基于数字孪生的光伏高比例配电网过载风险预警方法

在构建以新能源为主体的新型电力系统背景下,分布式光伏将呈现极高比例并网趋势。高比例光伏出力的随机性会加剧配电网潮流的不确定变化,给配电设备带来严重的过载风险,载荷安全问题突出。基于此,提出一种基于数字孪生的含高比例光伏配电网载荷安全分析和预警方法。论述了孪生配电网过载风险安全预警的实现机理和功能方案。根据相关标准分析设备过载耐受能力,并建立不确定场景下载荷安全预警等级。基于历史运行数据建立配电网源荷随机行为的马尔科夫模型,采用吉布斯算法对该模型进行蒙特卡洛随机抽样。根据配电网当前运行状态,结合孪生配电网超实时计算能力,对配电网未来随机场景快速仿真并计算过载风险指标,评判载荷安全性。算例分析验证了所提分析方法的有效性及合理性。算例结果表明,该方法能够得出高比例光伏配电网在分析时段的载荷安全态势,为电力系统调度人员提供了一定的参考依据。     

新型电力系统下考虑分布式光伏并网的配电网可靠性评估

新型电力系统下，大量分布式光伏接入配电网，考虑其出力及负荷的随机特性，须对配电网安全性进行多角度综合评价。针对分布式光伏灵活接入配电网对其可靠性产生影响的问题，首先根据分布式光伏典型的出力特性，建立分布式光伏出力概率的模型。随后，确定光伏并网评估的指标以便对配电网风险进行量化，其中包括电压越限、功率越限及失负荷风险指标。最后在MATLAB仿真平台建立含分布式光伏并网的配电网模型，并考虑不同光伏出力场景、并网方式、并网容量对配电网的影响，对含分布式光伏并网的配电网进行可靠性评估。     

基于随机潮流的主动配电网运行风险评估

大量间歇性分布式电源(DG)的接入可能给配电网带来电压和功率越限的运行风险,建设具备主动管理能力的主动配电网是控制该风险的有效手段。本文提出了一种基于随机潮流的主动配电网运行风险评估方法。考虑风光荷的不确定性,以蒙特卡罗模拟来求解随机潮流;构建了配电网的运行风险指标;采用无功补偿设备优化调节、DG功率因数优化调节和DG有功出力优化削减相结合的主动管理手段对越限风险进行控制,并应用改进和声搜索算法来求解DG有功出力削减问题。结合算例,分析了3种场景下配电网的运行越限风险,验证了所提出模型和算法的正确性。     

高渗透率下兼顾光伏出力和网损的配电网运行优化方法

针对高渗透率光伏接入的配电网电压越限和经济运行问题,提出了有功无功协调优化的方法。分析了电压约束条件下的光伏有功出力限值,研究了高渗透率光伏接入的配电网电压越限机理,提出了综合考虑光伏有功出力和网损差值的净出力指标,以最大净出力为目标函数,计及敏感节点电压约束,建立了光伏有功出力和网损的综合优化模型。算例分析验证了该方法的电压控制能力和优越经济性,且其经济性随光伏有功出力增大呈现“先增后减”变化特征;一般场景下优化模型运行于最大功率点的最小网损方式,极端场景下则调整少量光伏有功出力满足电压约束。     

考虑信息设备故障的分布式电压控制系统风险评估

随着主动配电网的持续发展,电力系统对信息系统的依赖越来越严重,信息设备的随机故障给配电网电压控制带来巨大挑战。为评估信息设备故障对配电网分布式电压控制的影响,首先分析了配电网分布式电压控制系统的组成、控制机理及一致性算法的原理;其次建立了光伏出力运行场景模型和信息设备故障场景模型;然后提出了分布式电压控制下计及信息设备故障影响的电压评估方法,建立了评估指标并给出计算方法;最后通过算例仿真,对比分析了不同类型、位置的信息设备故障对电压的影响,并计算电压风险,结果表明枢纽代理节点故障带来的电压风险最为严重,应根据源荷不平衡程度进行通信网配置。     

