配電網饋線無功電壓安全優化控制方法

張盛 戴元安 程振龍 張沖標 王冠

摘 要：為提高配電網饋線無功電壓控制能力，提出基于并網逆變耦合特性的配電網饋線無功電壓安全優化控制方法。建立配電網饋線無功電壓控制系統結構模型，采用混合雙饋入直流輸電配置方法進行饋線無功電壓配置;建立動態參數調節模型，抑制配電網饋線無功電壓安全控制干擾，采用并網逆變耦合特性分析方法進行誤差反饋調節和參數優化估計，實現控制模型的優化設計。仿真結果表明，采用該方法進行配電網饋線無功電壓安全控制的輸出穩定性較好，配電網的輸出增益較大，抗干擾性較好。

關鍵詞：配電網;饋線;無功電壓;控制;參數估計;并網逆變耦合特性

Abstract：In order to improve that reactive voltage control capability of the feeder line of the distribution network， a method for optimizing the reactive voltage safety of a distribution network based on a grid-connected inversion coupling characteristic is proposed. The structure model of the reactive voltage control system of the distribution network feeder is established， the reactive voltage configuration of the feeder line is carried out by adopting a hybrid double-fed direct-current transmission configuration method. A dynamic parameter regulation model is established， the reactive voltage safety control interference of the power distribution network feeder is restrained， The error feedback adjustment and the parameter optimization estimation are carried out using the grid-connected inverter coupling characteristic analysis method， and the optimal design of the control model is realized. The simulation results show that the output stability of reactive power and voltage security control of distribution network feeder is better， the output gain of distribution network is large， and the anti-interference is better.

Key words：distribution network;feeder;reactive power and voltage;control;parameter estimation;grid-connected inverter coupling characteristics

0 引言

為提高配電網的配電網饋線無功電壓調節能力，在新能源高滲透率的電網中，限制新能源并網有許多原因，而過電壓就是其中最為主要的原因之一，當處于負荷較低與充足光線照射狀態下的配電網有一定概率會發生功率反向流動，從而致使饋線過電壓，許多學者對該種情況進行了有關分布式電源接入配網后對饋線電壓影響的研究。一方面，考慮利用增加設備與設備的某些自身特性進行調壓;另一方面，在逆變器并網的自身控制角度下手，基于不改變配網結構的情況下，提高分布式能源接入配網后對電壓的管理效率。除此之外，為提升智能電網的建設與發展進程，可以通過通訊等技術在分布式能源接入智能配電網的應用使整個配電網更加安全，使其具有高效的分配與輸送電力能力。

在進行配電網的組網控制中，需要構建配電網饋線無功電壓調節模型，結合輸出電壓的耦合調節方法，進行無損功率的自適應調節，提高配電網的輸出安全性，研究配電網饋線無功電壓安全控制模型在配電網設計中具有重要意義。由于電力系統的電力分布節點及相關能源數量的增加，采用電力領域的控制技術及計算機技術等多領域交叉學習方法，及相關的配電網饋線無功電壓安全控制方法研究受到人們的極大關注。

傳統方法中，對配電網饋線無功電壓安全優化控制方法主要采用自抗擾控制方法和卷積學習方法。文獻[1]提出一種基于自抗擾控制的配電網饋線無功電壓安全優化控制算法。構建配電網饋線無功電壓安全優化控制的目標函數和約束參量模型，進行自抗擾控制設計，但該方法進行配電網饋線無功電壓安全優化控制的自適應性差，計算開下較大。文獻[2]中提出基于卷積學習方法的配電網饋線無功電壓安全優化控制，進行分布式配電網電源接入信息的分類識別，結合配電網的輸出電壓優化控制，但該方法進行配電網饋線無功電壓安全控制的抗干擾性差。文獻[3]提出一種有載調壓變壓器和具備靜止同步補償器功能的并網系統聯合電壓控制方法，該方法通過分析自身電網功能，通過有載調壓變壓器調節電壓，若調節過程中有載調壓變壓器調節范圍有限，則該算法會自動限制光伏輸出功率，以此實現電力系統的自動控制。但該方法同樣存在自適應較差的問題。

