交直流配电网接纳分布式电源的实时仿真研究

含多种分布式电源的交直流混合配电网是未来智能配电网的架构特点。首先,建立了含两个区域的交直流混合配电基本架构,并根据各种分布式电源的容量和发电特性,将光伏电源、直驱风机、双馈风机和储能装置接入配电网的合适区域。然后,详细分析了交直流接口换流器的数学模型及其几种典型控制策略。最后,利用变流器控制方式和运行策略的多样性,对上述交直流混合配电网进行了均衡馈线出力、不间断供电和能量调度实时仿真实验。仿真结果验证了该配电网系统架构在接纳多种分布式电源方面的技术优势。     

含柔性直流装置的主动配电网优化调度研究

随着分布式电源、储能和柔性负荷等新型元素的接入,含柔性直流装置的主动配电网(active distribution netw ork,ADN)成为未来配电网发展的重要方向。含柔性直流装置的主动配电网可实现潮流的灵活控制、区域间功率的相互支援以及更大范围内资源的优化配置等。该文针对含柔性直流装置的主动配电网,建立了考虑分布式电源就地充分消纳的"区域自治-全局协调优化"的分层优化调度架构。区域自治以区域调度费用最低为目标,采用分布式模型预测控制(distributed model predictive control,DMPC)对区域内可控分布式电源、储能和柔性负荷等可控资源进行优化控制。全局协调优化在区域自治的基础上,以全网运行成本最低为优化目标,利用柔性直流装置灵活调节区域间功率,使分布式电源在更大范围内得到充分消纳。最后通过仿真验证了DMPC对区域内可控资源有功出力控制的高效性;多场景仿真结果表明,全局协调优化可通过柔性直流装置在更大范围实现区域间功率的相互支援,促进分布式电源的最大消纳,提高主动配电网运行的经济性与安全性。     

基于SOP有功-无功协同的低压配电网末端电压越限治理

分布式电源具有出力波动性,且接入位置分布不均,其高比例、规模化接入低压配电网将引发线路末端电压越限问题,如何充分利用配电一次设备对配电网的调节能力实现快速灵活调压是提升配电网对分布式电源消纳能力的关键。文中基于智能软开关(SOP)构建了柔性互联配电网,并提出一种基于SOP有功-无功协同的调压方案,相比于现有的储能系统有功调压和设备无功调压方案,在同等装置容量下具备最佳的电压调节性能,可大幅提升配电网对分布式电源的消纳能力。由于SOP的有功功率传递会同时影响互联线路电压,依据各馈线末端固有电压水平划分配电网运行模态,有机结合SOP内部储能装置,提出基于SOP多模态协同的调压控制策略,可同时实现互联配电线路的末端电压越限治理,且该方案可灵活推广应用到多端柔性互联场景。通过所搭建的柔性互联配电网仿真模型,验证了所提控制策略的可行性和有效性。     

含柔性软开关的有源配电网故障恢复策略

随着智能配电网的发展,新型的电力电子装置柔性软开关(SOP)替代配电网中传统的联络开关(TC),可增加配电网运行控制的灵活性。分析了含SOP的有源配电网正常运行和故障情况下的SOP控制模式。对于配电网中部分失电区域由于严重故障致使无法通过联络开关连接到端电源的情况,文中将该失电区域称为失联侧子网,将其余可以通过联络开关与上级网络相连的区域称为联网侧子网,并据此提出了由SOP和分布式电源协同供电的故障恢复策略。该策略考虑了联网侧子网的转供能力,可为失联侧子网恢复运行提供相应的约束。通过设定SOP为Vf控制模式,以总失电负荷加权值最小、脱离主网分布式电源最少,以及网络损耗最小为目标函数,建立了含SOP的配电网故障恢复模型,优化变量为联络开关状态及SOP的出口电压,采用混沌蚁群联合优化算法进行求解。采用含SOP的单回IEEE 33节点系统、手拉手双回IEEE 33节点系统作为测试算例,从恢复策略和负荷波动适应性两个层面验证了所提故障恢复策略的有效性,仿真结果表明该恢复策略不仅能实现配电网失联侧最大恢复供电,还能保证配电网联网侧的正常运行。     

