含柔性直流装置的主动配电网优化调度研究

随着分布式电源、储能和柔性负荷等新型元素的接入,含柔性直流装置的主动配电网(active distribution netw ork,ADN)成为未来配电网发展的重要方向。含柔性直流装置的主动配电网可实现潮流的灵活控制、区域间功率的相互支援以及更大范围内资源的优化配置等。该文针对含柔性直流装置的主动配电网,建立了考虑分布式电源就地充分消纳的"区域自治-全局协调优化"的分层优化调度架构。区域自治以区域调度费用最低为目标,采用分布式模型预测控制(distributed model predictive control,DMPC)对区域内可控分布式电源、储能和柔性负荷等可控资源进行优化控制。全局协调优化在区域自治的基础上,以全网运行成本最低为优化目标,利用柔性直流装置灵活调节区域间功率,使分布式电源在更大范围内得到充分消纳。最后通过仿真验证了DMPC对区域内可控资源有功出力控制的高效性;多场景仿真结果表明,全局协调优化可通过柔性直流装置在更大范围实现区域间功率的相互支援,促进分布式电源的最大消纳,提高主动配电网运行的经济性与安全性。     

基于主动注入的柔性直流配电网故障定位

柔性直流配电网中换流站难以耐受双极短路冲击电流,在1~2 ms内闭锁,提供给故障定位的有效信息少,定位精度差。因此,提出了一种基于DC/DC主动注入的柔性直流配电网的故障定位方法。在换流站均闭锁的情况下,金属性故障解锁配网首端DC/DC换流站,非金属型故障先后解锁首末两端DC/DC换流站,然后提取电压电流数据进行故障定位。该故障定位方法考虑了换流站因快速闭锁无法提供有效暂态信息的问题。利用DC/DC换流站高压侧支撑电容对注入信号的电气特征响应,即可实现故障区段区别。此外,该方法不需要额外的注入设备且适用于单一MMC换流站的网络,原理简单可靠且定位精度高。最后在PSCAD/EMTDC仿真软件中搭建柔性直流配电网,验证了所提故障定位方法的可行性。     

计及新能源资源分级的柔性调度模型预测控制

针对新能源大规模并网引起的调度响应、消纳等问题,提出引入模型预测控制的新能源预测模型,基于新能源日前长期预测、日内短期滚动优化及历史数据与环境因素的反馈校正,建立出力预测的滚动优化模型,提高新能源预测的准确度。同时为应对新能源大规模接入的不确定性,提出基于新能源分级预警与虚拟储能、火电深度调峰动态响应的电网柔性调度控制方法,以新能源最大化消纳、系统经济运行为目标,协调虚拟储能与火电机组深度调峰方案的动态调整,实现新能源的高精准消纳。算例分析证明了所提方法与模型的有效性。     

基于MPC的主动配电网多级电压控制

随着光伏高渗透率接入不同电压等级配电网,各电压等级配电网之间相互影响更加复杂,实现运行控制策略的经济性和安全性是一个极大的挑战。文中以中压配电网为控制对象,计及不同电压等级配电网间的交互影响,提出了基于模型预测控制(MPC)的主动配电网多级电压控制方法。中高压配电网控制中,考虑高压配电网所控制的有载调压变压器(OLTC)/并联电容器组(CB)的未来时刻动作计划,建立中高压关联模型,协调控制中压配电网连续型设备与高压配电网离散型设备;中低压配电网控制中,计及中低压配电网间的不确定性交换功率及其相互影响,构建中低压关联模型,实现中压配电网对低压配电网的支撑。最后,在Matlab中进行仿真分析,验证所提多级电压控制的可行性和有效性。     

基于智能软开关的主动配电网电压模型预测控制优化方法

配电网分布式电源出力与负荷功率具有强波动性与随机性,使得电压越限与异常问题频发且越发严重。该文提出一种基于智能软开关的主动配电网电压模型预测控制优化方法,仅利用智能软开关两端节点电气信息,以长时间尺度优化结果为基础,建立基于灵敏度的配电网电压与线损预测模型,以节点电压偏差与配电网损耗最小为目标,通过滚动优化超前调控节点间的交换功率,并根据控制误差对预测模型进行反馈校正,完成对配电网电压的快速、实时优化控制,有效解决了已有电压调控方式依赖全局信息且难以应对节点功率快速波动的难题。分别以IEEE33节点与实际配电网为算例,验证了该文所提方法的有效性、可靠性和经济性,可为构建新能源为主体的新型配电网提供技术参考。     

含混合式配电变压器的主动配电网电压鲁棒模型预测控制

混合式配电变压器(hybrid distribution transformer,HDT)能够替代传统配电变压器,在配电网中实现无功功率动态调节,从而提升电能质量。为了将HDT应用于主动配电网电压无功优化场景,对其拓扑结构以及运行机理进行分析,由此推导其可控无功功率范围。以稳定节点电压和控制成本最小化为目标,建立含多台HDT的无功动态优化模型。为解决动态优化模型存在由于线路参数误差所导致的模型不确定性问题,设计一种鲁棒模型预测控制策略。通过确定模型不确定性的边界,将含不确定性约束的优化问题转化为Min-Max问题,并最终转化含二阶锥约束的二次规划问题。在有效应对模型不确定性影响的同时,实现优化问题高效求解。在改进后的IEEE 33节点系统上的测试结果,验证了所提控制策略的有效性和鲁棒性。     

