本發(fā)明涉及主動配網分散式電壓控制技術領域，尤其涉及基于智能延時的主動配網分散式電壓控制系統(tǒng)及控制方法。

背景技術：

隨著分布式電源（DG）滲透率不斷提高，對傳統(tǒng)配電網造成廣泛的影響，例如改變配電網的電壓水平、提高配電網的短路容量、影響網絡的供電可靠性以及加劇電能質量的惡化等。在此背景下，主動配電網（ADN）的概念應用而生。ADN在運行過程中的任務是充分合理的利用可再生能源,并向用戶提供數量充足、質量合格的電能,同時還要可靠、安全、經濟的運行。因此保證配電網電壓質量合格及電壓穩(wěn)定是保證配電網可靠運行的保障。當分布式電源接入主動配電網時,會對其電壓分布及穩(wěn)定性造成影響,為保證配電網各節(jié)點電壓穩(wěn)定,需對主動配電網無功電壓控制技術進行研究。

目前，配電網的傳統(tǒng)調壓利用本地測量分散式就地控制，主要是變電站有載調壓變壓器和電容器組的變電站無功電壓控制和饋線無功補償如并聯電容等，沒有考慮大量DG并網。隨著DG的大量接入，電壓問題更加突出，DG也可以作為一種電壓調控手段主動參與調壓，在不增加附加設備及附加投資，僅充分利用發(fā)電機本身具有發(fā)出或吸收無功功率的能力的基礎上提高ADN電壓調控能力。在DG參與調壓的主動配電網管理策略中，分散控制是一種有效的措施，通過調整分布式電源接入點的電壓來提高電網整體運行情況。但目前DG分散調壓存在的問題為，同一條饋線的所有DG在監(jiān)測到本地電壓越限時，同時采取控制措施，可能引起電壓的過調節(jié)，導致DG不必要的動作，甚至引起DG的頻繁調控，影響系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。

技術實現要素：

本發(fā)明所要解決的技術問題是克服現有DG分散式調壓技術存在的可能過調節(jié)的缺陷，提供基于智能延時的主動配網分散式電壓控制系統(tǒng)及控制方法，供電安全性、可靠性高。

為解決上述技術問題，本發(fā)明采用如下技術方案：基于智能延時的主動配網分散式電壓控制系統(tǒng)，包括中壓變電站、中壓配電網饋線、分布式發(fā)電單元、通訊系統(tǒng)和配電自動化系統(tǒng)，其中，中壓配電網饋線連接中壓變電站出線，分布式發(fā)電單元通過變壓器分散于中壓配電網饋線上，所述配電自動化系統(tǒng)包括監(jiān)控主站及執(zhí)行子站。

所述分布式發(fā)電單元為發(fā)電功率在幾千瓦至數百兆瓦的小型模塊化、分散式發(fā)電單元，包括太陽能發(fā)電單元、風力發(fā)電單元、生物質能發(fā)電單元及潮汐發(fā)電單元，太陽能發(fā)電單元包括光伏電池單元與光熱發(fā)電單元。

所述通信系統(tǒng)包括有線通信裝置和無線通信裝置，通信系統(tǒng)采用IEC61850通信協議執(zhí)行。

所述有線通信裝置包括專用雙絞線、音頻電纜、市話線、配電線載波、光纖通信、現場供電總線和RS-485總線。

所述無線通信裝置包括GPRS/CDMA、數字微波、數傳電臺、無線擴頻和寬帶無線通信。

所述無線通信裝置中設置信號采集器與增幅裝置，所述增幅裝置包括定向增益天線和全向旋轉天線，所述定向增益天線為螺旋臂偶極子天線，通過同軸電纜與所述信號采集器相連。

所述監(jiān)控主站位于中壓變電站內，對各執(zhí)行子站進行運行監(jiān)視，并按一定的優(yōu)化規(guī)則進行子站智能延時時間的整定；所述執(zhí)行子站位于各分布式發(fā)電單元側，對本地電壓進行監(jiān)測，發(fā)現電壓出現越限情況時，按主站整定的時間延時調節(jié)所監(jiān)控的分布式發(fā)電單元。

