CN107069823A - 一种分布式光伏配电网电压的控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种分布式光伏配电网电压的控制方法及装置，采用自下而上的逐级控制策略，当馈线电压上升达到警戒值未超过上限值时，首先由就地控制器对光伏逆变器进行无功馈线电压就地控制；在当前区域的无功耗尽，而馈线电压仍达到上限值时，采用区域控制器进行区域无功馈线电压协调控制；当沿线无功容量均耗尽，而馈线电压仍达到上限值时，由电站控制器进行有载调压变压器控制，并在变压器分接头达到动作极限而馈线电压超过上限值时，对光伏逆变器进行有功削减控制，直至馈线电压不超过上限值。本发明充分利用了全网设备和沿线光伏逆变器无功容量，有效缓解甚至解决了馈线电压超过上限值的问题，保证了用户的经济利益。

Description

一种分布式光伏配电网电压的控制方法及装置

技术领域

本发明涉及光伏并网技术领域，更具体的说，涉及一种分布式光伏配电网电压的控制方法及装置。

背景技术

随着全球能源、环境和气候问题的日益严峻，加快开发利用可再生能源以推动经济发展成为全社会的共识。在现有的可再生能源的开发技术中，光伏发电技术日趋成熟并得到了广泛应用。

在光伏发电系统中，应用最为广泛是分布式光伏发电系统。分布式光伏发电系统是建在城市建筑物屋顶的光伏发电项目，需接入公共电网(主要是配电网)，与公共电网一起为附近的用户供电。由于光伏发电系统具有间歇性出力的特点，其发电功率受天气影响很大，因此光伏发电系统的发电功率容易出现快速剧烈变化的情况。尤其是当光伏大发而负荷较轻时，光伏发电系统会出现逆向潮流，使电网电压上升出现过电压，导致电网馈线上的电压波动频繁。

为解决分布式光伏发电系统接入配电网带来的过电压问题，目前的控制方案主要有两种：第一种是集中式控制方案，该方案由电站控制器收集网络信息，然后电站控制器根据最优化目标和约束条件对收集的网络信息进行数据分析，最后把所得控制变量最优解发送回各发电单元。该方案对电站控制器的依赖程度较高，一旦电站控制器发生故障，电站控制器对全系统的控制就会失灵。第二种是分布式控制方案，该方案中各发电单元以分布式方式控制，由各分布式控制器利用本地信息独自进行调节。该方案没有充分利用全网设备，调节程度和调节效果有限。因此，如何提供一种分布式光伏配电网电压的控制方法以解决现有控制方案存在的问题是本领域技术人员亟需解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明公开一种分布式光伏配电网电压的控制方法及装置，以解决现有集中式控制方案对电站控制器依赖程度高，分布式控制方案调节程度和调节效果有限的问题。

