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  • 頭條考慮微電網(wǎng)參與的主動配電網(wǎng)分區(qū)自動電壓控制策略
    2021-03-26 作者:潘舒揚 李勇 等  |  來源:《電工技術學報》  |  點擊率:
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    導語湖南大學電氣與信息工程學院、國網(wǎng)湖南省電力有限公司經(jīng)濟技術研究院的研究人員潘舒揚、李勇、賀悝、潘馨、胡斯佳,在2019年第21期《電工技術學報》上撰文,由于可再生能源出力的間歇性與隨機性給配電網(wǎng)電壓控制帶來了挑戰(zhàn),因此本文提出了一種考慮微電網(wǎng)參與的主動配電網(wǎng)(ADN)無功電壓分區(qū)與控制策略。 通過潮流計算,獲得電壓靈敏度矩陣,采用聚類算法構建分布式微電網(wǎng)在ADN中的控制空間,確定微電網(wǎng)主導的可控區(qū)域集合。在自動電壓控制(AVC)系統(tǒng)的框架上,提出了考慮微電網(wǎng)參與電壓柔性控制的AVC系統(tǒng)。通過該系統(tǒng)可合理調(diào)度微電網(wǎng)與傳統(tǒng)無功補償設備協(xié)調(diào)運行,并對ADN進行無功補償,實現(xiàn)控制區(qū)域柔性且快速的自動電壓控制,提升ADN電壓質(zhì)量。最后,通過IEEE 33節(jié)點系統(tǒng)驗證了所提策略的有效性。

    為應對能源枯竭以及環(huán)境惡化問題,分布式發(fā)電(Distributed Generation, DG)技術成為智能電網(wǎng)的發(fā)展方向。大量DG并入配電網(wǎng),在提高清潔能源比例的同時,也會帶來電壓質(zhì)量、系統(tǒng)穩(wěn)定性等方面的問題。主動配電網(wǎng)(Active Distribution Network, ADN)技術可適應分布式電源接入配電網(wǎng)的發(fā)展趨勢,通過靈活調(diào)節(jié)網(wǎng)絡拓撲、主動優(yōu)化控制無功補償裝置,ADN可達到改善系統(tǒng)無功電壓水平的目的。

    由于DG出力的隨機性,加劇了ADN電壓波動,使得系統(tǒng)的無功電壓特性變得越來越復雜,呈現(xiàn)出變量多、維度高、范圍廣等特點。為了靈活控制系統(tǒng)電壓、提升電能質(zhì)量、降低電能損耗,亟待研究適用于ADN的電壓控制策略。

    目前,關于ADN電壓調(diào)節(jié)策略研究主要有以下四種:

    • ①采用具有無功調(diào)節(jié)能力的DG進行調(diào)壓,由于DG輸出有功會在配電網(wǎng)線路產(chǎn)生電壓損耗,因此通過削減DG的有功輸出可達到調(diào)壓目的;
    • ②利用饋線自動調(diào)壓器(Step Voltage Regulator, SVR)及投切電容器(Shunt Capacitor, SC)進行調(diào)壓,該類補償器可有效提高電網(wǎng)電壓穩(wěn)定性、補償不平衡負荷、抑制母線電壓閃變,但響應速度和調(diào)節(jié)速度較慢;
    • ③采用有載調(diào)壓變壓器(On-Load Tap Changer, OLTC),由于OLTC的可不斷電操作以及設計簡單特性,使其成為了配電網(wǎng)穩(wěn)態(tài)電壓調(diào)節(jié)領域最常用的調(diào)節(jié)方法。但是OLTC分接頭調(diào)壓不適用于長距離輻射狀配電網(wǎng)調(diào)壓,且動態(tài)響應能力差,需DG和OLTC協(xié)調(diào)控制;
    • ④線路管理調(diào)壓,由于配電網(wǎng)線路電壓損耗與線路阻抗關系非常大,因此可通過對配電網(wǎng)線路改造來提升電壓質(zhì)量,但該方法改造范圍廣、成本高。

    微電網(wǎng)可有效協(xié)調(diào)分布式電源,增強ADN的互動性、可控性和可靠性,進而提升電力系統(tǒng)的綜合能效。隨著ADN中微電網(wǎng)數(shù)量的增長,微電網(wǎng)可操作性越來越強,為ADN調(diào)壓提供了新的途徑。如何保證系統(tǒng)動態(tài)能量平衡和提升電壓質(zhì)量仍然亟待研究。

    目前,ADN中的微電網(wǎng)運行主要考慮自身能量平衡,通過變流器并網(wǎng),以保證微電網(wǎng)的電壓頻率穩(wěn)定。微電網(wǎng)中雙向變流器的運行控制方法主要有P-Q控制、V-F控制及下垂控制,P-Q控制是指微電網(wǎng)控制DG單元輸出的有功功率與無功功率與其參考功率相等;V-F控制是指DG單元維持輸出的電壓與頻率不變,而輸出的有功和無功功率由負荷決定;下垂控制適用于多機組網(wǎng)運行的微電網(wǎng)變流器,可以自動實現(xiàn)有功與無功功率的精準分配。

    當前,鮮有文獻研究微電網(wǎng)對ADN主動電壓支撐,而事實上,隨著變流器的容量逐漸增大,ADN為更好地利用微電網(wǎng)主動電壓支撐能力提供了可能。

    為了提升系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性,本文提出了一種微電網(wǎng)參與的ADN電壓分區(qū)與自動控制策略。首先基于電壓靈敏度指標對ADN節(jié)點進行聚類分區(qū),分區(qū)后,微電網(wǎng)應能滿足所屬區(qū)域的無功補償需求,且不影響其他區(qū)的節(jié)點電壓水平,實現(xiàn)較好的區(qū)域無功補償。當配電網(wǎng)內(nèi)無功潮流波動引起網(wǎng)絡節(jié)點電壓變化時,自動電壓控制系統(tǒng)(Automatic Voltage Control, AVC)通過監(jiān)視電壓的變化,控制微電網(wǎng)進行無功出力以平抑電壓波動。

    考慮微電網(wǎng)參與的主動配電網(wǎng)分區(qū)自動電壓控制策略

    圖4 考慮微電網(wǎng)參與的AVC系統(tǒng)

    考慮微電網(wǎng)參與的主動配電網(wǎng)分區(qū)自動電壓控制策略

    圖5 基于實時分區(qū)的AVC系統(tǒng)流程

    考慮微電網(wǎng)參與的主動配電網(wǎng)分區(qū)自動電壓控制策略

    圖6 IEEE 33節(jié)點系統(tǒng)圖

    結(jié)論

    本文提出一種考慮微電網(wǎng)無功出力的ADN分區(qū)自動電壓控制策略,該策略基于V-Q靈敏度和聚類分析方法,并通過DIgSILENT/PowerFactory仿真平臺進行驗證。仿真結(jié)果表明,分區(qū)后的微電網(wǎng)能滿足該區(qū)的無功補償需求,且不影響其他區(qū)的節(jié)點電壓水平,可實現(xiàn)較好的區(qū)域無功補償水平,提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

    本文為含微電網(wǎng)的ADN電壓控制提供了新的思路,所提策略可優(yōu)化微電網(wǎng)調(diào)度以及協(xié)調(diào)傳統(tǒng)無功補償裝置的運行,實現(xiàn)有效的ADN自動電壓控制,提升電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行水平。

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