Joint Planning of Active Distribution Network and EV Charging Stations Considering Vehicle-to-Grid Functionality and Reactive Power Support

This paper proposes a collaborative planning model for active distribution network(ADN)and electric vehicle(EV)charging stations that fully considers vehicle-to-grid(V2G)function and reactive power support of EVs in different regions.This paper employs a sequential decomposition method based on physical characteristics of the problem,breaking down the holistic problem into two sub-problems for solution.Subproblem I optimizes the charging and discharging behavior of autopilot electric vehicles(AEVs)using a mixed-integer linear programming(MILP)model.Subproblem II uses a mixed-integer secondorder cone programming(MISOCP)model to plan ADN and retrofit or construct V2G charging stations(V2GCS),as well as multiple distributed generation resources(DGRs).The paper also analyzes the impact of bi-directional active-reactive power interaction of V2GCS on ADN planning.The presented model is tested in the 47-node ADN in Longgang District,Shenzhen,China,and the IEEE 33-node ADN,demonstrating that decomposition can significantly improve the speed of solving large-scale problems while maintaining accuracy with low AEV penetration.

新能源场站快速频率支撑能力评估研究现状与技术展望

随着以风电、光伏为代表的新能源发电逐步取代同步机组,系统调频资源不足、抗扰动能力下降,频率安全问题凸显,新能源场站提供快速频率支撑成为构建新型电力系统的必然要求。新能源场站快速频率支撑是其内部多设备、多环节综合作用的结果,受风光资源、控制策略、电网条件等多因素的影响和制约。量化评估新能源场站的快速频率支撑能力是指导场站调频优化控制、分析新型电力系统频率响应特性、实现场站调频资源与电网交互的基础和前提。文中对新能源场站快速频率支撑能力评估问题进行了全面综述。首先,分析场站快速频率支撑的特征,并给出了场站快速频率支撑能力的定义;然后,从状态属性、控制特性、调频效果3个维度梳理了场站快速频率支撑能力的评估指标体系,并对各类评估指标的常用计算方法进行分析评述;最后,提出了值得关注和进一步研究的关键技术问题。

储能虚拟惯量主动支撑与调频状态转移控制

释放储能装置的频率支撑潜力,将是提升风、光高占比系统并网稳定性的关键。该文首先对比分析常规发电机组的固有惯量、风电机组的虚拟惯量及储能的惯性支撑特性。其次,根据系统中的储能容量配置,约束量化储能的虚拟惯量,为系统惯量需求提供评估依据,以保障频率安全。在此基础上,利用储能独特的功率支撑特性,提出恒频控制与调频状态转移控制结合的储能并网频率主动支撑控制策略,突破虚拟惯量及一次调频的传统控制模式。最后,搭建风电高渗透电网仿真系统,验证储能装置在所提控制策略下能够显著提升系统的频率稳定性,改善其对电网的主动支撑性能。

面向电网最大频率偏差的风电机组短时频率支撑最优策略与机理

当电网出现有功缺额并导致频率跌落时,风电机组可以通过释放自身轴系动能为电网提供短时频率支撑(short-term frequency support,STFS)。如何利用有限的风电机组轴系动能最大限度地支撑电网频率,是当前研究的热点问题。针对风电机组可释放动能和电网频率变化率约束下的电网最大频率偏差最小化问题,该文提出一种基于有功功率互补控制(active-power complementation control,ACC)的风电机组STFS策略,揭示STFS过程中风电机组的最小动能释放机理,并证明采用ACC释放全部轴系动能的STFS策略为上述问题的最优解。最后,基于含风电的电网动模实验平台的实验结果验证该文提出STFS策略的可行性与频率支撑效果。

海上风电场自适应多目标无功优化控制策略

针对传统固定权重多目标无功优化在应对新型电力系统复杂多变的工况时无法针对实时工况做出最合适的控制决策的问题,提出一种自适应多目标无功优化控制策略。该策略以系统有功网损和并网点电压偏离量的加权最小作为目标函数,目标函数的权重系数根据并网点电压的偏离情况自适应调节。首先,分析海上风电场并网点电压波动与有功、无功输出的关系,建立相应的无功分配模型,并针对风电机组及静止无功发生器(static var ge nerator,SVG)的输入输出特性,建立相应的无功控制模型。此外,考虑海上运行的功率约束、安全运行约束等,采用变惯性权重粒子群优化算法对无功控制策略进行求解。最后,在MATLAB中搭建海上风电场模型进行仿真验证,仿真算例表明:相较于传统固定权重多目标无功优化,自适应多目标无功优化控制策略可以根据电网实时工况,迅速调整各优化目标的优先级,较好地实现有功网损和并网点电压的协调优化。