一种分布式光伏配网电压的控制方法，包括：

当馈线电压上升达到警戒值未超过上限值时，控制就地控制器对光伏逆变器进行无功馈线电压就地控制；

当利用所述就地控制器对所述光伏逆变器进行无功馈线电压就地控制后，馈线电压继续上升到所述上限值时，判断当前区域的无功是否耗尽；

若所述当前区域的无功耗尽，则向所述就地控制器所在区域的区域控制器请求区域无功馈线电压协调控制；

利用所述区域控制器对所述光伏逆变器进行无功馈线电压协调控制；

当沿线无功容量均耗尽后，若馈线电压继续上升到所述上限值，则向电站控制器请求调节有载调压变压器抽头，进行有载调压变压器控制；

当变压器分接头达到动作极限而馈线电压超过所述上限值时，对所述光伏逆变器进行有功削减控制，直至馈线电压不超过所述上限值。

优选的，所述当馈线电压上升达到警戒值未超过上限值时，控制就地控制器对光伏逆变器进行无功馈线电压就地控制的过程包括：

当馈线电压上升达到所述警戒值未超过所述上限值时，控制当前就地控制器对所述光伏逆变器进行无功馈线电压就地控制，并向所述区域控制器发送剩余无功容量值；

在所述当前就地控制器的无功容量耗尽后，控制所述当前就地控制器沿馈线请求位于相同区域的就地控制器进行无功馈线电压就地控制。

优选的，控制所述就地控制器对光伏逆变器进行无功馈线电压就地控制包括：

控制所述就地控制器对所述光伏逆变器采用馈线电压无功下垂控制方法进行无功馈线电压就地控制。

优选的，所述利用所述区域控制器对所述光伏逆变器进行无功馈线电压协调控制包括：

判断当前馈线电压是否达到所述上限值；

若所述当前馈线电压达到所述上限值，则计算无功补偿值，并将所述无功补偿值发送给上下游区域控制器；

若所述当前馈线电压未达到所述上限值，则判断是否收到所述上下游区域控制器发送的补偿值；

若收到所述上下游区域控制器发送的补偿值，则计算本区域无功补偿值；

向本区域的就地控制器发送所述无功补偿值；

判断本区域是否满足补偿需求；

若本区域满足补偿需求，则将剩余补偿值发送给所述上下游区域控制器。

优选的，所述对所述光伏逆变器进行有载调压变压器控制包括：

控制所述电站控制器根据电压控制阈值对所有节点电压进行计算，得到有载调压变压器分接头位置调节指令；

根据所述有载调压变压器分接头位置调节指令，进行有载调压变压器控制。

优选的，所述对所述光伏逆变器进行有功削减控制包括：

当对所述光伏逆变器进行有功控制时，通过所述区域控制器将所述区域控制器所属区域的电气参数信息上发给所述电站控制器；

控制所述电站控制器对所述电气参数信息进行潮流计算，得到雅克比矩阵；

通过所述电站控制器对所述雅克比矩阵求逆得到电压灵敏度矩阵；

控制所述电站控制器将所述电压灵敏度矩阵中的矩阵元素作为灵敏度因子分别下发给对应的区域控制器；

控制各所述区域控制器接收对应的灵敏度因子，并将灵敏度因子下发给对应的就地控制器；

控制各就地控制器根据接收的灵敏度因子进行有功削减控制。

一种分布式光伏配网电压的控制装置，包括：

第一控制单元，用于当馈线电压上升达到警戒值未超过上限值时，控制就地控制器对光伏逆变器进行无功馈线电压就地控制；

第一判断单元，用于当利用所述就地控制器对所述光伏逆变器进行无功馈线电压就地控制后，馈线电压继续上升到所述上限值时，判断当前区域的无功是否耗尽；

第一请求单元，用于在所述第一判断单元判断为是的情况下，向所述就地控制器所在区域的区域控制器请求区域无功馈线电压协调控制；

第二控制单元，用于利用所述区域控制器对所述光伏逆变器进行无功馈线电压协调控制；

第二请求单元，用于沿线无功容量均耗尽后，若馈线电压继续上升到所述上限值，则向电站控制器请求调节有载调压变压器抽头，进行有载调压变压器控制；

第三控制单元，用于当变压器分接头达到动作极限而馈线电压超过所述上限值时，对所述光伏逆变器进行有功削减控制，直至馈线电压不超过所述上限值。

优选的，所述第一控制单元包括：

第一控制子单元，用于当馈线电压上升达到所述警戒值未超过所述上限值时，控制当前就地控制器对所述光伏逆变器进行无功馈线电压就地控制，并向所述区域控制器发送剩余无功容量值；

第一请求子单元，用于在所述当前就地控制器的无功容量耗尽后，控制所述当前就地控制器沿馈线请求位于相同区域的就地控制器进行无功馈线电压就地控制。

优选的，所述第一控制单元具体用于：

控制所述就地控制器对所述光伏逆变器采用馈线电压无功下垂控制方法进行无功馈线电压就地控制。

优选的，所述第二控制单元包括：

第二判断子单元，用于判断当前馈线电压是否达到所述上限值；

第一计算子单元，可用于在所述第二判断子单元判断为是的情况下，计算无功补偿值，并将所述无功补偿值发送给上下游区域控制器；

第三判断子单元，用于在所述第二判断子单元判断为否的情况下，判断是否收到所述上下游区域控制器发送的补偿值；

第二计算子单元，用于若收到所述上下游区域控制器发送的补偿值，则计算本区域无功补偿值；

第一发送子单元，用于向本区域的就地控制器发送所述无功补偿值；

第四判断子单元，用于判断本区域是否满足补偿需求；

第二发送子单元，用于在所述第四判断子单元判断为是的情况下，将剩余补偿值发送给所述上下游区域控制器。

优选的，所述第二请求单元包括：

第二控制子单元，用于控制所述电站控制器根据电压控制阈值对所有节点电压进行计算，得到有载调压变压器分接头位置调节指令；

第三控制子单元，用于根据所述有载调压变压器分接头位置调节指令，进行有载调压变压器控制。

优选的，所述第三控制单元包括：

第三发送子单元，用于当对所述光伏逆变器进行有功控制时，通过所述区域控制器将所述区域控制器所属区域的电气参数信息上发给所述电站控制器；

第四控制子单元，用于控制所述电站控制器对所述电气参数信息进行潮流计算，得到雅克比矩阵；

矩阵求逆子单元，用于通过所述电站控制器对所述雅克比矩阵求逆得到电压灵敏度矩阵；

第一下发子单元，用于控制所述电站控制器将所述电压灵敏度矩阵中的矩阵元素作为灵敏度因子分别下发给对应的区域控制器；

第二下发子单元，用于控制各所述区域控制器接收对应的灵敏度因子，并将灵敏度因子下发给对应的就地控制器；

第五控制子单元，用于控制各就地控制器根据接收的灵敏度因子进行有功削减控制。

从上述的技术方案可知，本发明公开了一种分布式光伏配电网电压的控制方法及装置，采用自下而上的逐级控制策略，当馈线电压上升达到警戒值未超过上限值时，首先由就地控制器对光伏逆变器进行无功馈线电压就地控制；在当前区域的无功耗尽，而馈线电压仍达到上限值时，采用区域控制器进行区域无功馈线电压协调控制；当沿线无功容量均耗尽，而馈线电压仍达到上限值时，由电站控制器进行有载调压变压器控制，并在变压器分接头达到动作极限而馈线电压超过上限值时，对光伏逆变器进行有功削减控制，直至馈线电压不超过上限值。由此可知，本发明公开的控制方案同时结合了集中式控制方案和分布式控制方案的优势，充分利用了全网设备和沿线光伏逆变器无功容量，有效缓解甚至解决了馈线电压超过上限值的问题，保证了用户的经济利益。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据公开的附图获得其他的附图。

图1为本发明应用的配网系统拓扑结构图；

图2为本发明实施例公开的一种对分布式光伏配网电压的控制层级的分层示意图；

图3为本发明实施例公开的一种对分布式光伏配网电压的控制层级的分区示意图；

图4为本发明实施例公开的一种分布式光伏配网电压的控制方法流程图；

图5为本发明实施例公开的一种对馈线电压的无功功率进行下垂控制的示意图；

图6为本发明实施例公开的一种利用区域控制器对光伏逆变器进行无功馈线电压协调控制的方法流程图；

图7为本发明实施例公开的一种对光伏逆变器进行有功削减的控制流程图；

图8为本发明实施例公开的一种分布式光伏配网电压的控制装置的结构示意图；

图9为本发明实施例公开的一种第二控制单元的结构示意图；

图10为本发明实施例公开的一种第三控制单元的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例公开了一种分布式光伏配电网电压的控制方法及装置，以解决现有集中式控制方案对电站控制器依赖程度高，分布式控制方案调节程度和调节效果有限的问题。

