基于分布式协同的配电网电压和功率优化控制方法研究

传统集中式控制模式可靠性低、计算和通信压力大、可扩展性差,不能适应分布式电源渗透率不断提高背景下配电网运行和控制的要求。该文基于分布式协同控制思想,采用分布式电源分组模式设计了配电网多目标分布式优化控制策略。考虑配电网线路电阻/电抗比较大的特点,以容量利用比为一致性变量设计了电压控制分组的分布式控制算法;根据配电网与外部电网交换有功和无功功率差额的不同情况,分别设计了以容量利用比和功率因数为一致性变量的功率交换控制分布式控制算法,并给出了三种控制分组控制算法的参数整定方法。通过IEEE14节点系统中的仿真算例验证了所提方法的正确性和有效性。该方法为实现高渗透率分布式电源接入的配电网优化运行提供了参考。     

分布式光伏接入下配电网输出电压振荡抑制研

为使分布式光伏接入下配电网的输出电压稳定且不出现越限行为,对分布式光伏接入下配电网输出电压振荡抑制方法进行研究。构建分布式光伏接入下配电网运行模型,采用基于无功/有功协调控制的电压振荡抑制方法,经逆变器无功功率补偿方案,实现光伏接入节点的无功补偿,保证配电网输出电压稳定;如果逆变器无功功率为最大值时的输出电压仍出现振荡模式,则采用基于灰狼寻优算法的有功功率控制方法,获取可以保证输出电压振荡幅度最小的有功功率削减值,均衡光伏发电功率,抑制分布式光伏接入下配电网输出电压的振荡。经实验测试表明：该方法抑制下配电网输出电压稳定,不存在异常振荡模式。     

分布式电源接入的配电网无功电压特性分析

正传统辐射型配电网的特点是闭环设计、开环运行,其网络只有一个电源点,节点电压沿着馈线潮流方向逐渐降低。分布式电源接入配电网后,辐射型的网络变为一个遍布电源与用户互联的网络,分布式电源接入会使得馈线上传输的有功功率和无功功率减少,降低了线路的电压降落,从而不同程度地抬高了各负荷节点电压,提高了配电网承载负荷的能力。甚至在分布式电源集中接入的部分地区还会发生功率倒送的情况,末端节点电压高于首端节点。因此,本文通过分布式电源接入对配电网无功电压的影响分析,为配电网无功电压控制提供参考。     

基于二分法的本地控制改善含分布式电源配电网电压质量

为了改善含分布式电源配电网的电压质量并避免控制策略对通信系统的依赖,提出一种基于本地控制的分布式电源控制方法。根据分布式电源并网点的实时电压采集值,控制相应分布式电源的有功出力和无功出力适当增大或减小,结合控制效果并采用二分法反复调节控制量,最终将并网点电压控制在电压偏差允许范围内。在对分布式电源的本地控制中,在有功功率最大功率跟踪的前提下,优先利用逆变器的剩余容量进行无功功率调节,若仍不奏效再适当削减有功功率输出。密切监视分布式电源的运行环境,一旦条件允许则及时增大有功功率输出以最大限度地利用自然资源。以IEEE33节点的配电网为例,对所建议的方法进行了分析和验证。结果表明了所建议的控制方法的可行性和有效性,对含分布式电源配电网的电压质量的改善效果明显。     

含分布式电源的10 kV配电网无功电压控制方法

针对分布式电源对配电线路的电压和潮流分布的影响,提出了含分布式电源的10 kV配电网无功电压控制方法。首先分析了接入分布式电源对配电网电压特性的影响;然后提出了一种平衡设备操作次数和优化效果的电网无功控制方法,通过动态调整功率因数来优化无功补偿设备的控制精度,并避免设备的频繁操作;最后提出了一种分散趋优控制方法,通过检测分布式电源的并网点,来评估该点的无功和电压状况,并根据不同的电压水平进行差异化控制。仿真实验结果表明,所提出的双重无功电压控制方法能明显降低有功损耗和提高电压合格率。     

