实时控制方法，包括以下步骤：
步骤1、基于配电网中负荷功率与母线电压之间耦合关系，建立电抗器的配电网馈线功率控制模型；
步骤2、建立基于PMU测量信息的负荷控制模型；
步骤3、通过设置死区以及计算增益系数实现配电网的反馈控制。
在上述的基于同步向量信息的配电网馈线负荷实时控制方法中，步骤1的实现包括在馈线上串联电抗器，串联电抗器将负荷端点的电压作为反馈量来实现馈线电压的闭环控制。
在上述的基于同步向量信息的配电网馈线负荷实时控制方法中，步骤2的实现包括采用PMU测量光伏有功功率输出信号，并将此信号作为反馈控制的输入信号叠加在馈线电压的闭环控制上，用来调节负荷端点的电压参考值；根据电压参考值调整电抗器的电抗值实现对馈线负荷电压的调整，用于补偿光伏有功功率的波动。
在上述的基于同步向量信息的配电网馈线负荷实时控制方法中，步骤3所述死区的上阈值和下阈值分别设为0.92PPV-min和1.08PPV-max，PPV-min为光伏的最小出力，PPV-max为光伏的最大出力。
本发明的有益效果：通过PMU量测信息对光伏的瞬变进行平抑，在控制对象中利用电压-有功功率耦合特性进行控制，避免了对负荷的启停控制。新能源的功率波动通过PMU量测，并作为反馈输入信号实时闭环调整负荷功率，跟踪平抑新能源功率波动，能够有效提高配电网的快速调节能力，以应对高比例光伏的功率波动性，从而，提高配电网的光伏消纳能力。
附图说明
图1是本发明一个实施例负荷有功功率响应电压变化曲线；
图2是本发明一个实施例典型含分布式光伏配电网***；
图3是本发明一个实施例闭环反馈控制逻辑框架；
图4是本发明一个实施例增益参数K计算示意图；
图5是本发明一个实施例某配电网拓扑结构；
图6(a)是本发明一个实施例光伏波动1分钟控制场景中光伏实际功率曲线；
图6(b)是本发明一个实施例光伏波动1分钟控制场景中电压调节量对比；
图6(c)是本发明一个实施例光伏波动1分钟控制场景中控制前后F9馈线母线电压调节量对比；
图6(d)是本发明一个实施例光伏波动1分钟控制场景中控制前后F9馈线有功功率；
图6(e)是本发明一个实施例光伏波动1分钟控制场景中控制前后主变侧
图7(a)是本发明一个实施例多分钟光伏间断波动场景中光伏实际功率曲线；
图7(b)是本发明一个实施例多分钟光伏间断波动场景中电压调节量对比；
图7(c)是本发明一个实施例多分钟光伏间断波动场景中控制前后电压调节量对比；
图7(d)是本发明一个实施例多分钟光伏间断波动场景中控制前后F9馈线有功功率；
图7(e)是本发明一个实施例多分钟光伏间断波动场景中控制前后主变侧功率对比；
图8(a)是本发明一个实施例多分钟光伏连续波动场景中光伏实际功率曲线；
图8(b)是本发明一个实施例多分钟光伏连续波动场景中电压调节量对比；
图8(c)是本发明一个实施例多分钟光伏连续波动场景中控制前后电压调节量对比；
图8(d)是本发明一个实施例多分钟光伏连续波动场景中控制前后F9馈线有功功率；
图8(e)是本发明一个实施例多分钟光伏连续波动场景中控制前后主变侧功率对比；
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式进行详细描述。
本实施例提出了一种基于同步向量信息的配电网馈线负荷实时控制方法，以实现配电网中高比例光伏功率波动的实时就地平抑。将PMU量测信息用作闭环反馈的输入信号，实现配电网负荷的功率闭环控制。利用PMU量测信息，为控制的快速性创造了了条件。同时，PMU能够提供远方的同步信息，为具备可调潜力的配电网可控负荷通过闭环控制跟踪平抑光伏出力的波动提供了可行性。基于PMU的负荷闭环控制方法，能够有效提高配电网的快速调节能力，以应对高比例光伏的功率波动性，从而，提高配电网的光伏消纳能力。
本实施例是通过以下技术方案来实现的，一种基于同步向量信息的配电网馈线负荷实时控制方法，包括以下步骤：
步骤1，基于配电网中负荷功率与母线电压之间的耦合关系，提出了通过饱和电抗器的配电网馈线功率控制模型。