长时间尺度下计及光伏不确定性的配电网无功优化调度

针对高渗透率分布式光伏接入配电网所引起的电压控制问题,分析了无功补偿型和电压控制型两种光伏发电系统的无功电压调控特点,在考虑负荷和光伏出力不确定性的基础上,以系统总运行成本最小为目标,提出了长时间尺度下考虑电压越限风险的配电网无功优化调度模型。针对电压控制型光伏无功电压调控特点,提出了含PV类型节点的配电网概率潮流计算方法。最后,通过时间解耦并采用灾变遗传算法求解得到含高渗透率光伏的配电网长时间尺度下的无功优化调度方案。仿真算例表明:与现有光伏无功控制方法相比,所提方法能够有效降低光伏并网引起的电压越限风险,其中基于电压控制型光伏的配电网无功调度方案在降损和抑制电压波动方面的控制效果更明显。     

计及不确定性的分布式光伏接入配电网极限容量评估

针对分布式光伏大量并网导致的配电网电压越限风险增加的问题,分析了不同天气类型下光伏出力特性,提出了基于光伏出力波动特性的广义天气类型聚类划分方法和基于净空理论的光伏出力时间序列模型构建方法。所构建的模型能反映实际光伏出力的时序性和波动性,建立了基于各时段节点电压越限概率与严重度函数的系统电压越限风险评估指标,据此提出采用混合逼近法求解配电网中分布式光伏的极限接入容量。最后,以典型IEEE33节点配电系统和南方电网某地区实际线路为例,分析了不同负荷特性、负荷水平和线路类型下的系统电压越限风险,从这三方面分别对分布式光伏接入配电网的极限容量进行评估。     

考虑电动汽车与光伏电源联动的配电网电压调控策略

光伏电源的大规模并网可能致使配电网电压越限,受调压设备调压能力的限制,从网源侧角度考虑的调压方法易出现调压效果不理想的情况。针对光伏电源并网引起的配电网电压越限问题,通过对负荷侧电动汽车进行建模并分析其入网对配电网电压的影响,在一定情况下,将其作为可调度资源与光伏电源配合以控制配电网电压。通过考虑电动汽车用户需求响应,以各可控资源的优化控制成本最小为目标,建立了电动汽车与光伏电源联动的配电网电压调控模型,并对其进行优化求解以实现配电网内能源资源的最优利用,减小系统电压波动。算例分析中根据不同气象条件构建了两个场景,分析结果均验证了该策略的有效性。     

面向光伏用户群的多主体分级电压调控方法

分布式光伏的大规模接入引起配电网电压越限问题。光伏作为新型调压主体,其自主性及多主体交互耦合增加了配电网调压的难度。因此,文中提出面向光伏用户群的多主体分级电压调控方法。首先,根据光伏的调压容量与电压支撑度建立分级模型。然后,在分级基础上利用主从博弈模型研究配电网调压过程中多主体之间的交互耦合特性：配电网运营商作为主侧,在保证电网安全稳定运行下分级设定调压补偿电价;光伏用户作为从侧,跟随调压补偿电价以调压收益最大为目标来优化无功调节策略。最后,通过仿真分析证明了所提方法能够有效解决电压越限问题并提高光伏用户收益。     

基于电压偏差机会约束的分布式光伏发电准入容量研究

针对光伏发电并网输出功率随机性及相关性导致配电网节点电压越限的不确定性,提出基于电压偏差机会约束的分布式光伏发电并网准入容量规划方法。首先,建立考虑光伏相关性的配电网概率潮流计算模型,将Nataf变换与基于矩法的三阶多项式正态变换相结合处理光伏的相关性,采用多重积分理论和Gram-Charlier级数展开得到配电网节点电压分布;然后,以最大化光伏发电并网准入容量为规划目标,电网电压不越限为机会约束,建立基于电压偏差机会约束的光伏并网准入容量计算模型,利用改进的随机权重粒子群算法对模型进行求解。仿真算例结果表明该方法能够提高光伏并网容量,使配电网运行满足电压偏差不越限。     