針對上述問題，本文提出基于并網逆變耦合特性建模的配電網饋線無功電壓安全優化控制方法。首先建立配電網饋線無功電壓的動態參數調節模型，然后結合小干擾穩定性調節方法進行配電網饋線無功電壓安全控制過程中的干擾抑制。最后進行仿真實驗分析，展示了本文方法在提高配電網饋線無功電壓安全優化控制能力方面的優越性能。

1 配電網饋線無功電壓控制系統的參數分析

1.1 混合雙饋入直流分布模型的穩態特征量

為了實現配電網饋線無功電壓安全優化控制，需要首先建立配電網饋線無功電壓控制系統結構模型，采用混合雙饋入直流輸電配置方法進行配電網饋線無功電壓配置，建立由LCC-HVDC 和 VSC-HVDC 組成的混合控制模型[4]，得到配電網饋線無功電壓控制系統結構描述，如圖1所示。

根據圖1所示的系統結構模型，得到配電網饋線無功電壓控制的耦合模型，如式（1）所示。

1.2 動態參數調節模型

基于混合雙饋入直流分布模型的穩態特征量，建立配電網饋線無功電壓的動態參數調節模型，在頻率耦合時，得到電壓擾動特征狀態方程，如式（7）所示。

根據上述分析，進行配電網饋線無功電壓安全控制過程中的干擾抑制，采用并網逆變耦合特性分析方法進行配電網饋線無功電壓安全控制，提高輸出穩定性。

2 配電網饋線無功電壓安全控制算法

在上述建立配電網饋線無功電壓控制系統結構模型并進行參數的優化調節基礎上，進行配電網饋線無功電壓安全控制算法設計，本文提出基于并網逆變耦合特性建模的配電網饋線無功電壓安全優化控制方法，分析配電網在d軸和q 軸的控制器結構[8]，得到控制目標函數如式（15）所示。

根據上述分析，實現了配電網饋線無功電壓安全優化控制，為檢驗本文方法的有效性及可行性，需進行仿真實驗。

3 仿真實驗與結果分析

3.1 實驗參數

為測試本文方法在實現配電網饋線無功電壓安全控制中的應用性能。采用Matlab軟件檢測配電網電壓特征根軌跡，得到結果如圖2所示。

根據圖2軌跡結果進行仿真實驗，實驗在0.3 MW，0.6 MW和2.0 MW等3種工況的功率等級下進行并網逆變耦合特性建模及饋線無功電壓安全控制，實驗中設定配電網參數，如表1所示。

3.2 輸出性能曲線

根據上述參數設定，進行配電網饋線無功電壓安全優化控制，得到控制輸出性能曲線對比，如圖3所示。

分析圖3得知，采用本文方法進行配電網饋線無功電壓安全控制，電網振蕩幅值較小，說明控制性能較好。這是由于本文方法根據輸電系統的拓撲結構、控制策略，進行配電網饋線無功電壓安全控制，并設置映射條件構建自適應的尋優函數，以得到穩態特征量，利用穩態特征對配電網饋線無功電壓進行控制。

3.3 無功功率曲線

為檢驗本文方法的魯棒性，本文將與未考慮考慮并網逆變特性的配電網饋線無功電壓控制技術進行對比。則配電網饋線無功電壓的無功功率曲線及饋線關口注入無功功率曲線對比圖如圖4、圖5所示。

由圖4可知，饋線關口總輸出無功較大，功率因數比較低，即饋線的全局角度需要無功補償;從圖5的無功功率曲線來看，未考慮并網逆變特性的配變輸出無功功率曲線無明顯變化，饋線總輸出無功無改善。而采用本文方法控制后，配變輸出的無功功率曲線變化明顯，饋線的無功曲線得到了明顯改善。

4 總結

構建配電網饋線無功電壓調節模型，結合輸出電壓的耦合調節方法，進行無損功率的自適應調節，提高配電網的輸出安全性，本文提出基于并網逆變耦合特性建模的配電網饋線無功電壓安全優化控制方法。研究得知，本文方法進行配電網饋線無功電壓安全控制的性能較好，抗振蕩干擾能力較強，收斂性較好。

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（收稿日期：2019.09.21）