基于模型预测的主动配电网电压协调控制

主动配电网含高渗透率分布式发电机,尤其是可再生能源,使得过电压或电压跌落问题时有发生,必须实施主动电压控制。考虑可再生能源的间歇性和变压器有载分接头（on-load tap changers,OLTC）的动作特性,提出基于模型预测的主动配电网电压协调控制方法,并采用全局收敛性能好的信赖域二次规划法对预测控制模型进行优化计算。该策略不仅能够克服不精确建模及测量误差等因素对控制性能的影响,而且能够预测OLTC未来的控制行为对控制电压的影响,以避免不必要的控制行为。最后借助含有5台分布式发电机的IEEE34节点24.9 kV的主动配电网,测试本文控制策略的性能。仿真测试结果表明：该控制策略具有良好的鲁棒性和有效性。     

柔性直流背靠背装置在北京配电网中的应用

随着大城市负荷密度的不断增加,配电网的规模不断扩大,受制于短路容量、电磁环网等问题,城市配电网通常按照高压分区、中压开环的方式运行,导致系统设备利用率降低,可靠性下降。利用柔性直流技术对分割的高压配电网和中压配电网进行互联形成交直流混合配电网,有助于提升电网的可靠性和设备利用率,缓解城市电网站点走廊有限与负荷密度高的矛盾,同时在负荷中心提供动态无功支持。研究了柔性直流背靠背装置在大型城市高压配电网和中压配电网中的应用模式和系统设计方案,并以北京高压配电网为实例,从降低短路电流和提供动态无功支撑两个角度,定量分析了应用柔性直流背靠背装置实现高压配电网分区互联的优势。     

计及柔性直流装置的交直流配电网保护控制研究

交直流混合配电网可更好地接纳分布式电源和直流负荷,缓解城市电网站点走廊有限与负荷密度高的矛盾,已成为现代城市配电网的一个重要发展趋势。接入柔性环网控制装置后,配网由单端电源供电网络变为多端电源供电网络,其可靠性面临新的挑战。通过对交直流混合配电系统的故障特点进行总结,分析接入柔性直流控制装置后柔直侧及系统侧的保护影响,提出基于时序配合的智能装置协同控制架构。利用柔性电力电子器件的快速响应特性,设计柔性直流控制装置与交流保护控制装置配合的保护控制策略。在GOOSE有向节点及快速通信机制的作用下,运用保护控制协同策略进行故障定位及隔离,有效地增强了含柔性互联装置的交直流混合配电网可靠性,具有工程实用价值。     

基于自适应模型预测控制的柔性互联配电网优化调度

针对柔性互联配电网中源荷不确定性问题,提出了一种基于改进模型预测控制的优化调度方法。建立基于模型预测控制的柔性互联配电网日内优化调度模型,采用自适应动态权重方法处理包含综合供电成本和电压偏差的多目标优化问题,在预测模型部分采用动态场景生成及K-means聚类场景削减方法对源荷预测误差进行处理,针对经典模型预测控制滚动优化部分域参数恒定问题,提出一种域参数自适应调整的滚动优化方法。通过四馈线互联的33节点系统仿真算例验证了所提优化调度方法的有效性。     

模型预测控制方法在主动配电网协调控制中的应用

基于主动配电网分层协调控制的特点与储能系统的控制特性,提出应用于主动配电网自治区域的协调控制的模型预测控制方法,并利用动态矩阵控制算法在Matlab 中对主动配电网储能的协调控制进行了场景仿真。仿真结果表明,应用预测控制方法的区域控制器比传统的 PI 控制器有更好的性能。     

交直流主动配电网多无功源协调的电压控制策略

为解决分布式电源高渗透率的交直流主动配电网因分布式电源出力波动及负荷变化等造成的电压越限问题,提出了利用柔性直流装置、分布式电源及离散无功设备等多无功源构建的主动配电网电压控制策略。将配电网电压运行状态划分为3种:(1)正常状态下进行全局优化,通过离散无功设备的静态无功功率置换出柔性直流装置的动态无功功率,提高配电网动态无功储备容量;(2)预警状态下通过多无功源就地控制与集中控制相互协调,实现轻度电压越限节点的校正控制;(3)紧急状态下利用柔性直流装置对电压越限节点快速紧急支援,实现配电网过渡到预警状态或恢复到正常状态。利用IEEE 33节点系统进行了仿真和实验验证,仿真和实验结果表明该策略提高了系统的动态无功储备容量,实现了配电网电压的有效控制。     

基于分布式模型预测控制的含分布式储能有源配电网动态电压控制

针对大规模分布式电源(distributed generator,DG)接入配电网造成的电压越限问题,提出一种基于分布式模型预测控制(distributed model predictive control,DMPC)的含分布式储能有源配电网动态电压控制方法,协调配电网中大量分布式光伏(Photovoltaic,PV)...     