基于智能延時的主動配網分散式電壓控制方法，主要步驟包括：由中壓變電站內的主站根據人為需求設置各執(zhí)行子站調控電壓的延時時間，或根據系統(tǒng)網架結構、分布式發(fā)電單元的類型、容量及站址，按一定的優(yōu)化算法計算得出各執(zhí)行子站的延時時間；

由各執(zhí)行子站監(jiān)測本地電壓情況，并根據具體原因采取不同措施：當子站監(jiān)測到本地電壓越上限時，將檢測信號通過通訊系統(tǒng)傳輸給主站，同時開始計時并繼續(xù)監(jiān)測本地電壓；當計時已達到主站下發(fā)的延時時間時，若此時電壓仍越限，執(zhí)行調壓命令，分布式發(fā)電單元采用電壓控制模式，分布式發(fā)電單元的自動電壓調節(jié)器動作，為減小本地電壓而減小勵磁電流，從而使發(fā)電機的端電壓有所下降；若此時電壓已恢復正常范圍，則不執(zhí)行調壓命令，分布式發(fā)電單元采用功率因數控制模式；

當子站監(jiān)測到本地電壓越下限時，同越上限時情況相似，子站將檢測信號通過通訊系統(tǒng)傳輸給主站，同時開始計時并繼續(xù)監(jiān)測本地電壓；當計時已達到主站下發(fā)的延時時間時，若此時電壓仍越限，執(zhí)行調壓命令，分布式發(fā)電單元采用電壓控制模式，分布式發(fā)電單元的自動電壓調節(jié)器動作，為提高本地電壓而增大勵磁電流，從而使發(fā)電機的端電壓有所提高；若此時電壓已恢復正常范圍，則不執(zhí)行調壓命令，分布式發(fā)電單元采用功率因數控制模式；

當子站監(jiān)測到本地電壓在正常范圍內時，子站不執(zhí)行調壓命令，分布式發(fā)電單元采用功率因數控制模式，分布式發(fā)電單元的有功出力和無功出力比值恒定，即P/Q比值恒定，無功功率隨著有功功率變化而變化。

本發(fā)明中分布式發(fā)電參與電壓調節(jié)的模式為功率因數-電壓控制模式，即PFC-VC控制模式，其對象是發(fā)電功率在幾千瓦至數百兆瓦的小型模塊化、分散式、布置在用戶附近的高效、可靠的發(fā)電單元，包括太陽能發(fā)電（光伏電池、光熱發(fā)電）、風力發(fā)電、生物質能發(fā)電、潮汐發(fā)電等，具體電壓調節(jié)控制措施為：電壓合格，采用功率因數控制模式；電壓不合格，采用電壓控制模式。當電壓達到極限V_min或V_max時，采用電壓控制模式，發(fā)電機的自動電壓調整器通過調節(jié)勵磁電流，改變發(fā)電機的無功功率進行調壓。電壓降至下限閾值V^PFC_min時，減小P/Q的值；電壓升至上限閾值V^PFC_max，增大P/Q的值。功率因數也隨之改變，但必須在允許運行范圍內，即圖中PF_min到PF_max范圍內。電壓在合格范圍內時，采用功率因數控制模式，保持P/Q的值一定。

