混合交直流主动配电网接纳裕度双重不确定性优化模型

接入的电能超出配电网接纳裕度时,为使充电接纳裕度最大化,风光出力波动最小化,提出混合交直流主动配电网接纳裕度双重不确定性优化模型。获取双重不确定因素,以电动汽车充电接纳裕度最大化、风光出力波动最小化为目标,以节点电压、风光出力以及接纳裕度等为约束,构建配电网优化模型,并通过混沌二进制粒子群算法求解优化模型,得到迭代后的最佳优化结果,实现配电网接纳裕度双重不确定性优化。经试验验证:通过该方法优化后,配电网的平均接纳容量从1 200 kW达到了2 000 kW左右,且始终保持在接纳裕度的优质区间内;接入不确定性电能类型后,节点的电压越限概率均最高在2.7%,各节点产生的弃能均保持在6 MW·h以下;各节点在峰时接入风、光机组时,风、光出力的最高波动值依然低于3.5 kW·h;当配电网处于恶劣环境下,日常接入不确定性电能时,配电网的有功网损处于0.25~0.40 MW之间。

计及源荷不确定性的混合交直流主动配电网分层-分布式优化调度

混合交直流主动配电网是未来配电网发展的主要形式,针对混合交直流主动配电网集中式优化存在优化时间长、对区域内隐私保护性不强以及源荷出力不确定性的问题,提出计及源荷不确定性的混合交直流主动配电网分层-分布式优化调度策略。该策略在混合交直流主动配电网区域内以预测场景和抽样场景的期望运行成本之和最小为目标,建立两阶段随机规划模型,采用Benders分解算法分解成主、子问题交替迭代求解;在区域间为兼顾各区域数据私密性及实现并行计算,以各自区域内主问题运行成本最优为目标,采用同步型交替方向乘子法进行分布式计算。所提策略通过各区域主问题连接区域间和区域内形成整体优化,从而保证模型达到全局最优。最后,通过算例分析验证了所提的分层-分布式优化调度策略的有效性。

基于二阶段鲁棒博弈模型的微电网群及混合交直流配电系统协调能量管理策略研究

随着可再生能源技术的迅速发展,微电网及其群落出现在配电网中。高渗透率的可再生能源给配电系统带来较高的不确定性,此外,多市场主体下的复杂博弈关系,在系统层面进一步加深不确定性的影响。然而,具有高灵活性和可控性的混合交直流配电系统为解决上述问题提供了有效途径。基于此,该文提出一种基于二阶段鲁棒博弈模型的混合交直流配电系统协调能量管理方法,该方法旨在协调混合交直流配电网与微电网群间的功率交互,通过寻找模型的均衡点,可为每个市场主体提供最佳的能量管理决策,实现各方收益的均衡化,促进电力市场开放和发展。除了考虑经济因素外,为了抑制可再生能源出力不确定性对电力市场主体间功率交互的影响,在模型中还增加了鲁棒优化,通过对交直流变流站的优化控制与实时管理,抑制不确定性对系统稳定性的影响,实现配电系统安全经济运行。最后,通过对改进的IEEE-33节点混合交直流配电系统算例进行分析可知,所提方法实现了各方主体收益的均衡化,并能维持系统电压在规定范围内,有效实现了配电网与微电网的协调发展。

基于二阶段鲁棒优化模型的混合交直流配电网无功电压控制策略研究

交直流配电网(AC/DC distribution network,HADDN)作为主动配电网迅速发展的重要分支,其关键技术之一是以无功电压控制为核心的优化运行技术。该文提出一种基于二阶段鲁棒优化模型的混合HADDN无功电压控制方法,该方法可有效协调传统无功电压设备和交/直流变流站,寻求鲁棒最优的协调控制方案,有效应对可再生能源的不确定性。此外,由于所提模型属于一种双层规划问题,该文采用列约束生成解耦算法,并由Matlab平台调用商业求解器实现求解,保证了模型求解的快速性和有效性。最后,通过改进的IEEE33节点混合HADDN算例分析,结果表明本中所提方法可有效降低系统运行成本,并能维持系统电压在规定范围内,与传统无功电压控制方法相比具有明显优势。

含SOP的交直流混合配电网日前优化调度

为实现交直流混合配电网的高效运行,提出一种含智能软开关的交直流配电网优化调度方法。在对应用于交直流配电网的智能软开关工作原理进行阐述的基础上,建立含智能软开关的交直流配电网优化调度模型。通过线性化和凸松弛技术,将所建立的非线性优化模型转化为二阶锥规划模型,并且采用改进的50节点算例分析验证模型的有效性。算例结果表明,基于所建模型得到的智能软开关运行策略能够降低配电网运行损耗及改善电压越限的情况,显著提高混合配电网的经济性。

