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  • 頭條無功電壓優(yōu)化對新能源消納的影響
    2021-05-18 作者:劉華志 李永剛 等  |  來源:《電工技術(shù)學(xué)報》  |  點擊率:
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    導(dǎo)語大規(guī)模風(fēng)電和光伏接入電力系統(tǒng)將會加劇配電網(wǎng)節(jié)點的電壓波動,而無功電壓優(yōu)化能有效改善系統(tǒng)的電壓水平。新能源電力系統(tǒng)國家重點實驗室(華北電力大學(xué))、國網(wǎng)遼寧省電力有限公司經(jīng)濟技術(shù)研究院的研究人員劉華志、李永剛、王優(yōu)胤、張曉天、曹南君,在2019年《電工技術(shù)學(xué)報》增刊2上撰文,建立了無功優(yōu)化對配電網(wǎng)電壓和新能源消納的影響模型。研究表明,該模型可以起到改善系統(tǒng)電壓質(zhì)量,提高消納能力的作用。

    近幾年來,風(fēng)電和光伏等分布式電源(Distributed Generation, DG)的發(fā)展十分迅速,呈現(xiàn)井噴式增長,給電網(wǎng)帶來了許多問題。DG出力的隨機性、不確定性以及與負荷的不匹配特性都會對系統(tǒng)的電壓產(chǎn)生影響,其安裝位置的隨機性會改變電網(wǎng)的潮流,進而影響電網(wǎng)的穩(wěn)定運行。

    目前對于新能源并網(wǎng)的無功優(yōu)化已開展了較多研究。對于含有新能源的無功優(yōu)化控制既要考慮DG和無功補償裝置的無功出力的連續(xù)控制,又要考慮新能源的不確定性。

    • 有學(xué)者將風(fēng)電和光伏的有功無功輸出能力與傳統(tǒng)有功無功優(yōu)化方式相配合,利用場景縮減方法,實現(xiàn)了配電網(wǎng)的經(jīng)濟運行。
    • 有學(xué)者側(cè)重分析了含光伏配電網(wǎng)的有功無功資源,利用二層規(guī)劃分別將光和電容器的狀態(tài)變量和出力分為上下層優(yōu)化變量,通過發(fā)掘光伏的無功調(diào)節(jié)潛力,對配電網(wǎng)的經(jīng)濟性和安全性進行了優(yōu)化。新能源并網(wǎng)后,對配電網(wǎng)的電壓調(diào)節(jié)模式產(chǎn)生了一定的影響,分布式電源有功出力的隨機性變化超過了無功調(diào)節(jié)裝置的調(diào)節(jié)速度,可能會導(dǎo)致電壓的越限運行。
    • 有學(xué)者以有功網(wǎng)損最小為優(yōu)化目標,利用錐松弛等原理構(gòu)造了含分布式能源的配網(wǎng)無功優(yōu)化模型,保證了新能源消納的同時配網(wǎng)的網(wǎng)損最小。
    • 有學(xué)者分析了多種新能源接入電網(wǎng)的無功電壓控制,但是缺少了對新能源消納的分析。
    • 有學(xué)者提出適用于主動配電網(wǎng)的無功電壓全局優(yōu)化控制策略,建立了無功電壓全局優(yōu)化控制模型,使用多目標優(yōu)化的方法,實現(xiàn)了無功潮流分布。

    大多數(shù)無功優(yōu)化的研究都是采用多目標非線性優(yōu)化方法。多目標可以同時考慮多個問題,更符合實際,但是多目標之間存在相互影響,不同目標之間的權(quán)重取舍會在一定程度上影響優(yōu)化結(jié)果。

    部分學(xué)者考慮了分布式電源對配電網(wǎng)電壓波動的影響。有學(xué)者通過增大短路容量削弱光伏電源對配電網(wǎng)電壓波動的影響,提高了光伏的接入容量。有學(xué)者建立了分布式光伏的消納模型,通過使用調(diào)壓措施,有效地提高了光伏的消納,并對多種調(diào)壓方式進行了對比。

    無功電壓優(yōu)化對新能源消納的影響

     