基于柔性多状态开关的分布式电源 消纳技术评述

随着分布式电源(Distributed Generation,DG)在配电网中渗透率的不断提升,现有配电网结构、调控手段等限制了分布式电源的接入,降低了分布式电源的消纳能力。而柔性多状态开关的应用使配电网的调控能力、灵活度等多方面得到提高,因此对基于柔性多状态开关(Soft Open Point,SOP)背景下的分布式电源消纳技术进行研究具有十分重要的意义。文章介绍了常规消纳方法;从SOP的拓扑结构、数学模型、工作原理出发,在此基础上分析其控制策略;综述了基于SOP分布式电源消纳技术的优化策略;展望了消纳技术发展的新趋势以及当前研究所面临的挑战。     

含SNOP的柔性互联配电网无功优化技术研究评述

分布式电源、储能装置和电动汽车充电桩的接入不可避免地加剧了柔性互联配电网的电压和负荷波动,并参与了配电网的运行优化与控制,SNOP(soft normally open point,SNOP)的引入有效地提高了对分布式电源和波动负荷的消纳能力,因此对含SNOP的柔性互联配电网研究分析也显得尤为重要。首先分析柔性互联配电网系统拓扑;其次在对SNOP原理和功能详细介绍下,分析不同情况SNOP的运行控制方式和特点;然后建立了多端SNOP在计及和忽略损耗下的约束条件及优化模型,分析对比了含SNOP的柔性互联配电网无功优化关键技术;最后提出了含SNOP的柔性互联配电网无功优化中的问题和研究方向。     

含高渗透分布式电源配电网灵活性提升优化调度方法

高渗透率分布式电源接入配电网,加剧了配电网的波动性和不确定性,为提高配电网应对不确定扰动的能力,针对含高渗透率分布式电源配电网的灵活性提升开展研究。首先,分析了含高渗透率分布式电源配电网的灵活性需求。其次,从配电网容量灵活充裕度和分布式电源接纳的灵活适应性两个方面,提出了线路容量裕度、变压器向上容量裕度、变压器向下容量裕度、净负荷波动率、净负荷最大允许波动率5个配电网灵活性评价指标。进而构建了在灵活性指标约束下计及可中断负荷及储能的配电网灵活性提升的多目标优化调度模型。仿真结果表明,通过灵活性资源的优化调度,可以有效提升含高渗透率分布式电源的配电网灵活性,提高配电网接纳分布式电源的能力。     

基于一致性算法的柔性互联配电网负载均衡控制

传统配电网馈线负载均衡依赖网络重构来解决,但不能保障参与重构每回线路的负载动态均衡。强随机性分布式电源及冲击性负荷的高比例接入,加剧了配电网中馈线负载的实时不均衡,限制分布式电源接入容量。而网络重构动作过程的时间尺度较长,难以解决含高比例分布式电源的主动配电网负载不均衡问题。柔性互联配电网能够实现馈线间准确的潮流控制,显著有利主动配电网运行。为了解决有源配电网中馈线负载不均衡问题以及分布式电源的就地消纳,提出了一种动态调节的基于柔性互联的馈线经济负载率模型,提高了馈线运行的经济性的同时实现了分布式电源的就地消纳。同时将一致性算法与负载均衡控制策略相结合,避免了信息处理集中化的同时实现了非健全通信网络下系统的稳定运行。最后,在PSCAD/EMTDC仿真平台中搭建四端柔性互联配电网仿真模型验证了所提模型与控制策略有效性。     

柔性多状态开关反馈线性化滑模控制

柔性多状态开关(SOP)能够实现配电网馈线潮流灵活的调控,改善电压分布水平,提升配电网消纳分布式电源的能力,已成为配电网领域的一个研究热点。文中以三端口SOP为研究对象,建立了三端口SOP的数学模型。针对SOP数学模型体现出的非线性及强耦合的特点,通过坐标变换得到反馈线性化模型,对该模型设计了滑模控制器。文中将反馈线性化控制和滑模控制相结合,并用该复合控制取代传统比例-积分(PI)双环控制的电流内环,与传统PI双环控制相比,可以减少PI控制环节,降低PI参数整定的难度。根据SOP不同运行模式的要求,分别实现了各端口定直流电压和定无功功率模式、定有功功率和无功功率模式、定交流电压模式下的反馈线性化滑模控制算法。在MATLAB/Simulink中搭建三端口SOP仿真模型,仿真结果表明,与传统PI控制相比,所提出的控制策略动态性能好、鲁棒性强。最后,通过几种典型工况的仿真,进一步验证了所提控制策略的有效性。     