图1为本发明应用的配网系统拓扑结构简图，将上级输配电系统视为一个恒压源AC，经110/10.5kV有载调压变压器后接一条放射状配网馈线，沿馈线接有负荷(如图1中示出的负荷1、负荷i和负荷N)和分布式光伏，其中，分布式光伏经逆变器和变压器并网。

从变压器低压侧开始编号，沿馈线对接有负荷和分布式光伏的节点进行编号，分别为0、1、2、……、n，相应每段线路阻抗为R₁+jX₁、……、R_i+jX_i、R_N+jX_N。节点接有负荷和DG单元，每个DG单元由PV组件、逆变器和变压器组成，下标表示其接入位置。

在对分布式光伏配网电压进行控制前，本发明首先对分布式光伏配网电压的控制层级进行了分层，如图2所示，将控制层级自下而上分为：用户层电压自治控制、馈线层电压协调控制和电站层电压统筹控制。用户层电压自治控制的代理为用户代理，对应就地控制器；馈线层电压协调控制的代理为馈线代理，对应区域控制器；电站层电压统筹控制的代理为变电站代理，对应电站控制器。每类代理根据实际情况可有多个。

用户层电压的就地控制由用户内部厂站系统中的就地控制器来实现。当对光伏逆变器进行无功就地控制时，就地控制器利用本地光伏逆变器的无功容量进行调节；而当对光伏逆变器进行无功协调控制和有功控制时，就地控制器根据区域控制器下发的决策对本地用户光伏逆变器的输出功率进行调整，以实现电压控制。

馈线层电压协调控制由馈线上的区域控制器利用分布式多代理技术实现。当馈线电压超过上限值而本地无功容量耗尽时，区域控制器通过相邻代理间的通信和本地计算得到解决电压过电压的决策。当进行有功控制时，区域控制器接收电站控制器的电压灵敏度计算结果，并将灵敏度因子下发给对应的就地控制器。

电站层电压统筹控制由变电站中的电站控制器来实现，只在有载调压变压器控制和有功控制时使用。当进行有载调压变压器控制时，电站控制器根据电压控制阈值对所有节点电压进行计算，得到有载调压变压器分接头位置调节指令。当对光伏逆变器进行有功控制时，馈线层的区域控制器将本区域功率和电压等电气参数信息点对点向上发送给变电站层的电站控制器，在电站控制器中进行潮流计算得到雅克比矩阵，对雅克比矩阵求逆得到电压灵敏度矩阵，然后将电压灵敏度矩阵中的矩阵元素作为灵敏度因子分别下发给对应的区域控制器。

本领域技术人员可以理解的是，在配网馈线阻抗比恒定不变的条件下，馈线上电压的最高点为有功功率或无功功率的注入节点，即线路首端可为分布式光伏的接入点。因此，在对分布式光伏逆变器的控制层级进行分层后，还可以根据分布式光伏接入点将配电网分区。

对配电网的分区策略主要在馈线层电压协调控制实现。具体的，根据馈线末端光伏用户电压灵敏度因子的大小，对光伏用户进行分区，可将灵敏度因子相对接近且和其他灵敏度因子相差较大的光伏用户，组成一个电压自治控制区域。其中，电压灵敏度因子可根据控制变量和扰动变量取期望的随机潮流计算得到。

举例说明，如图3所示，主干馈线上有光伏用户A和B，分支馈线上有光伏用户X和Y。用户A内部有三组光伏阵列，分别经逆变器变为交流电，经配电箱与负荷一起接入0.4kV母线，然后经变压器升压并入主干馈线。用户B内部光伏组件分两组经五个逆变器变为交流电，经配电箱和单独变压器并入主干馈线，负荷经单独变压器并网。用户X类比用户A，用户Y类比用户B。每一个光伏并网用户都装有一个就地控制器，能够得到并网点电压、光伏出力大小等信息。起初，可根据历史期望数据或规划容量等计算潮流，得到电压灵敏度因子。图中显示的是用户X和Y的灵敏度相近且与A和B相差都较大，所以将X和Y视为一个区域，A和B分别单独构成一个区域，相应设置区域控制器。

如图4所示，本发明实施例公开的一种分布式光伏配网电压的控制方法流程图，该方法包括步骤：

步骤S101、当馈线电压上升达到警戒值未超过上限值时，控制就地控制器对光伏逆变器进行无功馈线电压就地控制；

具体的，就地控制器对光伏逆变器采用电压无功下垂控制策略进行无功馈线电压就地控制。也即通过监测电力用户公共连接点或并网点的电压，并根据电压相对变动量按一定比例要求控制光伏逆变器输出的无功功率，以调节改善并网点电压。

如图5所示，横坐标为馈线电压(用V表示)，纵坐标为光伏逆变器的无功功率(用Q表示)，首先在用户层级对光伏逆变器进行无功控制，若馈线电压仍达到上限值，则再在馈线层级对光伏逆变器进行无功控制。具体的，用户层级的就地控制器监测用户并网电压，当馈线电压处于正常运行范围时，就地控制器控制本地光伏逆变器的有功功率跟随最大功率点(即MPPT控制)，光伏逆变器不进行无功调节；当馈线电压上升达到警戒值未超过上限值时，调节光伏逆变器无功功率以预防电压馈线电压超越上限值。

其中，光伏逆变器的无功功率最大值受公式(1)和公式(2)约束，即光伏逆变器的无功功率受限于光伏逆变器容量和并网点功率因数考核要求，公式(1)和公式(2)的表达式具体如下：

式中，P_PV,i表示第i个光伏系统的有功功率，Q_PV,i表示第i个光伏系统的无功功率，S_INV,i表示第i个光伏系统的光伏逆变器的容量，PF_min表示最小功率因数，θ_max表示最小功率因数PF_min对应的功率因数角。