基于线性化方法的交直流混合配电系统网架规划

随着配电系统中直流设备的大量接入,交直流混合配电系统得到越来越广泛的应用。为适应交直流混合配电系统中不同交直流(AC/DC)类型的负荷或电源的接入,提出一种新的交直流混合配电系统网架结构规划方法,该方法考虑了网架交直流配置的所有可能性。首先以二进制网络矩阵描述配电系统的网架结构;其次建立网架单层规划模型,将规划变量和运行变量同时进行优化以提升全局寻优能力;最后将单层规划模型进行线性化处理,转换为混合整数线性规划问题以提升求解效率。仿真结果表明,所提方法能够为配电系统中不同交直流类型的负荷和电源的接入提供最佳的网架配置方案,相比于传统的纯交流规划方案具有更好的经济性和供电能力,在算法上与经典遗传算法求解的双层规划方法相比,具有更好的全局寻优能力和计算效率。

考虑光伏随机性的交直流混合配电网鲁棒机会约束安全域模型

为实现高比例光伏接入下交直流混合配电网的安全评估,构建了交直流混合配电网的鲁棒机会约束安全域模型。首先,提出一种基于区间划分的自适应带宽核密度估计方法,以获取光伏预测误差概率分布,构建光伏出力机会约束不确定集合;其次,采用功率与节点电压幅值比值为状态变量,在已有交流线性化潮流模型的基础上推导一种交直流混合配电网线性化潮流模型;然后,提出交直流混合配电网鲁棒机会约束安全域的概念和模型,结合列与约束生成算法和径向迭代搜索算法生成可观测的鲁棒机会约束安全域空间。最后,算例分析验证了所提模型能够在鲁棒机会约束安全域上准确、直观的反映光伏出力的随机性,进而为交直流混合配电网的准确安全评估提供支撑。

高比例分布式可再生能源交直流混合配电网运行调控:科学问题与技术框架

随着分布式可再生能源发电与中低压直流组网技术的快速发展,未来配电网必然向复杂的交直流混合形态演进,其运行调控技术面临许多新的挑战。在高比例分布式可再生能源交直流混合配电网(HR-HDN)运行调控技术发展需求分析的基础上,提炼出HR-HDN运行调控技术的3个科学问题,并以多类型可控设备协同、源-网-荷-储高度互动化和市场化需求为研究主线,从稳定控制、故障主动防御与恢复、电力市场机制辅助调控以及“平台+数据”数字化集成调控4个方面,提出了HR-HDN的运行调控技术框架。最后,对HR-HDN运行调控关键技术的未来发展进行了展望。

基于数据驱动多面体集合的交直流混合配电网鲁棒调度方法

针对现有配电网鲁棒调度方法缺乏对不确定参数相关性问题的考虑,提出了一种基于数据驱动多面体集合的交直流混合配电网鲁棒调度方法。首先,构建分布式光伏出力的传统多面体集合,利用历史数据驱动形成了相关性包络图,通过弯曲多面体集合边界,建立了相关性多面体集合模型。然后,在此基础上,针对相关性多面体集合存在鲁棒性差和保守性大的问题,建立了数据驱动的多面体集合模型。进一步,建立了基于数据驱动多面体集合的交直流混合配电网鲁棒调度模型,并采用列与约束生成(column and constraint generation,CCG)算法对鲁棒调度模型进行求解。最后,改进的IEEE33节点系统仿真结果表明,基于数据驱动多面体集合的交直流混合配电网鲁棒调度方法可以减少优化结果的保守性,提高其鲁棒性,证明了所提出方法的有效性。

计及多重差异的交直流混合多能微网多时间尺度优化调度

近年来,可再生能源发电、热电联产、储能和电力电子变压器(PET)等技术发展迅速,有利于构建多能互补、清洁高效的交直流混合多能微网(MEMG),但不成熟的PET模型和复杂的不确定性为系统的优化调度带来了挑战。为此,首先构建了一种基于三级式PET的交直流混合MEMG结构,建立了包括PET在内的设备模型和不确定性模型;其次,提出了计及多重差异的MEMG多时间尺度优化调度策略,明确了日前-日内-实时三时间尺度调度的协调机制,其中,多重差异包含需求响应资源、系统调度目标和源荷预测精度在时间尺度上的差异,以及不同能量的响应特性差异;再次,建立了对应的多时间尺度优化调度模型,包括日前鲁棒机会约束优化模型、日内随机优化模型和实时分层滚动修正模型,并在日前调度中,改进了传统储能和电热耦合设备的备用模型,设计了基于PET的交直流系统备用共享机制,将调度模型转换为混合整数线性规划模型,给出了利用CPLEX求解器求解多时间尺度调度模型的步骤;最后,通过算例分析表明,所提调度策略可以通过逐级修正调度计划应对不确定性,且所设计备用方案兼具可靠性和灵活性。