通信系統(tǒng)包括有線通信方式和無線通信方式，主要用于聯接主站與各子站之間進行信息通信，以及各個子站與分布式發(fā)電單元之間的信息采集與傳輸，其中有線通信方式包括專線（雙絞線或音頻電纜）、市話線、配電線載波、光纖通信、現場總線和RS-485；無線通信方式包括GPRS/CDMA、數字微波、數傳電臺、無線擴頻、寬帶無線通信，通信協議按IEC61850通信協議執(zhí)行。在采用無線傳輸時，為了實現遠程傳輸的穩(wěn)定性和高效性，無線通信單元運用了兩種天線，即定向增益天線和全向旋轉天線，定向增益天線為螺旋臂偶極子天線，通過同軸電纜與信號采集器相連，能起到接收并調取參數指令和傳輸電壓反饋信號的作用，從而降低了工程上調整天線之間方向性對準的難度；全向旋轉天線是在法向方向為全向的小螺旋天線，其與子站的電壓監(jiān)測單元連接，起傳遞指令，并將采樣信號反饋給無線通信單元的作用。這樣配置天線的原理是：與信號采集器連接的天線要向多個子站發(fā)送指令脈沖信號，其安裝位置可以在規(guī)定范圍內隨意調整，故其為定向的高增益天線；與各子站相連的天線位置安裝是由被測點位置所決定的，安裝方向可能會比較狹小且各個方向上都需要能接收到來自信號采集器的指令信號，故運用法向上全向的小螺旋天線，降低了工程上調整天線之間方向性對準的難度。

配電自動化系統(tǒng)包括監(jiān)控主站及執(zhí)行子站。監(jiān)控主站位于中壓變電站內，對各執(zhí)行子站進行運行監(jiān)視，并按一定的優(yōu)化規(guī)則進行子站智能延時時間的整定。執(zhí)行子站位于各分布式發(fā)電單元側，主要功能為監(jiān)測本地電壓，發(fā)現電壓出現越限情況按主站整定的時間延時調節(jié)所監(jiān)控的分布式發(fā)電單元。

本發(fā)明通過采用了上述技術，具有良好的技術經濟效益，具體如下：

1）本發(fā)明采用分散式調壓，通過本地控制來提供電壓支持，因此能夠克服通信線路故障和快速電壓變化時響應緩慢的問題。其次，由于分散式控制能夠改善電力系統(tǒng)運行而且減少通信系統(tǒng)的投資，因此減少了成本，適合偏遠山區(qū)等地進行調壓操作。

2）本發(fā)明提出分布式發(fā)電單元主動參與主動配電網的電壓調控，通過調整分布式發(fā)電單元接入點的電壓來提高電網整體運行情況，可以解決分布式發(fā)電單元大量接入對配電網電壓穩(wěn)定性的沖擊，提升配電網中可再生能源的接入能力。

3）本發(fā)明采用主站基于全局設定各子站延時時間的方式，一定程度上克服了目前分散式調壓存在的僅基于本地信息，電網組件之間的通信水平有限的缺陷，從而提升了其電壓調控效果。

4）本發(fā)明在分散式調壓的基礎上設定智能延時，可以有效防止電壓的過調節(jié)，減少了分布式發(fā)電單元的調節(jié)次數，保證了分布式發(fā)電單元的經濟效益。

附圖說明

下面結合附圖及實施方式對本發(fā)明作進一步的詳細說明：

圖1為本發(fā)明基于智能延時的主動配電網分散式電壓控制系統(tǒng)結構框圖。

圖2為本發(fā)明的分布式發(fā)電單元主動參與電壓調控的控制流程圖。

圖3為本發(fā)明PFC-VC控制模式下電壓電流矢量圖。

具體實施方式

為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術手段，而可依照說明書的內容予以實施，并且為了讓本發(fā)明的上述和其它目的、特征和優(yōu)點能夠更明顯易懂，以下特舉本發(fā)明的具體實施方式。

如圖1、圖2、圖3所示，基于智能延時的主動配網分散式電壓控制系統(tǒng)，包括中壓變電站1、中壓配電網饋線2、分布式發(fā)電單元3、通訊系統(tǒng)和配電自動化系統(tǒng)，其中，中壓配電網饋線連接中壓變電站出線，分布式發(fā)電單元通過變壓器分散于中壓配電網饋線上，配電自動化系統(tǒng)包括監(jiān)控主站4及執(zhí)行子站5，通訊系統(tǒng)在圖1中由連接不同單元的虛線段表示。

