一种阻抗自适应的逆变器无功电压控制参数优化方法

摘要

本发明公开了一种阻抗自适应的逆变器无功电压控制参数优化方法，其特征是首先通过潮流计算得到配电网Jacobi矩阵及无功电压幅值灵敏度矩阵；其次利用epsilon解耦算法对无功电压幅值灵敏度矩阵进行耦合性分解并对应将含分布式光伏的配电网划分成互不重叠的子区域；然后，通过阻抗自适应方法在线实时测量各逆变器接入点短路阻抗，由测量得到的短路阻抗确定逆变器无功电压V(Q)控制的死区宽度D；最后以配电网各子区域全年电压波动最小、无功需求量最小及网络损耗最低为目标，进行各子区域逆变器V(Q)控制的死区宽度D的优化整定。本发明方法解决了逆变器参数在线自适应整定的问题，提高了配电网的光伏消纳能力，同时实现了分布式光伏安全友好型并网。

主权项

一种阻抗自适应的逆变器无功电压控制参数优化方法，其特征是按如下步骤进行：步骤1、对含分布式光伏的配电网进行潮流计算，得到含有M个PQ节点及一个平衡节点的配电网的Jacobi矩阵J_M，M为正整数，所述配电网的总节点数为M+1；所述配电网的Jacobi矩阵J_M按如下方式计算得到：(1)、获取所述配电网的电气参数，所述电气参数包括线路阻抗、各节点负荷有功及无功分量、系统电压等级、光伏安装容量、逆变器功率因数运行范围、年小时辐照强度及环境温度；(2)、利用所述电气参数根据Newtown‑Raphson算法进行配电网潮流计算，得到配电网线性化的节点功率方程如式(1)：式(1)中：Δδ和ΔV分别为配电网PQ节点的电压相角变化量和电压幅值变化量；ΔP和ΔQ分别为配电网PQ节点注入的有功功率变化量和无功功率变化量；S_δP和S_VP分别为配电网PQ节点的有功电压相角灵敏度矩阵和有功电压幅值灵敏度矩阵；S_δQ和S_VQ分别为配电网PQ节点的无功电压相角灵敏度矩阵和无功电压幅值灵敏度矩阵；则Jacobi矩阵J_M为：步骤2、对于所述Jacobi矩阵J_M中的无功电压幅值灵敏度矩阵S_VQ按行进行归一化，得到归一化矩阵S′_VQ，并对所述归一化矩阵S′_VQ进行epsilon解耦计算，具体按如下步骤进行：(1)、矩阵S_VQ表征为：S_VQ＝[s_ij]_M×M，s_ij为矩阵S_VQ第i行第j列的元素，则有：记K₁、K₂…K_i…K_M依次为矩阵S_VQ中各行元素绝对值的最大值，并对矩阵S_VQ各行按s_ij′＝s_ij/K_i进行归一化，得到归一化矩阵S′_VQ，S′_VQ＝[s′_ij]_M×M；其中：i,j＝1,2,…,M，所述矩阵S_VQ和矩阵S′_VQ均为M维矩阵；(2)、对所述归一化矩阵S′_VQ按如下过程进行epsilon解耦计算得到强耦合性节点矩阵设定阈值ε，并按式(2)对矩阵S′_VQ进行epsilon解耦计算得到强耦合性节点矩阵若S′_VQ中元素s_ij′为：|s′_ij|＜ε，则令s′_ij＝0；若S′_VQ中元素s_ij′为：|s′_ij|≥ε，则保持s′_ij原先数值；中各元素均大于ε，εS_R为残差矩阵，S_R中各元素均小于或等于1；(3)、矩阵通过式(3)的行列置换矩阵W的变换得到由N个分块矩阵A₁、A₂…A_N构成的对角矩阵式(3)中，行列置换矩阵W由深度优先搜索DFS算法计算得到；(4)、采用线性递增法确定最优阈值ε_p：选取ε满足s′_min≤ε≤s′_max，取ε从s′_min开始按照步长Δε＝0.1s′_max进行线性递增，重复步骤2中(2)至(3)的过程，计算不同ε下矩阵S′_VQ的epsilon解耦计算，当首次计算得到所有分块矩阵A₁、A₂…A_N的维数均不超过矩阵S′_VQ维数的15％‑20％时，确定此时的ε为最优阈值ε_p；s′_min和s′_max分别为矩阵S′_VQ中元素s_ij′的最小元素和最大元素；(5)、由所述行列置换矩阵W及最优阈值ε_p对矩阵S′_VQ进行最优epsilon分解得到最优对角矩阵为：所述最优对角矩阵中N个分块矩阵A₁,A₂,…,A_N分别一一对应将配电网中M个PQ节点划分到N个相互独立且不重叠的子区域B₁,B₂,…,B_N内，且在配电网同一子区域中的各节点视为电压无功强耦合点，不同子区域之间各节点则具有弱耦合性；步骤3、所述配电网中N个相互独立且不重叠的子区域B₁,B₂,…,B_N内逆变器均采用无功电压V(Q)控制方法进行光伏并网点的电压调节；步骤4、采用由逆变器向配电网注入低频谐波电流的阻抗自适应方法在线实时测量各逆变器接入点短路阻抗Z，并由测量得到的阻抗Z与根据式(4)的阻抗自适应特性曲线D＝f(Z)确定无功电压V(Q)控制的死区宽度D：式(4)中，D_min和D_max分别为逆变器死区宽度最小值和最大值，取D_min＝0，D_max＝0.2p.u.，Z_L和Z_H分别表示阻抗自适应下垂区间的最小值和最大值，Z_L和Z_H由通过实际测量获得的逆变器并网点短路阻抗最小值和最大值确定；所述由逆变器向配电网注入低频谐波电流的阻抗自适应方法在线实时测量各逆变器接入点短路阻抗Z是按如下过程进行：通过逆变器向配电网注入低频谐波电流，并在线实时测量逆变器并网点处的电压向量及电流向量，按式(5)计算得到该时刻逆变器的接入点短路阻抗Z：式(5)中，V和I分别为逆变器并网点处电压及电流幅值，和分别为逆变器并网点处电压相角和电流相角，R_d和L_d分别为电网电阻和电抗分量，ω为注入谐波次数；步骤5、在含有2台及以上的逆变器并联接入配电网时，采用具有谐波补偿功能的逆变器依次向配电网注入低频谐波电流的方法测量各逆变器接入点短路阻抗Z，所述逆变器具有的谐波补偿功能由比例谐振控制器单元实现；所述比例谐振控制器单元的传递函数G_comp(s)为：其中，K_p为比例环节，K_i及K_ih为不同谐波对应的积分比例系数，h为谐波次数，s表示拉普拉斯变换；步骤6、对含分布式光伏的配电网进行年序潮流计算，并记录配电网各节点各小时的电压幅值，以配电网各子区域B₁,B₂,…,B_N内全年电压偏差最小、全年无功需求量最小、全年无功损耗最小为目标，采用多目标粒子群优化算法进行各子区域中逆变器V(Q)控制中死区宽度D的左端点V_th1和右端点V_th2的参数优化整定。