配电网馈线无功电压安全优化控制方法

张盛 戴元安 程振龙 张冲标 王冠

摘 要：为提高配电网馈线无功电压控制能力，提出基于并网逆变耦合特性的配电网馈线无功电压安全优化控制方法。建立配电网馈线无功电压控制系统结构模型，采用混合双馈入直流输电配置方法进行馈线无功电压配置;建立动态参数调节模型，抑制配电网馈线无功电压安全控制干扰，采用并网逆变耦合特性分析方法进行误差反馈调节和参数优化估计，实现控制模型的优化设计。仿真结果表明，采用该方法进行配电网馈线无功电压安全控制的输出稳定性较好，配电网的输出增益较大，抗干扰性较好。

关键词：配电网;馈线;无功电压;控制;参数估计;并网逆变耦合特性

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

为提高配电网的配电网馈线无功电压调节能力，在新能源高渗透率的電网中，限制新能源并网有许多原因，而过电压就是其中最为主要的原因之一，当处于负荷较低与充足光线照射状态下的配电网有一定概率会发生功率反向流动，从而致使馈线过电压，许多学者对该种情况进行了有关分布式电源接入配网后对馈线电压影响的研究。一方面，考虑利用增加设备与设备的某些自身特性进行调压;另一方面，在逆变器并网的自身控制角度下手，基于不改变配网结构的情况下，提高分布式能源接入配网后对电压的管理效率。除此之外，为提升智能电网的建设与发展进程，可以通过通讯等技术在分布式能源接入智能配电网的应用使整个配电网更加安全，使其具有高效的分配与输送电力能力。

在进行配电网的组网控制中，需要构建配电网馈线无功电压调节模型，结合输出电压的耦合调节方法，进行无损功率的自适应调节，提高配电网的输出安全性，研究配电网馈线无功电压安全控制模型在配电网设计中具有重要意义。由于电力系统的电力分布节点及相关能源数量的增加，采用电力领域的控制技术及计算机技术等多领域交叉学习方法，及相关的配电网馈线无功电压安全控制方法研究受到人们的极大关注。

传统方法中，对配电网馈线无功电压安全优化控制方法主要采用自抗扰控制方法和卷积学习方法。文献[1]提出一种基于自抗扰控制的配电网馈线无功电压安全优化控制算法。构建配电网馈线无功电压安全优化控制的目标函数和约束参量模型，进行自抗扰控制设计，但该方法进行配电网馈线无功电压安全优化控制的自适应性差，计算开下较大。文献[2]中提出基于卷积学习方法的配电网馈线无功电压安全优化控制，进行分布式配电网电源接入信息的分类识别，结合配电网的输出电压优化控制，但该方法进行配电网馈线无功电压安全控制的抗干扰性差。文献[3]提出一种有载调压变压器和具备静止同步补偿器功能的并网系统联合电压控制方法，该方法通过分析自身电网功能，通过有载调压变压器调节电压，若调节过程中有载调压变压器调节范围有限，则该算法会自动限制光伏输出功率，以此实现电力系统的自动控制。但该方法同样存在自适应较差的问题。

针对上述问题，本文提出基于并网逆变耦合特性建模的配电网馈线无功电压安全优化控制方法。首先建立配电网馈线无功电压的动态参数调节模型，然后结合小干扰稳定性调节方法进行配电网馈线无功电压安全控制过程中的干扰抑制。最后进行仿真实验分析，展示了本文方法在提高配电网馈线无功电压安全优化控制能力方面的优越性能。

1 配电网馈线无功电压控制系统的参数分析

1.1 混合双馈入直流分布模型的稳态特征量

为了实现配电网馈线无功电压安全优化控制，需要首先建立配电网馈线无功电压控制系统结构模型，采用混合双馈入直流输电配置方法进行配电网馈线无功电压配置，建立由LCC-HVDC 和 VSC-HVDC 组成的混合控制模型[4]，得到配电网馈线无功电压控制系统结构描述，如图1所示。

根据图1所示的系统结构模型，得到配电网馈线无功电压控制的耦合模型，如式（1）所示。

1.2 动态参数调节模型

基于混合双馈入直流分布模型的稳态特征量，建立配电网馈线无功电压的动态参数调节模型，在频率耦合时，得到电压扰动特征状态方程，如式（7）所示。

根据上述分析，进行配电网馈线无功电压安全控制过程中的干扰抑制，采用并网逆变耦合特性分析方法进行配电网馈线无功电压安全控制，提高输出稳定性。

2 配电网馈线无功电压安全控制算法

在上述建立配电网馈线无功电压控制系统结构模型并进行参数的优化调节基础上，进行配电网馈线无功电压安全控制算法设计，本文提出基于并网逆变耦合特性建模的配电网馈线无功电压安全优化控制方法，分析配电网在d轴和q 轴的控制器结构[8]，得到控制目标函数如式（15）所示。

根据上述分析，实现了配电网馈线无功电压安全优化控制，为检验本文方法的有效性及可行性，需进行仿真实验。

3 仿真实验与结果分析

3.1 实验参数

为测试本文方法在实现配电网馈线无功电压安全控制中的应用性能。采用Matlab软件检测配电网电压特征根轨迹，得到结果如图2所示。

根据图2轨迹结果进行仿真实验，实验在0.3 MW，0.6 MW和2.0 MW等3种工况的功率等级下进行并网逆变耦合特性建模及馈线无功电压安全控制，实验中设定配电网参数，如表1所示。

3.2 输出性能曲线

根据上述参数设定，进行配电网馈线无功电压安全优化控制，得到控制输出性能曲线对比，如图3所示。

分析图3得知，采用本文方法进行配电网馈线无功电压安全控制，电网振荡幅值较小，说明控制性能较好。这是由于本文方法根据输电系统的拓扑结构、控制策略，进行配电网馈线无功电压安全控制，并设置映射条件构建自适应的寻优函数，以得到稳态特征量，利用稳态特征对配电网馈线无功电压进行控制。

3.3 无功功率曲线

为检验本文方法的鲁棒性，本文将与未考虑考虑并网逆变特性的配电网馈线无功电压控制技术进行对比。则配电网馈线无功电压的无功功率曲线及馈线关口注入无功功率曲线对比图如图4、圖5所示。

由图4可知，馈线关口总输出无功较大，功率因数比较低，即馈线的全局角度需要无功补偿;从图5的无功功率曲线来看，未考虑并网逆变特性的配变输出无功功率曲线无明显变化，馈线总输出无功无改善。而采用本文方法控制后，配变输出的无功功率曲线变化明显，馈线的无功曲线得到了明显改善。

4 总结

构建配电网馈线无功电压调节模型，结合输出电压的耦合调节方法，进行无损功率的自适应调节，提高配电网的输出安全性，本文提出基于并网逆变耦合特性建模的配电网馈线无功电压安全优化控制方法。研究得知，本文方法进行配电网馈线无功电压安全控制的性能较好，抗振荡干扰能力较强，收敛性较好。

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（收稿日期：2019.09.21）