主动配电网优化技术研究现状及展望

分布式电源(distributed generation,DG)和电动汽车的大量接入、智能家居的普及、需求侧响应的全面实施等显著增强了配电系统规划与运行的复杂性,同时,未来的配电网对规划与运行的优化策略提出了更高的要求。作为未来配电网的一种发展模式,主动配电网(active distribution network,ADN)开始受到人们的关注。介绍了ADN的概念和内涵,从规划和运行2个方面总结了ADN优化技术的国内外研究现状和关注重点,并从"源-网-荷"互动的综合优化、多周期优化及其协调配合、分层分布式优化策略等3个角度对其未来的发展趋势进行分析和梳理。     

柔性配电网中考虑SOP优化的分布式电源双层规划

在分布式电源DG(distributed generation)广泛并网的背景下,配电网柔性互联技术成为解决源端强波动性与不确定性的重要发展趋势。以风电为研究对象,首次提出了含智能软开关SOP(soft open point)的柔性配电网中考虑网侧运行调节的DG双层协调规划方法。首先,分析了柔性配电网中SOP的组网模型及控制模式;其次,建立了源侧DG规划与网侧SOP运行联合优化、交替迭代的双层模型,上层以DG运营商收益最大为目标确定DG规划方案,下层以网络运行性能最优为目标实现网络的调节优化;提出改进帝国主义竞争算法及锥规划混合算法进行求解;最后,基于改进的33节点柔性网络,证明了所提双层模型及求解方法的有效性。     

基于SPSO算法的分布式电源优化分配

分布式发电(DG)设备能够接入电网中增加电网强度,最大限度地减少实际功率损耗,提高总线电压和配送系统的效率。而DG优化分配(The optimal DG,OPDG)用于提供DG的最佳接入位置,在考虑到DG容量和电压限制的前提下以优化电力配电网的运行。本文采用选择性粒子群优化(Selective Particle Swarm Optimization,SPSO)算法来解决配电网中最优DG布局的问题。目标函数用来解决最佳DG接入位置和配电网中DG机组的大小,以达到有效降低功率损耗,提高电能质量的目的。最大DG穿透水平考虑在总负载的0-50％的范围内。最后,将在IEEE 33和69标准节点总线系统上进行测试,测试结果将与最新的优化技术相对比,从而得出本文提出的方法更加有效率。     

基于DG和多端VSC协调控制的交直流配电网优化运行

分布式电源(DG)大规模并网不仅带来了消纳问题,还使交直流网络的经济安全运行面临巨大挑战。基于此,文中提出一种基于DG选址和多端电压源换流器(VSC)协调控制的交直流混合配电网优化运行方法。针对DG选址,基于灵敏度分析方法提出一种节点网损灵敏度指标,利用网络中不同位置的负荷节点对网损敏感度不同的规律进行交流网侧的DG选址。进而建立以网络有功总损耗、节点电压偏移量和DG盈余量最小为目标的多目标优化模型,对多端VSC不同控制策略下的端口功率电压变量和DG的有功出力进行协调控制。仿真结果表明,所提优化运行方法能够提高网络运行经济性和安全性,并兼顾配电网对DG的消纳水平,为实际工程中的决策人员提供重要的参考。     

交直流混联配用电系统多模式减排调控策略

新能源分布式发电是比较成熟且成本可控的减碳方案.在"双碳"目标推动下,大量分布式电源(DG)的广泛接入给配电网调控带来巨大挑战.为了缓解调控压力、优化DG出力以节能减排,将低压侧改为直流配电便于DG高效接入,并设计低压分散式-中压集中式的分层调控与多模式减排控制框架:针对接入低压直流侧的DG,提出计及度电碳排放的分散式...     

市场环境下增量配电网运营模式及交易机制研究

在我国大力推进增量配电网试点的同时,与之对应的市场化运营模式及交易机制也应协同发展。不同的角色定位对应不同的市场参与方式。首先从售电公司的角度出发,结合不同的市场背景,提出了含分布式电源(distributed generation,DG)的增量配电网购售电业务模式及交易机制。其次从负荷聚合商的角度考虑现货市场环境下用户对实时电价的敏感度,提出了增量配电网代理用户参与需求侧响应的交易机制。最后针对增量配电网发展现状及未来一体化运营模式下面临的问题,分析了主要的技术难点,为今后增量电网相关研究提供参考。     