步骤S102、当利用所述就地控制器对所述光伏逆变器进行无功馈线电压就地控制后，馈线电压继续上升到所述上限值时，判断当前区域的无功是否耗尽，如果否，则执行步骤S103，否则，执行步骤S104；

需要说明的是，当利用就地控制器对光伏逆变器进行无功馈线电压就地控制后，馈线电压低于上限值，则对分布式光伏配网电压的控制流程结束。

步骤S103、控制就地控制器对光伏逆变器进行无功馈线电压就地控制；

步骤S104、向所述就地控制器所在区域的区域控制器请求区域无功馈线电压协调控制，并继续执行步骤S105；

若当前区域无功容量耗尽而后馈线电压仍超过上限值，则需转由馈线层对光伏逆变器进行无功控制。

步骤S105、利用所述区域控制器对所述光伏逆变器进行无功馈线电压协调控制；

需要说明的是，当利用区域控制器对光伏逆变器进行无功馈线电压协调控制后，馈线电压低于上限值，则对分布式光伏配网电压的控制流程结束。

具体的，区域控制器根据馈线电压超过上限值的程度，向上下相邻电压区域控制器发送无功补偿需求量。在相邻区域中，就地控制器与对应的区域控制器点对点通信，就地控制器向对应区域控制器发送自身剩余无功容量，区域控制器根据相邻区域需求补偿量和本区域剩余容量决定本区域补偿量。若无法满足需求，若馈线电压仍越限，则继续向上下游相邻区域控制器点对点通信，完成上述过程，以此类推。

步骤S106、当沿线无功容量耗尽后，若馈线电压继续上升到所述上限值，则向电站控制器请求调节有载调压变压器抽头，进行有载调压变压器控制；

具体的，馈线上的区域控制器采集本区域节点电压信息，并点对点发送给变电站的电站控制器。当沿线光伏逆变器的无功容量均耗尽却仍存在馈线电压超过上限值时，电站控制器根据电压控制阈值对所有节点电压进行公式(3)和公式(4)计算，公式(3)和公式(4)的表达式具体如下：

式中，n_tapmin为分接头位置最小可调值，n_tapmax为分接头位置最大可调值，x_ratemin为分接头最小可调比例，x_ratemax为分接头最大可调比例，n_tapnow为有载调压变压器当前分接头位置，n为区域数量，V_thmin为电压下限值，V_thmax为电压上限值，V_i为光伏并网点电压，i为光伏用户序号。

由此可以得到有载调压变压器分接头位置调节指令，根据有载调压变压器分接头位置调节指令，进行有载调压变压器控制。这样可以缓解甚至解决馈线电压超过上限值的问题，从而减少或避免光伏有功出力削减，保证用户经济收益。

需要说明的是，当沿线无功没有耗尽时，继续判断馈线电压是否达到上限值。

步骤S107、当变压器分接头达到动作极限而馈线电压超过所述上限值时，对所述光伏逆变器进行有功削减控制，直至馈线电压不超过所述上限值。

需要说明的是，当变压器分接头未达到动作极限而馈线电压超过所述上限值时，继续执行步骤S106。

综上可知，采用自下而上的逐级控制策略，当馈线电压上升达到警戒值未超过上限值时，首先由就地控制器对光伏逆变器进行无功馈线电压就地控制；在当前区域的无功耗尽，而馈线电压仍达到上限值时，采用区域控制器进行区域无功馈线电压协调控制；当区域控制器的无功耗尽，而馈线电压仍达到上限值时，由电站控制器进行有载调压变压器控制，并在变压器分接头达到动作极限而馈线电压超过上限值时，对光伏逆变器进行有功削减控制，直至馈线电压不超过上限值。由此可知，本发明公开的控制方案同时结合了集中式控制方案和分布式控制方案的优势，充分利用了全网设备和沿线光伏逆变器无功容量，有效缓解甚至解决了馈线电压超过上限值的问题，保证了用户的经济利益。

为进一步优化上述实施例，上述实施例中的步骤S101，具体包括：

当馈线电压上升达到警戒值未超过上限值时，当前就地控制器对光伏逆变器进行无功馈线电压就地控制，并向区域控制器发送剩余无功容量值；

在当前就地控制器的无功容量耗尽后，沿馈线请求位于相同区域的就地控制器进行无功馈线电压就地控制。

为进一步优化上述实施例，如图6所示，本发明一实施例公开的一种利用区域控制器对光伏逆变器进行无功馈线电压协调控制的方法流程图，该方法包括步骤：

步骤S201、判断当前馈线电压是否达到上限值，如果是，则执行步骤S202，否则，执行步骤S203；

步骤S202、计算无功补偿值，并将无功补偿值发送给上下游区域控制器；

步骤S203、判断是否收到所述上下游区域控制器发送的补偿值，如果否，则返回执行步骤S201，否则，执行步骤S204；

步骤S204、计算本区域无功补偿值；

步骤S205、向本区域的就地控制器发送所述无功补偿值；

步骤S206、判断本区域是否满足补偿需求，如果否，则返回执行步骤S201，否则，则执行步骤S207；

步骤S207、将剩余补偿值发送给上下游区域控制器。

为进一步优化上书实述施例，步骤S106对光伏逆变器进行有载调压变压器控制的过程具体包括：

控制电站控制器根据电压控制阈值对所有节点电压进行计算，得到有载调压变压器分接头位置调节指令；

根据有载调压变压器分接头位置调节指令，进行有载调压变压器控制。

具体的，馈线上的区域控制器采集本区域节点电压信息，并点对点发送给变电站的电站控制器。当沿线光伏逆变器的无功容量均耗尽却仍存在馈线电压超过上限值时，电站控制器根据电压控制阈值对所有节点电压进行公式(3)和公式(4)计算，公式(3)和公式(4)的表达式具体如下：

