交直流混合主动配电网关键技术研究

配电网担负着电能的配送任务,传统配电网的电能传送是单向的,随着分布式电源大量接入,配电网的电能可能出现双向流动。由于分布式电源具有随机性和间歇性的特点,增加了配电网运行控制的难度。为了满足大规模分布式电源接入的要求,在北京延庆建设交直流混合主动配电网,提高配电网的能源配送和优化能力,支持高渗透率分布式能源的充分消纳,降低系统损耗,提高设备利用率,实现高可靠高质量供电,延缓增容建设投资。     

考虑环境因素的多能源系统交直流混合供能优化策略

有效提高能源利用率、促进新能源消纳以及减少环境污染成本是当下发电用电企业十分关注的问题。提出并建立了一种多能源系统交直流混合并网供能优化模型,实现了电能的交直流柔性变换与多能源的综合利用。综合分析了能源局域网内交直流系统供电特性,结合供热系统供热特性、储能装置的充放特性以及煤炭的全生命周期,考虑功率平衡约束、各装置运行约束以及环境成本约束。利用GAMS优化软件求得调度周期内,传统交流并网模型和所搭建模型各系统的最佳出力及总运行成本,将两者的运行结果从供电供热等方面比较,验证了所述模型在减少运行成本、降低有害气体排放量以及削减煤耗量方面的优势。     

一种光储一体化交直流混合配电系统

在新能源发电领域,采用交流配电形式存在并网难度大、转换效率低、投资成本高等问题.为更好地消纳新能源,同时兼容现有的交流电网,交直流混合配电系统成为重要发展技术线路.此外,系统直流配电环节中新能源及储能的接入,可在交流环节发生电压暂降或中断时提供备用电源,有效提高原有交流系统的电能质量和供电可靠性.     

交直流混合配电系统评价体系研究

城市负荷密度快速增长对城市配电网供电能力及电能质量要求不断提高,以交流输电为主的城市配电网发展面临越来越大的困难和挑战,包含柔性直流输电线路的交直流混合配电系统必将成为解决城市配电网发展的有效途径之一。本文根据交直流混合配电系统的特点,分析交直流混合配电系统评价的影响因素,建立技术经济评价指标体系,并按照差异化的原则,确定了不同指标的分类评价标准。在此基础上,根据指标属性特点对指标进行了分类,给出了评价指标分值的实用化计算方法。     

基于鲁棒优化的交直流混合配电网供电能力评估

提出了一种适用于高比例可再生能源接入的中压交直流混合配电网供电能力评估方法。针对可再生能源出力的随机波动性,基于鲁棒优化思想构建了供电能力评估模型;针对运行安全被破坏的情况,提出了以配电网运行风险最小为目标、以交直流换流器等为调控对象的优化控制策略,充分挖掘系统的供电潜力。算例结果表明所提方法能够合理评估不确定环境下交直流混合配电网的供电能力,为配电网的安全运行提供参考。     

交直流混合配电系统的运行管理系统设计

交直流混合配电系统是能源革命背景下的一种新型配电形式,为提高系统供电可靠性,设计一种交直流混合配电系统运行管理系统以实现系统的运行管理.应用结果表明,该系统具有较好的运行特性,实时监测交直流混合配电系统的运行状态,可根据直流配电网与交流配电网的协调互动,进行电网自平衡和自平滑统一的优化控制.     

基于电力电子变压器的交直流混合可再生能源关键技术

分布式可再生能源大规模接入电网,对系统的灵活接入和运行控制管理提出了新的挑战和更高的要求;利用多端口电力电子变压器构建交直流混合系统,在多个交直流电压等级集成分布式可再生能源,可以实现灵活接入与组网;同时,减少变换环节,提高能源利用效率,增强系统控制能力,在更大范围实现可再生能源互联互补。构建了基于电力电子变压器的交直流混合可再生能源关键技术研究框架,并对其中涉及的关键技术进行了详细阐述。     

低压交直流混合配电系统线性化建模方法

线性化模型是直流系统稳定性分析、接口耦合机理研究及控制器设计的基础。将含多直流微网的辐射状交直流混合配电系统分为整流接口及所连交流主网、逆变接口及所连无源交流系统、并网接口及所连直流微网以及直流网络4个部分,建立灵活的同步旋转坐标系。分别推导系统各部分在发生小扰动下的暂态数学模型。采用一种含控制标识位的接口控制器线性化建模方法,并引入锁相环控制,建立系统的全局线性化模型,提高了模型在不同应用场景下的普适性。通过与电磁暂态模型进行对比分析,验证了所建立的交直流混合配电系统全局线性化模型的正确性和有效性。     