步骤2，提出了一种基于PMU信息的负荷直接控制策略，通过合理设置死区以及计算增益系数，从而实现配电网的反馈控制。
步骤3，以实际含分布式光伏配电网网络作为算例，分别针对一分钟内光伏向下和向上的波动，运用所提出的控制策略进行控制。
步骤4，针对光伏多分钟连续波动的场景，通过参考值在线变更的策略实现对波动的有效平抑。
具体实施的步骤：
1.配电网的负荷功率控制
1.1配电网负荷的有功-电压耦合特性
配电网中的负荷功率与母线电压幅值存在耦合关系，如式(1)所示。
P＝P0Ua (1)
其中P是负荷的功率，P0是初始状态下的负荷功率。U是负荷母线电压的幅值，指数a反映了综合负荷对母线电压变化的敏感度。有文献列举了不同负荷的电压依赖系数。对于配电网综合负荷而言，该参数为配电网中各类负荷加权平均后的综合系数。该值通常在0.5～1.8之间。
通过PMU能够量测负荷的母线电压U和该母线电压条件下对应的负荷有功功率P。通过最小二乘，能够辨识出配电网的综合负荷的电压依赖系数a。需要说明的是，影响配电网的负荷有功变化的因素很多。例如，工厂生产线的启停、商场空调的启停等等都可能造成配电网负荷功率的变化。但是这类的负荷功率变化在秒级的时间尺度可以忽略不计。因此，在辨识系数a时，应当在调压设备调压过程中同时记录负荷母线电压和负荷有功功率的变化。表1列出了在变压器分接头调节过程中的负荷母线电压和负荷有功功率的变化情况。在秒级的电压调节过程中，负荷有功的变化仅与负荷母线的电压变化有关。
表1
| 变压器档位 | 母线电压 | 负荷功率 |
| 5 | 1.0500 | 1.0205 |
| 6 | 1.0375 | 1.0004 |
| 7 | 1.0247 | 0.9805 |
| 8 | 1.0120 | 0.9597 |
| 9 | 1.0015 | 0.9439 |
通过最小二乘法对式(1)中的参数a进行辨识，根据表1中数据参数a为1.583。负荷有功功率与母线电压之间的数量关系如表1所示。
基于配电网的有功-电压模型，通过调整配电网负荷母线电压，能够实现配电网负荷功率的直接控制。图1表示了当a取1.583时负荷有功功率与母线电压的耦合关系。与离散式的切负荷方式不同，由于电压控制能够实现连续控制，因此该负荷控制方法能够实现负荷功率的连续控制。由于光伏的功率波动是连续的，通过电压调节控制负荷功率的方法，用于平抑高比例的新能源功率波动十分奏效。
1.2配电网的馈线电压控制方法
通过调节配电网的负荷电压，能够实现配电网负荷有功的连续控制，平抑光伏功率波动的就地平抑。
负荷控制平抑新能源功率波动如图2所示。当馈线F4中接入的光伏功率波动时，通过调节其他馈线的负荷功率能够有效平抑光伏波动。负荷功率调整是通过调整馈线电压实现，如图2中的母线1、母线2或母线3的电压调节。需要指出的是，母线5的电压并不希望调整。因为如果调整母线5的电压，则该母线下所有馈线的电压和功率都会受到影响。然而，配电网中的有些馈线由于所带负荷对电压质量的特殊要求，可能并不允许其馈线的电压波动。例如，如果馈线F3所带的负荷不允许电压波动，则可以仅调节母线1和母线2的母线电压，从而使F1和F2的负荷响应光伏的功率波动。因此，当需要调节负荷功率用以平抑光伏功率波动时，仅调整允许电压和功率波动的馈线。
根据《配电网导则》，10kV线路的电压波动在+7％～-7％范围内满足电压合格的要求。在该范围内调整负荷电压，并不影响电网的电压合格率。为了符合《配电网导则》的规定并考虑一定的裕度，电压调整范围考虑为±5％，以保证电网的电压合格率不受影响。式(1)中a的取值不同时，配电网负荷在电压上下调节0.05p.u.时，有功的最大向上调节能力ΔPup和最大向下调节能力ΔPdown如表2所示。
表2
| a | ΔP<sub>up</sub>(p.u.) | ΔP<sub>down</sub>(p.u.) |
| 0.5 | 0.025 | 0.025 |
| 1.0 | 0.050 | 0.050 |
| 1.5 | 0.076 | 0.074 |
