本发明涉及配电网谐波治理，具体为基于光伏的中低压配电网谐波治理两阶段分层调控方法。
背景技术：
1、近年来，配电网的发展为大规模分布式发电并网提供技术支持，它是具有一定自动控制能力的智能型电网。然而，配电网内部存在大量谐波源，主要包括逆变型分布式电源、小型整流器等非线性电力电子设备。它们分布广泛、密度高，其电流与电压之间不是线性关系，会导致电流波形发生畸变，产生谐波，可能引发谐振，给负荷设备的安全运行带来威胁。随着配电网谐波污染问题越来越严重，引起了国内外学者的广泛关注。因此，有效解决配电网谐波源污染问题显得尤为重要。光伏在实际运行过程中，会受到光照条件以及温度等因素的影响。光照变化导致光伏电池的输出功率不断波动，而不是始终保持在最大发电量。因此，光伏通过逆变器有功并网后总会存在一定的剩余容量，剩余容量可用于向配电网注入反向谐波补偿电流，实现谐波治理的功能，从而提高设备利用率，降低谐波治理成本。
2、目前，治理谐波的方法主要有主动治理和被动治理。被动治理是采用专用的谐波治理设备来治理谐波，常用的谐波治理设备主要有无源电力滤波器和有源电力滤波器。无源电力滤波器通常安装在谐波源附近和谐波污染最严重的节点附近，利用电容和电感形成谐振电路，阻断相应频次谐波的传播。无源电力滤波器结构简单，容量较大，投资费用较低，但是只能补偿特定频次的谐波。有源电力滤波器一般并联在非线性负载的进线端，通过实时监测电网中的电压和电流情况，利用功率电子器件产生与电网谐波电流幅值相等、极性相反的补偿电流，注入到电网中，从而对谐波电流进行补偿或抵消，主动消除电力谐波，但是其价格通常比较昂贵，且不适合存在多个节点谐波超标的场景。主动治理方式是通过改进电力电子设备的拓扑结构或者控制策略，改变其本身输出的谐波电流来实现的，可以从根源上治理微电网谐波。主动治理一般以网络总谐波电压畸变率最小为目标建立优化模型，采用智能优化算法求解治理设备所发出的用于谐波治理的补偿电流，从而实现配电网的谐波治理，但是该方法通常没有考虑谐波治理成本。
3、采用光伏逆变器进行谐波补偿是一种新兴谐波治理手段。通过光伏有功并网后的剩余容量产生与配电网中原谐波电流相位相反的谐波补偿电流来实现谐波治理的目的。然而，现有方法仅仅考虑了单层配电网的谐波治理问题，如只有中压配电网或者只有低压配电网，实际生活中，配电网系统通常由中压配电网和低压配电网共同构成。此外，目前的谐波治理策略仅仅从技术上解决了配电网中节点的谐波超标问题，确保电能质量符合标准，在经济上往往伴随着较高的治理成本，这在一定程度上限制了其广泛应用。
4、综上，现有技术存在着以下缺点：
5、1）现有的谐波治理方法主要聚焦于单层级配电网的谐波治理，在多层级配电网上的研究处于空白，然而在实际生活中，配电网系统通常由中压配电网和低压配电网共同构成。
6、2）现有的谐波治理方法没有考虑光伏的谐波治理能力。
7、3）现有的谐波治理方法通常以网络总谐波电压畸变率最小为目标建立优化模型，以实现配网所有节点谐波不超标，仅仅考虑技术问题，未考虑成本，治理费用通常较为昂贵。
技术实现思路
1、针对上述问题，本发明的目的在于提供一种基于光伏的中低压配电网谐波治理两阶段分层调控方法，实现中低压配电网的谐波治理，将利用光伏有功并网后的剩余容量产生谐波补偿电流用于谐波治理，以中低压配电网的谐波治理费用以及所有节点谐波不超标为目标，在多种约束条件下，解决中低压配电网谐波治理的技术问题和经济问题。技术方案如下：
2、基于光伏的中低压配电网谐波治理两阶段分层调控方法，包括以下步骤：
3、步骤1：构建中低压分层控制架构，采用光伏有功并网后的剩余容量产生补偿电流，先通过中压控制层级控制，再通过低压控制层级控制，并进行中压控制层级与低压控制层级之间的交互协调控制；
4、步骤2：以中低压配电网谐波治理费用最低确立目标函数，设定约束条件并求解，来构建中低压配电网谐波治理分层优化模型；
5、步骤3：基于中低压分层控制架构与中低压配电网谐波治理分层优化模型，得到中低压配电网两阶段分层协调控制流程。
6、进一步的，步骤1具体包括：
7、步骤1.1：中压控制层级控制：
8、首先，中压层集中控制主站获取中压线路以及各中压节点的状态信息，将直接接入中压控制层级的大容量光伏电站逆变器组作为谐波调控设备；