分布式發(fā)電單元為發(fā)電功率在幾千瓦至數百兆瓦的小型模塊化、分散式發(fā)電單元，包括太陽能發(fā)電單元、風力發(fā)電單元、生物質能發(fā)電單元及潮汐發(fā)電單元，太陽能發(fā)電單元包括光伏電池單元與光熱發(fā)電單元。

通信系統(tǒng)包括有線通信裝置和無線通信裝置，通信系統(tǒng)采用IEC61850通信協議執(zhí)行；有線通信裝置包括專用雙絞線、音頻電纜、市話線、配電線載波、光纖通信、現場供電總線和RS-485總線；無線通信裝置包括GPRS/CDMA、數字微波、數傳電臺、無線擴頻和寬帶無線通信；無線通信裝置中設置信號采集器與增幅裝置，增幅裝置包括定向增益天線和全向旋轉天線，定向增益天線為螺旋臂偶極子天線，通過同軸電纜與信號采集器相連。

監(jiān)控主站位于中壓變電站內，對各執(zhí)行子站進行運行監(jiān)視，并按一定的優(yōu)化規(guī)則進行子站智能延時時間的整定；執(zhí)行子站位于各分布式發(fā)電單元側，對本地電壓進行監(jiān)測，發(fā)現電壓出現越限情況時，按主站整定的時間延時調節(jié)所監(jiān)控的分布式發(fā)電單元。

基于智能延時的主動配網分散式電壓控制方法，主要步驟由圖2所示，其前置步驟為由中壓變電站內的主站根據人為需求設置各執(zhí)行子站調控電壓的延時時間，或根據系統(tǒng)網架結構、分布式發(fā)電單元的類型、容量及站址，按一定的優(yōu)化算法計算得出各執(zhí)行子站的延時時間，通過通訊系統(tǒng)下發(fā)給各執(zhí)行子站。一般而言，同一饋線的執(zhí)行子站，其延時時間按分布于饋線的位置以一定級差進行設定，以達到當電壓越限時，各分布式發(fā)電單元分時動作的效果；

圖2為分布式發(fā)電單元主動參與電壓調控的控制流程圖，具體操作包括：由各執(zhí)行子站監(jiān)測本地電壓情況，并根據具體原因采取不同措施：子站位于分布式發(fā)電單元側，當子站監(jiān)測到本地電壓越上限時，將檢測信號通過通訊系統(tǒng)傳輸給主站，同時開始計時并繼續(xù)監(jiān)測本地電壓；當計時已達到主站下發(fā)的延時時間時，若此時電壓仍越限，執(zhí)行調壓命令，分布式發(fā)電單元采用電壓控制模式，分布式發(fā)電單元的自動電壓調節(jié)器動作，為減小本地電壓而減小勵磁電流，從而使發(fā)電機的端電壓有所下降；若此時電壓已恢復正常范圍，則不執(zhí)行調壓命令，分布式發(fā)電單元采用功率因數控制模式；

當子站監(jiān)測到本地電壓越下限時，同越上限時情況相似，子站將檢測信號通過通訊系統(tǒng)傳輸給主站，同時開始計時并繼續(xù)監(jiān)測本地電壓；當計時已達到主站下發(fā)的延時時間時，若此時電壓仍越限，執(zhí)行調壓命令，分布式發(fā)電單元采用電壓控制模式，分布式發(fā)電單元的自動電壓調節(jié)器動作，為提高本地電壓而增大勵磁電流，從而使發(fā)電機的端電壓有所提高；若此時電壓已恢復正常范圍，則不執(zhí)行調壓命令，分布式發(fā)電單元采用功率因數控制模式；

當子站監(jiān)測到本地電壓在正常范圍內時，子站不執(zhí)行調壓命令，分布式發(fā)電單元采用功率因數控制模式，分布式發(fā)電單元的有功出力和無功出力比值恒定，即P/Q比值恒定，無功功率隨著有功功率變化而變化。電壓調控流程最終歸于潮流計算，并進入分布式發(fā)電單元初始步驟的監(jiān)測節(jié)點電壓計算過程。