计及柔性直流装置的交直流配电网保护控制研究

交直流混合配电网可更好地接纳分布式电源和直流负荷,缓解城市电网站点走廊有限与负荷密度高的矛盾,已成为现代城市配电网的一个重要发展趋势。接入柔性环网控制装置后,配网由单端电源供电网络变为多端电源供电网络,其可靠性面临新的挑战。通过对交直流混合配电系统的故障特点进行总结,分析接入柔性直流控制装置后柔直侧及系统侧的保护影响,提出基于时序配合的智能装置协同控制架构。利用柔性电力电子器件的快速响应特性,设计柔性直流控制装置与交流保护控制装置配合的保护控制策略。在GOOSE有向节点及快速通信机制的作用下,运用保护控制协同策略进行故障定位及隔离,有效地增强了含柔性互联装置的交直流混合配电网可靠性,具有工程实用价值。     

含四端SOP有源配电网可靠性和供电能力评估

柔性软开关(soft open points,SOP)具有端口间的功率连续调节功能,可解决配电网与分布式电源协同运行带来的问题,同时可提升系统可靠性和供电能力。针对当前尚且缺乏具体度量手段量化SOP的配置成效问题,提出了考虑可靠性的含四端SOP有源配电网供电能力评估方法。首先,研究了四端SOP的接入拓扑和组网模式,分析了四端SOP在配电网正常运行和故障恢复过程中的控制模式;其次,结合馈线分区理念,研究了四端SOP对配电网故障后不同馈线分区停电时间的影响,构建了含四端SOP有源配电网的故障模式影响分析和负荷削减与转供模型,并提出了可靠性评估方法;再次,以可靠性为约束,建立了含四端SOP有源配电网供电能力评估模型,并提出了求解方法。最后,通过算例验证了所提方法的有效性和实用性。     

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。     

基于多端SOP的柔性配电网拓扑仿真分析

对一种基于多端智能软开关(SOP)的柔性配电网拓扑结构进行了研究,旨在利用多端SOP实现城市配电网柔性闭环运行。首先对实现柔性配电网的关键设备,即电压源换流器的拓扑选择进行了分析,选择具备直流故障阻断能力的混合子模块型MMC作为柔性配电网换流器拓扑;其次分析了基于多端SOP的柔性配电网的控制策略,选择了可靠性较高的下垂控制作为柔性配电网的整体控制策略;最后利用PSCAD/EMTDC搭建基于多端SOP的柔性配电网仿真模型,分析柔性配电网正常运行时和发生直流侧故障时的运行特性,仿真结果验证了基于多端SOP的柔性配电网的可行性。     

柔性多状态开关与分布式储能系统联合接入规划

随着分布式电源渗透率的提升,配电网运行面临着源荷强随机波动带来的挑战。柔性多状态开关（SOP）和分布式储能系统（DESS）可分别在空间和时间上实现潮流的灵活调节,进而提升配电网运行的灵活性。建立了基于时空特性的SOP和DESS双层规划模型,其中上层为选址定容层,考虑系统经济性,以配电网年综合运行成本最小作为优化目标;下层为运行优化层,以配电网网损费用和电压偏移之和最小作为优化目标。通过社区挖掘算法和改进负荷矩方法确定规划方案待安装节点集合,并采用自适应粒子群优化和二阶锥规划的混合算法求解规划模型。以IEEE 33节点系统进行算例分析与对比验证,结果表明SOP和DESS联合接入能有效改善配电网电压时空分布,且运行安装成本最低。     