9、其次，中压控制层级以谐波治理费用最低与所有节点的谐波电压畸变率不超过所处电压等级下所允许的最大谐波电压畸变率为优化目标，以光伏电站发出的各次谐波补偿电流的幅值与相位为控制变量，基于最优潮流建立优化模型并求解；
10、然后，将控制指令传递至光伏电站，通过发出相应的谐波补偿电流，将中压配电网节点的谐波电压畸变率治理到标准以下；
11、最后，光伏电站发出的谐波补偿电流保持不变，中压层集中控制主站向低压台区智能终端发送谐波治理指令；
12、步骤1.2：低压控制层级控制：
13、各个低压台区智能终端收到来自中压层集中控制主站发来的指令后，获取各低压台区节点的状态信息以及户用光伏的容量；低压控制层级以谐波治理费用最低与各低压节点谐波电压畸变率不超标为目标进行最优潮流计算，获得低压控制层级各节点接入的户用光伏应发出的各次谐波补偿电流幅值与相位；配电台区智能终端通过与户用光伏逆变器的通信与指令下发，实现对本台区户用光伏的柔性调节；
14、步骤1.3：中压控制层级与低压控制层级之间的交互协调控制：
15、在进行低压控制层级的治理时，确保中压控制层级所有节点的谐波电压畸变率不超标；中压控制层级和低压控制层级的调控频度均遵循的基本原则为：出现谐波超标触发谐波调控，若无问题则一直保持当前方式持续运行。
16、更进一步的，步骤2具体包括：
17、（1）确立目标函数：
18、（1）；
19、式中，表示谐波源在一年之中产生谐波的天数；表示一天中的24个时刻；表示在时刻谐波治理产生的费用；
20、其中：
21、（2）；
22、式中，表示在时刻中压配电网谐波治理的费用；表示在时刻低压配电网谐波治理的费用；
23、将公式（2）拆分为两部分，采用如下所示的目标函数：
24、1）中压控制层级：
25、中压控制层级的目标函数，表达式如下：
26、（3）；
27、式中，表示中压配电网中谐波电压畸变率的限值；表示在时刻中压配电网中节点的谐波电压畸变率；
28、其中：
29、（4）；
30、式中，表示在时刻中压配电网中节点的基波电压有效值；表示在时刻中压配电网中节点的次谐波电压有效值；表示谐波的最大阶数；
31、其中：
32、（5）；
33、式中，表示光伏发电的时间段；表示配电网运营商支付给中压光伏电站的谐波治理费用的单价；表示光伏不发电的时间段；表示光伏向电网购电的单价；表示在时刻中压光伏电站逆变器组产生的用于谐波治理的畸变功率；
34、忽略各次谐波电压，只保留基波电压，表达式如下：
35、（6）；
36、式中，表示在时刻中压光伏电站逆变器组发出的次谐波补偿电流；表示在时刻中压光伏电站逆变器组的基波电压有效值；
37、2）低压控制层级：
38、低压控制层级的目标函数，表达式如下：
39、（7）；
40、式中，表示低压配电网中谐波电压畸变率的限值；表示在时刻低压配电网中节点的谐波电压畸变率；
41、其中：
42、（8）；
43、式中，表示在时刻低压配电网中节点的基波电压有效值；表示在时刻低压配电网中节点的次谐波电压有效值；
44、其中：
45、（9）；
46、式中，表示配电网运营商支付给低压户用光伏的谐波治理费用的单价；表示在时刻低压户用光伏产生的畸变功率；
47、（10）；
48、式中，表示在时刻低压户用光伏发出的次谐波补偿电流；表示在时刻低压户用光伏的基波电压有效值；
49、（2）设立约束条件：
50、中低压配电网谐波治理分层优化模型的约束条件包括基波潮流约束、谐波潮流约束、节点电压上下限约束、光伏调节容量约束以及中压配电网节点约束；其中，中压控制层级与低压控制层级中都包含前四个约束条件，最后一个约束条件仅存在低压控制层级；如下：
51、1）基波潮流约束：
52、电力系统的状态变量包括电压幅值、电压相角、母线有功功率和母线无功功率；潮流计算是对一组非线性代数方程组进行求解，其中的非线性代数方程指的是系统功率平衡方程，表达式如下：
53、（11）；
54、（12）；
55、式中，表示与节点直接相连的所有节点；和分别表示时刻节点的有功功率和无功功率；和分别表示基波频率下系统节点导纳矩阵中的电导和电纳；表示时刻节点和节点之间的基波电压相角差；和分别表示时刻节点与节点的基波均方根电压；
56、其中，和的表达式如下：
57、（13）；
58、（14）；
