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考虑微电网参与的主动配电网分区自动电压控制策略

作者:中国储能网新闻中心 来源:电气新科技 发布时间:2020-01-20 浏览:
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湖南大学电气与信息工程学院、国网湖南省电力有限公司经济技术研究院的研究人员潘舒扬、李勇、贺悝、潘馨、胡斯佳,在2019年第21期《电工技术学报》上撰文,由于可再生能源出力的间歇性与随机性给配电网电压控制带来了挑战,因此本文提出了一种考虑微电网参与的主动配电网(ADN)无功电压分区与控制策略。

通过潮流计算,获得电压灵敏度矩阵,采用聚类算法构建分布式微电网在ADN中的控制空间,确定微电网主导的可控区域集合。在自动电压控制(AVC)系统的框架上,提出了考虑微电网参与电压柔性控制的AVC系统。通过该系统可合理调度微电网与传统无功补偿设备协调运行,并对ADN进行无功补偿,实现控制区域柔性且快速的自动电压控制,提升ADN电压质量。最后,通过IEEE 33节点系统验证了所提策略的有效性。

为应对能源枯竭以及环境恶化问题,分布式发电(Distributed Generation, DG)技术成为智能电网的发展方向。大量DG并入配电网,在提高清洁能源比例的同时,也会带来电压质量、系统稳定性等方面的问题。主动配电网(Active Distribution Network, ADN)技术可适应分布式电源接入配电网的发展趋势,通过灵活调节网络拓扑、主动优化控制无功补偿装置,ADN可达到改善系统无功电压水平的目的。

由于DG出力的随机性,加剧了ADN电压波动,使得系统的无功电压特性变得越来越复杂,呈现出变量多、维度高、范围广等特点。为了灵活控制系统电压、提升电能质量、降低电能损耗,亟待研究适用于ADN的电压控制策略。

目前,关于ADN电压调节策略研究主要有以下四种:

①采用具有无功调节能力的DG进行调压,由于DG输出有功会在配电网线路产生电压损耗,因此通过削减DG的有功输出可达到调压目的;

②利用馈线自动调压器(Step Voltage Regulator, SVR)及投切电容器(Shunt Capacitor, SC)进行调压,该类补偿器可有效提高电网电压稳定性、补偿不平衡负荷、抑制母线电压闪变,但响应速度和调节速度较慢;

③采用有载调压变压器(On-Load Tap Changer, OLTC),由于OLTC的可不断电操作以及设计简单特性,使其成为了配电网稳态电压调节领域最常用的调节方法。但是OLTC分接头调压不适用于长距离辐射状配电网调压,且动态响应能力差,需DG和OLTC协调控制;

④线路管理调压,由于配电网线路电压损耗与线路阻抗关系非常大,因此可通过对配电网线路改造来提升电压质量,但该方法改造范围广、成本高。

微电网可有效协调分布式电源,增强ADN的互动性、可控性和可靠性,进而提升电力系统的综合能效。随着ADN中微电网数量的增长,微电网可操作性越来越强,为ADN调压提供了新的途径。如何保证系统动态能量平衡和提升电压质量仍然亟待研究。

目前,ADN中的微电网运行主要考虑自身能量平衡,通过变流器并网,以保证微电网的电压频率稳定。微电网中双向变流器的运行控制方法主要有P-Q控制、V-F控制及下垂控制,P-Q控制是指微电网控制DG单元输出的有功功率与无功功率与其参考功率相等;V-F控制是指DG单元维持输出的电压与频率不变,而输出的有功和无功功率由负荷决定;下垂控制适用于多机组网运行的微电网变流器,可以自动实现有功与无功功率的精准分配。

当前,鲜有文献研究微电网对ADN主动电压支撑,而事实上,随着变流器的容量逐渐增大,ADN为更好地利用微电网主动电压支撑能力提供了可能。

为了提升系统电压稳定性,本文提出了一种微电网参与的ADN电压分区与自动控制策略。首先基于电压灵敏度指标对ADN节点进行聚类分区,分区后,微电网应能满足所属区域的无功补偿需求,且不影响其他区的节点电压水平,实现较好的区域无功补偿。当配电网内无功潮流波动引起网络节点电压变化时,自动电压控制系统(Automatic Voltage Control, AVC)通过监视电压的变化,控制微电网进行无功出力以平抑电压波动。

图4 考虑微电网参与的AVC系统

图5 基于实时分区的AVC系统流程

图6 IEEE 33节点系统图

结论

本文提出一种考虑微电网无功出力的ADN分区自动电压控制策略,该策略基于V-Q灵敏度和聚类分析方法,并通过DIgSILENT/PowerFactory仿真平台进行验证。仿真结果表明,分区后的微电网能满足该区的无功补偿需求,且不影响其他区的节点电压水平,可实现较好的区域无功补偿水平,提升系统的稳定性。

本文为含微电网的ADN电压控制提供了新的思路,所提策略可优化微电网调度以及协调传统无功补偿装置的运行,实现有效的ADN自动电压控制,提升电网的安全稳定运行水平。

关键字:微电网

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