本發(fā)明中分布式發(fā)電參與電壓調節(jié)的模式為功率因數-電壓控制模式，即PFC-VC控制模式，其對象是發(fā)電功率在幾千瓦至數百兆瓦的小型模塊化、分散式、布置在用戶附近的高效、可靠的發(fā)電單元，包括太陽能發(fā)電（光伏電池、光熱發(fā)電）、風力發(fā)電、生物質能發(fā)電、潮汐發(fā)電等，電壓電流矢量圖如圖3所示，具體電壓調節(jié)控制措施為：電壓合格，采用功率因數控制模式；電壓不合格，采用電壓控制模式。當電壓達到極限V_min或V_max時，采用電壓控制模式，發(fā)電機的自動電壓調整器通過調節(jié)勵磁電流，改變發(fā)電機的無功功率進行調壓。電壓降至下限閾值V^PFC_min時，減小P/Q的值；電壓升至上限閾值V^PFC_max，增大P/Q的值。功率因數也隨之改變，但必須在允許運行范圍內，即圖中PF_min到PF_max范圍內。電壓在合格范圍內時，采用功率因數控制模式，保持P/Q的值一定。

通信系統(tǒng)包括有線通信方式和無線通信方式，主要用于聯接主站與各子站之間進行信息通信，以及各個子站與分布式發(fā)電單元之間的信息采集與傳輸，其中有線通信方式包括專線（雙絞線或音頻電纜）、市話線、配電線載波、光纖通信、現場總線和RS-485；無線通信方式包括GPRS/CDMA、數字微波、數傳電臺、無線擴頻、寬帶無線通信，通信協議按IEC61850通信協議執(zhí)行。無線通信裝置中設置信號采集器與增幅裝置，增幅裝置包括定向增益天線和全向旋轉天線，信號采集器包括數據采集卡、DSP芯片、模數處理單元和存儲器，將電壓采樣單元采集的信號轉換成數字信號。天線是本方案中聯系無線發(fā)射裝置與無線接收裝置的重要工具，其基本功能為接收和輻射電磁波，為了加大無線傳輸距離，采用提高天線的增益和性能，增大無線裝置發(fā)射機的發(fā)射功率和無線裝置接收機的接收靈敏度。本方案工作與429MHz至436MHz公用波段，國家規(guī)定該波段的信號發(fā)射功率不得超過10mV，接收機的靈敏度到達一定程度后就很難提升，所以設計高性能天線可以明顯改善無線傳感系統(tǒng)的性能，所以，針對天線最重要的參量：定向性與增益效果，本方案根據實際工程應用的需求和特點，在采用無線傳輸時，運用了兩種天線，即定向增益天線和全向旋轉天線，定向增益天線為螺旋臂偶極子天線，通過同軸電纜與信號采集器相連，能起到接收并調取參數指令和傳輸電壓反饋信號的作用，從而降低了工程上調整天線之間方向性對準的難度；全向旋轉天線是在法向方向為全向的小螺旋天線，其與子站的電壓監(jiān)測單元連接，起傳遞指令，并將采樣信號反饋給無線通信單元的作用。這樣配置天線的原理是：與信號采集器連接的天線要向多個子站發(fā)送指令脈沖信號，其安裝位置可以在規(guī)定范圍內隨意調整，故其為定向的高增益天線；與各子站相連的天線位置安裝是由被測點位置所決定的，安裝方向可能會比較狹小且各個方向上都需要能接收到來自信號采集器的指令信號，故運用法向上全向的小螺旋天線，降低了工程上調整天線之間方向性對準的難度。

配電自動化系統(tǒng)包括監(jiān)控主站及執(zhí)行子站。監(jiān)控主站位于中壓變電站內，對各執(zhí)行子站進行運行監(jiān)視，并按一定的優(yōu)化規(guī)則進行子站智能延時時間的整定。執(zhí)行子站位于各分布式發(fā)電單元側，主要功能為監(jiān)測本地電壓，發(fā)現電壓出現越限情況按主站整定的時間延時調節(jié)所監(jiān)控的分布式發(fā)電單元。