式中，n_tapmin为分接头位置最小可调值，n_tapmax为分接头位置最大可调值，x_ratemin为分接头最小可调比例，x_ratemax为分接头最大可调比例，n_tapnow为有载调压变压器当前分接头位置，n为区域数量，V_thmin为电压下限值，V_thmax为电压上限值，V_i为光伏并网点电压，i为光伏用户序号。

由此可以得到有载调压变压器分接头位置调节指令，根据有载调压变压器分接头位置调节指令，对光伏逆变器进行有载调压变压器控制。这样可以缓解甚至解决馈线电压超过上限值的问题，从而减少或避免光伏有功出力削减，保证用户经济收益。

为进一步优化上述实施例，如图7所示，本发明一实施例公开的一种对光伏逆变器进行有功削减的控制流程图，包括步骤：

步骤S301、当对光伏逆变器进行有功控制时，通过区域控制器将区域控制器所属区域的电气参数信息上发给电站控制器；

其中，电气参数包括：本地电压、功率等。

步骤S302、控制电站控制器对电气参数信息进行潮流计算，得到雅克比矩阵；

需要说明的是，馈线电压是沿线所有负荷和光伏共同作用的结果，也就是说，每个光伏用户都对馈线电压的抬升有贡献，但贡献度不同。因为削减光伏出力要影响各用户的经济收益，所以为了在沿线各用户之间较公平地分担有功削减量，拟采用牛顿拉夫逊算法进行沿线潮流分析，求得雅克比矩阵。

步骤S303、通过电站控制器对雅克比矩阵求逆得到电压灵敏度矩阵；

需要说明的是，对雅克比矩阵求逆得到逆矩阵并不全是电压灵敏度矩阵，电压灵敏度矩阵只是逆矩阵中的一部分。其中，电压灵敏度矩阵中的元素即为灵敏度因子，表示光伏出力对电压上升的贡献率，具体见公式(5)所示。公式(5)的表达式具体如下：

式中，Δθ为节点电压相角修正量向量，Δ|V|为节点电压幅值修正量向量，ΔP为节点不平衡有功功率向量，ΔQ为节点不平衡无功功率向量，S_θP为相角有功灵敏度矩阵，S_θQ为相角无功灵敏度矩阵，S_VP为电压有功灵敏度矩阵，S_VQ为电压无功灵敏度矩阵，J^-1为雅可比矩阵的逆矩阵。

灵敏度矩阵S_VP中的每个元素，如s_ij表示第j个光伏的有功输出量对第i个母线处电压上升的贡献率，用其来表示第i个母线处电压越限时第j个光伏应该削减的有功比例。

步骤S304、控制所述电站控制器将所述电压灵敏度矩阵中的矩阵元素作为灵敏度因子分别下发给对应的区域控制器；

步骤S305、控制各所述区域控制器接收对应的灵敏度因子，并将灵敏度因子下发给对应的就地控制器；

步骤S306、控制各就地控制器根据接收的灵敏度因子进行有功削减控制。

具体的，有功控制也可以采用下垂控制策略。不同于分布式无功控制的固定下垂系数，有功控制需要根据就灵敏度矩阵确定的灵敏度因子比例来确定下垂系数。

其中，并不是沿线所有光伏用户均参与有功削减，只有电压越限点所在区域内光伏用户才削减有功。对于其他区域内的光伏用户，由于其削减有功调节效果有限，并且还影响该区域光伏用户的收益，因此其他区域的光伏用户不削减有功。

在对光伏逆变器进行有功控制时，主馈线上每个电压区域控制器与变电站中的电站控制器进行点对点通信，首先，就地控制器向电压区域控制器发送本地电压、功率等电力参数信息；然后电压区域控制器对电力参数信息进行潮流分析，计算得到雅克比矩阵，对雅克比矩阵求逆得到灵敏度矩阵；区域控制器将灵敏度矩阵中的各灵敏度因子点对点发送给对应电压区域控制器，电压区域控制器把灵敏度因子对应的控制参数下发给本区域的各电压就地控制器，实现第馈线电压的调节。

在开始削减光伏有功出力时，由于逆变器容量一定，无功补偿增加，因此，当光伏有功出力削减到一定程度时，受功率因数限制，若光伏逆变器并网点已经达到功率因数最小值，而馈线电压仍超过上限值，则需继续削减光伏有功出力，同时减少无功补偿。

综上可知，本发明以电压灵敏度分区和分布式自治控制为基础，自下而上逐级控制，先就地控制，再区域协调控制，最后整体统筹控制。从而避免了各电气设备间频繁大量通信，不仅可以快速控制馈线电压，而且又可以对馈线电压长期进行一定优化。在控制手段方面，先无功补偿控制，再调节有载调压变压器分接头，最后有功削减控制。这样既充分利用了配网中各种设备，又避免了过度投资，还最大程度保证光伏用户的经济效益。

与上述方法实施例相对应，本发明还公开了一种分布式光伏配网电压的控制装置。

参见图8，本发明实施例公开的一种分布式光伏配网电压的控制装置的结构示意图，控制装置包括：

第一控制单元401，用于当馈线电压上升达到警戒值未超过上限值时，控制就地控制器对光伏逆变器进行无功馈线电压就地控制；

具体的，就地控制器对光伏逆变器采用电压无功下垂控制策略进行无功馈线电压就地控制。也即通过监测电力用户公共连接点或并网点的电压，并根据电压相对变动量按一定比例要求控制光伏逆变器输出的无功功率，以调节改善并网点电压。

