基于静止同步补偿器的主动配电网分区电压控制

主动配电网(active distribution network,ADN)中分布式电源(distributed generation,DG)的规模化接入与应用使得电压控制面临更加严峻的挑战。针对ADN提出一种基于电压控制设备响应速度的分层、分阶段电压协调控制框架,重点研究分区电压控制层中静止同步补偿器(distributed static synchronous compensator,DSTATCOM)和DG协调配合的两阶段分区电压控制策略(two-stage zonal-voltage control,TSZVC):在第1阶段,DSTATCOM采取考虑区内相邻线路潮流的电压控制策略,DG不参与电压控制;在第2阶段,DSTATCOM和DG进行平滑无功转移,确保DSTATCOM维持一定的无功容量可再次投入电压补偿。Simulink仿真表明,TSZVC综合优化了ADN中区域各公共连接点的电压水平,有效避免了传统配电网电压控制缺乏管理引起的调压设备和调压控制策略相互干扰影响的问题。

智能配电系统分区电压控制技术研究综述

配电系统电压控制已经成为配电运行控制系统中最重要的功能之一。有效的电压控制可以降低线损,改善馈线电压水平以及提高系统安全性。在对DG接入配电系统带来的复杂电压波动问题产生的原因进行分析的基础上,分析配电系统电压控制的主要手段,指出分层电压控制是智能配电系统中广泛使用的电压控制方案,而其中的分区电压控制层是提高系统电压质量、提升系统电压调节速度、保障系统电压稳定的中坚环节,同时也是连接中央电压控制和本地电压控制的关键环节。继而对分区电压控制在微网和主动配电网中的研究成果进行针对性的回顾与评述。最后对智能配电系统分区电压控制技术发展方向进行了展望。

基于局部测量的含分布式光伏县域配电网分区电压控制

分布式光伏接入县域配电网,使潮流更加复杂,给电压控制带来很大挑战。文章提出一种基于县域配电网局部量测信息的动态分区和电压控制方法。依据网络结构按负荷“就近供电”进行初始分区,再依据分区调压的无功储备需求对初始分区作局部调整,利用分区凝聚算法形成最终动态分区方案;基于光伏本地调压能力的不足,提出一种考虑分区的电压分布式控制策略。通过IEEE 69系统仿真实验,验证了文章分区方法与电压分区协调控制策略的有效性。

考虑风电出力不确定性的电网无功-电压控制鲁棒分区方法

基于无功就地平衡的原则对电网分区,是电力系统无功电压分层分区控制的关键。目前,随着风电等出力具有较强随机性和波动性的可再生能源发电渗透率大幅增长,系统运行状态发生较大变化的可能性大幅增加。新能源出力的大幅波动可能造成系统潮流的大范围变化。现有无功电压控制分区方法依赖潮流信息,当潮流发生较大变化时,分区结果也会发生较大变化,进而影响无功电压控制效果。提出一种适应频繁多变潮流的无功-电压控制鲁棒分区方法。首先,利用高斯混合模型刻画了风机出力随机特性,进而基于线性潮流推导网络节点电压的概率分布;然后,以Wasserstein距离为基础,从节点电压相关性角度出发,在统计意义上定义了节点间的电气距离;最后,以社团理论中的模块度指标最优为目标实现区域的划分。基于新英格兰39节点系统的仿真算例表明,该方法在保持分区鲁棒性的同时,能够较好地实现区域间电压控制解耦。

基于改进模块化指数的有源配电网电压分布式控制策略

传统高渗透率光伏配电网分区方法不能充分利用区内资源,经济性低。为此,提出考虑电压灵敏度和区内平均灵敏度的性能指标,采用改进的逐步反向贪婪算法得到最优分区结果;再以分布式光伏有功缩减和网损最小为目标,建立分区分布式电压优化控制模型。该模型为非凸模型,通过增广拉格朗日函数进行适当变换,基于交替方向乘子法进行全局优化控制,并采用CPLEX商业求解器对所建模型进行求解。最后,用改进的IEEE-33节点系统进行算例验证。结果表明:所提出的分区方法充分考虑了区内自治能力,减少了资源的浪费,在提高经济性的同时,也能保证配电网安全稳定运行。

基于光伏逆变器调节的中低压配电网电压分层协调控制策略

针对高比例分布式光伏接入配电网引起的电压质量问题,提出一种基于光伏逆变器调节的中低压配电网电压分层协调控制策略。首先分析了中低压有源配电网电压控制方式,提出一种光伏逆变器电压区间分区控制方法;然后,提出了中低压配电网2阶段分层控制架构,构建以网络损耗最小、电压偏差最小和分布式电源消纳最大为目标的优化控制模型;最后,结合IEEE 33节点算例以及某实际配电网算例对有源配电网分层控制策略进行验证。IEEE33节点算例表明,优化方法可使配电网整体损耗降低3.79%,电压偏差率降低27.29%;实际配电网算例结果表明,优化方法可使配电网整体损耗降低36.33%,电压偏差率降低62.59%,并可有效提高光伏消纳平衡能力,保障有源配电网安全稳定运行。