Model Predictive Control Based Ramp Minimization in Active Distribution Network Using Energy Storage Systems

The growing integration of renewable energy sources, especially the residential photovoltaic (PV) systems, in the distribution networks (DNs) aggravates the ramp-events in transmission system. To address this issue, we propose a novel look ahead dispatch model for the ramp minimization in DNs using distributed energy storage systems (ESSs). The dispatch problem considering the scheduling of ESSs is modeled as a finite-horizon optimization problem and is carried out using model predictive control (MPC) method that takes both current and future information into account. In addition, the optimal power flow in DN is formulated as a second-order cone programing problem to guarantee the global optimality. Numerical results on IEEE 37-bus distribution network show that our proposed model not only brings about 74% reduction of maximum ramp but also yields the near-minimum system operating cost.     

基于动态孤岛混合整数线性规划模型的主动配电网可靠性分析

为了得到配电网最优孤岛划分的准确方案,准确评估分布式电源（distributed generation,DG）接入对提升配电网可靠性的有益效果,文章提出了基于混合整数线性规划（mixed integer linear programming,MILP）的多时段动态孤岛划分模型,并基于序贯蒙特卡洛模拟提出了考虑故障状态下动态孤岛的可靠性评估流程。动态孤岛划分模型考虑了分布式电源和负荷的波动性,并建立了分布式电源和和负荷的功率时序模型。通过建立支路功率与节点状态的线性逻辑约束保证故障期间孤岛的辐射状拓扑结构,以改进的RBTS-BUS6系统为例,对含分布式光储的主动配电网（active distribution network,ADN）进行可靠性分析,结果表明文章所提出的电力孤岛模型能最大范围地恢复供电,并有效提高配电网的可靠性水平。     

含柔性多状态开关的主动配电网有功-无功协调动态优化

多端柔性多状态开关(FDS)作为可实现功率实时调控的装置,有利于实现主动配电网的运行优化。文中基于FDS接入配电网的拓扑和运行数学模型,建立含FDS支路的配电网有功-无功协调动态优化运行模型:构建多时间尺度有功-无功调度架构,以最优网损和电压均衡为目标函数,并考虑计及系统安全和断面动作限制的运行约束条件。为提高多断面潮流模型的求解效率和松弛精度,提出针对二阶锥规划和非线性规划的模型求解优化方法,并利用求解工具集SCIP等算法包获取测试结果。最后,依托实际工程数据,在含三端FDS主动配电网系统中展开仿真测试,结果呈现了FDS接入对主动配电网电能质量改善、运行策略优化和潮流智能分配的积极影响,并验证了所述方法的寻优稳定性和计算高效性。     

基于LCL型电压源换流器的柔性直流配电网故障机理分析

由于LCL滤波器相比于L滤波器有更好的高频滤波功能以及更低的价格成本,逐渐受到广泛应用.但是当前基于LCL型电压源换流器(VSC)的±10 kV柔性直流配电网故障机理还尚未进行过深入讨论.针对"手拉手"式的±10 kV柔性直流配电网,先给出了LCL型VSC应用在柔性直流配电网中的控制模型,之后详细分析了在直流故障下柔性...     

基于故障电流主动控制的柔性直流配电网故障定位方法

为了提高现有柔性直流配电网故障定位方法的性能,保证直流配电网供电可靠性以及故障后快速恢复供电,提出基于故障电流主动控制的柔性直流配电网故障定位方法.利用混合模块化多电平换流器(MMC)的高可控性,将故障电流分为阶段Ⅰ与阶段Ⅱ.阶段Ⅰ主要实现故障电流快速抑制并为阶段Ⅱ平滑过渡提供条件.阶段Ⅱ通过注入特定频率的高频反向电流,实现故障的精确定位.介绍了故障参考电流的设计方法.以非对称"手拉手"式双端直流配电网为典型场景分析其故障定位原理.最后,在PSCAD/EMTDC搭建双端直流配电网仿真模型,验证了所提故障定位方法的可行性.     

基于主动限流控制的直流配电网保护及故障隔离方案

柔性直流配电网中直流故障易引起系统过流,严重威胁电网的安全运行。基于全桥子模块的模块化多电平换流器(FBSM-MMC)的柔性直流配电网大多利用MMC闭锁来切断故障电流,但其闭锁会导致整个直流配电网的短时停电,降低供电的可靠性,迄今尚无有效的解决方案。对此,文中提出一种基于FBSM-MMC主动限流控制的柔性直流配电网保护及故障隔离方案,共包含3个阶段:故障发生后首先利用MMC主动限流控制将换流器输出直流电流限制在1.2倍额定电流附近(阶段1),进而根据各条线路两端直流电流是否具有同步性过零特征实现故障线路的识别(阶段2),在此基础上,进一步提出基于直流断路器与快速机械开关协同配合的故障隔离方案(阶段3)。通过断开故障关联的直流断路器,并控制相应换流站的输出直流电流降低为0,使得故障线路上的机械开关亦能快速开断,从而实现故障隔离。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建了四端柔性直流配电网模型,通过大量仿真验证了所提保护及故障隔离方案的可行性。