面向微型能源互联网接入的交直流配电网协同优化调度策略

分布式电源通过微型能源互联网(简称微能网)的方式接入配电网可以充分发挥微能网多能耦合互补的特点,促进可再生能源消纳。该文充分考虑交直流配电网和微能网的技术优势及交互影响,研究了计及动态网络重构和多能源协同的交直流配电网优化调度策略。首先,根据含微能网的交直流配电网系统结构和调度模型特点,研究以配电网节点边际电价和微能网购/售电功率为交互变量的协调运行机制;其次,以交直流配电网和微能网运行成本最低为目标,充分考虑网络运行约束和网络间交互耦合约束,建立交直流配电网协调调度模型;再次,在混合整数二阶锥规划模型的节点边际电价推导基础上,提出基于极限学习机耦合交互的模型快速求解方法;最后,在含微能网的改进IEEE 33节点交直流配电网开展了算例分析。仿真结果表明,所提调度架构能充分降低网络运行成本,促进微能网和交直流配电网间信息交互,同时该文所提求解技术能够在确保计算精度的前提下极大地提高求解效率。     

基于电力物联网的交直流混合柔性台区多层级综合能源管控方法*

随着光伏发电、电动汽车等直流源荷的增加,交直流混合配电网技术得到了快速发展.为提升区域多种能源管理能力,提出了一种交直流混合柔性台区综合能源的管控方法.在传统电力物联网基本架构的基础上,结合交直流柔性台区多种能源的特征,提出交直流柔性台区多层级能源整体架构,并优化"云、管、边、端"顶层架构.在此基础上,根据系统运行方式及功能需求,提出交直流柔性台区多层级运行控制方法,以满足分布式能源接入与多元化负荷管控需求.     

基于凸包络的交直流混合配电网安全域

现有配电网安全域研究主要针对交流配电网,文中提出基于凸包络的交直流混合配电网安全域模型.首先,计及电压约束、馈线容量约束和关键设备出力约束,构建交直流配电网非线性安全域模型.其次,基于非线性规划模型求解交直流混合配电网安全边界点.最后,采取凸包络拟合的方法生成可观测的安全域空间.算例结果验证了凸包络拟合的合理性和优越性,同时评估了交直流混合配电网中换流器控制方式、换流器无功补偿量和系统电压下限等因素对安全域大小的影响.     

基于柔性环网控制装置的交直流混合配电网接线模式研究

随着分布式电源、电动汽车等直流电源和直流负荷的大规模接入及用户对供电可靠性要求的提高,柔性直流技术在配电网中的应用越来越广泛。该文研究了含多端柔性环网控制装置的交直流混合配电网的典型网架结构;提出了传统交流配电网向交直流混合配电网的过渡目标、过渡原则、过渡过程,并给出了几种典型网架的过渡方式;最后,以三端柔性环网控制装置为例,通过对运行方式的划分,明确了含柔性环网控制装置的交直流混合配电网的运行方式及转换过程,为传统配电网向交直流混合配电网的升级提供理论依据。     

基于多端VSC技术的一种交直流混合配电网网络结构

分布式电源的快速发展和配电网负荷的变化使得传统辐射型交流配电网面临诸多问题。该文利用多端电压源换流器(voltage source converter,VSC)技术,通过在交流配电网中增加直流环节来构建交流直流混合配电网,提出了交直流混合配电网的网络结构,并对其控制策略进行了理论分析,最后利用Matlab/Simulink搭建仿真模型对其网络结构和控制策略进行了仿真验证。仿真结果表明,通过对换流器进行合理控制,能够有效改善原有交流配电线路的电压分布和负荷承载能力,并且能够对系统潮流进行灵活控制,实现对系统能源的合理分配。另外,交直流混合配电网中的直流环节可以作为未来直流配电网的一部分,从而使传统交流配电网可以平缓过渡到未来可能全面建设的直流配电网。     

