主动配电网规划

2025-01-25|版权声明|我要投稿

主动配电网规划(精选12篇)

主动配电网规划 篇1

1 引言

作为集中式发电的有效补充,分布式电源( Distributed Generator,DG) 以投资成本低、低碳环保、控制方式灵活多变等优势受到了国内外学者的普遍关注与研究[1]。随着各类分布式电源大规模接入,以多电源为特征的主动配电网代替了传统无源单向辐射的配电网络,并成为当前的研究热点[2]。大规模DG的接入将增加主动配电网( Active Distribution Network,ADN) 规划运行的复杂性和不确定性,甚至可能出现潮流逆变、电压质量恶化、供电可靠性降低等问题[3]。因此,合理进行ADN中DG的优化规划具有重要的现实意义。

国内外对于DG接入ADN的优化规划研究已经做出了大量报道。文献[4]阐述了不同负荷水平下的DG规划问题,建立考虑网损的单目标函数,并利用粒子群算法进行问题求解。文献[5]考虑了源荷时序波动特性,建立了考虑环境成本的投资运行费用的单目标数学模型,并利用遗传算法研究了多类型DG的优化规划问题。文献[6]建立了综合考虑线路升级、网损及运行可靠性的多目标投资效益数学模型,并提出了一种改进的遗传算法进行问题求解。文献[4-6]中方法主要是从单一指标的角度来考虑DG的优化规划问题,或者是通过线性加权和模糊理论的方法将多目标优化问题转化为单目标的方式来处理,不同权重系数的选取直接影响到最终优化结果,使得规划方案所考虑的因素并不全面。

主动配电网中广义电源( Generalized Power,GP) 指能发出一定有功或无功功率的装置,主要包括DG、电容器组[7]。文献[8]中建立了考虑电容器组的经济投资、网损和电压水平的多目标优化模型,利用快速非支配遗传算法研究了电容器组在配电网中优化规划问题。文献[9]从投资效益、环保等角度建立DG多目标规划模型,并利用快速非支配遗传算法进行了问题求解。文献[10]考虑了多类型DG的环境效益,提出一种自适应多目标粒子群优化算法求解多目标规划问题,并利用分层模糊决策技术选取最优解。文献[8-10]从经济、技术和环保等角度建立了多目标的优化数学模型,并利用多目标优化算法研究DG的优化规划问题。现有规划研究主要针对DG的有功出力来展开分析,很少综合考虑DG、电容器组的优化规划问题,而主动配电网中由于大量DG渗入,往往需要进一步考虑无功电源对系统电压指标的影响。另外,考虑不同负荷场景下中长期GP规划研究有利于规划人员选择更优方案。

针对以上问题,本文从GP投资效益、网损及电压稳定性的角度出发,建立综合考虑DG和电容器组的多目标数学模型进行GP优化规划。提出一种广义电源多目标优化规划方法,该方法中引入累积排序适应度赋值策略、精英保留策略和拥挤距离计算策略以改善多目标优化算法的参数选择过程和运行效率。对IEEE-33 节点配电网进行仿真计算,研究不同负荷水平下广义电源的最佳规划方案,为决策者提供可供选择的多样性解,有助于实际工程应用。

2 GP多目标优化规划数学模型

2. 1 GP投资效益目标函数

广义电源投资效益f1是指单位GP的投资所获得的年收益[11]:

式中,BTPF和BINV分别为投资分布式电源折算到每年的年收益和年投资成本,其中BTPF包括GP卖电效益和政策性补贴; BINV包括GP安装成本、运行与维护费用和燃料费用。

2. 2 GP接入系统网络损耗目标函数

图1 为典型的3 节点配电系统,基于网络潮流计算可得GP未接入时支路j的有功和无功功率损耗分别为:

式中,Rj和Xj分别为支路j上的电阻和电抗; Vi + 1为节点i + 1 处的电压幅值; Pi + 1和Qi + 1分别为节点i+ 1 处流过的有功和无功功率。

GP未接入时整个配电系统的网络损耗为:

式中,Nb为配电网络支路个数。

GP在主动配电网中合理规划,可以减少系统网损,提高运行电压水平[12]。考虑GP接入时支路j的有功和无功功率损耗分别为:

可知,GP接入时整个配电系统的网络损耗为:

结合式(3)~式(5)建立ADN中网络损耗指标f2:

2. 3 GP接入系统电压偏差目标函数

电压质量恶化问题主要是由于电网无功供应不足所引起的,如图1 所示,基于网络潮流计算建立考虑电压偏差的电压指标( Voltage Stability Index,VSI) 为[13]:

整个系统的电压偏差指标f3为:

式中,N为配电网络节点个数。

2. 4 GP优化规划的多目标模型

综合考虑投资运行效益指标最大、网损损耗指标最小和系统电压偏差指标最大的GP优化规划多目标数学模型为:

