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     

A Cooperative Control Algorithm for Multiple SVRs Using Correlation of Measurement Data of Distribution Line

In this paper, a cooperative control algorithm for multiple step voltage regulator (SVR) using correlation of measurement data of distribution line is proposed. Conventionally, the control time constant of a SVR placed on the feeder end side was set slower than a SVR placed on the substation side. The unnecessary tap movement of SVR was reduced by this setting. In this case, on the condition that “the photovoltaic power generation output of the feeder end fluctuates” and “only SVR of the end side works”, it is a problem that control of SVR becomes slow. By the proposed method, the SVR settled in end side of a feeder can change its tap rapidly only if the SVR settled in sending side of a feeder will not change its tap by using proposed method. The features of the method are followings: (1) to estimate tap change possibility of the sending side SVR using correlation model of both of the SVR, (2) only use local measurement data of the SVRs for tap change control. By the proposed method, unnecessary tap change operation and lag of tap control are reduced without communication networks.     

含分布式电源的配电网电压无功优化问题研究

本文根据分布式电源对配电网的有功损耗和电压稳定与分布等方面的影响,针对含分布式电源的配电网,构建以节点电压合格率最高为目标的电压无功优化模型,然后结合配电网负荷变化及太阳能容量的变化特点,选取一天中3个典型的负荷点,采用多种电压无功调节装置(OLTC、SVR、SC和SVC)组合优化的策略对配电网电压进行优化控制,并采用收敛性较好的遗传算法求解最优电压,最后通过算例仿真分析几种电压无功调节装置不同组合情况下的电压优化效果,验证了几种组合方法均能对配网电压起到优化作用的正确性。     

计及负荷特性的电压稳定安全指标快速计算

本文提出了计算电力系统电压稳定安全指标的新算法，该算法计及了负荷特性的影响，采用参数随运行状态变化的负荷模型，以负荷中动态荷部分的有功功率最大作为临界点判据，并在网络求解中负荷采用导纳模型来克服临界点附近潮流收敛的困难。本文还给出了７节点系统和３１节点系统的算例。     

全局输配电网电压稳定故障筛选与排序的分布式计算方法

随着传统配电网向含大量分布式电源的主动配电网转变,输电网、配电网电压稳定评估已不再适宜各自独立计算。基于输电网、配电网分属于不同控制中心调控,提出一种全局输配电网电压稳定故障筛选与排序的分布式计算方法。该方法分为两阶段：阶段1中采用输配电网主从分裂分布式潮流工具在系统要求最小负荷裕度值的工况下进行各预想故障的潮流计算,采用最优乘子法筛选出潮流不可解的严重故障;阶段2中采用基于输配电网分布式连续潮流的步长加速二次曲线拟合方法计算严重故障的负荷裕度并进行排序。由1个IEEE 118节点输电网和2个IEEE 33节点配电网组成的全局输配系统的仿真算例表明所提方法能够快速可靠地实现全局输配电网电压稳定故障筛选与排序。     

计及电压调节和分布式电源的配电网潮流分析

在分布式电源和电压及无功调节装置的基础上,提出了放射形配电网的新型潮流计算方法。建立分布式电源在潮流计算中所采取的适当节点模型和调压设备模型;分析了分布式电源对馈线自动调压器(SVR)的调压性能的影响,建立了SVR的潮流计算模型。对传统前推/回代算法进行有效的改进,使之快速有效地适应于多节点类型、多设备的配电网系统潮流算法。最后以28节点配电系统为例进行计算分析,仿真计算结果检验了本文提出的算法的有效性,并通过仿真结果分析了分布式电源、无功调节电源对配电网电压分布、电能损耗的影响以及分布式电源对电压调节装置的影响。     

改进潮流算法在电压稳定分析中的应用

随着经济的发展,近年来电压稳定问题突出。分析电压稳定问题的方法之一为电压稳定裕度分析法,为此,对改进潮流算法在电压稳定裕度分析法中的应用进行了综述。指出目前连续潮流法在电压稳定的分析中得到了很好应用,但还存在两个制约计算速度的瓶颈：解潮流方程的每次迭代都需要形成雅可比矩阵,计算量大;迭代时要精确地计算出电压稳定极限,需要选取较小的步长,计算很耗时。     

Optimal placement of SVRs considering multiple loads

This paper presents a new approach to the optimal placement of a step voltage regulator (SVR) taking into consideration the installation of distributed generators (DG) based on a genetic algorithm (GA). In this case, it is necessary to solve problems such as the upper and lower limits for the voltage at each node and line capacity. In addition, given that the load and output of a distributed generator change, it is important to solve more than one of these problems. In order to solve these problems, the conventional genetic algorithm was improved and the proposed method was applied to the complex operating conditions of a distribution power system. © 2012 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 182(1): 39–47, 2013; Published online in Wiley Online Library ( wileyonlinelibrary.com ). DOI 10.1002/eej.21297     