基于子网优先级驱动的交直流混合微网集群双向互联变流器分散式控制策略

随着可再生能源渗透率的不断提高,交直流混合微电网集群逐渐成为新型电力系统的弹性解决方案。考虑到实际运行中各子电网优先级和电能质量需求存在差异,该文提出一种基于子网优先级驱动的交直流混合微网集群双向互联变流器分散式控制策略,以实现系统的弹性功率交互。首先,通过将归一化的交流频率和直流电压值作为子电网的状态偏差因子,以最小化全局总偏差因子为目标构建了用于交直流混合微电网集群的最优电力交换模型,该模型充分考虑了子电网的优先级指数和供电容量;其次,基于最优电力交换目标,提出用于双向互联变流器的准下垂控制策略,由于该策略中双向互联变流器仅需检测本地交流频率/直流电压的状态偏差因子,因此可以实现对交直流混合微电网集群整体偏差因子最小化的分散式最优功率自主协同控制;最后,构造了两个仿真实例,并利用半实物仿真系统验证了所提策略的有效性。

考虑电动汽车和蓄电池联合储能的交直流混合微电网功率协调控制策略

针对电动汽车作为灵活储能分散接入交直流混合微电网后过度依赖双向互联接口变换器进行子网间储能交互的问题,提出一种考虑电动汽车和蓄电池联合储能的交直流混合微电网功率协调控制策略。首先,考虑交、直流子网净功率和功率互济级最大传输功率作为约束条件,将其划分为四种运行状态,并进一步分析功率互济级功率传输方向和储能荷电状态,详细划分不同模式对应的具体工况;然后,考虑电动汽车和蓄电池的响应优先级,设计联合储能动作规则,并详细研究交、直流子网和联合储能子网间的功率交互,制定功率协调控制策略,提出系统模式及工况切换方法;最后,基于Matlab/Simulink仿真平台搭建了交直流混合微电网仿真模型对所提控制策略进行验证。

孤岛模式下交直流混合微电网互联变流器新型控制策略

孤岛模式下交直流混合微电网可以通过互联变流器(interlinking converter,IC)实现交流微电网和直流微电网的功率互济。针对孤岛模式下IC采用传统下垂控制和基于比例积分(proportional-integral,PI)的电流控制方案存在惯性小、动态性能差的问题,提出了基于虚拟同步机(virtual synchronous generator,VSG)的新型控制策略。首先,在传统下垂控制的基础上,通过引入交流频率和直流电压的微分量,提出了改进的VSG控制方法,以提升系统的电压和频率稳定性。然后,在IC的电流环,提出了固定时间滑模控制(sliding mode control,SMC)方法,提高了系统的动态性能。接着,在交流微电网和直流微电网中引入了功率二次控制,实现了系统电压和频率恢复。最后,基于远宽StarSim硬件在环实时仿真平台搭建的交直流混合微电网模型,验证了所提新型控制策略可以实现交直流微电网子系统间功率互济,提升了系统的惯性和动态控制性能。

交直流输电线路混合电场的人体感受试验及设计控制值研究

交直流输电线路同走廊和同塔架设是随着我国电网技术发展而出现的新输电方式,国内外尚无相应的交直流混合电场设计控制值标准。因此,设计同走廊和同塔架设的交直流输电线路时,导线对地高度和走廊宽度的选取面临无据可依的难题。该文提出确定交直流混合电场设计控制值的原则;开展不同交流(工频)电场和直流电场组合下的人体直接感受和暂态电击感受试验;通过对试验结果的统计分析,获得不同概率下人体不出现明显感受时的交流(工频)电场和直流电场关系曲线;在此基础上,得出确定交直流输电线路混合电场设计控制值的公式。该研究可为同走廊和同塔架设交直流输电线路设计中交直流混合电场的控制提供一定技术支撑。