第一判断单元402，用于当利用所述就地控制器对所述光伏逆变器进行无功馈线电压就地控制后，馈线电压继续上升到所述上限值时，判断当前区域的无功是否耗尽；

第一请求单元403，用于在第一判断单元402判断为是的情况下，向所述就地控制器所在区域的区域控制器请求区域无功馈线电压协调控制；

若当前区域无功容量耗尽而后馈线电压仍超过上限值，则需转由馈线层对光伏逆变器进行无功控制。

第二控制单元404，用于利用所述区域控制器对所述光伏逆变器进行无功馈线电压协调控制；

具体的，区域控制器根据馈线电压超过上限值的程度，向上下相邻电压区域控制器发送无功补偿需求量。在相邻区域中，就地控制器与对应的区域控制器点对点通信，就地控制器向对应区域控制器发送自身剩余无功容量，区域控制器根据相邻区域需求补偿量和本区域剩余容量决定本区域补偿量。若无法满足需求，若馈线电压仍越限，则继续向上下游相邻区域控制器点对点通信，完成上述过程，以此类推。

第二请求单元405，用于当利用所述区域控制器对所述光伏逆变器进行无功馈线电压协调控制后，若馈线电压继续上升到所述上限值，则向电站控制器请求调节有载调压变压器抽头，进行有载调压变压器控制；

具体的，馈线上的区域控制器采集本区域节点电压信息，并点对点发送给变电站的电站控制器。当沿线光伏逆变器的无功容量均耗尽却仍存在馈线电压超过上限值时，电站控制器根据电压控制阈值对所有节点电压进行公式(3)和公式(4)计算，公式(3)和公式(4)的表达式具体如下：

式中，n_tapmin为分接头位置最小可调值，n_tapmax为分接头位置最大可调值，x_ratemin为分接头最小可调比例，x_ratemax为分接头最大可调比例，n_tapnow为有载调压变压器当前分接头位置，n为区域数量，V_thmin为电压下限值，V_thmax为电压上限值，V_i为光伏并网点电压，i为光伏用户序号。

由此可以得到有载调压变压器分接头位置调节指令，根据有载调压变压器分接头位置调节指令，进行有载调压变压器控制。这样可以缓解甚至解决馈线电压超过上限值的问题，从而减少或避免光伏有功出力削减，保证用户经济收益。

第三控制单元406，用于当变压器分接头达到动作极限而馈线电压超过所述上限值时，对所述光伏逆变器进行有功削减控制，直至馈线电压不超过所述上限值。

综上可知，采用自下而上的逐级控制策略，当馈线电压上升达到警戒值未超过上限值时，首先由就地控制器对光伏逆变器进行无功馈线电压就地控制；在当前区域的无功耗尽，而馈线电压仍达到上限值时，采用区域控制器进行区域无功馈线电压协调控制；当沿线无功容量均耗尽，而馈线电压仍达到上限值时，由电站控制器进行有载调压变压器控制，并在变压器分接头达到动作极限而馈线电压超过上限值时，对光伏逆变器进行有功削减控制，直至馈线电压不超过上限值。由此可知，本发明公开的控制方案同时结合了集中式控制方案和分布式控制方案的优势，充分利用了全网设备和沿线光伏逆变器无功容量，有效缓解甚至解决了馈线电压超过上限值的问题，保证了用户的经济利益。

为进一步优化上述实施例，第一控制单元401具体包括：

第一控制子单元，用于当馈线电压上升达到所述警戒值未超过所述上限值时，控制当前就地控制器对所述光伏逆变器进行无功馈线电压就地控制，并向所述区域控制器发送剩余无功容量值；

第一请求子单元，用于在所述当前就地控制器的无功容量耗尽后，控制所述当前就地控制器沿馈线请求位于相同区域的就地控制器进行无功馈线电压就地控制。

为进一步优化上述实施例，如图9所示，本发明实施例公开的一种第二控制单元的结构示意图，第二控制单元包括：

第二判断子单元501，用于判断当前馈线电压是否达到所述上限值；

第一计算子单元502，可用于在所述第二判断子单元501判断为是的情况下，计算无功补偿值，并将所述无功补偿值发送给上下游区域控制器；

第三判断子单元503，用于在所述第二判断子单元501判断为否的情况下，判断是否收到所述上下游区域控制器发送的补偿值；

第二计算子单元504，用于若收到所述上下游区域控制器发送的补偿值，则计算本区域无功补偿值；

第一发送子单元505，用于向本区域的就地控制器发送所述无功补偿值；

第四判断子单元506，用于判断本区域是否满足补偿需求；

第二发送子单元507，用于在所述第四判断子单元506判断为是的情况下，将剩余补偿值发送给所述上下游区域控制器。

为进一步优化上书实述施例，第二请求单元405具体包括：

第二控制子单元，用于控制所述电站控制器根据电压控制阈值对所有节点电压进行计算，得到有载调压变压器分接头位置调节指令；

第三控制子单元，用于根据所述有载调压变压器分接头位置调节指令，进行有载调压变压器控制。

具体的，馈线上的区域控制器采集本区域节点电压信息，并点对点发送给变电站的电站控制器。当沿线光伏逆变器的无功容量均耗尽却仍存在馈线电压超过上限值时，电站控制器根据电压控制阈值对所有节点电压进行公式(3)和公式(4)计算，公式(3)和公式(4)的表达式具体如下：

式中，n_tapmin为分接头位置最小可调值，n_tapmax为分接头位置最大可调值，x_ratemin为分接头最小可调比例，x_ratemax为分接头最大可调比例，n_tapnow为有载调压变压器当前分接头位置，n为区域数量，V_thmin为电压下限值，V_thmax为电压上限值，V_i为光伏并网点电压，i为光伏用户序号。

由此可以得到有载调压变压器分接头位置调节指令，根据有载调压变压器分接头位置调节指令，进行有载调压变压器控制。这样可以缓解甚至解决馈线电压超过上限值的问题，从而减少或避免光伏有功出力削减，保证用户经济收益。

