Monte Carlo simulation-based probabilistic assessment of DG penetration in medium voltage distribution networks

With the growing use of renewable energy sources, Distributed Generation (DG) systems are rapidly spreading. Embedding DG to the distribution network may be costly due to the grid reinforcements and control adjustments required in order to maintain the electrical network reliability. Deterministic load flow calculations are usually employed to assess the allowed DG penetration in a distribution network in order to ensure that current or voltage limits are not exceeded. However, these calculations may overlook the risk of limit violations due to uncertainties in the operating conditions of the networks. To overcome this limitation, related to both injection and demand profiles, the present paper addresses the problem of DG penetration with a Monte Carlo technique that accounts for the intrinsic variability of electric power consumption. The power absorbed by each load of a medium voltage network is characterized by a load variation curve; a probabilistic load flow is then used for computing the maximum DG power that can be connected to each bus without determining a violation of electric constraints. A distribution network is studied and a comparison is provided between the results of the deterministic load flow and probabilistic load flow analyses.     

Contribution of small‐scale wind generation to primary frequency control

The connection of small‐scale embedded generation to the grid may influence the frequency and voltage stability of the power system. A load‐frequency control technique for systems with high penetration of small‐scale wind generation is proposed. The proposed controller has been successfully implemented and tested using PSCAD/EMTDC (PSCAD Power System Simulation, HVDC Research Centre, Manitoba, Canada). In this study, the impact of small‐scale wind turbines on frequency stability of the system is studied in detail. This study shows that large penetration of small‐scale wind turbines with load and frequency has a significant impact on the stability and security level of electrical network. Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd.     

考虑高铁负荷和风光不确定性的输电网规划方法研究

为对复杂山区含高铁负荷和风光电站的输电网进行合理规划,提出了考虑高铁负荷和风光不确定性的输电网随机规划方法。首先,对具有间歇性和冲击性的高铁负荷,通过拉普拉斯混合模型结合二项分布对其进行建模。其次,针对直流随机潮流不能计及电压分布,而交流随机潮流模型较为复杂的问题,以解耦线性潮流计算为基础,提出一种基于解耦线性化的半不变量随机潮流计算方法,并基于此构建考虑电压偏差的输电网规划模型。然后,针对输电网规划求解问题中决策变量维度高、约束复杂的特性,通过自适应地动态调整进化过程中交叉、变异概率对遗传算法进行改进。最后,对某高海拔山区铁路沿线电网进行仿真研究,验证了本模型和求解算法的正确性与有效性。     

考虑风电非线性相关性的配电网概率潮流研究

风电之间具有非线性相关的特性,研究其对配电网概率潮流的影响,对提高系统的安全性、可靠性和经济性具有重要意义。提出一种考虑风电之间非线性相关性的配电网概率潮流计算方法,该方法基于经验Copula函数生成风电功率样本,与常规的基于高斯分布、t-分布等概率分布函数的方法相比,基于经验分布函数可以较好地反映风电功率的随机特性。建立含风电的配电网潮流模型,介绍PQ节点、PV节点以及PQ(U)节点的处理方法,并采用前推回代法进行解算。最后,将所提方法应用于纯辐射型配网和弱环型配网概率潮流计算中,对比分析不考虑风电相关性、考虑线性相关性以及考虑非线性相关性的结果。对比结果表明,考虑非线性相关性的结果与实际情况更为接近,可为电力系统运行调度提供更为准确的参考信息。     

风电场接入电力系统研究的新进展

近年来,由于国家政策的促进,我国风资源丰富地区的风电穿透功率迅速增长。截至2006年底,我国的风电总装机容量达到2 589 MW,年增长率高达105.5%。由于装机容量较大的风电场一般接入220 kV输电网,风电场接入后对电网的影响范围更大了。在中国,风资源丰富地区一般都远离负荷中心,电网结构也比较弱,因此,大规模风电接入电网后出现了输电线路过载、电压水平降低、系统暂态稳定性改变等问题。另外,电力系统的调度和运行也受到风电间歇性的影响,需要电力系统备用来补偿风电的波动。本文主要研究风电场接入对电网带来的各方面影响,阐述了风电场接入电力系统研究的新进展、研究方法及相关结论,最后给出了解决相关问题的技术方案。     

高渗透率风电接入下地区高压电网转供模型

中等规模风电通常经35 k V及以上电压等级系统直接并入地区电网,具有非均匀接入特性及不确定性,易导致地区电网出现局部消纳困难与局部负荷重载并存的现象,造成阻塞风险甚至消纳困境。基于高压配电网的拓扑重构能力,提出以110 kV变电单元组的可行拓扑状态为控制对象的高压配电网机会约束转供模型,利用风电-负荷误差的概率密度函数对随机变量进行多状态建模,以源荷功率均衡分布为目标,构建不确定性条件下以拓扑重构为手段的高压电网运行优化技术。实际算例测试表明,所提方法能有效疏导高渗透率风电非均匀接入后地区高压电网的消纳矛盾,并有助于提升高压电网资产的利用效率以平抑阻塞风险。     