低压配电网分布式光伏接纳能力分析

分布式光伏的并网和利用是应对当前能源和环境危机的重要方式,高比例分布式光伏接入所导致的电压越限是制约配电网接纳分布式光伏的重要因素之一。以提高配电网对分布式光伏的接纳量为首要目标,考虑多电压等级配电网的配合,提出利用中压主动配电网的调控能力,通过中低压配电网的相互影响缓解低压配电网调压手段缺乏,提升低压配电网接纳分布式光伏能力的方法:首先考虑配电网中分布式光伏和负荷出力的时序性,根据季节和天气构建12种场景,对配电网进行一年的时序全过程模拟。然后建立10 kV中压主动配电网优化运行模型和380 V辐射型低压配电网分布式光伏选址定容模型。仿真结果表明所提方法可以提高低压配电网接纳分布式光伏的能力。除此之外,进一步分析了分布式光伏接入和调压对中压主动配电网电压的影响,以及低压配电网中负荷对接纳分布式光伏和调压方式的影响。     

考虑过电压因素时分布式光伏电源的准入容量

大量分布式光伏接入配电网可能引起电网电压偏差越限。首先建立了不同分布规律下负荷引起的电压损失计算模型和光伏引起的电压抬升计算模型,在母线电压偏差可达标准上限的前提下,导出了线路不出现过电压时允许接入的最大光伏容量。针对10 kV典型线路,给出了光伏与负荷相同分布规律下的最大光伏渗透率和不引起过电压条件下的馈线首端电压裕度。结果表明,架空线路比电缆线路可接纳更大的光伏容量,利用光伏电源的调压作用可防止过电压,降低母线电压可允许接入更多光伏容量。     

基于小交流信号的低压配电网中分布式光伏辅助调压控制策略

随着国内光伏产业不断发展,低压配电网中接入的分布式光伏电源的容量逐渐增多,当光照充足时配电网可能出现严重的过电压问题.分析了配电网中出现过电压现象的原因,针对配网的特点提出一种针对分布式光伏电源的辅助调压控制策略,旨在保证每台光伏电源的经济效益的同时充分发挥每台光伏电源的调压能力.所提出的控制策略在无功调节的基础上削减...     

基于主从博弈的主动配电网阻塞管理

随着需求侧灵活性资源在配电网中的渗透率不断提高,其不协调的运行方式可能会导致配电网中线路阻塞和节点电压越限。为解决这些问题,提出了一种配电网节点边际电价统一出清的主从博弈双层调度框架。上层框架解决用户在负荷聚合商引导下的用电成本最小化问题,负荷聚合商为主从博弈的领导者;下层框架解决配电网系统运营商在考虑网络潮流安全和电压越限前提下的社会福利最大化问题,配电网系统运营商为主从博弈的追随者。利用Karush-Kuhn-Tucker最优性条件和对偶定理,将非线性双层问题转化为单层混合整数线性规划问题求解。仿真算例验证分析了所提出的模型对缓解网络阻塞的有效性,以及灵活性资源在配电网阻塞管理当中的作用。     

计及风电与光伏并网的电力系统运行风险评估

为了对新能源并网系统进行更合理的规划建设,提高其运行安全性,提出计及风电与光伏并网的电力系统运行风险评估模型。在包含风光出力不确定性、负荷波动、线路和发电机实时状态的基础上,考虑风光联合出力及天气对线路停运率的影响,以便更准确地进行风险评估。在计及电压越限、电压崩溃、线路有功功率越限、系统失负荷的传统风险指标体系基础上,增加了弃风弃光和稳态频率越限风险指标,更全面地考量风险来源。引入涵盖上述指标的综合风险指标,结合层次分析法与熵权法计算各个指标权重,所得结果更客观。采用非序贯蒙特卡洛法抽取系统状态进行风险评估,以IEEE-14节点系统为例,定性分析了新能源接入位置和风光联合出力对系统运行风险的影响,验证所提出模型和方法,为今后以风、光为代表的新能源并网系统运行风险评估提供参考。     