| 2.0 | 0.103 | 0.098 |
调整F1馈线上的负荷电压，最常见的调压方式是在母线1上并联SVC。但是，母线1和母线5的线路长度通常比较短。如果采用并联SVC的方式调节，当母线1调节5％时，母线5的电压也会被相应的调整。这会导致其他不允许被调节的馈线的电压和功率也会被相应调整。而且，由于母线5的电压被调整，导致所需要的SVC容量很大。
本文提出在馈线上串联可控电抗器的方式，实现馈线电压的闭环控制。该设备串联中节点1和母线7之间，如图2所示。当需要调节馈线F1负荷的功率时，调节电抗器的电抗值。该调压方式不会导致母线1和母线5的电压变化，因此也不会影响其他馈线负荷的电压和功率。
当确定了馈线电压的目标调整范围ΔU，电抗器的容量即能够被定量的计算。以F1馈线为例，节点7和节点1之间的电压下降ΔU1-7可通过式(2)计算得出。
上式中节点1和节点7之间的阻抗为R+jX.U7是节点7的电压。当馈线F1中的阻抗变化ΔX时,电压降落ΔU’1-7可以通过式(3)计算得出
当馈线F1中的阻抗变化ΔX时,节点1和节点7中电压会响应发生变化。电压变化连如式(4)所示。
ΔU′1-7-ΔU1-7＝ΔU＝0.05 (4)
忽略U7和U’7之间的差值。将式(2)和式(3)代入式(4)，可以得到式(5)。
因此补偿电抗器的调节量ΔX可以通过式(6)计算得出。
2.基于PMU测量信息的负荷控制模型
PMU测量光伏功率输出信息，并作为反馈信号调节串联电抗器的电抗。通过调节馈线的负载有功功率，实现对光伏功率波动的响应。所提出的闭环负荷控制方法框图如图3所示。
虚线框外为串联电抗器的控制逻辑。串联电抗器将负荷端点，即图1中节点7的电压，作为反馈量。例如，当节点7的电压高于设定参考值时，调节串联电抗器的电抗，从而增加线路的压降，使节点7的电压下降。
基于PMU测量信息的负荷控制模型，实际上是在串联电抗器原有的控制逻辑基础上，叠加一个附加控制信号。把光伏有功功率的信号作为反馈控制的输入，用于调节节点7的电压参考值。当PPV的功率波动超出允许波动阀值时，调整节点7的电压参考值。基于串联电抗器的控制逻辑，通过调整电抗器的电抗值，能够实现馈线负荷电压的调整。基于负荷的有功-电压耦合特性，配电网的负荷会相应调整，从而补偿光伏有功功率的波动。
控制的触发逻辑是光伏在1分钟中内的功率波动是否超出了10％的装机容量。按照中国国家标准《光伏发电站接入电力***技术规定》(GB/T 19964-2012)的规定，光伏发电站有功功率变化速率应不超过10％装机容量/min。在配电网没有有功调节手段的条件下，当光伏快速上升并且超出10％装机容量/min，需要将多的光伏出力部分弃掉。当光伏快速下降并且超出10％装机容量/min，则没有相应方法予以应对。因此，虽然光伏快速下降并且超出10％装机容量/min同样对配电网经济运行造成了显著影响，而国标中允许出现因太阳能辐照度降低而引起的光伏发电站有功功率变化速率超出限值的情况。
本实施例中当光伏功率快速上升且波动超过10％装机容量/min时，调节配电网的负荷功率相应升高。类似的，当光伏功率快速下降且波动超过10％装机容量/min时，调节配电网的负荷功率相应减小。通过直接负荷控制，补偿光伏的功率波动，实现配电网内对分布式新能源的就地消纳。
本实施例方法的目标是通过负荷反馈控制跟踪光伏出力的波动，考虑负荷控制所补偿的功率后，光伏在1分钟中内的功率波动在10％装机容量以内。即对于任意一时刻t，假设在(t-1min，t)的时段内，光伏的的最小出力等于PPV-min，光伏的的最大出力等于PPV-max，则在t时刻的光伏出力PPV应当满足式(7)
PPV0+0.1PPV-rated≥PPV≥PPV0-0.1PPV-rated (7)
当光伏在正常波动范围内，配电网负荷功率并不参与调节。负荷控制仅当光伏出力接近所允许的极限值，即1.1PPV-max或者0.9PPV-min时启动。通过这种控制逻辑，负荷在大部分时刻并不会参与调节，仅当光伏出现较为极端的波动场景时才会参与调节，补偿光伏的出力波动。这样有效减小了负荷控制的代价，同时也能够在光伏极端波动的场景中有效的平抑其出力波动。因此，死区的上阈值和下阈值分别设为0.92PPV-min和1.08PPV-max。
