湖南大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院、國(guó)網(wǎng)湖南省電力有限公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院的研究人員潘舒揚(yáng)、李勇、賀悝、潘馨、胡斯佳，在2019年第21期《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》上撰文，由于可再生能源出力的間歇性與隨機(jī)性給配電網(wǎng)電壓控制帶來(lái)了挑戰(zhàn)，因此本文提出了一種考慮微電網(wǎng)參與的主動(dòng)配電網(wǎng)（ADN）無(wú)功電壓分區(qū)與控制策略。
通過(guò)潮流計(jì)算，獲得電壓靈敏度矩陣，采用聚類算法構(gòu)建分布式微電網(wǎng)在ADN中的控制空間，確定微電網(wǎng)主導(dǎo)的可控區(qū)域集合。在自動(dòng)電壓控制（AVC）系統(tǒng)的框架上，提出了考慮微電網(wǎng)參與電壓柔性控制的AVC系統(tǒng)。通過(guò)該系統(tǒng)可合理調(diào)度微電網(wǎng)與傳統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備協(xié)調(diào)運(yùn)行，并對(duì)ADN進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)控制區(qū)域柔性且快速的自動(dòng)電壓控制，提升ADN電壓質(zhì)量。最后，通過(guò)IEEE 33節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)驗(yàn)證了所提策略的有效性。
為應(yīng)對(duì)能源枯竭以及環(huán)境惡化問(wèn)題，分布式發(fā)電（Distributed Generation, DG）技術(shù)成為智能電網(wǎng)的發(fā)展方向。大量DG并入配電網(wǎng)，在提高清潔能源比例的同時(shí)，也會(huì)帶來(lái)電壓質(zhì)量、系統(tǒng)穩(wěn)定性等方面的問(wèn)題。主動(dòng)配電網(wǎng)（Active Distribution Network, ADN）技術(shù)可適應(yīng)分布式電源接入配電網(wǎng)的發(fā)展趨勢(shì)，通過(guò)靈活調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹⒅鲃?dòng)優(yōu)化控制無(wú)功補(bǔ)償裝置，ADN可達(dá)到改善系統(tǒng)無(wú)功電壓水平的目的。
由于DG出力的隨機(jī)性，加劇了ADN電壓波動(dòng)，使得系統(tǒng)的無(wú)功電壓特性變得越來(lái)越復(fù)雜，呈現(xiàn)出變量多、維度高、范圍廣等特點(diǎn)。為了靈活控制系統(tǒng)電壓、提升電能質(zhì)量、降低電能損耗，亟待研究適用于ADN的電壓控制策略。
目前，關(guān)于ADN電壓調(diào)節(jié)策略研究主要有以下四種：
①采用具有無(wú)功調(diào)節(jié)能力的DG進(jìn)行調(diào)壓，由于DG輸出有功會(huì)在配電網(wǎng)線路產(chǎn)生電壓損耗，因此通過(guò)削減DG的有功輸出可達(dá)到調(diào)壓目的；
②利用饋線自動(dòng)調(diào)壓器（Step Voltage Regulator, SVR）及投切電容器（Shunt Capacitor, SC）進(jìn)行調(diào)壓，該類補(bǔ)償器可有效提高電網(wǎng)電壓穩(wěn)定性、補(bǔ)償不平衡負(fù)荷、抑制母線電壓閃變，但響應(yīng)速度和調(diào)節(jié)速度較慢；
③采用有載調(diào)壓變壓器（On-Load Tap Changer, OLTC），由于OLTC的可不斷電操作以及設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單特性，使其成為了配電網(wǎng)穩(wěn)態(tài)電壓調(diào)節(jié)領(lǐng)域最常用的調(diào)節(jié)方法。但是OLTC分接頭調(diào)壓不適用于長(zhǎng)距離輻射狀配電網(wǎng)調(diào)壓，且動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力差，需DG和OLTC協(xié)調(diào)控制；