提升电力系统安全稳定水平的风电光伏场站主动支撑技术发展及展望综述

高比例风电光伏场站接入对系统的频率稳定、电压安全稳定、同步稳定等动态特性产生显著影响,对电力系统安全稳定运行带来了严峻挑战。主动支撑技术能够提高风电光伏场站对电力系统动态支撑能力,对新能源发展起到积极作用。文中首先基于风电光伏场站动态特性分析风电光伏场站接入对系统安全稳定性的影响。然后将风电光伏场站主动支撑技术按照支撑形式、控制方法、功能实现等不同维度进行了分类论述,总结虚拟惯量控制、虚拟同步机、下垂控制等常见的风电光伏场站主动支撑技术,分析他们的运行原理、优势和仍存在的问题。最后在主动支撑技术典型应用场景中分析不同主动支撑技术的适用情况,对主动支撑技术参数设置和协调配合提出建议,为风电光伏场站主动支撑技术的发展提供了参考。

配电网静止同步补偿器的主动电压支撑控制方法研究

配电网静止同步补偿器(Distribution grid static synchronous compensator,DSTATCOM)是改善电压偏移、无功等电能质量问题的有效手段。现有的DSTATCOM大多采用基于锁相环的电网同步控制技术,因锁相环带宽和电压控制的响应速度等原因,动态电压支撑能力较弱。针对此问题,提出DSTATCOM的主动电压支撑控制方法,采用功率同步控制取代锁相环实现电网同步,控制环路由外向内依次为直流电压环、功率环、交流电压环和电流环。根据电压偏移量的大小自主调节无功功率的参考值以支撑并网点电压稳定。采用了变积分系数的无功功率控制方法,能够实现快速的功率跟踪。Matlab/Simulink仿真结果验证了所提控制方法的有效性。

基于自抗扰控制的双馈风电场分层无功功率支撑策略

随着风力发电的规模化联网,电力系统电压问题愈发突出。为提高双馈风电场在电网故障下的暂态响应特性,提出1种基于自抗扰控制(ADRC)的双馈风电场分层无功功率支撑策略。首先,描述了双馈异步风力发电机(DFIG)的无功功率边界;其次,设计双馈风电场的分层无功功率支撑策略,在场站控制器中利用自抗扰控制器产生电压控制信号,在机组控制器中采用变增益系数辅助调整电压;最后,使用Washout滤波器抑制暂态过电压,搭建基于EMTP-RV的双馈风电场仿真模型。仿真分析表明,所提控制策略在电网电压跌落时具有良好的支撑效果。

含柔性直流电网紧急频率协调控制策略

基于常规直流功率提升的紧急频率控制需消耗大量无功功率,导致电网电压稳定性下降。柔性直流输电具有有功、无功解耦、可动态提供无功支撑等优势,在此基础上分析了提升直流输电功率实现电网发生功率缺额时频率控制原理。提出一种基于柔性直流输电技术与常规直流输电技术的紧急频率协调控制策略,以频率控制对系统电压稳定性负面影响最小为目标,计及近区电网交流断面潮流安全约束,建立线性优化模型求解得到系统有功缺额下各直流功率紧急提升量。对华东电网某实际算例进行仿真分析,验证了所提控制策略的有效性。

LVRT策略对光伏高渗透率电网频率影响分析

光伏逆变器的低电压穿越(LVRT)能力对支持电网安全稳定运行有极为重要的意义,在光伏高渗透率电网中,低电压穿越期间易造成电网较大的有功功率缺额,导致频率下降。分析了目前相关国标主导的LVRT策略控制下光伏逆变器的输出特性,及其低电压穿越过程中对光伏高渗透率电网频率稳定的影响;以IEEE 3机9节点网架为基础,接入光伏电站模型进行了仿真分析,对比了两种典型控制策略下低电压穿越过程中频率的变化,建议加强低电压穿越期间光伏电站对电网的有功功率支撑作用,同时保障一定量值的无功电流和有功电流输出,实现对电网的有功功率和无功功率支撑,改善光伏电站低电压穿越性能对电网的支持作用。