微电网中的有功功率和无功功率均分控制

针对在单元输出功率控制(UPC)和馈线潮流控制(FFC)模式下,分布式电源(DG)之间的有功功率和无功功率均分控制进行了分析。在UPC模式下,DG输出的有功功率恒定,能够跟随给定值实现有功功率均分;在FFC模式下,DG所在馈线上的潮流值恒定能够跟随给定值,实现微电网和大电网之间的潮流交换恒定。但是受线路阻抗和本地负荷等的影响,DG的输出电压值不同,进而产生无功环流。针对这一问题,文中提出了一种抑制无功环流的控制策略,该策略是在无功电压下垂控制中加入电压补偿环节,以达到抑制无功环流的目的,该方法有效消除了逆变器之间的无功环流。针对线路阻抗和本地负荷不同时对微电网中无功环流的影响进行了分析,并分别进行了仿真,验证了该控制策略的有效性和可行性。     

基于粒子群优化算法的配电网重构和分布式电源注入功率综合优化算法

随着分布式电源(distributed generation,DG)在配电网中安装比例逐年增加,配电自动化应加强对DG的优化调度功能,发挥DG对配电网优化的有利作用。配电网重构是配电网优化的重要措施,DG联网后,DG注入配电网功率直接影响配电网重构结果。为使配电网性能达到整体最优,提出了一种基于粒子群优化算法(particle swarm optimization,PSO)的配电网重构和DG注入功率综合优化算法。该算法根据PSO并行计算的特点,采用PSO和二进制粒子群优化算法(binary particle swarm optimization,BPSO)相结合的方式,对转换开关状态和DG注入功率2种控制变量同时处理,达到配电网网损、电压偏差最小的目的。将DG作为可调度设备,对配电网重构和DG注入功率进行综合优化,提高了含DG配电网的电能质量和供电可靠性。将该算法应用到3馈线配电系统,仿真结果验证了所提算法的有效性。     

多情形下电动汽车与分布式光伏协同优化调度算法

在智能电网环境下,电动汽车与家庭用电互动(vehicle to home,V2H)技术成为车电互联研究领域新的焦点。首先,对V2H模式中家庭能源管理系统调度电动汽车参与家庭供电进行了分析;其次,以最大化利用太阳能,减少家庭用电费用为目标,给出多情形下电动汽车与含分布式光伏(photovoltaic,PV)的智能家居互动的调度优化算法;最后,以上海市某小区用户为例,对比研究了晴天、多云、阴雨3种天气条件下光伏出力变化和电动汽车用户短途、中途、长途出行情况下V2H模式的经济效益。实际算例结果表明含分布式光伏的V2H模式能够提高光伏发电利用效率,减少家庭用电费用,并为电动汽车安全接入电网提供支持。     

考虑需求响应的增量配电网分布式电源优化配置

为促进配电网发展和提高配电运营效率,我国新电改方案允许放开增量配电投资业务,因而会出现公用配网之外的增量配电网。增量配电网作为独立运营商,其运营模式、资源配置和投资决策与公用配电网具有不同特点。基于此,提出一种计及需求响应DR(demand-side response)的增量配电网分布式电源DG(distributed generation)规划-运行双层机会约束优化配置方法。下层运行模型以增量配电网负荷曲线最优为目标,决策增量配电网峰谷平各时段向负荷售电电价;上层规划模型以下层运行优化为基础,考虑增量配电网全寿命周期净收益最大从而决定DG的安装位置与容量。针对DG与负荷出力的概率分布、DR侧负荷的时序性,利用中值拉丁超立方抽样技术对各时段内服从特定概率分布的DG与负荷进行处理,形成24个时段内DG与负荷的初始时序样本和DR侧负荷变化量的时序样本,并采用随机模拟嵌套精英保留策略遗传算法对上述模型进行求解。IEEE 33节点系统的仿真结果验证了该方法的合理性与有效性。     

Cooperative control of battery energy storage systems in microgrids

This paper proposes a cooperative control of battery energy storage (BES) units within a microgrid (MG) which includes two control subsystems for charge and discharge operation mode of the BES. In addition, the proposed cooperative control strategy provides accurate reactive power sharing among the BES units. During discharge operation, the proposed strategy utilizes a SoC-based droop control in order to avoid promptly depleting of the BES units, by dedicating the highest priority to their SoC level and respecting their power rating. This is achieved without any disturbance in the power balance of the MG. In addition, during charge operation of the BES units, the proposed control method uses a proportional-integral (PI) controller to limit the BES absorbing power and match it with the available surplus power from the renewable energy sources (RESs). This in turn avoids any power imbalance within the system. Finally, to utilize the extra capacity of the BES converters and also to avoid overloading of RESs, a new adaptive virtual impedance (AVI) strategy is proposed here which provides accurate reactive power sharing by imposing a virtual impedance in series with the coupling impedance of each BES and RES unit. The system performance is validated through extensive simulations carried out in PSCAD/EMTDC software.     

