新能源接入地区电网的电压安全稳定控制策略研究

针对以大规模高渗透率的可再生能源、高比例的电力电子设备“双高”为主要特征的新型电力系统电压安全稳定问题,研究新能源发电波动性对电网电压、无功的影响,通过管理创新将新能源电厂无功调节设备(SVG)纳入调度统一协同控制,通过技术创新建设场网一体化无功电压自动控制系统(AVC),打通电网与电厂设备联动控制通道,破解“双高、双峰”特性电网的无功电压调节难题,打造孝感电网“场网一体化无功电压协同自动控制”联合优化调度管理模式,实现“双高、双峰”特征下新型电力系统电网电压稳定,改善系统电压质量,提高新能源消纳能力。     

无功电压优化对新能源消纳的影响

大规模风电和光伏接入电力系统将会加剧配电网节点的电压波动,而无功电压优化能有效改善系统的电压水平。该文首先对双馈风机的无功调节能力进行分析,建立了无功优化对配电网电压和新能源消纳的影响模型。考虑到风电和光伏等分布式电源存在一定的无功余量,具有一定无功调节能力,利用这些无功余量进行无功优化,将节点电压和额定电压偏差的方差作为目标,建立了无功电压的优化模型。在常规粒子群算法基础上,使用智能粒子数控制提高计算效率。最后,通过IEEE 33节点系统对模型进行了多场景仿真分析,结果表明所提出的无功电压优化模型可以起到改善系统电压质量,提高消纳能力的作用。在高渗透率场景下,系统可以利用风电光伏的无功余量对系统电压水平进行优化,在提高系统电压水平的同时保证新能源的消纳。新能源接入的位置不同,无功电压优化对其消纳的影响也不同。     

地区电网与新能源无功电压协调控制

随着新能源发电的快速发展,新能源电厂并网后的无功电压优化控制受到广泛的关注,文中结合新能源发电的特性以及目前成熟并广泛应用的地区电网自动电压控制系统,提出一种地区电网与新能源电厂无功电压协调控制的总体技术方案,详细阐述了协调控制原理及控制方案的实现。经实际系统的现场应用表明,上述技术方案和控制策略可行且有效,较好地解决了新能源并网的无功电压协调控制问题。     

受控电压/电流源型变流器混合多机暂态电压支撑策略

以新能源为主体的新型电力系统暂态电压问题极大地影响电网稳定运行及大规模新能源消纳，发掘新能源场站多机变流器的动态无功补偿能力是适应新型电力系统暂态电压控制需求的关键。因此该文提出受控电压/电流源型变流器混合多机暂态电压支撑策略，首先分析了暂态电压支撑需求和混合多机暂态电压主动支撑的关键因素；然后研究混合多机暂态电压支撑控制模式，将两变流器控制模式特性进行互补，重点对变流器暂态控制策略进行改进，提出柔性限幅结合暂态有功阻尼控制提高混合多机的动态无功补偿能力及可靠性，自适应补偿控制提高混合多机动态无功输出准确度，共同实现暂态电压的可靠支撑，并进一步分析了参数整定方法；最后通过全面的仿真和实验分析验证所提策略的有效性和实用性。     

新能源集群无功环流抑制策略研究

大规模新能源集中并网地区无功电压控制中的无功分配不均衡、无功环流问题日益突出，严重影响了系统安全稳定和新能源消纳。对此提出一种基于无功电压控制系统（AVC）子站电压控制的新能源集群无功环流抑制策略。通过分析新能源场站无功环流现象的特征及产生原因，提出无功环流的评价指标；依据无功环流产生原因，在保证满足电压指令值的前提下，重新分配新能源集群的无功功率，实现对无功环流的抑制；最后在RT-LAB平台搭建仿真测试模型，验证了所提策略可以在保证汇集母线电压稳定的前提下，减小无功不均衡，抑制无功环流。     

新能源大规模接入下乡村配电网电压在线控制方法

新能源电力具有波动性和随机性,乡村配电网接入新能源电力后,电压存在不稳定问题,无功电压控制容易出现偏差。为提高无功电压控制效果,研究了乡村新能源电网中的无功电压控制方法。为DCS系统中的控制器模块设计软件算法,通过雅可比矩阵确定配电网无功电压变化的灵敏度指标,并据此确定中枢节点;依据中枢节点划分无功源控制空间,并在空间内对动态分区后的DCS系统进行配电网分区控制;在波动分区内构建含分布式发电（distributed generation,DG）的配电网无功电压补偿的数学模型;采用熵权赋权法确定电压调节综合权重,以电压控制偏差最小为最佳优化目标,指导乡村区域电网内的无功电压控制。测试结果表明：该方法可将乡村地区居民用户电压稳定控制在220 V左右,且控制偏差较小,全时段提升了乡村配电网的供电质量。     

智能电网地区无功电压优化控制关键技术研究

智能电网建设对无功电压优化控制提出了更高的要求。结合东莞地区电网调度的特点,对智能电网环境下无功电压优化控制及管理策略和方案进行了研究,介绍了智能电网无功电压优化控制系统的构架,对无功电压优化控制的主要关键技术进行了分析研究。     