基于梯度提升决策树静态电压稳定裕度评估

随着特高压直流输电的发展,电网负荷集中地区无功缺乏的问题日益突出,系统电压稳定与无功功率密切相关,有必要研究电压稳定裕度的在线监测问题,以期为无功补偿装置的协调配合提供参考。基于PMU提供的数据资源,提出一种基于梯度提升决策树的电压稳定裕度在线监测方法,该方法分为离线运行点数据库的建立以及实时评估两部分。通过模拟负荷的变化,求解最优潮流模型,得到各个发电机出力状态以及对应的电压稳定裕度从而形成离线运行点数据库,并在线下对梯度提升决策树进行训练,在线做出电压稳定裕度的评估。实验结果表明,所提方法对裕度的预测准确度高于基于支持向量机回归模型,且时间可以满足实时性的要求。在测量不确定性场景下,当信噪比大于40dB时,所提方法应对噪声干扰具有较强的鲁棒性。并且基于梯度提升决策树的特征选择能力,可以为PMU的布点提供一定依据,从而实现系统可靠性和经济性的平衡。     

含风电场电力系统的负荷裕度概率分析混合方法

负荷裕度是电力系统静态稳定性分析中的一项重要指标。为评估风电并网后系统的电压稳定性,文章针对风速的随机特性提出了一种基于叠加性原理和半不变量法的负荷裕度概率分布求解方法。首先求得负荷裕度关于随机参数的灵敏度矩阵,然后在线性化后的系统上运用叠加性原理,将系统负荷裕度指标在期望值附近进行分解。在求得负荷裕度概率密度函数的基础上计算非正常运行状态下的系统电压失稳概率,有效评估电力系统的电压稳定状态。IEEE14节点算例系统上的仿真结果表明所提方法不仅计算简单、准确,而且计算效率也优于半不变量法。     

计及统一潮流控制器的静态电压稳定裕度计算

基于自适应遗传算法,构造计及以统一潮流控制器(Unified Power Flow Controller,UPFC)的静态电压稳定裕度计算模型,以静态电压稳定裕度最大为目标函数,采用UPFC的功率注入模型,将其作用等效为一系列电压和功率的约束,直接运用至连续潮流法中,对含UPFC控制参数在内的控制变量进行编码,对每个个体采用连续潮流进行计算,在不断改变控制变量的条件下进行寻优计算.算例就系统装设UPFC前后的静态电压稳定裕度的大小进行了比较,并给出了含UPFC参数的控制变量的最优解,结果表明该方法有效且可行.     

基于连续潮流的改进免疫遗传算法计算电压稳定裕度

提出了一种基于连续潮流的改进的免疫遗传算法求解最大静态电压稳定裕度的方法。该方法将求解最大静态电压稳定裕度的目标函数作为抗原,将调节系统电压的控制变量作为抗体;基于连续潮流算法,在考虑负荷静特性的条件下,计算单个抗体的稳定裕度;采用退火免疫方法对抗体进行选择,用免疫算子进行个体更新,从而增加了群的多样性,避免陷入局部最优。在全局范围内快速准确地得到系统的最大静态电压稳定裕度。通过对IEEE30节点系统的计算,验证了该方法的可行性和有效性。     

计及静态电压稳定约束的无功优化规划

选择无功补偿设备投资和系统有功网损的综合费用作为目标函数,同时考虑满足电压水平和电压稳定性两个约束条件来探讨无功规划问题。选取用电压稳定裕度不低于某一个允许的最小稳定裕度来表示电压稳定约束。分别对正常运行工作点和电压崩溃点引入2组变量和潮流方程,从而使得电压稳定裕度可以用临界运行状态下负荷的总视在功率与正常运行状态下负荷的总视在功率之差来显式表达。该模型相对于传统无功规划模型的优势表现在能够根据稳定裕度的目标值直接求得在合理电压水平下的最佳无功补偿配置方案,但其优化模型的等式和不等式约束及变量的数目却大幅增加,使得计算量远大于传统的无功规划问题。在IEEE 14节点和118节点2个试验系统的计算表明,采用非线性原对偶内点法求解该模型时,其计算精度及收敛性都比较好。     

综合灵敏度和静态电压稳定裕度的直流受端交流系统电压薄弱区域评估方法

提出综合无功-电压灵敏度与静态电压稳定裕度的直流受端交流系统电压薄弱区域评估方法,并在灵敏度及静态电压稳定计算中计及了负荷静态电压特性。以计及负荷静态电压特性的交直流电力系统潮流方程为基础,计算交流节点电压相对于直流落点无功功率的灵敏度;基于连续潮流法,计算计及负荷静态电压特性的直流受端交流系统静态电压稳定裕度,综合这2个指标识别电压薄弱区域。并进一步地比较了不同ZIP负荷占比、不同直流控制方式对直流落点近区交流系统电压薄弱区域评估的影响。     