附加控制同样设置了限幅环节，如图4中的ΔUmax和ΔUmin所示。限幅环节的目的是为了确保在负荷调节过程中，电压调节量不超出用户允许的电压波动范围，保证配电网的电压合格率不受影响。国标规定配电网10kV线路的电压合格的标准为1.07p.u.～0.93p.u.。为了留有一定的裕度，本实施例提出的负荷控制模型控制电压在0.95p.u.～1.05p.u.范围内。因此，ΔUmax和ΔUmin可以分别由式(8)和(9)计算。
ΔUmin＝0.95-Uref (8)
ΔUmax＝1.05-Uref (9)
PPV和ΔUref的量化关系以及反馈控制的增益系数K的计算过程如图4所示。根据反馈控制，电压调节值的参考价值ΔUref不断变化。参数K之间的定量关系决定了PPV输入信号和输出信号ΔUref的额外的控制。调整K的目的是在允许的电压偏差范围内充分利用负载调节能力。因此，当PPV大于PPV0+0.08PPV-rated额定时，通过式(10)中计算参数K。对应PPV小于PPV0-0.08PPV-rated额定时，参数K由式(11)计算。
通过所提出的附加反馈控制方法，当光伏的出力波动超出了死区阈值时，串联电抗器将自动调整其电抗值，从而调整馈线电压。由于负荷的有功-电压耦合关系，该馈线的负荷有功功率也相应调整。当光伏出力在1min内波动超过8％时，负荷功率自动调整补偿光伏的功率波动，以满足光伏在1分钟中内的功率波动不超过10％装机容量的控制目标。考虑负荷功率调整对光伏波动的补偿后，控制目标由式(9)表示。当光伏的出力快速上升时，如果负荷功率也相应升高，则等效平抑了光伏的功率上升。相应的，当光伏的出力快速上升时，则降低馈线负荷的功率，等效平抑光伏的功率下降。
1.1PPV-max≥PPV-ΔPLoad≥0.9PPV-min (12)
3.算例分析
通过RTDS进行仿真测试。根据某地实际的配电网网络进行仿真，如图5所示。主变下有6条馈线。其中馈线F5中有12MW的光伏。串联电抗器装在馈线F9的首段，从而使馈线F9具备直接调节负荷功率的能力，以响应光伏的功率波动。仿真数据通过WAMS***获得，仿真采样频率为20000Hz。
3.1光伏波动1分钟控制场景
在这种情况下，光伏功率爬坡的发生验证了所提出的直接负荷控制方法的有效性。各馈线在光伏功率斜坡事件发生前的有功功率如表3所示。
表3
| 类别 | F1 | F2 | F5 | F6 | F8 | F9 | PVs |
| P(MW) | 4.53 | 1.78 | 2.46 | 2.9 | 2.32 | 3.28 | 3.00 |
在RTDS中模拟了一个实际的光伏爬坡事件，控制结果如图6(a)、图6(b)、图6(c)、图6(d)、图6(e)所示。在t＝0.6s时，光伏输出功率在3秒内迅速从3.0MW下降到1.6MW，光伏的功率输出在3秒内减少1.4MW，超过了规定的10％，即1.2MW，如图6(a)所示。图6(c)和图6(d)分别为馈线F9(UF9)的母线电压和馈线F9(PF9)的有功功率。在没有提出负载控制方法的情况下，UF9和PF9对光伏功率波动没有响应。在这种情况下，没有有效的调节方法来补偿光伏的功率波动。因此，太阳能下降事件也导致了变压器内交换功率的快速波动，如图6(e)所示，变压器Ptie内交换功率从17.33MW增加到18.74MW。
采用图3所示的控制方法时，当太阳能输出超过给定的死区时，串联电抗器进行调节。在t＝0时，光伏输出功率等于3MW。考虑到光伏功率输出的允许波动范围，死区阈值可由式(7)计算，其中Uref＝UF9在t＝0s时的值，即1.055p.u。由式(10)计算K，控制框图参数如表4所示。
表4
| 类别 | P<sub>PV-up</sub>(MW) | P<sub>PV-down</sub>(MW) | K | ΔU<sub>max</sub>(p.u.) | ΔU<sub>min</sub>(p.u.) |