基于配网重构的交直流混联配电网可靠性分析

传统10 kV等级供电区域为开环运行,并且区域之间联络开关都处于冷备用状态,一旦发生变压器故障,在联络开关闭合前负荷供电中断。同时变电站的主变设备设计容量大,主变压器平均负载率较低。一种好的解决方法是在传统10 kV交流配网中加入多端柔性直流互联装置建立交直流混联配电网。根据交直流混联配电网的特点,提出了一种适合于交直流混联配电网的可靠性评估方法,在保证系统可靠性的基础上,研究是否可以减小变压器容量冗余。建立了考虑备用元件的多端柔性直流互联系统的可靠性模型,采用支路交换法在变压器故障时进行配电网重构为负荷恢复供电。通过对加入多端柔性直流互联装置的10 kV配电网算例进行可靠性评估,结果证明了多端柔性直流互联装置接入配电网后,可以提高系统可靠性,同时根据系统配网重构的结果证明系统主变压器的设计容量可以减小。     

基于二阶锥规划的交直流混合配电网优化调度

针对交直流混合配电网优化调度中控制变量多样化的趋势,以网损费用和弃光费用之和最小作为目标函数,综合考虑分布式电源、储能装置、电压源换流器、电容器组和静止无功补偿装置等控制变量集合,建立交直流混合主动配电网有功-无功多时段协同优化新模型,解决电压越限问题,实现功率快速补偿。针对变量维数增加引起的模型最优解精确性问题,采用二阶锥规划对非凸非线性问题松弛凸化,利用Cplex算法求得模型最优解。最后,通过拓展的49节点系统算例测试结果验证所提模型的有效性。     

含能量路由器的交直流混合配电网潮流计算

能量路由器(energy router, ER)作为新兴电力电子设备,可以实现电能在电力系统中的灵活分配。分析ER对系统的影响,研究以ER为配电枢纽的交直流混合配电网潮流计算方法,对实现配电网的优化运行具有重要意义。文中首先基于改进交替迭代法建立ER的稳态潮流模型,并对ER直流端口采用下垂控制策略,结合传统解耦法,提出一种适用于含ER的配电网交直流解耦迭代潮流计算方法。以含有多个ER的IEEE 14节点和IEEE 69节点配电系统为算例进行仿真计算,验证所提方法的正确性与收敛性。为分析ER对系统运行的影响,对不同场景下IEEE 69节点测试系统进行仿真计算,证明ER在系统中可以支撑节点电压,减小系统运行损耗。     

分布式风电接入交直流混合配电网的研究

用户负荷特性的改变和电力电子技术的发展使得直流配电网重新得到重视。构建了一种含分布式风电的新型交直流混合配电网,分析了传统配电网中风电场母线电压波动的原因,提出了适合交直流混合配电网特性且能够稳定风电场母线电压的控制策略。在PSCAD/EMTDC中建立了风电场交直流混合配电网的仿真模型,对所提出的控制方法进行验证。结果表明,与传统配电网相比,新型交直流混合配电网能更好地消纳风电波动功率,且风电场母线电压稳定性更好。     

考虑灵活性的交直流混合配电网储能双层规划

多类型分布式电源接入配电网对系统灵活性要求越来越高。基于交直流混合配电网的高灵活性和高可控性,提出了一种考虑灵活性的交直流混合配电网储能双层规划方法。首先,分析系统灵活性需求与灵活性资源运行特性,建立系统灵活性评估指标;然后,采用K-means聚类算法建立配电网中分布式电源和负荷的典型运行场景集合;其次,建立考虑灵活性的交直流混合配电网储能双层规划模型,上层以其年综合成本最小为优化目标,下层以其综合运行成本最少和系统运行灵活性最优为目标,采用非线性化主成分分析法,并结合遗传算法求解规划模型。最后,基于改进IEEE 33节点配网系统验证双层规划模型和储能最优配置方案的合理性与有效性。     

多端直流架构的交直流混合配电网三相不平衡潮流计算

在配电网向交直流混合供电的方向发展的新形势下,提出一种能够计及交流三相不平衡的交直流配电网潮流计算方法。首先建立了电压源型换流器的三相稳态潮流模型,推导了换流器的三相潮流以及直流配电网潮流计算方程,并对不平衡系统进行了补偿。考虑了不同的控制方式及适用于配电网的多端直流控制策略,在此基础上,提出了适合配电网的三相不平衡交直流交替迭代潮流计算方法,该方法采用了模块化思想,不需要全局迭代,可以从交、直流侧任意方向开始潮流计算,自动修正越限变量并调用控制策略,实现了交直流潮流计算的解耦。最后,对修改的IEEE 37节点配电系统进行仿真计算,仿真结果证明了算法的有效性、快速性和准确性。