④線路管理調(diào)壓，由于配電網(wǎng)線路電壓損耗與線路阻抗關(guān)系非常大，因此可通過(guò)對(duì)配電網(wǎng)線路改造來(lái)提升電壓質(zhì)量，但該方法改造范圍廣、成本高。
微電網(wǎng)可有效協(xié)調(diào)分布式電源，增強(qiáng)ADN的互動(dòng)性、可控性和可靠性，進(jìn)而提升電力系統(tǒng)的綜合能效。隨著ADN中微電網(wǎng)數(shù)量的增長(zhǎng)，微電網(wǎng)可操作性越來(lái)越強(qiáng)，為ADN調(diào)壓提供了新的途徑。如何保證系統(tǒng)動(dòng)態(tài)能量平衡和提升電壓質(zhì)量仍然亟待研究。
目前，ADN中的微電網(wǎng)運(yùn)行主要考慮自身能量平衡，通過(guò)變流器并網(wǎng)，以保證微電網(wǎng)的電壓頻率穩(wěn)定。微電網(wǎng)中雙向變流器的運(yùn)行控制方法主要有P-Q控制、V-F控制及下垂控制，P-Q控制是指微電網(wǎng)控制DG單元輸出的有功功率與無(wú)功功率與其參考功率相等；V-F控制是指DG單元維持輸出的電壓與頻率不變，而輸出的有功和無(wú)功功率由負(fù)荷決定；下垂控制適用于多機(jī)組網(wǎng)運(yùn)行的微電網(wǎng)變流器，可以自動(dòng)實(shí)現(xiàn)有功與無(wú)功功率的精準(zhǔn)分配。
當(dāng)前，鮮有文獻(xiàn)研究微電網(wǎng)對(duì)ADN主動(dòng)電壓支撐，而事實(shí)上，隨著變流器的容量逐漸增大，ADN為更好地利用微電網(wǎng)主動(dòng)電壓支撐能力提供了可能。
為了提升系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性，本文提出了一種微電網(wǎng)參與的ADN電壓分區(qū)與自動(dòng)控制策略。首先基于電壓靈敏度指標(biāo)對(duì)ADN節(jié)點(diǎn)進(jìn)行聚類分區(qū)，分區(qū)后，微電網(wǎng)應(yīng)能滿足所屬區(qū)域的無(wú)功補(bǔ)償需求，且不影響其他區(qū)的節(jié)點(diǎn)電壓水平，實(shí)現(xiàn)較好的區(qū)域無(wú)功補(bǔ)償。當(dāng)配電網(wǎng)內(nèi)無(wú)功潮流波動(dòng)引起網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)電壓變化時(shí)，自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)（Automatic Voltage Control, AVC）通過(guò)監(jiān)視電壓的變化，控制微電網(wǎng)進(jìn)行無(wú)功出力以平抑電壓波動(dòng)。
圖4 考慮微電網(wǎng)參與的AVC系統(tǒng)
圖5 基于實(shí)時(shí)分區(qū)的AVC系統(tǒng)流程
圖6 IEEE 33節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)圖
結(jié)論
本文提出一種考慮微電網(wǎng)無(wú)功出力的ADN分區(qū)自動(dòng)電壓控制策略，該策略基于V-Q靈敏度和聚類分析方法，并通過(guò)DIgSILENT/PowerFactory仿真平臺(tái)進(jìn)行驗(yàn)證。仿真結(jié)果表明，分區(qū)后的微電網(wǎng)能滿足該區(qū)的無(wú)功補(bǔ)償需求，且不影響其他區(qū)的節(jié)點(diǎn)電壓水平，可實(shí)現(xiàn)較好的區(qū)域無(wú)功補(bǔ)償水平，提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
本文為含微電網(wǎng)的ADN電壓控制提供了新的思路，所提策略可優(yōu)化微電網(wǎng)調(diào)度以及協(xié)調(diào)傳統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償裝置的運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)有效的ADN自動(dòng)電壓控制，提升電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行水平。