式中,X为多目标优化过程中的控制变量。

约束条件包括控制变量约束和状态变量约束:

式中,PGP,i和QGP,i分别为节点i处接入GP的有功和无功功率; PL,i和QL,i分别为节点i处注入的有功和无功负荷功率; Gim、Bim和 δim分别为节点i与m之间的电导、电纳和相角差; Ij为支路j上流过的电流。

3 GP多目标优化规划方法

GP多目标优化规划过程中以粒子群算法作为核心载体,其主要原理是通过不断更新粒子速度和位置寻找搜索空间最优解,其速度、位置更新方程如下[14]:

式中,vik( t) 和xik( t) 分别为粒子i在第t次迭代中第k维的速度和位置; pbestik( t) 为粒子i在第t次迭代中第k维的个体极值点位置; gbest( t) 为第t次迭代中全局极值点位置; w为惯性权重; c1和c2为加速系数; r1和r2为[0,1]区间的均匀分布随机数。

广义电源优化规划过程是一种复杂非线性的多目标优化问题,传统方法往往通过线性权重或模糊隶属度的方法将其转化为单目标的优化问题进行求解,但这样考虑有所欠缺。因此,本文将经典粒子群算法与快速非支配遗传算法[15]结合,从多目标的角度进行GP优化规划。

考虑到传统粒子群算法在处理广义电源规划过程中存在的“早熟”和“局部寻优”问题,本文主要从以下几个方面对算法进行了局部改进,以提高算法的全局寻优性能,其对应的优化规划流程如图2 所示。

( 1) 在处理权重系数时采用线性递增权重的方法,提高算法的全局搜索能力。

( 2) 在处理学习因子时采用异步变化的学习因子,提高算法的收敛性能。

( 3) 在计算过程中引入累积排序适应度赋值策略、精英保留策略和拥挤距离计算策略,用于保证算法寻优过程的多样性解。

4 算例分析

基于Matlab软件平台,对IEEE-33 节点配电系统进行仿真分析,研究GP的优化规划问题。图3为IEEE-33 节点配电系统网络结构,其电压等级为12. 66k V,总有功负荷为3715k W,总无功负荷为2300kvar,系统线路等参数参见文献[16]。

广义电源包括风电机组( WT) 、光伏( PV) 、燃料电池( FC) 、微型燃汽轮机( MT) 和电容器组( CG) ,其投资、运行维护等相关参数见表1。CG待选安装节点( 待选安装位置为2 个,其编码位置对应安装节点号) 包括整个系统节点; DG待选安装节点为:18 号节点为WT待选安装位置,33 号节点为PV待选安装位置,21 号节点为FC待选安装位置,13 号节点为MT待选安装位置。采用实数编码方式进行粒子初始化,其中单位GP安装容量为20k W/kvar,待选安装点最大GP安装容量为200k W/kvar。GP多目标优化规划算法的种群规模为100,迭代次数为200,权重更新区间为[0. 4,0. 9],异步学习因子c1从2. 5 逐步递减至0. 5,c2从0. 5 逐步递增至2. 5。

注: 电容器组CG的单位为kvar。

4. 1 考虑多目标的GP优化规划结果分析

综合考虑投资运行效益、网损和电压水平的GP多目标优化规划结果的pareto解集如图4 所示。由图4 可知,根据本文方法获得的pareto解集为一条光滑的曲线,说明本文提出的方法具有很好的全局搜索能力和参数识别能力。另一方面,与线性权重或模糊方法相比,本文方法在处理多目标优化问题时能为决策者提供多样性解,有利于实际工程运用。选取几种典型的优化方案进行比较分析,其详细参数见表2。

由表2 可知,不同方案下的GP安装位置与容量、相关评价指标各不相同,方案E中效益指标最大,但是其对应的网损指标和电压偏差指标并非最佳效果,方案C中网损指标和电压稳定性指标最佳,但是其效益指标并非最优。因此,在优化规划过程中,需要根据实际需求选取合理的规划方案。图5 为不同方案下的电压分布水平情况。与未配置结果相比较,规划后的网络电压分布水平明显提高,且方案C中的电压分布水平最优。另一方面,未配置前的系统有功网损和无功网损分别为202. 66k W和135. 13kvar,规划后方案C中系统有功网损和无功网损分别下降至133. 09k W和87. 85kvar。这些说明合理优化规划能提高电压分布水平和减少系统网络损耗。

