本發(fā)明涉及配電安全技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于RTU的主動配電網(wǎng)饋線電壓在線控制方法。

背景技術(shù)：

主動配電網(wǎng)(Active Distribution Network，ADN)是智能配電網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的高級階段，通過利用先進的測量、通信、電力電子及控制技術(shù)對接入大規(guī)模分布式電源(Distributed Generation，DG)的配電網(wǎng)實施主動管理，解決電網(wǎng)兼容及應(yīng)用大規(guī)模間歇式可再生能源等問題。

主動配電網(wǎng)中規(guī)模化間歇式能源(如風(fēng)能、太陽能等)的并網(wǎng)會加劇電壓波動或過電壓導(dǎo)致其脫網(wǎng)，不僅嚴重制約主動配電網(wǎng)消納可再生能源發(fā)電的能力，而且使配網(wǎng)電壓質(zhì)量下降，給配電網(wǎng)饋線電壓控制提出了更高要求。

因此，有必要設(shè)計一種適應(yīng)于主動配電網(wǎng)的電壓在線控制系統(tǒng)，及時消除電壓越限現(xiàn)象，確保主動配電網(wǎng)安全、可靠運行，提高配電網(wǎng)對可再生能源的消納能力，促進配電網(wǎng)的低碳化發(fā)展。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種基于RTU的主動配電網(wǎng)饋線電壓在線控制方法，包括如下步驟：

步驟一：在每一個可控無功源母線處安裝一個RTU，同一條饋線上的RTU沿饋線方向按順序進行編號，將與饋線根節(jié)點最近的RTU對應(yīng)節(jié)點作為首節(jié)點，最后一個RTU對應(yīng)節(jié)點為末節(jié)點；。每個RTU都能與饋線電壓主控器通過通信線路進行雙向通信。

步驟二：各個節(jié)點的RTU獲取自身所需數(shù)據(jù)并傳輸給饋線電壓主控器，其中：

當首節(jié)點上游存在負荷時，首節(jié)點對應(yīng)的RTU估算其與上游鄰近負荷節(jié)點之間的電壓及與鄰近下游RTU之間的電壓、測量本地數(shù)據(jù)，計算出周圍節(jié)點電壓的最大值和最小值后將計算結(jié)果及本地節(jié)點電壓傳輸給饋線電壓主控器，否則僅測量本地數(shù)據(jù)并傳輸給饋線電壓主控器。

末節(jié)點對應(yīng)的RTU估算其與下游鄰近負荷節(jié)點之間的電壓及與鄰近上游RTU之間的電壓、測量本地數(shù)據(jù)，計算出周圍節(jié)點電壓的最大值和最小值后將計算結(jié)果及本地節(jié)點電壓傳輸給饋線電壓主控器。

除首節(jié)點及末節(jié)點外的其余節(jié)點對應(yīng)RTU估算其與鄰近的上游RTU之間的電壓及與下游RTU之間的電壓、測量本地數(shù)據(jù)，計算出周圍節(jié)點電壓的最大值和最小值后將計算結(jié)果及本地節(jié)點電壓傳輸給饋線電壓主控器。

步驟三：饋線電壓主控器計算每個節(jié)點上可控無功源的整定值，并下達給對應(yīng)RTU。

進一步的，RTU計算周圍節(jié)點電壓的最大值和最小值的方法具體為：

步驟1：假定進行計算的RTU對應(yīng)節(jié)點編號為m,將該RTU表示為RTU_m，鄰近下游RTU(對于末端RTU，為其下游鄰近負荷)所對應(yīng)節(jié)點的節(jié)點編號為m+1，鄰近上游RTU(對于首節(jié)點的RTU，為其上游鄰近負荷)所對應(yīng)節(jié)點的節(jié)點編號為m-1。

步驟2：節(jié)點m作為本地節(jié)點，對應(yīng)的RTU_m讀取本地數(shù)據(jù)，根據(jù)本地數(shù)據(jù)估算節(jié)點m與節(jié)點m+1之間的電壓V_estm,m+1。

步驟3：根據(jù)本地數(shù)據(jù)估算節(jié)點m與節(jié)點m-1間的電壓V_estm,m-1。

步驟4：節(jié)點m周圍節(jié)點電壓的最大值V_maxm＝max(V_m,V_estm,m+1,V_estm,m-1)，和周圍節(jié)點電壓的最小值V_minm＝min(V_m,V_estm,m+1,V_estm,m-1)。

