单三相混联结构多微网协调控制

【摘要】：伴随我国新型城镇化建设及能源低碳转型,微电网不仅可以满足电力用户日益增长的用电需求,还可以促进新能源就地消纳。随着微电网规模化推广,相近区域内三相微电网与多种相序的单相微电网串并联共存而形成的单三相混联结构多微网成为了用户侧主流的多微网拓扑类型。此新型多微网经协同互动可进一步提高区域范围用户用电的可靠性、稳定性和经济性,并有利于新能源高渗透综合利用,成为能源领域供给侧结构性改革的重要载体。根据多微网系统是否运行或脱离配网,可将多微网系统运行状态切分为停运、离网和并网三种状态,其间切换过程为黑启动恢复与并离网切换。运行控制过程中,由于单三相混联结构多微网中多类相序微电网中含有大量单相源荷储设备,其中新能源电源出力随机性、各用户用电习惯差异性等源荷储出力时空不平衡特性将会导致系统联络线功率三相不平衡,将对多微网主要切换模式(黑启动恢复、并离网切换)及运行模式(区域自治、联网优化)场景下的协调控制提出新的挑战。因此,研究针对单三相混联结构多微网的协调控制技术就显得非常必要。本论文在考虑三相不平衡约束的基础上研究适于单三相混联结构多微网的黑启动恢复、多场景并离网切换、区域自治及联网优化等协调控制技术,主要研究内容如下:(1)由于子微电网及源荷储设备数量较多,所需恢复设备的容量及优先次序也有较大区别,为使网内源荷恢复快速可靠有序,本文提出适于单三相混联结构多微网的集散式黑启动恢复策略。其中,结合层次分析与优属度矩阵的主客观均衡评价方法实现黑启动主电源选择;基于多级功率圆域判据的分散式恢复方式实现了同相序子微电网网内设备快速恢复;基于混合整数非线性规划的快速粒子群优化决策出集中式待恢复设备的最终状态,并在此基础上通过改进广义最小生成树方法实现了源荷储集中式恢复顺序优化。基于DIgSILENT的单三相混联结构多微网模型仿真分析验证所提策略的正确性与有效性。(2)针对主动离网转并网,考虑并网过程中涉及的子微电网数量及联网路径较多,提出一种兼顾稳定性和联网时长的联网路径搜索策略,以实现各个区域自治系统稳定、快速、有序地并入配电网;针对被动并网转离网,由于主电源承担原联络线功率转载能力有限需源荷储响应,提出一种兼顾时效性及平滑度的被动并转离协调控制策略,以实现单三相混联结构多微网快速平稳脱离配电网;针对主动并网转离网,考虑脱离配网后孤岛组合方案将影响整体运行可靠性,提出一种兼顾方案决策及状态切换的主动并转离协调控制策略,以使单三相混联结构多微网平稳脱离配网及高效运行。以上所提的适于单三相混联结构多微网的多场景并离网切换策略通过基于DIgSILENT的多微网模型仿真验证了有效性。(3)在脱离配网的情况下,多区域孤岛隔离下的源荷功率损失等问题将对单三相混联结构多微网区域自治提出挑战,为充分利用网内资源实现系统整体可靠高效运行,本文提出适于单三相混联结构多微网的多时间尺度区域自治控制策略。通过小时级动态孤岛组合及联离搜索切换控制动态更新孤岛组合,以达到整体资源配置优化;通过分钟级集中式协调优化动态实现源荷储功率及状态再分配,使三相不平衡度达标及源荷切除最小化;通过秒级类离网型实时功率控制实现各子微电网内源荷储功率调节以平抑源荷功率波动,从而维持联络线功率为原给定值并使三相不平衡度达标。基于DIgSILENT的单三相混联结构多微网模型仿真分析验证所提策略的正确性与有效性。(4)在联入配网的情况下,如何在各子微电网追求自身经济效益的情况下使系统三相不平衡度尽量满足要求,本文提出适于单三相混联结构多微网的多时间尺度联网优化算法。采用考虑不平衡度修正的双层滚动优化结构:通过兼顾无功补偿的单微电网分散式优化算法实现预测时段内经济效益最优;采用多主多从博弈进行集中式滚动修正各时段内子微电网联络线功率值以优化系统三相不平衡度。另外,时优化以日前优化的储能出力结果为分散式优化跟踪目标,并进一步精细化三相不平衡优化。基于MATLAB编程验证所提算法的有效性。本文研究受国家高技术研究发展计划(863计划,基于分布式能源的用户侧智能电网关键技术研究与集成示范,2014AA052001)项目资助。