自适应灵敏度的配电网分布式电源无功控制

分布式电源(DG)的大量接入,使配电网潮流变得复杂。为减小分布式电源对配电网电压的影响并充分利用分布式设备的剩余容量,文章提出一种自适应灵敏度的分布式电源本地无功控制策略。各节点利用逆变器的控制计算能力获取自身的无功-电压灵敏度,并根据灵敏度的大小配置节点的Q(U)控制曲线,使所有节点较为均衡地参与无功控制,提高了系统的无功调节能力。采用IEEE33节点配电网测试系统对所提控制策略进行了仿真验证。结果表明,在发生节点电压越限时,所提控制策略下测试系统的电压调节能力和总无功补偿能力优于传统Q(U)控制策略。     

含分布式光伏和电动汽车的主动配电网电压一致性协同控制

分布式电源渗透率的快速增加使得低压配电网中出现严重的电压问题,而电动汽车(Electric Vehicle,EV)的广泛应用使得其参与电压控制成为了可能。提出了一种利用电动汽车的电池能量管理和分布式光伏阵列的无功、有功控制,来调节光伏发电渗透率较高的配电网中的电压。考虑到电动汽车电池容量和荷电状态(SoC)的不同,提出基于一致性算法的分布式控制策略来有效利用EV电池的有限存储容量。在此基础上,提出基于分布式光伏组件无功调节和有功调节的本地电压控制策略,并计算分布式光伏的无功与有功控制调节量。通过仿真分析,验证了文中所提的分布式一致性电压协同控制的有效性,可以有效缓解由反向潮流引起的电压升高,并补偿峰值负载导致的电压降落,消除由分布式电源大量接入带来的电压越限问题。     

配合主网调度的配电网分布式电源主动控制策略

为了降低大量分布式电源接入配电网造成的电网潮流的不确定性,提出一种能够用于配合主网功率调度的配电网分布式电源控制策略。该策略可以实现主网对配电网在公共连接点处注入的有功和无功功率对给定参考值的跟踪,从而使整个配电网等效为可控的功率节点,使配电网具有一定的功率调度性能。同时,具有分布式电源间有功功率的分担以及平衡各分布式电源并网点处的电压的特性。该策略采用分布式一致性算法,只依赖邻居节点间的通信,不需要系统的全局信息。还给出配电网分布式电源通过控制无功实现电压平衡的阻抗条件。策略的有效性通过仿真得到了验证。     

基于有功-无功协调优化的主动配电网过电压预防控制方法

分布式发电接入配电网,可能引起过电压从而限制其并网能力。针对配电网的运行特点,文中提出了采用三相配电网模型的过电压预防控制方法。首先,采用电压对节点注入功率的三相灵敏度,分析了配电网中利用有功—无功协调控制电压的必要性;然后,基于三相模型,提出了综合调度分布式发电(DG)和无功补偿设备的优化模型。最后,采用IEEE 123节点三相标准测试系统的数值仿真表明,文中方法可以满足不对称主动配电网的运行要求,有效提高配电网消纳DG出力的能力。     

含分布式光伏电源的配电网电压越限解决方案

分析了分布式光伏电源接入配电网引起电压越限的机理。针对配电网线路阻抗比R/X较大的特点,提出光伏电源有功/无功综合控制方案,即在配电网有电压越限风险时,光伏电源实时设定其注入配电网的有功功率限值,多余的光伏电能依靠储能设备暂时存储起来,从根本上防止电压越限,同时利用逆变器剩余容量吸收感性无功功率,以进一步降低配电网电压,避免不必要的有功削减。对所述方案进行了理论分析与仿真验证。     