新型配电网SOP定容选址及优化调控策略

高比例新能源并网使配电网涌现出潮流复杂、轻重载等问题。智能软开关（Soft open point,SOP）的出现逐渐改变了传统配电网的规划布局。新型配电网出现的SOP选址定容问题和配电网最优潮流问题亟需解决。提出了新型配电网的SOP定容选址方法和柔性互联配电网优化调控策略。首先分析了SOP接入后配电网运行特性,对基于损耗灵敏度的SOP选址方法进行了改进;然后使用粒子群算法确定SOP最佳容量配置,并以全天运行损耗成本最低为目标,通过MATLAB的GUROBI求解器得出各分布式电源和SOP的出力大小,实现最优潮流;最后以IEEE 33节点算例对所提方法进行仿真验证。结果表明,所提的配电网调控策略比传统方法更具有优势,可大幅度降低配电网网损,提高配电网新能源消纳。     

考虑电压控制成本的分布式电源优化配置

大量间歇性分布式电源并网对电网规划与运行提出了新的挑战。为达到经济成本和分布式电源接纳能力的最佳平衡,提出一种考虑电压控制成本以及电压控制效果的主动配电网一体化规划新方法。首先,分析分散式与集中式电压调整的调压特点,建立不同调压系统的技术框架、调压策略和经济成本模型;然后,建立以年综合成本最小、清洁能源发电占比最大为目标函数,以电压合格、总费用合理等为约束条件的规划模型,并运用多目标差分进化算法进行求解。以并有分布式电源的IEEE 33节点配电网系统为算例,仿真优化中计及了电压的实时控制,仿真结果验证了所提模型和算法的有效性和实用性,能在保证电压合格的情况下改善配电网经济效益,并提高接纳分布式电源的能力。     

基于SOP和VSC的交直流混合配电网多时间尺度优化控制

智能软开关(SOP)、电压源换流器(VSC)等电力电子设备具备快速灵活的功率调节能力,能够有效应对分布式电源带来的随机性和波动性。本文分析了含SOP和VSC的交直流混合配电网基本结构,针对高渗透率分布式电源接入带来的高损耗和电压越限问题,提出了一种多时间尺度协调控制方法。在日前时间尺度上,针对离散的开关变量与连续的SOP、VSC功率,以降低损耗为优化目标建立分层协调调度模型;在日内短时时间尺度上,针对电压越限风险情况,以控制电压为优化目标快速调整SOP、VSC功率。采用基于蚁群算法和原对偶内点法的混合优化算法对所提出的模型进行求解,实现联络开关与SOP、VSC功率的联立优化。通过算例仿真验证了所提模型和算法的有效性。     

柔性互联配电网供电能力概率评估

柔性互联配电网中接入的分布式电源有着随机性、相关性特征,给配电网供电能力研究带来巨大挑战。考虑到分布式电源的相关性,以Nataf变换及三阶多项式变换作为相关性处理方法;以最大负荷供应能力作为供电能力评估模型;以三点估计法、重复潮流法结合交直流交替迭代算法作为柔性互联配电网供电能力概率评估方法。在IEEE33算例中结合3端SOP构造柔性互联配电网进行方法验证,验证了所提算法的有效性,同时得到结论可以通过调整SOP的无功功率以及交流侧电压幅值的控制参数来提高系统的供电能力。     

考虑末端电压控制的含分布式电源配电网优化运行方法

末端电压控制是配电网运行控制的技术难题。随着风电、光伏等分布式电源大量接入配电网,配电网的运行控制特性更加复杂,电压调控手段更加丰富。首先分析了不同类型分布式电源的运行特性,重点研究了其无功运行特性;考虑分布式电源参与电压调控,提出了含分布式电源的配电网优化运行方法;最后基于实际系统数据构造算例,验证了所提出方法的有效性。     

背靠背柔性直流互联的有源配电网合环优化运行

高可靠性供电和大规模分布式电源友好接入推动了有源配电网采取合环运行方式。为满足合环运行的安全性和经济性要求,实现满额消纳清洁能源,提出了基于背靠背柔性直流的配电网安全合环和潮流优化控制方法。分析了背靠背柔性直流的注入功率模型和控制方式,考虑配电网与主网最优运行的差异,建立了以售电企业综合供电成本最低为目标,以网络潮流、分布式能源出力和柔性直流功率平衡等为约束的配电网合环最优运行模型。基于修改的IEEE 33节点系统,多种运行方式下的仿真算例验证了背靠背柔性直流实现配电网安全合环、环网潮流经济分布和规模化分布式电源满额消纳等目标的可行性和有效性。