含多种分布式电源的直流配电网多模式调压策略

直流配电网凭借适于分布式电源接入等优势成为未来配电网的发展方向,其稳定运行控制策略是亟待解决的问题之一。该文以包含风电、光伏和储能系统的直流配电网为研究对象,提出了一种基于下垂控制的多模式调压策略。根据电压偏离额定值程度和各端调压能力,该策略将直流配电网的电压调节分为主调压模式、后备调压模式和紧急调压模式,实现了多种工况下直流电压的分散自律控制。主调压模式和后备调压模式分别为联网换流器和储能系统按下垂特性调节直流电压,紧急调压模式则包括新能源降功率运行和负荷减载。此外,对蓄电池荷电状态达限值及直流电压偏差问题进行了研究,并提出了相应的解决方法。最后,利用Matlab/Simulink搭建了包含风电、光伏和蓄电池的六端环状直流配电网仿真平台,验证了所提调压策略的有效性。     

基于主从博弈的主动配电网分布式电源与独立储能协同规划方法

为进行电力市场改革背景下的分布式电源(DG)与独立储能的合理规划,以分布式电源运营商(DGO)和独立储能运营商(IESO)为投资主体,分别对配电网中DG和独立储能的安装容量进行决策,以DGO为主导者、IESO为跟从者构建主从博弈双层规划模型。针对独立储能制定了消纳新能源出力与电池余量套利相结合的运行策略,并引入交易电价,使DGO利用弃风弃光部分与IESO开展交易。采用标准粒子群算法与数学优化方法相结合的方式求解模型,通过IEEE 33节点配电系统仿真分析表明,所提出的规划方法可有效提高规划的经济性,有利于储能的市场化发展,同时可提高DG渗透率,减小弃风弃光率。     

光伏DG接入配电网及微电网的过电压自动调节方法研究

针对光伏DG接入配电网因过电压而导致渗透率低的问题、微电网离网运行期间过电压问题,以及微电网在非计划孤岛状态下并网转离网暂态过电压问题,提出一种P/U下垂调节方法。当光伏DG接入配电网,该方法能避免光伏DG因过电压而退出运行。当光伏DG接入离网运行微电网,因负荷减少、DG出力增加等因素而导致过电压时,该方法可以实现无通信互连线的稳态离网能量平衡。当含光伏DG的微电网在并网转离网期间,该方法能够解决暂态过电压问题。首先推导电压偏差公式并分析过电压产生机理。其次介绍P-U下垂调节方法原理。最后为验证方法可行性,以光伏DG接入配电网为算例分析对象,搭建Matlab/Simulink仿真模型,并在逆变器样机上进行试验验证。结果表明P-U下垂调节方法可行有效。     

基于纳什谈判的区域综合能源系统运行优化

基于能量路由器(energy router,ER)和公共母线的区域综合能源系统（integrated community energy system,ICES）,既实现了电、热、冷等多种能源互补,也实现了区域内多个综合能源系统之间的电能互济。为提高调度的灵活性,综合能源系统同时考虑了2种热能存储方式：储热系统以及热电联供型光热电站内部储热环节。针对该系统,建立基于电能互济的区域综合能源系统运行优化模型,目标函数为最小化系统的运行成本。与非合作模式相比,综合能源系统之间的电能互济能够降低系统运行成本和CO2排放量。为保证区域综合能源系统联盟的利益在联盟参与者之间公平分配,提出纳什谈判方法。最后针对在初始联盟建立后,新系统在运行期间加入初始联盟构成新联盟的情况,提出新联盟的运行优化模型。算例仿真验证了所提运行优化模型的可行性和有效性。     

主动配电网双层实时优化博弈研究

随着分布式电源(DG)的广泛接入及配电侧市场改革的不断深化,DG运营商成为配电网中新增的利益主体,研究DG运营商作为独立主体参与下的配电侧市场交易和竞价机制具有重要意义。文中构建了一个考虑DG运营商和配电公司不同利益主体需求的双层交易模型。该模型的上层为配电网购电策略的制定,下层为DG运营商根据配电公司购买电价所做出的出售功率响应。上层以电网的安全经济运行为目标,决策变量是从上级主网购买的电量,向分布式电源制定电价和负荷中断量;下层以DG运营商的经济收益最大化为目标,决策变量为DG运营商的最优出力。考虑到双层模型的耦合性,文中利用原始-对偶算法将双层优化模型转化为单层模型,并将非线性潮流约束进行二阶锥转化。算例分析表明所述模型可以反映主动配电网与DG运营商的利益博弈关系,并有效指导双方交易电价的确定。     