为进一步优化上述实施例，如图10所示，本发明实施例公开的一种第三控制单元的结构示意图，第三控制单元包括：

第三发送子单元601，用于当对所述光伏逆变器进行有功控制时，通过所述区域控制器将所述区域控制器所属区域的电气参数信息上发给所述电站控制器；

其中，电气参数包括：本地电压、功率等。

第四控制子单元602，用于控制所述电站控制器对所述电气参数信息进行潮流计算，得到雅克比矩阵；

需要说明的是，馈线电压是沿线所有负荷和光伏共同作用的结果，也就是说，每个光伏用户都对馈线电压的抬升有贡献，但贡献度不同。因为削减光伏出力要影响各用户的经济收益，所以为了在沿线各用户之间较公平地分担有功削减量，拟采用牛顿拉夫逊算法进行沿线潮流分析，求得雅克比矩阵。

矩阵求逆子单元603，用于通过所述电站控制器对所述雅克比矩阵求逆得到电压灵敏度矩阵；

需要说明的是，对雅克比矩阵求逆得到逆矩阵并不全是电压灵敏度矩阵，电压灵敏度矩阵只是逆矩阵中的一部分。其中，电压灵敏度矩阵中的元素即为灵敏度因子，表示光伏出力对电压上升的贡献率，具体见公式(5)所示。公式(5)的表达式具体如下：

式中，Δθ为节点电压相角修正量向量，Δ|V|为节点电压幅值修正量向量，ΔP为节点不平衡有功功率向量，ΔQ为节点不平衡无功功率向量，S_θP为相角有功灵敏度矩阵，S_θQ为相角无功灵敏度矩阵，S_VP为电压有功灵敏度矩阵，S_VQ为电压无功灵敏度矩阵，J^-1为雅可比矩阵的逆矩阵。

灵敏度矩阵S_VP中的每个元素，如s_ij表示第j个光伏的有功输出量对第i个母线处电压上升的贡献率，用其来表示第i个母线处电压越限时第j个光伏应该削减的有功比例。

第一下发子单元604，用于控制所述电站控制器将所述电压灵敏度矩阵中的矩阵元素作为灵敏度因子分别下发给对应的区域控制器；

第二下发子单元605，用于控制各所述区域控制器接收对应的灵敏度因子，并将灵敏度因子下发给对应的就地控制器；

第五控制子单元606，用于控制各就地控制器根据接收的灵敏度因子进行有功削减控制。

具体的，有功控制也可以采用下垂控制策略。不同于分布式无功控制的固定下垂系数，有功控制需要根据就灵敏度矩阵确定的灵敏度因子比例来确定下垂系数。

其中，并不是沿线所有光伏用户均参与有功削减，只有电压越限点所在区域内光伏用户才削减有功。对于其他区域内的光伏用户，由于其削减有功调节效果有限，并且还影响该区域光伏用户的收益，因此其他区域的光伏用户不削减有功。

在对光伏逆变器进行有功控制时，主馈线上每个电压区域控制器与变电站中的电站控制器进行点对点通信，首先，就地控制器向电压区域控制器发送本地电压、功率等电力参数信息；然后电压区域控制器对电力参数信息进行潮流分析，计算得到雅克比矩阵，对雅克比矩阵求逆得到灵敏度矩阵；区域控制器将灵敏度矩阵中的各灵敏度因子点对点发送给对应电压区域控制器，电压区域控制器把灵敏度因子对应的控制参数下发给本区域的各电压就地控制器，实现馈线电压的调节。

在开始削减光伏有功出力时，由于逆变器容量一定，无功补偿增加，因此，当光伏有功出力削减到一定程度时，受功率因数限制，若光伏逆变器并网点已经达到功率因数最小值，而馈线电压仍超过上限值，则需继续削减光伏有功出力，同时减少无功补偿。

综上可知，本发明以电压灵敏度分区和分布式自治控制为基础，自下而上逐级控制，先就地控制，再区域协调控制，最后整体统筹控制。从而避免了各电气设备间频繁大量通信，不仅可以快速控制馈线电压，而且又可以对馈线电压长期进行一定优化。在控制手段方面，先无功补偿控制，再调节有载调压变压器分接头，最后有功削减控制。这样既充分利用了配网中各种设备，又避免了过度投资，还最大程度保证光伏用户的经济效益。

需要说明的是，装置实施例中，各组成部分的具体工作原理，请参见方法实施例对应部分，此次不再赘述。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (12)

1.一种分布式光伏配网电压的控制方法，其特征在于，包括：

当馈线电压上升达到警戒值未超过上限值时，控制就地控制器对光伏逆变器进行无功馈线电压就地控制；

当利用所述就地控制器对所述光伏逆变器进行无功馈线电压就地控制后，馈线电压继续上升到所述上限值时，判断当前区域的无功是否耗尽；

若所述当前区域的无功耗尽，则向所述就地控制器所在区域的区域控制器请求区域无功馈线电压协调控制；

利用所述区域控制器对所述光伏逆变器进行无功馈线电压协调控制；

当沿线无功容量均耗尽后，若馈线电压继续上升到所述上限值，则向电站控制器请求调节有载调压变压器抽头，进行有载调压变压器控制；

当变压器分接头达到动作极限而馈线电压超过所述上限值时，对所述光伏逆变器进行有功削减控制，直至馈线电压不超过所述上限值。

2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述当馈线电压上升达到警戒值未超过上限值时，控制就地控制器对光伏逆变器进行无功馈线电压就地控制的过程包括：

当馈线电压上升达到所述警戒值未超过所述上限值时，控制当前就地控制器对所述光伏逆变器进行无功馈线电压就地控制，并向所述区域控制器发送剩余无功容量值；

在所述当前就地控制器的无功容量耗尽后，控制所述当前就地控制器沿馈线请求位于相同区域的就地控制器进行无功馈线电压就地控制。

3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，控制所述就地控制器对光伏逆变器进行无功馈线电压就地控制包括：

