一种高比例光伏接入配电网无功补偿配置方法

技术领域

本发明属于配电网无功补偿技术领域，尤其涉及一种高比例光伏接入配电网无功补偿配置方法。

背景技术

随着化石能源的逐渐枯竭，风力发电、光伏发电等新能源受到人们的青睐。相比于化石能源，新能源污染小、可再生、分布广，具有化石能源无法比拟的优势。2021年全国新增光伏并网装机容量54.88GW，同比上升13.9％。累计光伏并网装机容量达到308GW，新增和累计装机容量均为全球第一。全年光伏发电量为3259亿千瓦时，同比增长25.1％，约占全国全年总发电量的4.0％。

区别于火力发电站可以人为控制，光伏电站发电量受到自然地理条件以及气候因素的影响，具有波动性以及周期性间歇的特征。此外，分布式光伏电站并网规模的增大会导致配电网馈线方式的改变，从而导致一系列新问题的发生，例如电压波动、谐波问题等，极大地影响了电网系统电能质量，威胁用户侧用电安全。当分布式光伏装机容量与该地区用户侧最大负荷比例高于70％，即所谓的高渗透率时，将会使得配电网中电压越限现象发生频率增大，极大地增加了电压调节难度。若不能及时抑制电压越限问题的发生，分布式光伏将会被切除，造成光伏退网。

因此，针对目前分布式光伏大量接入，无功补偿设备接入不合理的问题，亟需对高比例光伏接入配电网无功补偿配置相关技术领域进行技术改进。

发明内容

针对上述现有技术中存在的不足之处，本发明提供了一种高比例光伏接入配电网无功补偿配置方法。其目的是为了实现保证光伏并网条件下电网安全稳定运行的发明目的。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：

一种高比例光伏接入配电网无功补偿配置方法，包括以下步骤：

步骤1.通过前推回代法潮流算法输入模块，作为后续计算的网络结构基础；

步骤2.通过前推回代法潮流计算循环计算模块，判断全部节点是否收敛；

步骤3.通过前推回代法潮流算法输出模块，直至全部节点满足预设收敛条件。

更进一步的，所述通过前推回代法潮流算法输入模块，是指输入配电网初始参数矩阵。

更进一步的，所述配电网初始参数矩阵，包括配电网节点矩阵及支路导纳矩阵。

更进一步的，所述输入配电网初始参数矩阵，包括：

已知配电网的始端电压及末端负荷，设全网电压均为额定电压，根据负荷功率由末端向始端推算，计算各节点功率损耗，直到各节点功率偏差满足条件；

第n+1步节点i的功率前推公式如下：

其中，n为迭代次数；k为上一级父节点；j为下一级子节点；r

第n+1步节点i的电压回代公式如下：

其中，

更进一步的，所述通过前推回代法潮流计算循环计算模块，判断全部节点是否收敛，包括以下步骤：

步骤21.根据输入模块中支路导纳矩阵，计算网络等值电抗矩阵；

步骤22.根据输入模块节点矩阵，将各节点参数初始化并设置初值；

步骤23.根据网络数据，前推各节点功率值并回代电压值；

步骤24.根据节点功率和电压值，判断PV节点是否收敛或无功越界，若PV节点无功越界，则将其转换为PQ节点，否则将其修正至无功平衡状态；

步骤25.根据修正后的节点状态及无功情况，判断全部PV节点是否收敛；若未收敛，则返回至步骤23继续迭代。

更进一步的，所述通过前推回代法潮流算法输出模块，是指直到全部PV节点满足预设收敛条件，结束计算，输出配电网络各节点电压、电流、功率值。

更进一步的，所述方法是通过优化算法对无功补偿装置选址定容求解，并针对高比例光伏接入，采用前推回代法进行潮流计算，计算流程包括以下步骤：

步骤1.优化算法输入模块：收集配电网网络参数及电气参数量，作为后续优化计算基础；

步骤2.优化算法参数设置模块：建立优化算法约束条件，包括潮流约束及电压偏差约束，将输入模块中参数代入约束条件上下限；

步骤3.优化算法计算模块：采用前推回代法作为优化算法中潮流计算部分算法，满足参数设置模块中所建立的网络约束条件；

步骤4.优化算法目标值设置模块：目标函数系统损耗最小、电压偏差最小作为目标函数，求解双目标优化问题；当网络状态满足网损最小且电压偏差最小后退出优化算法计算模块，将结果送至输出模块；

步骤5.优化算法输出模块：输出模块结果为各电容器组容量上下限，即各节点电容器组可选容量型号，根据实际投资需要及工程中设备型号进行选型，在定容选址的基础上，增加电容器分组投切、光伏功率。

更进一步的，所述通过优化算法对无功补偿装置选址定容求解，目标函数系统损耗及电压偏差最小为：

其中，P

约束条件为潮流约束及电压偏差约束，如下式：

U

其中，P

更进一步的，所述在定容选址的基础上，增加电容器分组投切、光伏功率：

其中

一种计算机存储介质，所述计算机存储介质上存有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现任一所述的一种高比例光伏接入配电网无功补偿配置方法的步骤。