| 数值 | 3.96 | 2.04 | 0.44 | 0 | 0.105 |
在t＝1.79s时，光伏输出功率等于死区阈值2.96MW。用PMU测量PPV，并将其作为反馈信号。附加控制器通过调节串联电抗器的电抗值来调节馈线F9的母线电压。额外的控制器的输出ΔUref如图6(b)所示。图6(c)为馈线F9的电压响应，UF9从1.055p.u下降至0.933p.u.，相应地，馈线F9的有功功率降低0.35MW。补偿光伏的功率波动如图6(d)所示。所提出的反馈控制能够有效地平滑变压器内部的功率波动，如图6(e)的虚线所示。
3.2多分钟光伏间断波动场景
多分钟控制时，每分钟光伏功率的基准值会发生改变，因此在死区范围内所允许的功率波动量也会发生变化。所以有必要在每一分钟开始前对下网点功率以及被控馈线电压的基准值进行更新。通过及时调节参数K，保证在调用尽量少的控制资源的情况下，实现对光伏波动率的抑制。
若前一分钟末可控电抗器上存在调压量，本控制周期开始所允许的功率波动范围重新调整，则在新的一分钟始端调压量会瞬间降为0，从而引起被控馈线功率的突变，引入额外的波动量。为避免由于死区阈值发生变化导致功率突变的现象，每一分钟末端所计算出的调压指令都将被记忆，下一分钟在上一分钟的调压基础上累加进行调压，从而保证调压过程的连续性。
本节以光伏在多分钟内间接性波动超出10％的场景进行控制。
运用闭环控制策略对5分钟的光伏波动场景进行平抑。从图7(a)看出光伏在第2分钟从12.18MW降低至9.95MW，在第4分钟回升至11.1MW，波动率均超过了死区的阈值，因此在第2分钟需要启动控制策略。从图7(b)看出，饱和电抗器调压过程响应光伏的变化，在波动剧烈的时刻进行电压调节，从图7(c)看出馈线电压从1.008p.u.降低至0.977p.u.，随后上升至1.02p.u.。被控馈线功率响应电压的变化，从图7(d)可以看出，从1.326MW首先降低至1.298MW，随之上升至1.348MW。通过各装有饱和电抗器的馈线的共同调节，主变二次侧的功率如图7(e)所示。汇总图7(a)、7(b)、7(c)、7(d)、7(e)中数据如表5所示。
表5
从表5可以看出，本实施例的控制方法，通过调节馈线电压能够将各时刻主变二次侧功率波动率降低至10％以内，本算法对于多分钟的光伏波动场景具有良好的控制效果。
3.3多分钟光伏连续波动场景
当遇到恶劣的天气状况，或出现多云的天气时，光伏经常会在短时间内出现连续骤升和骤降的现象，如图8(a)所示，两分钟内从13.11MW出力降低至9.97MW，并在后两分钟骤升至15.31MW，光伏波动导致主变二次侧功率连续超出了10％的规定值，因此需要对***进行连续负荷控制，才能保证光伏的充分消纳。
运用闭环控制策略对光伏连续波动场景进行平抑。从图8(b)和图8(c)看出，在第2分钟虽然主变二次侧功率波动率没有超出10％的要求，但是已经超出死区阈值，因此为防止功率波动进一步增加，电抗器同样进行了电压调节，将电压从1p.u.降低至0.987p.u.，随后光伏持续上升，为抑制功率波动，电压调节量连续增加，从0.987p.u.上升至1.045p.u.。从图8(d)可以看出，馈线功率在第2分钟后从1.326MW首先降低至1.312MW，随着光伏增加，负荷逐渐增加至1.423MW。通过各装有电抗器的馈线的共同调节，主变二次侧的功率如图8(e)所示。汇总图8中数据如表6所示。
表6
应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。
虽然以上结合附图描述了本发明的具体实施方式，但是本领域普通技术人员应当理解，这些仅是举例说明，可以对这些实施方式做出多种变形或修改，而不背离本发明的原理和实质。本发明的范围仅由所附权利要求书限定。
Claims (4)
1.一种基于同步向量信息的配电网馈线负荷实时控制方法，其特征是，包括以下步骤：