多负荷水平下含风电接入的配电网无功优化

由于风电输出功率的随机性,风电机组的大量接入给配电网无功优化带来更多不确定性因素。为了提高配电网无功优化对风力发电并网的适应能力,建立了多负荷水平下基于场景分析的考虑风电接入的多目标无功优化模型。该模型综合考虑了节省电能损失费用和节点电压偏差2个指标,将2个指标进行模糊化,采用最大化模糊满意度指标法将多目标优化问题转换为单目标优化问题,然后采用自适应遗传算法进行求解。并以IEEE 33节点测试系统为例,计算和分析了在不同场景时最大负荷、一般负荷和最小负荷3种负荷水平下,电容器投切、系统有功损耗、节点电压以及节省电能费用情况。计算结果表明,所提出的无功模糊优化方法,在不同负荷水平、不同场景下改善电压质量和降损节能效果显著,适合多负荷水平下含风电机组的配电网无功优化需要。     

Influence of phasor adjustment of harmonic sources on the allowable penetration level of distributed generation

Harmonic distortion caused by increasing size of inverter-based distributed generation (DG) can give rise to power quality problems in distribution power networks. Therefore, it is very important to determine allowable DG penetration level by considering the harmonic related problems. In this study, an optimization methodology is proposed for maximizing the penetration level of DG while minimizing harmonic distortions considering different load profiles. The methodology is based on updating the voltage magnitude and angle at point of common coupling depending on the size of DG to be utilized in the harmonic power flow modeling. The harmonic parameters are determined by using decoupled harmonic power flow method, in which the harmonic source modeling with harmonic current spectrum angle adjustment is embedded, while the nonlinear loads and inverter-based DGs are connected to the distribution power network. The allowable penetration level of DGs is determined based on power quality constraints including total harmonic voltage distortion, individual harmonic voltage distortion, and RMS bus voltage limits in the optimization framework. Fuzzy-c means clustering method is also applied to decrease the computational effort of the optimization process in the long-term load profile. The effectiveness of the proposed method is illustrated on the IEEE 33-bus radial distribution network for different scenarios.     

风火打捆直流外送系统中极限风电渗透率的计算方法

为在规划时有效评估风火打捆高压直流外送系统的电压稳定性并确定满足电压稳定要求的风电渗透率上限,推导了计及能源基地风火电占比以及本地负荷占比影响的风火打捆直流外送系统的短路比指标。首先,利用PSCAD/EMTDC软件搭建了风火打捆直流孤岛外送系统的电磁暂态仿真模型,通过设置换流母线短路故障,验证了风火孤岛直流外送系统短路比计算公式的正确性。然后,分别设置不同的本地负荷比例、风电渗透率、故障类型以及故障发生位置等情况进行仿真,确定了故障扰动情况下风火孤岛直流外送系统电压失稳所对应的临界短路比。最后,总结提出了适用于远景规划的计算风火打捆孤岛直流外送系统的极限风电渗透率的简易实用的方法。     

逐步二次规划法在约束潮流中的运用

约束潮流就是当系统的结构、参数及负荷情况给定时，通过选取控制变量，找到能够满足所有运行限制的潮流分布。文中运用最优潮流算法计算约束潮流，将有功、无功出力以及电压值作为控制变量，并使用逐步二次规划法对其进行求解。给出了有关的数学模型和计算流程，介绍了处理Maratos效应的一种的灵敏度算法。中国电科院8机22节点系统和IEEE—118节点系统的计算结果证明了使用SQP方法计算约束潮流的有效性。     

含风电场配电网随机潮流计算及其电压安全分析

风电场的输出功率具有较为明显的随机性和波动性,传统确定性潮流计算方法不能全面分析其在并入配电网这类弱电网后对系统安全运行可能造成的影响。基于Cornish-Fisher正态分布展开及协方差矩阵转换法,提出一种考虑风电场输出功率模型特性以及系统负荷相关性的随机潮流计算方法。以浙江某地配电网为例,对风电场并网后系统电压分布进行计算,并对风电场并网位置、风电电源渗透率和风电场机组构成比例等因素对配电网系统电压安全影响作了对应分析,结果证明了该算法的有效性。     

计及双馈风力发电机内部等值电路的电力系统随机潮流计算

研究了含变速恒频双馈式发电机的风电场接入系统后对电压质量的影响.在双馈式发电机简化等值电路的基础上建立了风电场的确定性潮流模型,建立了风力发电机的随机分析模型,并在这二者的基础上运用基于半不变量法的随机潮流进行计算.算例结果表明,风电场接入系统后,对系统中各节点的电压质量均产生影响,其中风电场节点的电压越限概率最高,对非风电场节点,其电压越限概率与其基准电压值及距风电场节点电气距离远近有关.     