分区交直流互联电网频率协调控制策略

针对跨区电网间交流输电通道因故障退出而导致的电网频率稳定问题,在分析直流功率提升快速调频原理基础上,提出一种结合常规直流输电技术(LCC-LCC)与混合直流输电技术(LCC-VSC)的频率协调控制策略。以系统频率稳定性提升量最大为目标,以联络线断面功率缺额为约束条件,计及直流送出近区电网交流断面潮流安全约束,建立优化模型求解得各直流最优功率提升策略。对规划中的某省网多分区直流互联算例进行仿真分析,验证了所提控制策略的有效性。

一种三相级联H桥光伏并网系统参与电网频率支撑的控制策略

光伏发电具有清洁、安全等特点,是解决能源危机和环境污染的有效途径。然而,光伏并网逆变器不具有转动惯量和阻尼,随着光伏发电在电网中的渗透率不断提高,大规模光伏并网对电网的频率稳定提出了挑战。级联H桥逆变器因具有模块化结构、无需工频变压器等优点,在光伏发电领域具有广阔的应用前景。针对三相级联H桥光伏并网系统,提出了一种具有支撑电网频率功能的逆变器控制策略,利用各光伏组串的有功功率储备,在不增加储能装置的情况下,实现了对电网频率动态特性的改善。针对级联H桥拓扑常见的相间功率不平衡问题,利用提出的储备功率在各相间和相内各模块间的分配方法,可实现对各光伏组串输出功率的平衡控制,最大限度保证了相间和相内各模块间的功率平衡,从而保证了系统三相电流的平衡输出,并降低了H桥模块过调制的风险。最后,在Matlab/Simulink中搭建了仿真模型和10kW模拟实验平台,通过仿真和实验对提出的控制策略的有效性进行了验证。

低短路比下双馈风力发电机组电压主动支撑的优化控制策略

随着风力发电机的大规模并网发电,并网点的短路比不断降低。风电机组并网功率增大使得线路阻抗上的压降上升,并网点电压也随之降低,进而导致风力发电机的输出功率受到限制。为改善风机并网在低短路比下电压降低致使输出功率受限的问题,以双馈风力发电机为研究对象,提出了一种基于电压主动支撑的闭环优化控制策略。该方法在实现对并网点电压的支撑的基础上,提高了双馈风电机组在低短路比下的功率传输能力,同时解决了常规电压闭环控制中由功率耦合引发的系统稳定性问题。在优化控制策略下,系统的主导极点阻尼比更大,使得系统更加稳定。最后,在11 kW的双馈电机实验平台上验证了优化控制策略下双馈电机的阶跃响应稳定性更高。

新型电力系统中电化学储能应用与关键技术综述

新型电力系统中由于新能源占比、电力电子化程度以及负载自由度具有“三高”特性,其系统拓扑结构和动态特性亦复杂且多变。在电网强度变弱、源荷波动大的背景下,新型电力系统的功率平衡和稳定运行将面对更为严峻的挑战,而电化学储能的快速响应和灵活配置可有效改善新型电力系统的动态特性,并能够在多时间尺度内发挥支撑作用。文中从新型电力系统的动态特征和功率能量平衡的需求出发,归纳常规储能技术的研究现状,探讨电化学储能在新型电力系统中的技术优势及应用前景,并进一步研究电化学储能在新型电力系统中的主动支撑作用和优化配置,为利用电化学储能维持新型电力系统安全稳定运行提供参考。

基于自适应选取下垂系数的多储能联合电压源协同调频方法

为增强高比例新能源电力系统的频率调节能力,储能电站参与到了电力系统的调频过程中,成为了频率支撑的重要电源。针对多个储能电站参与电力系统调频时如何确定输出功率的问题(将储能电站的充电状态视作输出功率为负),提出一种多储能联合电压源协调运行的自适应选取下垂系数的方法。建立了频率偏差事件出现时根据某一特定时刻的频率对频率偏差最大值进行估计的模型;根据估计出的频率偏差最大值,提出了自适应选取下垂系数的计算方法和多个储能电站之间在频率支撑时进行功率分配的方法。通过IEEE39节点系统算例将所提方法与固定系统下垂控制方法进行对比,结果表明,所提自适应选取下垂系数的方法可以充分利用储能电站响应快、充放电功率大的特点,提高对高比例新能源电力系统进行主动频率支撑的能力。