基于分布式光伏集群协同优化的配电网电压控制策略

随着分布式光伏在配电网中渗透率的增加,负荷与光伏出力波动等原因引起的配电网电压越限问题日益凸出。为此,提出一种基于分布式光伏集群协同优化的配电网电压控制策略。首先,通过电气距离模块度指标对配网进行集群划分;然后,通过无功电压灵敏度矩阵选取各集群的主导节点,并利用集群电压偏差度判定各集群电压状态。危险集群的光伏逆变器采用就地控制模式调压;安全集群的光伏逆变器采用可变功率控制模式。利用集群之间无功电压的灵敏度,将安全集群与危险集群进行协同配合,从而使整个配电网电压运行在安全域内。最后,根据某实际配电网41节点系统的算例证明,基于光伏集群协同优化的配电网电压控制策略,比统一下垂控制和统一功率优化控制的效果更佳,能够有效提升配电网电压质量。     

基于和声搜索算法的光伏电源选址定容研究

配电网中分布式光伏（distributed photovoltaic,PV）接入比例不断增加,加剧了配电网运行工况的不确定性。研究了PV并网的选址定容问题,仿真分析了PV接入对配电网的影响:首先,从负荷均匀分布模型出发分析网损与PV接入位置,以及与PV容量的关系,然后,建立以网络最小损耗为优化目标的选址定容模型,提出一种基于和声搜索算法（harmony search algorithm,HSA）的选址定容优化方法;最后,在IEEE33节点配电网模型上验证了所提方法的可行性与高效性。仿真结果表明,以网损最小为优化目标的选址定容方案能够改善电压质量,提高配电网的静态电压稳定性。     

基于灵活网架的分布式光伏电源准入容量研究

分析推导了分布式光伏电源接入区域配电网的影响,在此基础上,考虑主动配电网背景下的灵活网架,以一系列静态安全稳定指标作为约束,建立了分布式光伏电源准入容量求解模型。将单个以及多个光伏电源接入的情况分开求解,相应地分别采用基于二分法的枚举法以及混合智能遗传算法求解,保证了模型求解的高效性。利用所提模型、算法,对10 k V中压配电网的几种典型网架接线进行分布式光伏电源准入容量的计算、比较、分析,验证了方法的有效性,总结了相关规律,提出了建议。     

Strategic approach for reinforcement of intermittent renewable energy sources and capacitor bank for sustainable electric power distribution system

To meet ever increasing load demand in a sustainable way, reinforcement of photovoltaic (PV) array, wind turbine (WT) and capacitor bank in distribution network is proposed in this paper. A comprehensive planning model is presented to determine location and required installation capacity of multiple PV array, WT and capacitor units in an electric power distribution network under heavy load growth situation. Intermittent power generation of renewable energy sources (RESs) are quantified with suitable probability distribution functions and incorporated in the planning model. The planning approach considers several welfare areas in the distribution systems, viz., increment of profit margin, reduction of carbon-di-oxide emission, minimization of distribution power losses, enhancement of voltage stability level and improvement of the network security considering power flow, voltage limit, line capacity, RES penetration, capacitor penetration and utility economy constraint. Non-dominated sorting based multi-objective particle swarm optimization algorithm along with fuzzy decision making criteria is used to find the best allocation alternative for mix RES and capacitor planning problem. The effectiveness of the proposed model has been tested on a typical 28-bus Indian rural distribution network. The results show that more efficient techno-eco-environmental optimization can be obtained from combined RES and capacitor planning model.