本发明具有以下有益效果及优点：

本发明针对目前分布式光伏大量接入，无功补偿设备接入不合理的问题，采用基于前推回代法建模，通过优化算法对无功补偿装置选址定容问题求解，并针对高比例光伏接入提出无功动态补偿控制策略。本发明针对性强、计算速度快、工程可行性高。能够有效提升供电公司无功补偿设备投资精准度及无功管理水平，对供电公司无功设备选型、选址、定容、运行起到一定指导作用。本发明能够有效地处理电压波动问题，有效提升电能质量并降低线损。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明前推回代法流程图；

图2是本发明整体结构示意图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面将结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

下面参照图1和图2描述本发明一些实施例的技术方案。

实施例1

本发明提供了一个实施例，是一种高比例光伏接入配电网无功补偿配置方法。如图1所示，图1是本发明前推回代法流程图。本发明针对高比例光伏接入条件下配电网运行问题，提出了一种考虑PV接入的前推回代潮流算法，配电网前推回代法，具体计算流程如下：

步骤1.通过前推回代法潮流算法输入模块。

输入配电网初始参数矩阵，包括配电网节点矩阵及支路导纳矩阵，作为后续计算的网络结构基础。

步骤2.通过前推回代法潮流计算循环计算模块。

步骤21.根据输入模块中支路导纳矩阵，计算网络等值电抗矩阵；

步骤22.根据输入模块节点矩阵，将各节点参数初始化并设置初值；

步骤23.根据步骤21、步骤22中网络数据，前推各节点功率值并回代电压值；

步骤24.根据步骤23中节点功率和电压值，判断PV节点是否收敛或无功越界，若PV节点无功越界，则将其转换为PQ节点，否则将其修正至无功平衡状态；

所述PV节点指：潮流计算中，有功功率P和电压幅值V是给定值的节点；

所述PQ节点指：潮流计算中，有功功率P和无功功率Q是给定值的节点。

步骤25.根据步骤24修正后的节点状态及无功情况，判断全部PV节点是否收敛；若未收敛，则返回至步骤23继续迭代。

步骤3.通过前推回代法潮流算法输出模块：直到全部PV节点满足预设收敛条件，结束计算，输出配电网络各节点电压、电流、功率值。

通过IEEE33节点算例验证，本方法能够正确进行含PV的配电网潮流计算。

实施例2

本发明又提供了一个实施例，是一种高比例光伏接入配电网无功补偿配置方法，如图2所示，本发明通过优化算法对无功补偿装置选址定容问题求解，并针对高比例光伏接入提出无功动态补偿控配置方法，采用前推回代法进行潮流计算，整体计算流程如下：

步骤1.优化算法输入模块：收集配电网网络参数及电气参数量，作为后续优化计算基础。

步骤2.优化算法参数设置模块：建立优化算法约束条件，包括潮流约束及电压偏差约束，将步骤1输入模块中参数代入约束条件上下限。

步骤3.优化算法计算模块：采用前推回代法作为优化算法中潮流计算部分算法，满足步骤2参数设置模块中所建立的网络约束条件。

步骤4.优化算法目标值设置模块：以网损最小、电压偏差最小作为目标函数，求解双目标优化问题，当网络状态满足网损最小且电压偏差最小后退出优化算法步骤3中所述计算模块，将结果送至输出模块。

所述通过优化算法对无功补偿装置选址定容求解，目标函数系统损耗及电压偏差最小为：

其中，P

约束条件为潮流约束及电压偏差约束，如下式：

U

其中，P

步骤5.优化算法输出模块：输出模块结果为各电容器组容量上下限，即各节点电容器组可选容量型号，根据实际投资需要及工程中设备型号进行选型。

通过辽宁某地含分布式光伏县域台区算例计算，该算法能够有效给出无功补偿装置合理接入点及接入容量，能够对配电网工程投资起到指导作用。

在定容选址的基础上，增加电容器分组投切、光伏功率：

其中

实施例3

本发明提供了一个实施例，是一种高比例光伏接入配电网无功补偿配置方法。如实施例1所述的步骤1中，通过前推回代法潮流算法输入模块，是输入配电网初始参数矩阵，包括配电网节点矩阵及支路导纳矩阵，作为后续计算的网络结构基础。

所述输入配电网初始参数矩阵，包括：

已知配电网的始端电压及末端负荷，设全网电压均为额定电压，根据负荷功率由末端向始端推算，计算各节点功率损耗，直到各节点功率偏差满足条件；

第n+1步节点i的功率前推公式如下：

其中，n为迭代次数；k为上一级父节点；j为下一级子节点；r

第n+1步节点i的电压回代公式如下：

其中，

实施例4

本发明又提供了一个实施例，是一种高比例光伏接入配电网无功补偿配置装置，包括：

前推回代法潮流算法输入模块，用于作为后续计算的网络结构基础；

前推回代法潮流计算循环计算模块，用于判断全部节点是否收敛；

前推回代法潮流算法输出模块，用于计算直至全部节点满足预设收敛条件。

实施例5

基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种计算机设备，包括存储介质、处理器及存储在存储介质上并可在处理器上运行的计算机程序。所述处理器执行所述计算机程序时实现实施例1-3所述的任意一种高比例光伏接入配电网无功补偿配置方法的步骤。

实施例6

基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种计算机存储介质，所述计算机存储介质上存有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现实施例1-3所述的任意一种高比例光伏接入配电网无功补偿配置方法的步骤。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。