面向多分布式电源的微电网分区电压质量控制

电压不平衡和电压暂降是微电网中突出的电压质量问题。针对含单公共连接点(point of common coupling,PCC)和多PCC的微电网,提出一种基于下垂控制的面向多分布式电源(distributed generation,DG)的分区电压质量控制(zonal-voltage quality control,ZVQC)策略,将二次电压控制的思想引入DG的本地控制,不仅改善了微电网正常运行时PCC的电压质量,还可在微电网故障导致电压平衡跌落和不平衡跌落时能够支撑PCC电压并改善其不对称度,实现微电网区域及全网电压质量改善。此外,给出微电网ZVQC的原则,讨论DG附加容量的规划方法,并给出ZVQC的实施方案。最后在PSCAD/EMTDC中建立IEEE P1547.4典型微电网拓扑,仿真验证了所提方案的有效性和可行性。

含风电场的电力系统电压控制分区方法

将风电出力概率分布离散化为多个场景,选取其最具有代表性的期望场景,在基于无功源控制空间的基本思想的基础上,求得该场景对应的全维电压/无功灵敏度矩阵,采用基于传递闭包的模糊聚类方法,得到一种含风电场的电网电压控制分区方法。该方法采用概率的方法将风电场出力变化纳入分区算法中,合理地解决风机出力的随机性与系统运行要求尽量稳定的矛盾;并考虑了风电场电源与系统各节点之间的相互影响,能够一次性对整个系统各节点分区,优于以往算法或多或少需要人工介入部分节点归类的弊端,为实现在线实时分区提供了条件。

基于Tabu搜索的电压控制分区

电力系统的电压控制分区是一个非线性的大规模组合优化问题 ,使用常规方法常难以得到理想的结果。文中首先基于电压幅值对无功功率的灵敏度定义了电力系统各节点间的电气距离。然后根据电气节点间电气距离的关系 ,将电气节点映射到几何空间 ,从而将电力系统分区问题转化为几何空间中点的聚类问题 ,由此建立了电压控制分区的组合优化模型。 Tabu搜索法被用于求解该模型。最后在 IEEE1 1 8节点测试系统上对该方法进行了验证 ,结果表明该方法有效、可行。

风电接入下基于AP聚类的无功功率—电压控制分区方法

电网无功功率—电压控制分区是分级电压控制的基础。风电接入造成电网运行状态具有随机波动性,为获得能适应各种风电出力稳定的全网分区,考虑以节点间电气距离期望矩阵作为分区依据,采用先进的仿射传播(AP)聚类进行电网节点分区。由于PQ节点与PV节点响应过程不同,首先基于AP聚类对PQ节点进行分区;然后以PV节点为论域,在保证区域连通性和可控性的前提下实现PV节点归类至合适的PQ分区,最终完成全网分区。最后从聚类区内耦合性、区间解耦性以及分区电压控制灵敏度出发,定义分区质量评估指标,客观评价分区质量。仿真结果表明了所提方法的可行性和有效性。

基于多目标模块度的多层次电压控制分区方法

提出了衡量无功源控制耦合程度的电气距离定义以及评价分区质量的多目标模块度指标,并提出了一种多层次电压控制分区方法。该方法由化简、分区与还原调整3个阶段组成。化简阶段通过降低聚类数据的维度处理高维聚类问题,并降低问题规模;分区阶段基于凝聚聚类和多目标模块度指标得到兼顾区域内可控性和区域间解耦性的最优分区方案;还原调整阶段调整区域边界节点进一步优化分区方案。同时,计算过程保证了分区内部的连通性。算例验证了该方法的正确性和可行性。结果表明该分区方法得到的分区方案质量较高,可用于大系统电压控制分区问题。

模糊聚类法在二级电压控制分区中的应用

电力网络分区常用于电力系统状态评估、稳定控制、电压控制等领域。使用模糊聚类分析方法解决二级电压控制中的分区问题。文章首先系统阐述了模糊聚类方法的原理,然后基于无功源控制的思想,以电网中的节点为分类对象,每个无功源对其控制作用构成这个对象的特征指标,并结合新英格兰39节点系统论证应用模糊聚类完成电网分区的步骤。验证结果表明该方法有效、可行。

基于电压控制分区的发电机无功备用优化方法

发电机无功备用对电力系统电压稳定和电压控制具有重要意义。提出了基于电压控制分区的区域发电机无功备用定义,该定义综合衡量了区域发电机无功备用对静态电压稳定和准稳态电压控制的价值以及无功备用的可供给性。分析了控制变量的特性和选取方式,建立了用于优化区域无功备用和区域电压水平的二次规划模型,提出了逐次分区优化求解算法。通过3节点系统算例验证了无功备用定义和控制变量选取方式的合理性。通过IEEE 118系统算例验证了优化方法的正确性和可行性,优化方案显著提高了区域无功备用量和电压稳定裕度,改善了电压水平。区域无功备用优化方法将高维的无功备用优化原问题简化为少量的低维区域优化子问题,具有较高的容错性和计算效率,可用于较大规模系统的发电机无功备用评估和优化。