基于一致性算法的户用光伏逆变器和储能分布式控制策略

高比例户用光伏并网会导致电压越限等严重的电压问题,光伏逆变器无功控制和储能有功控制是低压配电网有效的电压控制手段。针对低压配电网通信条件有限以及逆变器无功功率和储能有功功率协调研究不充分的现状,文中提出了一种基于一致性算法的光伏逆变器和储能两阶段分布式控制策略。首先,通过控制效果-成本系数对设备调节效果和调节经济性进行分析,提出了先调节逆变器无功功率再调节储能有功功率的电压控制架构。其次,在逆变器控制阶段,以无功利用率作为一致性变量,保证了电压调节任务按逆变器容量进行分配;在储能控制阶段,以储能荷电状态作为一致性变量,既考虑了储能的容量,又实现了储能功率和荷电状态的同时控制。仿真结果表明,所提控制方法可以有效抑制电压越限,降低电压控制成本,同时还给出了所提控制策略参数的选取范围。     

基于Zigbee通信网络的低压微电网分布式功率控制

针对低压微电网中传统下垂控制难以实现多个分布式电源(Distributed Generations, DGs)按照下垂系数合理分配有功输出的问题,提出了一种基于通信网络的分布式控制策略。采用并构建了Zigbee无线通信网络拓扑结构以实现DG间的信息交互。设计了基于一致性算法的分布式PI控制器以实现多个DG的有功输出按额定比分配。最后通过仿真验证了所提方法的可行性,并表明网络延时和网络拓扑结构的变化会影响微电网系统的稳定性。     

基于多智能体一致性协议的微电网分层分布实时优化策略

经济运行、频率和电压控制及系统稳定性是微电网实时控制的主要内容。基于多智能体系统一致性协议,提出了一种分层分布的实时优化策略。首先,在仅考虑分布式电源出力约束的条件下,应用一阶一致性实现对分布式电源有功出力的控制,优化运行成本;其次,针对下垂控制特性,提出了一种新的二阶一致性协议,用于实现分布式电源功率的精确控制;最后,应用一致性协议实时协调分布式电源的下垂参数,实现了系统频率和电压的优化。通过Lyapunov直接法对所提策略进行稳定性分析,证明系统是渐进稳定的。仿真分析及结果验证了所提策略的有效性。     

一种低压微电网中的分布式电压控制算法

为了实现电压调节和提高供电能力,提出了一种在低压微电网中利用分布式电源(Distributed Generators,DGs)发出的有功来进行电压控制的分布式电压算法。针对低压微电网的线路阻抗特性,分析了电压和有功的关系。由系统线路结构建立通信链路,并对电压超出上下限的母线初始化,计算出所需补偿的有功功率。基于本地信息,利用参数化状态转移矩阵对电压进行修正,并考虑了分布式电源的有功容量限制。通过该算法协调和分配各分布式电源所需承担的功率,共同作用实现电压控制。仿真结果表明该算法能够有效实现电压调节和减小电压偏差,提高电压质量。     

基于边际成本下垂控制的自治微电网分布式经济运行控制

由于微电网中不同类型分布式电源的运行成本各异,传统下垂控制按照容量比例分配功率,易导致系统成本偏高。提出基于边际成本的改进下垂控制,按各分布式电源边际成本一致分配功率。为进一步解决其功率分配精度易受线路阻抗影响的问题,提出基于一致性算法的分布式经济运行控制策略,通过优化下垂控制的参考电压,实现各分布式电源边际成本一致,从而有效降低系统运行成本。该分布式经济运行控制策略利用稀疏分布式网络,无中心节点,仅需相邻分布式电源间交互信息,可靠性高。MATLAB/Simulink仿真验证了所提方法能较好地实现自治微电网的经济运行。     