進一步的，所述本地測量數(shù)據(jù)包括本地節(jié)點電壓及與其對應(yīng)可控無功源母線相連的饋線潮流。

進一步的，根據(jù)本地節(jié)點的本地數(shù)據(jù)估算兩個節(jié)點間電壓的公式為：

V_estm,m+1＝V_n–(P_m,m+1.r_m,m+1/2+Q_m,m+1.x_m,m+1/2)，其中，m代表本地節(jié)點編號，V_estm,m+1為估算電壓，V_m為本地節(jié)點電壓，P_m,m+1、Q_m,m+1分別代表與本地節(jié)點n相連的下游饋線有功功率、無功功率，r_m,m+1、x_m,m+1分別代表本地節(jié)點m與節(jié)點m+1之間線路電阻、線路電抗。

進一步的，步驟三具體為：

步驟3.1：饋線電壓主控器根據(jù)每個節(jié)點周圍節(jié)點電壓的最大值和最小值計算各個節(jié)點需要調(diào)整的電壓量。

步驟3.2：得到由各個節(jié)點需要調(diào)整的電壓量為組成元素的列向量ΔV。

步驟3.3：根據(jù)列向量ΔV得到以各個節(jié)點的無功源無功功率變化量為元素的列向量△Q_s。

步驟3.4：判斷各個節(jié)點的可控無功功率源是為并聯(lián)電容器組還是分布式電源，如果是并聯(lián)電容器組，則修正電容器組數(shù)值，并判斷修正后的電容器組數(shù)值范圍，如果小于0，則使其等于0，如果大于最大值，則令其等于最大值。如果可控無功源是分布式電源，則根據(jù)對應(yīng)的無功功率變化量修正分布式電源輸出無功功率的整定值，并判斷修正后的整定值是否在預(yù)先設(shè)定的范圍內(nèi)，若少于預(yù)定的無功功率最小值，則令其等于無功功率最小值，若大于無功功率最大值，則令其等于無功功率最大值。

步驟3.5：將修正后的整定值作為新的初始整定值。

步驟3.6：新的初始整定值通過RTU傳達給可控無功源。

進一步的，步驟3.1中，各個節(jié)點需要調(diào)整的電壓量的計算公式為：ΔV_i＝1-(V_max,i+V_min,i)/2，其中，i＝1、2、3......n,n為RTU節(jié)點個數(shù)，ΔV_i為第i個節(jié)點需要調(diào)整的電壓量，V_max,i、V_min,i代表第i個節(jié)點周圍節(jié)點電壓的最大值、最小值。

進一步的，步驟3.3中，列向量計算公式為：其中，△Q_s為以各個節(jié)點的無功源無功功率變化量為元素的列向量，△V電壓偏移矩陣，X_V是以X_ij/V_j為元素的n階方陣；電抗矩陣的對角元素X_ii(即i＝j(luò)時)為首端節(jié)點與注入功率節(jié)點之間的所有支路電抗之和，稱之為自電抗，非對角元素X_ij(i≠j)為首端節(jié)點與注入功率節(jié)點i及j之間的共有支路的電抗之和，稱之為互電抗，V_j為節(jié)點j處的本地電壓。

進一步的，步驟3.4中，電容器組數(shù)值修正公式為：st_j＝st_0j+round(ΔQ_j/q)，st_0j、st_j分別為第j個無功源的初始整定值和當前整定值，j＝1,2,…,n，△Q_j為節(jié)點j+1對應(yīng)的可控無功源的無功功率，q表示電容器組的單位無功容量。

進一步的，當首節(jié)點上游無負荷時，饋線電壓主控器調(diào)節(jié)首節(jié)點的本地節(jié)點電壓。

與已有的技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在：

1)不需要負荷和RES的預(yù)測數(shù)據(jù)，而是根據(jù)系統(tǒng)當前的測量參數(shù)及RTU估算的電壓極值，實現(xiàn)電壓的在線控制，減少了通訊數(shù)據(jù)量，節(jié)省了數(shù)據(jù)存儲空間。

2)由于部分計算是由各個RTU并列執(zhí)行的，因此向饋線電壓主控器傳輸?shù)臄?shù)據(jù)及決策計算時間都會減少，滿足電壓在線控制的要求。

3)傳統(tǒng)的本地電壓控制僅能確保本地電壓在正常運行范圍內(nèi)，而本發(fā)明的控制方法可以使本地電壓及其周圍負荷節(jié)點電壓都在正常運行范圍內(nèi)。

4)計算量小、速度快，滿足電壓在線控制的實時性要求。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所適用系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為饋線電壓主控器的工作流程圖。