59、式中，和分别表示时刻光伏在节点产生的有功功率和无功功率；和分别表示时刻节点的负荷消耗的有功功率和无功功率；
60、2）谐波潮流约束：
61、谐波潮流计算用于在已知谐波源模型或谐波注入量情况下计算各次谐波电压或电流在网络中的分布，表达式如下：
62、（15）；
63、式中，表示时刻各节点注入的次谐波电流列向量；表示时刻配电网次谐波导纳矩阵；表示时刻各节点次谐波电压列向量；
64、其中：
65、（16）；
66、（17）；
67、（18）；
68、式中，表示时刻节点的次谐波电流有效值；表示时刻节点的次谐波电压有效值；和分别表示时刻次谐波频率下节点导纳矩阵的自导纳和互导纳子矩阵；为节点总数；为转置符号；
69、3）节点电压上下限约束：
70、节点电压满足下面的表达式：
71、（19）；
72、式中，和分别表示配电网节点电压允许的上限和下限；表示时刻节点的实际电压，如下：
73、（20）；
74、4）光伏调节容量约束：
75、（21）；
76、式中，表示时刻光伏产生的畸变功率；表示光伏逆变器的额定功率；和分别表示时刻光伏逆变器输出的有功功率和无功功率；表示时刻光伏逆变器的剩余容量；
77、5）中压配电网节点约束：
78、在进行低压控制层级的治理时，需确保中压控制层级所有节点的谐波电压畸变率不超标，表达式如下：
79、（22）；
80、（3）求解算法：
81、采用平衡优化器来解决所提的优化问题。
82、更进一步地，步骤3具体包括：
83、步骤3.1：确定中压配电网集中式控制的调控时间尺度；
84、步骤3.2：中压层集中控制主站获取中压配电网各个节点的负载参数，以及调控中压配电网中光伏电站的容量，输出功率参数；
85、步骤3.3：根据线路拓扑以及阻抗信息，以光伏发出的各次谐波补偿电流的幅值和相位为控制变量，以中压控制层级谐波治理费用以及各节点的谐波电压畸变率为目标函数构建中压配电网集中控制优化模型，并采用平衡优化器对公式（3）~公式（6）、公式（11）~公式（21）进行求解；
86、步骤3.4：中压层集中控制主站将求解所得的控制变量下发至中压配电网光伏；中压配电网光伏根据所述控制变量利用剩余容量发出相应的谐波补偿电流，完成调控时间尺度的中压配电网谐波治理；随后控制主站向低压控制层级的每个台区智能终端下发谐波治理指令，中压控制层级光伏发出的谐波补偿电流保持不变，启动低压台区控制；
87、步骤3.5：确定低压配电网分布式控制的调控时间尺度；
88、步骤3.6：台区智能终端获取低压配电网线路参数以及各个节点数据；以低压控制层级谐波治理费用以及各节点的谐波电压畸变率为目标函数构建低压配电网分布控制优化模型，并采用平衡优化器对公式（7）~公式（10）、公式（11）~公式（22）进行求解；
89、步骤3.7：电能质量监测仪采集中压配电网节点数据发送给台区智能终端；如果中压配电网中存在节点的谐波电压畸变率超标，则返回步骤3.6；如果不存在，则进行下一步；
90、步骤3.8：台区智能终端将求解所得的控制变量下发至低压配电网光伏；低压配电网光伏根据所述控制变量发出相应的谐波补偿电流，完成调控时间尺度＋的中低压配电网谐波治理任务，并结束。
91、与现有技术相比，本发明的有益效果是：
92、1）本发明采用了两阶段分层协调控制策略，可用于中低压配电网的谐波治理，填补了谐波治理技术在多层级配电网中的空白。
93、2）本发明将光伏作为谐波治理装置，利用其有功并网后的剩余容量产生补偿电流进行治理，不仅可以减少电网中的谐波污染，而且可以极大地提高设备的利用率，符合绿色能源的发展趋势。
94、3）本发明建立了中低压配电网优化模型，以中低压配电网的谐波治理费用以及所有节点谐波不超标为目标，在多种约束条件下，同时解决中低压配电网谐波治理的技术问题和经济问题。
1.基于光伏的中低压配电网谐波治理两阶段分层调控方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于光伏的中低压配电网谐波治理两阶段分层调控方法，其特征在于，步骤1具体包括：
3.根据权利要求1所述的基于光伏的中低压配电网谐波治理两阶段分层调控方法，其特征在于，步骤2具体包括：
4.根据权利要求3所述的基于光伏的中低压配电网谐波治理两阶段分层调控方法，其特征在于，步骤3具体包括：