基于免疫—中心点聚类算法的无功电压控制分区

针对传统分区方法电气距离定义的缺点,提出一种新的电气距离即空间电气距离。依据系统中各节点之间无功电压变化关系,将系统各节点映射到一个多维空间中,节点之间的空间距离便是其电气距离,依据此距离将各节点进行归类,从而把无功电压控制分区问题转化为数学上的空间聚类问题。针对无功电压控制分区的特点并借鉴聚类算法,提出免疫—中心点聚类的无功电压控制分区算法并将其运用于IEEE118节点系统,对分区结果进行分析并与其他算法结果比较,验证所提出的算法的准确性和可行性。

计及分区动态无功储备的无功电压控制模型与方法

当前电网无功电压自动控制算法未能很好地提高系统电压稳定性。以电压控制分区动态无功储备作为系统电压稳定性的量度,提出一种无功电压控制优化模型。通过计算各分区关键节点的电压-无功曲线得到无功源的有效无功储备,以故障下无功源出力的最大变化量作为各分区最小无功储备,将分区动态无功储备作为目标函数和约束条件加入优化模型中,以达到在保证电压稳定裕度的同时减少系统有功网损和实现电压控制的目的。IEEE 118节点系统的仿真结果和在某实际电网自动电压控制系统中的应用表明,所提出的模型与方法是有效的。

基于Normal矩阵谱平分法的快速电压控制分区

为提高电网中二级电压控制分区的速度,提出种基于复杂网络谱平分法的电压控制分区新算法。该算法采用节点导纳矩阵虚部作为电压控制分区简化拓扑模型的元素,并通过分析分区模型的Normal矩阵,直接获取分区聚类样本,在保证区域无功就地平衡的条件下,能够有效降低算法的时间复杂度。采用改进初始聚类中心的K-means聚类算法保证了分区时的稳定性,同时,模块度指标和无功储备校核的引入使优分区结果更客观、更可信。通过IEEE 39节点和IEEE 118节点标准测试系统对谱平分法分区的可行性和效率进行仿真计算和验证。分析表明,该方法能够快速有效地获取合理的电压控制分区方案,分区结果可为二级电压控制分区的工程实践提供参考。

一种区域耦合度指标及其在电压无功分区控制中的应用研究

针对现有电压无功控制分区方法中缺乏定量评判分区结果优劣的问题,提出了以节点电压无功耦合度为基础的区域耦合度指标以及用于选择区域主导节点的节点区域耦合度指标。同时通过对节点进行模糊聚类,建立了一套集分区、评价、控制于一体的电压无功VQ耦合度分区控制方法。将此方法应用于湖北电网,对分区控制结果进行验证可得:该分区方式中各区域具有较强独立性,区域无功源扰动只对本区域电压影响较大,对其他区域影响较小,所提出的耦合度指标意义明确、计算简单、实用性强。

基于Dempster-Shafer证据理论的无功/电压控制分区

提出一种基于D-S证据理论的电网无功/电压控制分区方法。首先根据电气距离计算基本概率分配的分区支持度和模糊样本相似度的分区支持度;再对这2种支持度进行D-S融合,提高分类可靠性,形成客观分区证据。如果某节点客观分区证据不充分,还可以考虑专家群的意见综合评判,融合主客观综合证据得到更符合实际的分区结果。IEEE-118节点系统的分区测试,证明了所提分区策略是可行和有效的。

基于能量信息加权复杂网络的社区挖掘电压控制分区

首先基于静态能量函数法,构建了一种改进后的支路无功势能数学模型。从支路能量信息出发,结合复杂网络理论,提出了量化无功势能的线路权重系数。其次,针对电压控制问题,建立了基于支路无功势能的电网加权拓扑模型。然后,利用社区网挖掘的分区理论,采用最大线路介数法对该加权拓扑网络进行电压区域划分。最后,通过IEEE30节点系统对此方法进行仿真,并将所得分区结果与其他方法进行分析比较,结果表明该方法有效、可行。

充放储一体站并网的多级阶梯电压控制分区方法

针对电动汽车充放储一体站并网带来的电压问题以及电压控制分区方法的不足,提出一种一体站并网的多级阶梯电压控制分区方法。在定义无功源控制的电气距离和评价分区质量的加权社团结构(community structure,CS)多目标模块度指标的基础上,多级阶梯电压控制分区方法分降维聚类、分裂凝聚、还原调整3级进行最优分区。在分区中结合电网运行状态,对一体站功能行为进行多场景优化,根据场景概率计算无功期望。算例采用IEEE39节点系统对一体站并网进行电压控制分区,验证了方法的合理性和正定性,反映出一体站并网对分区带来的影响;同时采用IEEE118节点系统进行电压控制分区,验证了方法应用在大系统中的合理性和高效性。