风电场接入地区电网的电压问题分析

风电场的有功功率具有间歇性和波动性,而无功功率则取决于风电场所使用的风电机组类型及其控制系统。大规模风电场接入地区电网后,将对电网的无功和电压控制带来一定的影响,研究风电场对电网无功/电压问题的影响十分重要。以多个风电场接入某地区电网为例,通过潮流计算分析了风电场引起的电压问题,给出了关键节点电压随风电场有功变化的P-V曲线。针对风电场引起的电网无功/电压控制问题,提出了无功补偿方案。结果表明:风电场升压站位置对无功补偿方案的影响不容忽视;在分析风电场接入地区电网引起的电压问题时,应考虑多个风电场之间的相互影响;系统无功补偿设计方案,应满足风电场不同出力状态下的要求。     

考虑源荷频率特性的含风电交直流系统概率连续潮流方法

针对传统连续潮流方法难以适应大规模风电接入交直流互联系统的实际情况,提出了一种含风电交直流系统概率连续潮流计算方法。该方法在兼顾常规机组调频特性和负荷电压/频率静特性基础上,进一步考虑风电出力随机性、直流控制方式和频率波动偏差约束,建立考虑电源调频和负荷电压/频率静特性的含风电交直流系统概率连续潮流方程;通过其修正方程的雅可比矩阵,推导能反映频率波动、风电出力和控制方式等因素的负荷裕度灵敏度指标;基于统一迭代法,结合蒙特卡洛方法和预估-校正方法获取系统N和N-1状态时多场景潮流解和负荷裕度。最后,修改的IEEE 39节点系统算例仿真结果验证了所提方法的正确性和有效性。     

基于遗传算法的风电场无功补偿及控制方法的研究

为了解决风电场并网运行存在的电压稳定问题，提出了应用遗传算法确定风电场并网点处无功补偿电容器的分组和控制方法。该方法考虑了风速和负荷变化对风电场输出有功功率和无功功率的影响，对风电场节点的处理较准确地反映了其无功和电压特性。对某实际风电场的无功补偿优化结果表明：应用遗传算法求解电容器的分组和控制规则，可实现全局寻优，减少计算量，且计算量减少，无功补偿的总容量和分组容量计算准确，在求得的无功补偿值下，可使风电场母线电压在允许范围内，保证风电场正常运行，并且电容器动作次数最少。     

风速的互补性对概率潮流的影响

以大规模风电并网为背景,以实现有效接纳风电为目的,通过概率潮流计算,对地理位置不同的风电场之间风速的互补性进行分析。为模拟不同风电场之间风速的互补性,提出采用FrankCopula函数构建风电场之间风速的联合概率分布,选取Spearman秩相关系数作为风电场之间风速的互补性测度。采用云南电网实际数据作为算例,重点分析了风速的互补性对节点电压、支路潮流及线损的影响。研究结果表明,考虑风速的互补性可以更合理地评估风电场对系统的影响,有利于更好地进行风电场选址及电网规划。     

风电场的发电可靠性模型及其应用

建立了风电场的发电可靠性模型,介绍了该模型在随机生产模拟和随机潮流分析等方面的应用。该模型考虑了风速的随机变化、不同风电场之间风速的相关性、风电机组的功率特性及其强迫停运率、风电机组的布置和尾流效应以及气温等因素及风电场输出功率的影响,揭示了风电场输出功率的统计规律。     

A linear approach to study the influence of asynchronous wind parks on isolated networks

This paper deals with the study of power quality in an isolated system with high wind energy penetration level. An induction wind plant, a synchronous power plant and a network constitute the analysed system. The work focuses on studying the effect of mechanical power from wind on load voltage and network frequency fluctuations. A linear model for the complete system is proposed in order to use eigenfrequencies and Bode plots to carry out this study.     

基于直流概率潮流的风电穿透功率极限计算

风力发电已经成为清洁能源中发展最快的一种发电方式,确定风电穿透功率极限对风电并网的规划和运行有着重要作用。文中提出了基于直流概率潮流的风电穿透功率极限计算方法,计算中通过直流概率潮流计算,综合考虑风电场出力、发电机出力、节点负荷等因素的随机性,得到含有风电场的电力系统中线路有功潮流的概率分布,然后利用随机规划理论和改进的遗传算法求解风电穿透功率极限。最后以IEEE30系统为算例,验证计算方法的有效性。     

空调负荷参与配电网电压管理的分布式控制方法

配电网中空调负荷的规模随着生活水平的提高在快速增长,而带有空调的建筑具有热缓冲能力,使其具备了参与需求侧响应的价值。与此同时,分布式光伏发电在配电网中的渗透率也在逐步提高。光伏发电的波动对配电网电压稳定性造成了消极的影响。文中提出一种基于分布式趋同控制的方法,通过聚合商之间建立的有限通信链路对聚合空调负荷进行调度,以参与到配电网的电压管理中。其中,采用二维热工参数模形,从而更准确地计算带有空调的建筑热交换,使得用户的热舒适性需求得到保障。最后,基于改进的IEEE 15节点配电网算例分析验证所提控制策略的有效性和鲁棒性。