含分布式电源的配电网供电恢复的多代理方法

针对含分布式电源的配电系统,特别在考虑了由分布式电源和负荷组成微网运行的情况下,建立了以恢复负荷最多、开关操作数最少为目标的供电恢复模型。在提出配网调度中心、微网、分布式电源三者的分层协调控制策略的基础上,应用多代理理论,建立了一个由全系统控制协调代理（CAG）、微网控制代理（MGAG）、分布式电源代理（DGAG）以及母线代理（BAG）组成的多代理系统,在保证配电网辐射状运行、满足配电网电压与电流及馈线容量等约束条件的情况下进行供电恢复。通过分析一个含2个变电站、14条母线和4个分布式电源的配电系统的单重及多重故障供电恢复问题验证了该方法的有效性。     

Optimal Control of Voltage in Distribution Systems by Voltage Reference Management

Recently, renewable energy technologies such as wind turbine generators and photovoltaic (PV) systems have been introduced as distributed generations (DGs). Connections of a large amount of distributed generations may cause voltage deviation beyond the statutory range in distribution systems. A reactive power control of DGs can be a solution of this problem, and it also has a possibility to reduce distribution loss. In this paper, we propose a control methodology of voltage profile in a distribution system using reactive power control of inverters interfaced with DGs and tap changing transformers. In the proposed method, a one-day schedule of voltage references for the control devices are determined by an optimization technique based on predicted values of load demand and PV power generation. Reactive power control of interfaced inverters is implemented within the inverter capacity without reducing active power output. The proposed method accomplishes voltage regulation within the acceptable range and reduction of distribution loss. The effectiveness of the proposed method is confirmed by simulations. Copyright © 2009 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.     

含分布式电源配电网电压暂降仿真研究

随着大量分布式电源(DG)接入配电网,电压暂降现象将变得更为复杂。基于某地区电网实际网络构架,利用EMTDC/PSCAD建立了含分布式电源的配电网电压暂降分析模型,进行了典型算例仿真研究。仿真结果表明:逆变器型DG的接入能够在一定程度上抑制配电网电压暂降幅度和持续时间;同时,DG的控制策略、接入位置和出力都会对电压暂降产生一定的影响。     

基于分布式共识协同的光伏逆变器电压控制策略研究

为了解决大规模分布式光伏接入配电网导致光伏并网点出现电压越限问题,提出了一种基于分布式共识协同(distributed consensus collaboration, DCC)的光伏逆变器电压控制方法。光伏逆变器电压控制采用基于功率调节的下垂控制模式,利用下垂控制调节光伏的有功功率与无功功率,实现对光伏并网点电压的控制。分布式协同共识是将接入系统的光伏有功功率输出与光伏最大输出跟踪比作为状态变量,通过分布式共识协同算法实现下垂控制启动参数的调整和光伏逆变器之间的电压协同控制。通过一个含分布式光伏的真实馈线系统进行算例验证,基于德国DIgSILENT软件进行仿真。结果表明,所提电压控制方法能有效抑制光伏并网点的电压越限问题,并在电压调节过程中降低光伏有功功率出力的削减,提升光伏逆变器的无功功率调节量。     

Maximum capacity of distributed generators connected to a distribution system with a step voltage regulator,as determined with an electric power density model

In a distribution system containing a step voltage regulator (SVR), the maximum capacity of distributed generators (DGs) is calculated for DGs completely dispersed on a distribution line. The maximum capacity of the DGs is calculated under the constraint of an upper or lower voltage regulation value and an allowable current value by using voltage and current profiles expressed analytically in terms of our proposed power density model. As the voltage control method for the SVRs, we consider the conventional SVR, whose transformation ratio is fixed to 1 if it detects reverse power flow, and a reverse power flow SVR which operates appropriately even if it detects reverse power flow. Calculation of the maximum capacity of DGs with respect to the power factor of the DGs indicates which parameters, including the power factor of the DGs, the distribution of the DGs, and the load, influence the maximum DG capacity. Calculation of the maximum capacity of DGs versus the system length indicates that the constraints can be subdivided into two modes in the conventional SVR and four modes in the reverse power flow SVR. The maximum DG capacity in the system with a reverse power flow SVR is larger than that in a system with the conventional SVR. © 2008 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 165(4): 41–51, 2008; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.20591