弱电网下电压控制型逆变器的自适应快速功率控制策略

电压控制型逆变器VCI(voltage-controlled inverters)在弱电网下表现出更强的稳定性,有望在可再生能源发电中得到更广泛的应用。然而,VCI的有功功率控制带宽通常低于电流控制并网逆变器CCI(current-controlled inverter)。随着电网阻抗增大和电网强度进一步降低,其调节时间甚至将长达数秒,难以满足可再生能源发电最大功率点跟踪MPPT(maximum power point tracking)的要求。此外,现有的以功率环改造为特点的VCI有功功率快速控制方法,则可能导致弱电网下VCI稳定性损失。针对这一问题,建立了VCI并网系统的详细输入-输出模型,揭示了弱电网下VCI功率环改造法面临稳定性和快速性矛盾的根源,并提出了一种基于外环改造和功率指令前置滤波的VCI有功功率快速控制方法,能够有效提升VCI有功功率控制带宽,且不影响其弱电网下的稳定性,进一步实现了基于VCI的MPPT控制;针对短路容量比和电网阻抗大幅波动对所提控制的影响,又提出了一种基于电网阻抗在线辨识的VCI有功功率快速控制自适应方法。最后,实验结果验证了所提方法的有效性。

单级式光伏发电有功备用虚拟同步发电机频率支撑策略

光伏发电系统通常工作在最大功率跟踪模式,无法为电网提供惯性和频率支撑。虚拟同步发电机(VSG)控制可提供类似同步发电机的行为特性,但通常应用于储能或光储系统。以单级式光伏拓扑为对象,提出一种有功备用的光伏VSG控制策略。该策略源于光伏阵列P—V特性曲线和同步发电机功角特性曲线的相似性,光伏阵列电压直接响应电网频率变化,实现对直流电压控制的同时,提供类似同步发电机“自发”惯性响应。设计了一种基于短路电流估算的光伏最大功率估算方法。该方法无需额外传感器和复杂估计算法,与所提VSG控制策略融合,实现递推估算。不同场景下仿真结果验证了所提方法的有效性和优越性。

电力电子变压器辅助电网调频控制

为减小当前低惯性电力系统受到扰动时的频率偏差,提高系统惯性,本文基于控制负荷消耗理念提出了一种基于电力电子变压器的频率控制策略。根据有功/频率下垂特性,电力电子变压器通过在线负荷灵敏度识别准确地控制电压敏感负载的电压来改变负载有功消耗,可作为功率储备用以支持配电系统的一次调频,在频率暂态期间为系统提供有功支撑。最后设计了应用场景,通过仿真验证了其有效性。结果表明,在相同扰动情况下,使用电力电子变压器进行辅助调频能够有效减小频率偏差,提高系统的抗干扰能力。

考虑有功备用的光伏发电接入配电网的频率支撑研究

随着光伏并网系统越来越多,发电机侧和负荷功率平衡被破坏而出现功率缺额的现象频发。这种功率缺额现象会导致电网频率发生波动,影响稳定性,当电网频率变化时,若光伏发电系统工作在最大功率,则无法通过提高有功功率参与电网调频。针对两级式光伏并网发电系统,基于光伏有功备用思想,提出了减载控制和虚拟同步机(VSG)相结合的控制策略,使得光伏发电系统参与电网频率调节,且能保持较好的稳定性。仿真验证了在提出的控制策略下光伏发电具有较好的频率支撑能力。在αβ坐标系下引入虚拟阻抗的虚拟同步机控制策略,通过调节光伏有功功率实现调频,使得频率能够在0.6 s以内恢复;且能够提高光伏发电系统稳定性。

基于积差调节的储能变流器主动电压支撑控制

针对大规模储能变流器(PCS)应用于电网主动支撑调压领域进行了研究,基于分布式电源的传统下垂控制方式并结合PCS恒功率控制策略等特点,提出了基于模拟下垂的等效一次调频调压方法。同时在传统积差调节法的基础上,通过增加频率瞬时偏差信号进一步得到基于PCS的改进二次调频调压控制方法。最后,通过RTDS硬件在环实验平台验证了所提大规模PCS一、二次调频调压控制方法的有效性和正确性。