具體實施方式

本發(fā)明的設(shè)計構(gòu)思為：針對現(xiàn)有技術(shù)方案存在的主要問題，利用ADN具備較完備的通訊網(wǎng)絡(luò)和測量系統(tǒng)這一特點，提出了一種基于RTU的饋線電壓在線控制方法，該方法的主要特點在于：1)不需要可再生能源發(fā)電及負荷預(yù)測的數(shù)據(jù)；2)新型RTU除了測量本地數(shù)據(jù)，還承擔部分簡單計算，減少了饋線電壓主控器的計算量，提高了控制決策效率；3)采用基于回路潮流法的電壓靈敏度計算方法，該方法計算量小，滿足電壓在線控制的實時性要求；4)以本地電壓及其周圍負荷節(jié)點電壓的極值為控制對象，保證了整個饋線的節(jié)點電壓在正常運行范圍內(nèi)。

本發(fā)明所適用的系統(tǒng)如圖1所示：

包括饋線電壓主控器、沿著饋線順序分布的新型RTU。

各個RTU按照順序進行編號，并行采集母線上對應(yīng)節(jié)點的本地數(shù)據(jù)并執(zhí)行相關(guān)計算的操作，然后將測量的本地節(jié)點電壓和估算的兩個電壓極值一起傳輸給饋線電壓主控器。各個RTU對應(yīng)一個可控無功源控制器。

饋線電壓主控器根據(jù)收到的各個RTU相關(guān)數(shù)據(jù)制定無功功率控制決策及電壓控制決策，并把決策指令通過各RTU下達給相應(yīng)的可控無功源控制器，如果下達失敗則可控無功源控制器將根據(jù)本地測量數(shù)據(jù)執(zhí)行本地控制。

本發(fā)明所述方法包括如下步驟：

步驟一：在每一個可控無功源母線處安裝一個新型RTU，同一條饋線上的RTU沿饋線方向按順序進行編號，將與饋線根節(jié)點最近的RTU對應(yīng)節(jié)點作為首節(jié)點，最后一個RTU對應(yīng)節(jié)點為末節(jié)點；；每個RTU都能與饋線電壓主控器通過通信線路進行雙向通信。

一般來說，對各RTU進行編號，距首節(jié)點最近的編號為1，然后沿回路方向依次遞增。

步驟二：各個節(jié)點的RTU獲取自身所需數(shù)據(jù)并傳輸給饋線電壓主控器，其中：

當首節(jié)點上游存在負荷時，首節(jié)點對應(yīng)的RTU估算其與上游鄰近負荷節(jié)點之間的電壓及與鄰近下游RTU之間的電壓、測量本地數(shù)據(jù)，計算出周圍節(jié)點電壓的最大值和最小值后將計算結(jié)果及本地節(jié)點電壓傳輸給饋線電壓主控器，否則僅測量本地數(shù)據(jù)并傳輸給饋線電壓主控器。

末節(jié)點對應(yīng)的RTU估算其與下游鄰近負荷節(jié)點之間的電壓及與鄰近上游RTU之間的電壓、測量本地數(shù)據(jù)，計算出周圍節(jié)點電壓的最大值和最小值后將計算結(jié)果及本地節(jié)點電壓傳輸給饋線電壓主控器。

除首節(jié)點及末節(jié)點外的其余節(jié)點對應(yīng)RTU估算其與鄰近的上游RTU之間的電壓及與下游RTU之間的電壓、測量本地數(shù)據(jù)，計算出周圍節(jié)點電壓的最大值和最小值后將計算結(jié)果及本地節(jié)點電壓傳輸給饋線電壓主控器。

下面以舉例的形式說明RTU計算周圍節(jié)點電壓的最大值和最小值的方法，該方法具體可分為如下步驟：

步驟1：假定進行計算的RTU對應(yīng)節(jié)點編號為m,將該RTU表示為RTU_m，鄰近下游RTU(對于末端RTU，為其下游鄰近負荷)所對應(yīng)節(jié)點的節(jié)點編號為m+1，鄰近上游RTU(對于首節(jié)點的RTU，為其上游鄰近負荷)所對應(yīng)節(jié)點的節(jié)點編號為m-1。

步驟2：節(jié)點m作為本地節(jié)點，對應(yīng)的RTU_m讀取本地數(shù)據(jù)，根據(jù)本地數(shù)據(jù)估算節(jié)點m與節(jié)點m+1之間的電壓V_estm,m+1。