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。

交直流混合配电台区光伏消纳优化控制

光伏发电系统输出的电压随环境而变化,导致光伏消纳效果不佳,为此提出交直流混合配电台区光伏消纳优化控制方法。根据光伏电源接入充电站的配电台区互联结构,制定多台区光伏消纳分区管理模式。充分考虑能源转换设备运行约束,构建火电-光伏-用电设备出力模型,通过对火电机组运行成本、光伏未消纳、负荷需求响应补偿成本等因素的调控实现削峰填谷。采用能量交互控制模式改善光伏发电特性,以输出的最大无功为目标,实现光伏消纳优化控制。实验结果表明,该方法与实际输出电压基本一致,只有在无遮挡情况下,场景1有小部分输出电压未超过200 V,说明该方法的光伏消纳效果较好。

抑制电压不平衡交直流混合微电网互联变换器的控制策略

针对特定的交直流混合微电网,给出了抑制电压不平衡的互联变换器控制策略。该控制策略采用双同步坐标系的正负序分离方法,经过坐标变换,解耦和低通滤波器,提取电压的正负序分量;基于瞬时功率的理论,推导出含有正负序分量的有功和无功功率表达式,给出了抑制直流电压波动和实现单位功率因数控制的正负序电流给定;进而基于矢量控制结构实现互联变换器控制。根据Matlab/Simulink环境下的仿真结果,证明了所提抑制电压不平衡控制策略的正确性和有效性。

基于交直流混合网络的电能路由器协同控制与调度优化

随着各种新型能源的发展,电网的能源需求也逐渐从化石燃料过渡为环境友好型能源,而这些能源的分布与智能微电网的发展密切相关。且交直流混合配电网调度面临着系统稳定性、供电可靠性、资源管理、智能化调度和协调与通信等多方面的挑战。该文首先提出一种串联式拓扑结构的电能路由器(ER),可以有效地整合分布式电源、储能设备和负荷,提高微网的运行效率和可靠性。在此基础上提出一种基于交直流混合网络的电能路由器协同控制与调度优化算法,该算法以微网的电压的平均偏差、功率损耗、平均线路压降为优化目标,选择最优的传输路径。最后进行实验验证,结果表明,该方法可以降低微网的运行成本,延长储能设备的寿命,提高电能质量,为交直流混合微网提供了一种可行的优化方案。

基于增量成本的交直流混合微电网分级分布式控制策略

由于交直流混合微电网中分布式电源的成本各异,按照容量比例分配功率的下垂控制易造成系统成本较高,文中提出基于增量成本的下垂控制。为进一步解决线路阻抗不匹配对功率分配精度的影响,充分考虑微电网的经济运行,提出基于一致性算法的分级分布式控制策略。该控制策略分为子网级控制与系统级经济控制。子网级控制在基于增量成本的下垂控制中引入频率/电压二次控制项和成本二次控制项,恢复交流频率与直流电压,同时实现子网之间的分布式电源的经济功率分配。在系统级经济控制中引入“相对频率指数”与“相对电压指数”,构造双向互联变流器的本地控制策略,并进一步引入基于一致性算法的功率二次控制项,实现各分布式电源增量成本一致,从而达到系统全局最优的经济运行。最后,对交直流混合微电网模型进行仿真,验证了所提控制策略的有效性。

计及信息不确定性的多端交直流混合配电网分布式二级协同控制

分布式一致性控制(distributed consensus control,DCC)因其灵活协同能力成为交直流混合配电网二次控制的新途径.然而,传统DCC并未考虑实际通信环境中存在的随机时变时延和数据丢包问题,这致使其在非理想通信环境下难以稳定跟踪一致性期望目标.为此,本文提出一种计及信息不确定性的分布式二级协同控制策略.利用变量累加补偿机制,对时变时延和数据丢包进行统一等效.进而基于附加一致性算法(surplus consensus algorithm,SCA)构建具有零稳态误差特性的估计器,并对其收敛性进行推导证明.在此基础上,设计稳态收敛性能不受通信约束干扰的SCA-DCC控制器,实现非理想通信环境下的精准平均电压偏差调节和有功功率成比例分配.随后,以时延容忍度为指标优化SCA-DCC控制器参数,满足系统在不同通信条件下的稳定需求,进一步增强控制器的通信鲁棒性.仿真结果表明,在不同功率扰动和故障工况下,与现有控制策略相比,所提控制策略能够克服时变时延和数据丢包产生的负面影响,在维持较优动态响应性能的同时使稳态电压偏差降低73.08%~85.25%,具有控制精度高和抗扰动能力强的特点.