西北电网风电与光伏紧急功率控制系统设计

我国已形成新能源基地集群通过特高压直流群外送格局,新能源消纳受直流送电能力和新能源并网功率约束。为提高新能源消纳能力,区别于传统的馈线刚性切除控制,首先分析了利用新能源(风电、光伏)逆变器的快速控制特性,将新能源功率控制纳入电网紧急控制的必要性。新能源功率控制可有效降低冲击,提高控制精细水平,实现有功和无功解耦控制能力。其次针对新能源设备控制、通信现状和有功、无功控制能力,研究将新能源纳入紧急控制的通信时延和可控功率实时感知的技术需求,设计了系统架构,研究了适用场景,并提出了具体的实现方法及相应的控制策略。最后基于实际电网,仿真验证了所提控制架构和控制方法的有效性,其能够有效提高直流送电能力和新能源并网功率。     

基于粒子群算法的新能源集群多目标无功优化策略

无功优化可有效改善电能质量及提高系统运行的安全性、可靠性和经济性。首先,针对孤网接入柔直电网的新能源集群的特点,建立了综合考虑系统网络损耗及新能源集群无功裕度的多目标无功优化模型。其中,以新能源集群无功裕度最大为目标,可有效提高电压控制的响应速度,并实现新能源集群暂态电压稳定的预防控制。然后,使用加权法将多目标优化模型转化为单目标优化模型,并采用粒子群算法求解。最后,通过仿真验证可知,提出的无功优化方法能在有效降低系统网络损耗的同时,明显提高新能源集群的无功裕度,并可起到改善系统电压的作用。     

新能源发电协同参与配电网无功优化控制技术

新能源发电高比例接入配电网引起电网电压波动，线路无功传输带来高损耗增加运行成本。利用新能源发电设备具备的无功控制能力，对区域分层内新能源发电进行聚合建模，收集新能源发电无功资源裕度和系统阻抗特性，同时采集区域分层变电站母线电压，制定新能源发电聚合参与配电网分层电压控制策略，分配最优无功控制指令控制新能源发电无功出力，实现区域内无功电压最优控制，提升新能源发电资源利用率，平抑新能源发电接入电网引起的局部电压波动。进行了现场测试，结果验证了方案的有效性，新能源发电聚合参与配电网无功控制响应速度小于170 ms。     

光热电站并网对新能源电网运行特性的影响研究

随着大规模新能源并入电网,将引起系统电压支撑能力下降,由此加重了系统的波动性和不确定性,并产生了较高的弃风、弃光率。针对新能源电网的光热电站调度优化问题,提出了以区域电网断面送出极限、新能源机组消纳量及系统电压支撑能力为优化目标,并充分考虑丰大光大运行方式下其他新能源机组的影响因素,基于电力系统综合仿真程序（PSASP）建立了某省实际电网模型,并探讨在光热机组不同出力及接入位置组合下,新能源电网的暂态电压稳定性、断面输送极限和新能源机组消纳量等问题。     

含多风电场地区电网的无功优化

为研究含多风电场地区电网的无功优化方法,根据地区电网和风电场的运行特点,以最小网损为目标,利用电力系统分析软件PSD-BPA和PSD-OPF无功优化程序建立了含多风电场地区电网的无功优化模型。以广东省某地区电网为例,分别计算风电场作为负荷节点和电压控制节点时的无功优化结果。计算结果表明:无功优化后节点电压分布更加合理,网损显著降低;风力发电机作为负荷节点和电压控制节点对系统的影响不大。     

分布式电源并网动态无功优化调度的研究

根据分布式电源并网的控制特性,将分布式电源设计为电压控制型和无功补偿型,考虑其与地区电网的电压无功控制手段相结合,参与地区电网动态无功优化调度。建立以降低地区电网网损、抑制电压波动为综合目标的地区电网模糊动态无功优化调度模型。在该模型中,通过构造模糊评价函数,将目标函数转化为对优化结果的满意度,并利用自适应权重法将综合目标进行归一化处理。最后采用改进遗传算法有效求解含分布式电源的地区电网动态无功优化调度策略。算例表明,提出的模型和方法是合理的,具有一定参考价值。     

跨区特高压直流外送优化提升新能源消纳能力研究

随着跨区特高压通道陆续建成投产,“三北”地区外送能力逐年增加,但新能源弃风、弃光问题并未根本解决。结合电网生产运行实际情况,对多区域间特高压直流外送功率协调优化促进新能源消纳开展研究。首先,分析了典型地区新能源弃电功率的分布特点,研究了不同区域间新能源发电功率的互补性;然后,建立了考虑跨区直流功率优化的新能源消纳能力计算分析模型;最后,针对多地区测算了跨区特高压直流互补促进新能源消纳的效果。算例分析结果表明,所提出的特高压直流优化运行方法提高了全网的新能源消纳能力,可实现多地区新能源消纳空间的充分利用。     