所述本地測量數(shù)據(jù)包括本地節(jié)點電壓及與其對應(yīng)可控無功源母線相連的饋線潮流。

V_estm,m+1＝V_n–(P_m,m+1.r_m,m+1/2+Q_m,m+1.x_m,m+1/2)

其中，m代表本地節(jié)點編號，V_estm,m+1為估算電壓，V_m為本地節(jié)點電壓，P_m,m+1、Q_m,m+1分別代表與本地節(jié)點n相連的下游饋線有功功率、無功功率，r_m,m+1、x_m,m+1分別代表本地節(jié)點m與節(jié)點m+1之間線路電阻、線路電抗。

步驟3：按照步驟2，根據(jù)本地數(shù)據(jù)估算節(jié)點m與節(jié)點m-1間的電壓V_estm,m-1。

步驟4：節(jié)點m周圍的最大節(jié)點的最大電壓V_maxm＝max(V_m,V_estm,m+1,V_estm,m-1)，和最小電壓V_minm＝min(V_m,V_estm,m+1,V_estm,m-1)。

步驟三：饋線電壓主控器計算每個節(jié)點上可控無功源的整定值，并下達給對應(yīng)RTU。

當首節(jié)點上游無負荷時，饋線電壓主控器調(diào)節(jié)首節(jié)點的本地節(jié)點電壓。

如圖2所示，本步驟可細分為如下步驟(圖中ΔV_i為第i個節(jié)點需要調(diào)整的電壓量；n為可控無功源的總個數(shù)；s_j為第j個無功源類型標識符，取0或1，等于0表示為并聯(lián)電容器組，否則為DG；st_0j、st_j分別為第j個無功源的初始整定值和當前整定值；q、N_Cmax分別為電容器組的單位無功容量和最大組數(shù)；Q_max、Q_min分別為DG可提供的最大、最小無功功率)。

步驟3.1：饋線電壓主控器根據(jù)每個節(jié)點周圍節(jié)點電壓的最大值和最小值計算各個節(jié)點需要調(diào)整的電壓量。

各個節(jié)點需要調(diào)整的電壓量的計算公式為：ΔV_i＝1-(V_max,i+V_min,i)/2，其中，i＝1、2、3......n,n為節(jié)點個數(shù)，ΔV_i為第i個節(jié)點需要調(diào)整的電壓量，V_max,i、V_min,i代表第i個節(jié)點周圍節(jié)點電壓的最大值、最小值。

步驟3.2：得到由各個節(jié)點需要調(diào)整的電壓量為組成元素的列向量ΔV。

步驟3.3：根據(jù)列向量ΔV得到以各個節(jié)點的無功源無功功率變化量為元素的列向量△Q_s。

列向量計算公式為：

其中，△Q_s為以各個節(jié)點的無功源無功功率變化量為元素的列向量，△V電壓偏移矩陣，X_V是以X_ij/V_j為元素的n階方陣；電抗矩陣的對角元素X_ii(即i＝j(luò)時)為首端節(jié)點與注入功率節(jié)點之間的所有支路電抗之和，稱之為自電抗，非對角元素X_ij(i≠j)為首端節(jié)點與注入功率節(jié)點i及j之間的共有支路的電抗之和，稱之為互電抗，V_j為節(jié)點j處的本地電壓。

步驟3.4：判斷各個節(jié)點的可控無功功率源是為并聯(lián)電容器組還是分布式電源，如果是并聯(lián)電容器組，則修正電容器組數(shù)值，并判斷修正后的電容器組數(shù)值范圍，如果小于0，則使其等于0，如果大于最大值，則令其等于最大值；如果可控無功源是分布式電源，則根據(jù)對應(yīng)的無功功率變化量修正分布式電源輸出無功功率的整定值，并判斷修正后的整定值是否在預(yù)先設(shè)定的范圍內(nèi)，若少于預(yù)定的無功功率最小值，則令其等于無功功率最小值，若大于無功功率最大值，則令其等于無功功率最大值；

電容器組數(shù)值修正公式為：st_j＝st_0j+round(ΔQ_j/q)，st_0j、st_j分別為第j個無功源的初始整定值和當前整定值，j＝1,2,…,n，△Q_j為節(jié)點j+1對應(yīng)的可控無功源的無功功率，q表示電容器組的單位無功容量。

步驟3.5：將修正后的整定值作為新的初始整定值。

賦值公式為st_0j＝st_j

步驟3.6：新的初始整定值通過RTU傳達給對應(yīng)的可控無功源控制器。