节点注入功率模式对电压稳定裕度的影响

新一代能量管理系统(N-EMS)的计算模式特点是实时、跟踪、递归和智能预警。此模式需要高效的算法作支撑,由于启动单次计算步长间隔的缩短,线性近似的合理性得到加强,灵敏度计算用于此能满足计算模式的要求。文章针对N-EMS的主要组成部分--电压稳定分析功能,定义了3类节点注入功率模式：负荷的随机变化方向、发电机的响应设定方向、负荷的有功和无功比例,建立了易于被调度中心运用和理解的连续潮流模型,在此模型基础上分别推导得到负荷裕度对3类模式的灵敏度公式,据此分析节点注入功率模式对负荷裕度的影响,以便能够快速进行电压稳定预警和采取有效的校正控制来避免电压崩溃。通过新英格兰10机39节点系统的仿真算例验证了所提方法、思想的合理性。     

考虑电能质量的分布式电源优化配置

针对大量电力电子设备投入电网造成严重电能质量问题的现状,提出考虑谐波畸变和电压暂降损失的分布式电源(Distributed Generator,DG)优化配置方法。该方法以DG配置成本、有功损耗、电压暂降损失最小为目标函数,并在满足配网潮流等式和不等式约束的基础上增加谐波畸变限值的约束条件,建立多目标优化模型,最后采用非劣排序遗传算法(Nondominated Sorting Genetic Algorithm-II,NSGA-II)求得最优配置方案。通过IEEE 33节点配电网络对此配置算法进行仿真验证,结果证明该方法得到的DG配置方案可有效降低谐波畸变率、暂降损失及网络损耗。     

新型电压调整与无功补偿设备在农村配电网中的应用

针对农村配电网存在的因线路过长导致电压和功率因数不合格、线路损耗大的问题,提出在配电线路中采用新型电压调整与无功补偿设备,以有效地提高配电网功率因数,减少线路电能损耗,改善电压质量,提高供电能力。从工程实际出发,介绍了SVR系列馈线自动调压器和DWK型户外高压无功自动补偿装置的工作原理及其在贵州电网农村配电网的应用情况。     

基于负荷裕度最大化的发电出力优化（一）优化模型的提出

发电机有功出力方式优化是提高系统传输能力的主要控制手段.文中推导了负荷裕度最大点处有功出力方式的最优性条件,进而提出一种有功出力优化新模型.该模型将一个优化问题转换成一个非线性方程组的求解问题,为发电机有功出力优化在电压稳定中的应用奠定了一定的理论基础.通过构造极限曲面法向量与有功出力方式的灵敏度关系,并对参考点进行精心选择,准确地确定了最佳的发电机出力修正方向.     

计及电压稳定约束的微电网动态最优潮流

为使微电网并网运行满足电压稳定性和经济性要求,将改进后的小扰动电压稳定指标引入微电网最优潮流模型中,并研究了多时段动态负荷下的最优潮流算法。在有载调压变压器模型中引入虚拟节点,以消除模型中的变比及因变比而产生的高阶项,并计及分布式电源及储能单元的影响在直角坐标系中建立了微电网动态优化潮流的二阶新模型。进一步通过在拉格朗日方程进行泰勒展开时保留高阶项和利用近似最小度算法进行节点优化编号,对传统内点法进行改进。修正计算中所使用的常系数海森矩阵与改进内点法相结合,从而提出一种常系数海森矩阵内点法,有效地解决了计算精度与迭代效率之间的矛盾。在ETAP环境下建立微电网模型,应用所提方法进行优化计算,计算结果表明,在改进的小扰动电压稳定指标约束下,所提模型和算法能够满足微电网运行经济性和电压稳定性的要求。     

Influence of distribution voltage control methods on maximum capacity of distributed generators

Recently, the number of distributed generators (DGs) connected to distribution systems has been increasing. It is important to know how large a generator output is permitted when the generators are connected to a distribution system with regulation of the line voltage, the line current, and the power factor of the generator connection point. The authors demonstrate differences of maximum output of the DGs caused by various voltage control systems in a short‐length system and a long‐length system by load flow calculation. The voltage regulation systems include the following six types: no control equipment, SVC (Static Var Compensator), existing SVR (Step Voltage Regulator), reverse flow type SVR which operates even in reverse flow, existing SVR and SVC, and reverse flow type SVR and SVC. A synchronous generator is considered as a DG in this paper. The calculation results show that the DG's maximum output is about 3300 kW in a short‐length system and about 540 kW in a long‐length system. However, the DG's maximum output increases to about 3750 kW on installing a SVC, and the SVC's capacity decreases on replacing an existing SVR with a reverse power flow type SVR in the long‐length system. © 2004 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 150(1): 8–17, 2005; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.20050