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考虑调度需求的主动配电网分散协调无功电压控制模型与算法研究

钟令枢  
【摘要】:分布式电源的大量渗透为输配电系统的安全经济运行提供了新的控制手段。通过调节逆变器的无功输出,以光伏和储能为代表的分布式电源可以为配电网提供连续的电压支撑和无功补偿;通过批量调节配电网中海量分布式电源的发电功率,还可以快速改变输电网的负荷水平,将配电网转化为输电网中的一个可调度的有功源。然而,由于配电网节点众多,难以对部署分散的大量分布式电源进行集中控制,需要研究适用于有限的通讯和量测条件下的控制策略。此外,配电网中传统的电压无功控制由变电站执行,在分布式电源参与调节之后,需要研究长时间尺度的变电站控制与短时间尺度的分布式电源控制之间的协调。当配电网作为输电网中的一个可响应资源接受调度时,总有功调节量需要在其中的各个分布式电源间合理地分配,有功变化造成的电压波动也需要通过无功电压控制来缓解。输电系统也需要匹配相应的实时调度策略,以有效利用配电网中分布式电源的快速调节能力。针对以上需求,本文系统研究了考虑调度需求的主动配电网分散协调无功电压控制模型与算法,具体研究内容包括以下几点:(1)针对没有同步相量测量功能,负荷节点的电压和功率无法实时获取,但各个分布式电源可以与邻近的其他电源实时通讯的配电馈线,提出了一种基于支路潮流的配电网分布式无功电压控制策略,在确保馈线内各节点电压符合限值的同时最小化有功总网损。该策略基于线性潮流模型,利用节点间互联关系的稀疏性,将各个分布式电源在无约束条件下的最优无功输出表示为邻近分布式电源节点可测的电压和支路潮流的函数,并通过对偶分解法处理节点电压和无功约束来实现分布式控制。对于没有量测的负荷节点,采用两端分布式电源节点的电压和支路潮流对其电压进行估计。(2)针对装有同步相量测量单元μ-PMU的配电馈线,提供了一种不依赖分布式电源间实时通讯的配电网分散式无功电压控制策略。利用线性潮流模型,在根节点电压相角可以获取的情况下,将分布式电源的无功输出对系统有功网损的导数表示为本地电压相量的函数,从而得到降低网损的本地控制策略,并进一步得到了对单一节点提供电压支撑时的最优无功补偿方案的解析解,显著提升了修复电压问题的速度。(3)针对分布式电源广泛渗透的配电网,提出了一种与分布式电源相协调的变电站自动电压控制策略。利用分布式电源之间的近邻通讯网络,采用平均一致协议估计配电网中的最高最低电压。预测分布式电源对馈线最高/最低电压节点的最大控制能力,并根据预测的电压越限状态确定变电站有载调压分抽头设置。所提出的策略同时考虑了变压器动作次数限制以及不同中压馈线的需求差异,采用集中协调的方法平衡各馈线的要求,确定面向系统总体需求的变压器档位。(4)考虑配电网参与输电网调度的需求,提出了一种分散协调的输配电网实时调度策略。该策略在配电网层面采用平均一致算法为各分布式电源分配有功削减量,将配电网注入输电网的有功功率调节点输电网要求的数值;同时在分布式电源无功控制策略中加入前馈环,根据分布式电源的有功削减量调节无功输出,减少快速功率调节带来的电压波动。在输电网层面,采用一种数据驱动的集中式架构,利用同步相量测量收集的高频数据辨识输电网中各经济、安全指标关于节点功率注入的灵敏度,建立电力系统的局部线性化模型,实时优化发电机和各可调度配电网的功率注入。对于需要考虑的安全指标较多,输电网的各项安全约束难以在单一实时调度周期中得到满足的情况,提出了一种基于动态决策的实时调度策略,根据不同安全指标的越限情况,按照“先消除越限,在所有安全越限得到消除后再改善经济性,最后增加安全裕度”的顺序协调不同的调度目标。论文研究对于推进分布式电源全面参与输配电网调度控制具有技术参考价值。


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