步骤1、基于配电网中负荷功率与母线电压之间耦合关系，建立电抗器的配电网馈线功率控制模型；
步骤2、建立基于PMU测量信息的负荷控制模型；
步骤3、通过设置死区以及计算增益系数实现配电网的反馈控制。
2.如权利要求1所述的基于同步向量信息的配电网馈线负荷实时控制方法，其特征是，步骤1的实现包括在馈线上串联电抗器，串联电抗器将负荷端点的电压作为反馈量来实现馈线电压的闭环控制。
3.如权利要求1所述的基于同步向量信息的配电网馈线负荷实时控制方法，其特征是，步骤2的实现包括采用PMU测量光伏有功功率输出信号，并将此信号作为反馈控制的输入信号叠加在馈线电压的闭环控制上，用来调节负荷端点的电压参考值；根据电压参考值调整电抗器的电抗值实现对馈线负荷电压的调整，用于补偿光伏有功功率的波动。
4.如权利要求1所述的基于同步向量信息的配电网馈线负荷实时控制方法，其特征是，步骤3所述死区的上阈值和下阈值分别设为0.92PPV-min和1.08PPV-max，PPV-min为光伏的最小出力，PPV-max为光伏的最大出力。
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|---|---|---|---|---|
| RU2777777C1 (ru) * | 2022-04-26 | 2022-08-09 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") | Устройство регулирования параметров режима электроэнергетической системы в условиях небаланса мощности |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2012155494A1 (zh) * | 2011-05-16 | 2012-11-22 | 河北省电力研究院 | 自动电压控制***全网最优控制参数校验方法 |
| CN105406509A (zh) * | 2015-12-21 | 2016-03-16 | 国家电网公司 | 一种基于分布式电源置信容量的配电网供电能力评估方法 |
| CN108767891A (zh) * | 2018-03-15 | 2018-11-06 | 国网浙江象山县供电有限公司 | 中压配电网单条中压馈线光伏消纳模型 |
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|---|---|---|---|---|
| WO2012155494A1 (zh) * | 2011-05-16 | 2012-11-22 | 河北省电力研究院 | 自动电压控制***全网最优控制参数校验方法 |
| CN105406509A (zh) * | 2015-12-21 | 2016-03-16 | 国家电网公司 | 一种基于分布式电源置信容量的配电网供电能力评估方法 |
| CN108767891A (zh) * | 2018-03-15 | 2018-11-06 | 国网浙江象山县供电有限公司 | 中压配电网单条中压馈线光伏消纳模型 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2777777C1 (ru) * | 2022-04-26 | 2022-08-09 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") | Устройство регулирования параметров режима электроэнергетической системы в условиях небаланса мощности |
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