控制所述就地控制器对所述光伏逆变器采用馈线电压无功下垂控制方法进行无功馈线电压就地控制。

4.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述利用所述区域控制器对所述光伏逆变器进行无功馈线电压协调控制包括：

判断当前馈线电压是否达到所述上限值；

若所述当前馈线电压达到所述上限值，则计算无功补偿值，并将所述无功补偿值发送给上下游区域控制器；

若所述当前馈线电压未达到所述上限值，则判断是否收到所述上下游区域控制器发送的补偿值；

若收到所述上下游区域控制器发送的补偿值，则计算本区域无功补偿值；

向本区域的就地控制器发送所述无功补偿值；

判断本区域是否满足补偿需求；

若本区域满足补偿需求，则将剩余补偿值发送给所述上下游区域控制器。

5.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述对所述光伏逆变器进行有载调压变压器控制包括：

控制所述电站控制器根据电压控制阈值对所有节点电压进行计算，得到有载调压变压器分接头位置调节指令；

根据所述有载调压变压器分接头位置调节指令，进行有载调压变压器控制。

6.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述对所述光伏逆变器进行有功削减控制包括：

当对所述光伏逆变器进行有功控制时，通过所述区域控制器将所述区域控制器所属区域的电气参数信息上发给所述电站控制器；

控制所述电站控制器对所述电气参数信息进行潮流计算，得到雅克比矩阵；

通过所述电站控制器对所述雅克比矩阵求逆得到电压灵敏度矩阵；

控制所述电站控制器将所述电压灵敏度矩阵中的矩阵元素作为灵敏度因子分别下发给对应的区域控制器；

控制各所述区域控制器接收对应的灵敏度因子，并将灵敏度因子下发给对应的就地控制器；

控制各就地控制器根据接收的灵敏度因子进行有功削减控制。

7.一种分布式光伏配网电压的控制装置，其特征在于，包括：

第一控制单元，用于当馈线电压上升达到警戒值未超过上限值时，控制就地控制器对光伏逆变器进行无功馈线电压就地控制；

第一判断单元，用于当利用所述就地控制器对所述光伏逆变器进行无功馈线电压就地控制后，馈线电压继续上升到所述上限值时，判断当前区域的无功是否耗尽；

第一请求单元，用于在所述第一判断单元判断为是的情况下，向所述就地控制器所在区域的区域控制器请求区域无功馈线电压协调控制；

第二控制单元，用于利用所述区域控制器对所述光伏逆变器进行无功馈线电压协调控制；

第二请求单元，用于沿线无功容量均耗尽后，若馈线电压继续上升到所述上限值，则向电站控制器请求调节有载调压变压器抽头，进行有载调压变压器控制；

第三控制单元，用于当变压器分接头达到动作极限而馈线电压超过所述上限值时，对所述光伏逆变器进行有功削减控制，直至馈线电压不超过所述上限值。

8.根据权利要求7所述的控制装置，其特征在于，所述第一控制单元包括：

第一控制子单元，用于当馈线电压上升达到所述警戒值未超过所述上限值时，控制当前就地控制器对所述光伏逆变器进行无功馈线电压就地控制，并向所述区域控制器发送剩余无功容量值；

第一请求子单元，用于在所述当前就地控制器的无功容量耗尽后，控制所述当前就地控制器沿馈线请求位于相同区域的就地控制器进行无功馈线电压就地控制。

9.根据权利要求7所述的控制装置，其特征在于，所述第一控制单元具体用于：

控制所述就地控制器对所述光伏逆变器采用馈线电压无功下垂控制方法进行无功馈线电压就地控制。

10.根据权利要求7所述的控制装置，其特征在于，所述第二控制单元包括：

第二判断子单元，用于判断当前馈线电压是否达到所述上限值；

第一计算子单元，可用于在所述第二判断子单元判断为是的情况下，计算无功补偿值，并将所述无功补偿值发送给上下游区域控制器；

第三判断子单元，用于在所述第二判断子单元判断为否的情况下，判断是否收到所述上下游区域控制器发送的补偿值；

第二计算子单元，用于若收到所述上下游区域控制器发送的补偿值，则计算本区域无功补偿值；

第一发送子单元，用于向本区域的就地控制器发送所述无功补偿值；

第四判断子单元，用于判断本区域是否满足补偿需求；

第二发送子单元，用于在所述第四判断子单元判断为是的情况下，将剩余补偿值发送给所述上下游区域控制器。

11.根据权利要求7所述的控制装置，其特征在于，所述第二请求单元包括：

第二控制子单元，用于控制所述电站控制器根据电压控制阈值对所有节点电压进行计算，得到有载调压变压器分接头位置调节指令；

第三控制子单元，用于根据所述有载调压变压器分接头位置调节指令，进行有载调压变压器控制。

12.根据权利要求7所述的控制装置，其特征在于，所述第三控制单元包括：

第三发送子单元，用于当对所述光伏逆变器进行有功控制时，通过所述区域控制器将所述区域控制器所属区域的电气参数信息上发给所述电站控制器；

第四控制子单元，用于控制所述电站控制器对所述电气参数信息进行潮流计算，得到雅克比矩阵；

矩阵求逆子单元，用于通过所述电站控制器对所述雅克比矩阵求逆得到电压灵敏度矩阵；

第一下发子单元，用于控制所述电站控制器将所述电压灵敏度矩阵中的矩阵元素作为灵敏度因子分别下发给对应的区域控制器；

第二下发子单元，用于控制各所述区域控制器接收对应的灵敏度因子，并将灵敏度因子下发给对应的就地控制器；

第五控制子单元，用于控制各就地控制器根据接收的灵敏度因子进行有功削减控制。