Selective Sharing of Load Current Components Among Parallel Power Electronic Interfaces in Three-phase Four-wire Stand-alone Microgrid

This paper investigates selective sharing of load current components among the parallel operation of distributed generators (DGs) in three-phase four-wire stand-alone microgrids. The proposed control method is based on master-slave operation of DGs, and the goal of selective sharing of load current components is to have DGs located in close proximity of the load operating in slave mode, in order to inject their available energy and also compensate the non-active load current components, while the distant DGs might operate in master mode to share the remaining load autonomously. Droop control is employed due to impracticality of communication at remote nodes, and resistive line impedance compensation is adopted to decouple active and reactive power controllers and ensure proper active power sharing among master DGs, irrespective of the mitigation of non-active current components by the slave inverters. The sharing factors for each current component are determined by a higher level control. The Conservative Power Theory (CPT) decompositions provide decoupled power and current references for the inverters, resulting in a selective sharing strategy. The principles supporting the developed control strategy are discussed, and the effectiveness of the control is demonstrated through computational simulations using PSIM software.     

Power quality enhancement in autonomous microgrid operation using Particle Swarm Optimization

This paper presents an optimal power control strategy for an autonomous microgrid operation based on a real-time self-tuning method. The purpose of this work is to improve the quality of power supply of the microgrid where some Distributed Generation (DG) units are connected to the grid. Voltage and frequency regulation, and power sharing are the main performance parameters which are considered in this work, particularly during the transition from grid-connected to islanding operation mode and also during load change. In this work, two typical DG units are connected in parallel to configure the microgrid. The controller scheme is composed of an inner current control loop and an outer power control loop based on a synchronous reference frame and the conventional PI regulators. The power controller employs two typical strategies: active–reactive power (PQ) control strategy and voltage–frequency (Vf) control strategy. Particle Swarm Optimization (PSO) is an intelligent searching algorithm that is applied for real-time self-tuning of the power control parameters. The proposed strategy in this paper is that both DG units adopt the Vf control mode once the microgrid is islanded in order to regulate the microgrid voltage and frequency, whereas during the load change, only the second DG unit invokes the PQ control mode to ensure maximum power exportation. The results show that the proposed controller offers an excellent response to satisfy the power quality requirements and proves the validity of the proposed strategy.     

基于服务商引导的综合能源系统源-荷协同优化方法

随着能源市场的逐步开放,大量市场因素涌入传统集中式优化调度策略。在此背景下,以园区综合能源系统(community integrated energy system,CIES)优化运行为应用场景,提出了基于综合能源服务商(integrated energy services provider,IESP)引导的源-荷协同优化运行模型。在需求侧,考虑园区可转移电、气负荷以及建筑物维护结构虚拟储热特性建立综合需求响应(integrated demand response,IDR)策略。在供给侧引入综合能源服务商以代替能源网络引导多能协同灵活交易,综合考虑园区用能需求、响应反馈以及主网与园区联络线电交互功率变化情况优化电-气联合价格信号。通过粒子群结合混合整数线性规划的双层优化算法对上层服务商的价格信号及下层园区需求响应、经济调度等行为进行分层优化,考虑供需双侧互动过程中的相互影响,循环迭代求解出各方追求利益目标时的交互策略。算例仿真表明所提模型可在保障园区的参与满意度、用能经济性的基础上挖掘其响应潜力,对园区与主网间电交互功率进行“削峰填谷”,优化配置系统能源资源,提高系统整体经济性。     

分布式电源并网对配网馈线供电能力的影响分析

针对当前缺乏评估分布式电源DG接入对配电网馈线供电能力影响的有效手段的问题,提出一种基于分布式电源置信容量角度的评估方法。首先基于自回归移动平均ARMA模型和小时晴空指数分别建立了风光的随机出力模型,采用全年时序模型叠加随机正态分布模拟负荷。其次应用场景削减技术提高配电网可靠性计算效率,进而基于等可靠性原则提出了考虑网架故障的DG置信容量的求解流程,并从该角度提出了定量计算馈线供电能力增量的算法。最后结合IEEE-RBTS算例分析了馈线负荷、负荷曲线与DG出力相关性以及DG接入位置和容量对馈线供电能力的影响。结果表明选择DG接入负荷曲线与其出力相似度较高的馈线,以及优先规划DG以适当容量接入馈线末端有助于提升馈线的供电能力,延缓配网改造升级进程。