    新能源一般運行在最大功率點跟蹤方式,不參與系統(tǒng)動態(tài)調(diào)壓。但是新能源會受反調(diào)峰特性、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)受限、系統(tǒng)消納水平低等因素的影響而被迫棄光棄風(fēng),新能源的裝機容量并沒有得到完全利用,仍然蘊含著發(fā)送大量無功的潛力,如果能將這部分無功合理運用,將能夠提高全網(wǎng)電壓水平,進而提升系統(tǒng)對新能源的消納能力。

    考慮到系統(tǒng)中,除了DG具有一定無功調(diào)節(jié)能力外,還有諸多無功補償設(shè)備,這些無功補償設(shè)備均能達到提升電壓、提高新能源消納的效果。傳統(tǒng)消納問題并沒有考慮到無功電壓優(yōu)化對消納的提升,因此,如果能夠?qū)崿F(xiàn)協(xié)調(diào)優(yōu)化新能源無功余量與無功補償設(shè)備無功容量,達到提升系統(tǒng)電壓水平及系統(tǒng)消納水平的目的,將具有重要意義。

    目前,大多數(shù)文獻都是針對含有分布式電源的配電網(wǎng)利用系統(tǒng)中的無功補償設(shè)備進行電壓優(yōu)化,缺乏優(yōu)化這一過程對電網(wǎng)電壓水平和新能源消納能力影響的研究。

    新能源電力系統(tǒng)國家重點實驗室(華北電力大學(xué))、國網(wǎng)遼寧省電力有限公司經(jīng)濟技術(shù)研究院的研究人員提出了以電壓質(zhì)量為目標的無功電壓優(yōu)化模型,利用單目標來驗證優(yōu)化前后的影響。采用智能粒子數(shù)控制的粒子群(Particle Swarm Optimization, PSO)算法進行求解。常規(guī)的粒子群算法結(jié)構(gòu)簡單,但收斂速度較慢,采用智能粒子數(shù)控制可以節(jié)省優(yōu)化所需時間。

    無功電壓優(yōu)化對新能源消納的影響

    圖1 算法流程

    研究人員首先對雙饋風(fēng)機的無功調(diào)節(jié)能力進行分析,建立了無功優(yōu)化對配電網(wǎng)電壓和新能源消納的影響模型。考慮到風(fēng)電和光伏等分布式電源存在一定的無功余量,具有一定無功調(diào)節(jié)能力,利用這些無功余量進行無功優(yōu)化,將節(jié)點電壓和額定電壓偏差的方差作為目標,建立了無功電壓的優(yōu)化模型。在常規(guī)粒子群算法基礎(chǔ)上,使用智能粒子數(shù)控制提高計算效率。最后,通過IEEE 33節(jié)點系統(tǒng)對模型進行了多場景仿真分析,結(jié)果表明所提出的無功電壓優(yōu)化模型可以起到改善系統(tǒng)電壓質(zhì)量,提高消納能力的作用。

    在高滲透率場景下,系統(tǒng)可以利用風(fēng)電光伏的無功余量對系統(tǒng)電壓水平進行優(yōu)化,在提高系統(tǒng)電壓水平的同時保證新能源的消納。新能源接入的位置不同,無功電壓優(yōu)化對其消納的影響也不同。

    研究人員表示,光伏和風(fēng)電等可再生能源的迅速發(fā)展,將逐漸取代傳統(tǒng)的能源發(fā)電,其并網(wǎng)和系統(tǒng)對它們的消納能力必將成為新能源發(fā)電研究的重點。如果能夠?qū)崿F(xiàn)協(xié)調(diào)無功電壓優(yōu)化與新能源接入的關(guān)系,達到提升系統(tǒng)電壓水平及系統(tǒng)消納水平的目的,將具有重要意義。將風(fēng)機的無功余量考慮到模型中,針對新能源出力的波動性,可以對一年的數(shù)據(jù)進行分析計算,將其季節(jié)特性加入對電網(wǎng)的影響。

    以上研究成果發(fā)表在2019年《電工技術(shù)學(xué)報》增刊2,論文標題為“無功電壓優(yōu)化對新能源消納的影響”,作者為劉華志、李永剛、王優(yōu)胤、張曉天、曹南君。

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