大规模新能源集群接入弱电网的消纳能力评估方法

高比例新能源接入区域系统强度弱，已经逐步成为制约新能源消纳的重要因素，因此亟需提出一种适用于新能源集群弱电网系统的新能源消纳能力评估方法。首先基于容量短路比指标计算方法，并以临界短路比指标约束建立了新能源消纳能力与新能源并网点系统强度之间的关联，阐述了弱电网系统制约新能源消纳的机理，并分析了无功补偿方式对弱电网系统新能源消纳的提升机理；然后，在传统时序生产模拟算法基础上，加入短路比约束，提出一种考虑短路比约束的时序生产模拟模型，以准确评估弱电网系统新能源消纳能力。最后，结合我国“三北”地区某新能源汇集送端系统工程，开展了基于短路比约束的弱电网系统新能源消纳评估应用研究，并进一步量化分析了各无功补偿方式对新能源消纳提升的效果。     

基于模型预测控制的多时间尺度无功电压优化控制方法

针对高比例风电接入下电网电压快速、频繁波动的问题,提出了基于模型预测控制(MPC)的多时间尺度电网无功电压优化控制方法。在日前优化安排离散无功补偿设备的基础上,日内采用基于MPC的滚动优化及校正控制思路,利用连续无功补偿装置对电压进行控制。首先,建立基于灵敏度的电网电压预测模型,预测得到未来多个时刻的电网电压运行状态;然后,以未来多个时刻的电网电压预计控制偏差最小为优化目标,建立日内滚动优化控制模型,求解得到连续无功补偿装置的无功控制计划,并通过电压控制偏差校正,完成日内无功电压模型预测控制;最后,以我国"三北"地区某风电场集群为例进行仿真计算,通过与传统电压控制方法进行对比,验证所提方法在提高电压控制水平方面的可行性和有效性。     

基于变电站九区图调节的地区电网分层无功优化

根据地区电网的实际管理模式，提出了基于变电站九区调节的地区电网分层无功优化方法：将地区电网分成次输电电网和配电网。先对次输电网进行无功优化时，将配电网等效为负荷，此时控制变量少，采用传统算法可以快速求解。在此基础上，再采用九区图方法调整配电网的无功电压，进行迭代，逐层进行无功优化直到问题收敛。实际算例表明，这种方法优化了地区电网的运行，提高了无功优化的计算速度，并且更符合实际电网的管理模式，为地区电网无功电压调节提供了有益参考。     

兼顾新能源消纳与频率电压支撑的电池储能系统优化规划

随着新能源发电占比的逐步提升,电力系统消纳新能源发电的难度和压力增大,电网的频率和电压稳定性面临巨大挑战。通过在电网中配置电池储能系统,不仅可以提升新能源的消纳能力,还可以提升系统频率和电压的支撑能力。因此,研究电池储能系统优化规划方法,考虑储能在电力系统正常运行时用于新能源消纳,在紧急情况下对频率和电压进行快速支撑,从而提高储能利用率,降低系统成本。建立了考虑新能源消纳的电池储能系统协同规划模型,可得到输电网中集中式电池储能系统和配电网中分布式电池储能系统的选址定容结果。提出了一种兼顾频率和电压支撑的电池储能系统规划方法,分别对储能位置、无功功率容量、有功功率容量和能量容量进行优化规划。综合考虑储能的多重功能,构建其支撑系统调频调压的约束,建立了兼顾新能源消纳与频率电压支撑的电池储能系统优化规划模型,得到电池储能系统的最终选址定容结果。基于IEEE 24节点输电网和IEEE 33节点配电网设计算例系统进行仿真分析,验证了所提方法的有效性。     

基于改进差异进化算法的地区电网无功/电压实时优化控制研究

结合无功/电压实时优化控制模型提出了一种基于改进差异进化算法的地区电网无功/电压实时优化控制实现方法。该方法将差异进化算法与无功/电压控制特点相结合以改善初始种群质量、缩小寻优空间、进行"约束指导"与分群寻优提高算法的计算速度和效率。以某一实际地区电网为例进行无功/电压实时优化仿真计算,结果表明,所提算法和策略是可行、有效和实用的。     

基于时序生产模拟的新能源年度消纳能力计算方法及其应用

随着中国风电、光伏等新能源高速发展,不断提高电力系统新能源消纳水平、降低弃风、弃光电量成为电网调度机构面临的重大挑战。新能源年度消纳能力计算是提前预估电网新能源消纳空间、优化年度运行方式安排、做好新能源消纳工作的关键环节。分析了新能源消纳能力计算的研究现状,提出了基于时序生产模拟的新能源年度消纳能力计算方法,建立了含机组启停机约束的混合整数规划模型,开发了新能源生产模拟仿真软件,并基于2015年一季度实际数据验证分析,证明了所提方法和模型的准确性和适应性,在开展新能源富集的“三北”地区年度消纳能力计算实际案例研究的基础上提出了相关建议。