4. 2 考虑不同负荷水平的GP优化规划结果分析

在4. 1 节基础上研究不同负荷水平( μ) 下的GP多目标优化规划问题,设置配电系统节点负荷在区间[0. 5SL1. 5SL]上以0. 1SL为步长变化( SL为标准状态下负荷水平) 。表3 为根据模糊决策技术[10]选取不同负荷水平下的GP多目标优化规划结果。由表3 可知,随着配电系统负荷水平的提高,系统网络损耗指标升高,电压稳定性指标下降,在不同负荷水平下,对应GP安装位置与出力各不相同,说明在GP的优化规划中从长远的角度考虑负荷侧的负荷增长情况更有利于决策者合理规划GP。

不同负荷水平下GP优化规划过程中的系统网络损耗和电压水平具体情况如图6 和图7 所示。随着负荷水平的增加,网损和电压水平最恶劣的情况出现在负荷水平为1. 5SL处,其有功网损为324. 92k W,无功网损为226. 82kvar; 电压最脆弱点出现在18 号节点,其电压幅值为11. 327k V。随着负荷水平的降低,网络损耗和电压水平均得到有效的改善和提高,其最佳情况出现在负荷水平为0. 5SL处,其有功网损为19. 21k W,无功网损为12. 69kvar; 电压最脆弱点出现在16 号节点,其电压幅值为12. 401k V。不同负荷水平对优化规划结果产生了明显的影响,因此,在GP的长远优化规划过程中需要考虑不同负荷水平对其产生的影响。

5 结论

本文首先建立了综合考虑投资效益、系统网损和电压偏差指标的多目标数学模型,研究广义电源在主动配电网中的优化规划问题; 其次提出一种广义电源多目标优化规划方法,在优化过程中引入快速非支配排序、精英保留策略和拥挤距离计算策略提高算法的寻优能力和计算效率。结果表明,广义电源的合理规划能够有效减少主动配电网网络损耗,提高系统运行电压水平,同时从长远角度为决策者提供全面合理的多样性辅助策略。

主动配电网规划 篇2

2009年初我开始参与广州市中低压配电网规划项目,至8月底完成了全部广州项目工作,在这7个月左右的工作中,完成了广州这种大规模的项目,使我积累了很多工作经验,对工作有了更深的认识。

刚收到去广州出差的消息有一些兴奋的感觉,但也有一些担心,虽然之前也跟过几个项目,但这么大规模的项目心里还真是没底,不过我也很高兴参与到这个项目,这对我来说是个难得的锻炼机会,我也相信在这个项目中我能学到很多东西。

刚到广州还来不及有新鲜的感觉,就直接步入到了紧张的工作中,我负责天河区和荔湾区的规划,这两个区的规模要比我曾经接触过的项目大了几倍,而且广州接线模式复杂,在基础数据和现状地理接线图的处理上都比较困难,这也使我头一次感觉到这么大的压力,不过在经理的指导下,及时对数据进行整理,对存在问题的数据及时核对,为后面的工作打下了基础。

我在之前的项目中没有接触过网络规划的工作,第一次就接触广州这么复杂的网络,还真是让我觉得头疼。我负责的天河区接线模式以多联络为主,最多的存在7、8联络的线路,接线模式复杂,在网络规划时需要逐年简化网络,由于没有进行分区负荷预测的工作,所以在网络规划的工作中主要是考虑了现状电网存在的问题,结合新建变电站和变电站的负荷情况逐年解决现状电网问题,使网络结构合理。经历了这次网络规划的工作,使我了解了规划的方法,培养了我规划的思路。

广州2009~2013年配电网规划评审会议是我第一次参加的评审会,这次评审会规模大,专家多,基本是每个专家负责一个分区,这也使我相当紧张。虽然项目的各个部分都是自己经历的,但是能不能回答出专家满意的答案还是有些担心,不过在经理和市局主管的帮助下,专家的问题基本解决。通过这次评审会,使我意识到自己的知识面不够广,在今后的工作中还需不断学习。

广州2009~2013年配电网规划结束以后,紧接着就投入到了广州十二五规划的工作中,有了前期工作的基础,在这部分工作中主要是对2009~2013年的网络结构进行核对,并完成十二五规划工作部分,考虑项目的可实施性,逐步向典型接线过度。由于前期工作时间紧,项目的可实施性未与专工进行沟通,所以这也成了这段时间的主要工作。在与专工交流的时候,专工对近几年的项目逐一核实,从项目的可实施性、重要性、现状走廊实际情况、变电站预留专线情况以及2015年变电站供电范围情况等方面提出了修改意见,当时觉得确实有些部分考虑的不够全面,在部分项目中我也提出了我的思路,得到了专工的认可。经历了这次跟专工的沟通,使我对网络规划前应该做的准备工作有了认识,比如变电站的专线预留情况,在别的地区是没有的,但在天河区新建的变电站貌似出线间隔很多,实际上大部分出线间隔都被专线所占去,这样在网络规划中就需要着重考虑,利用仅有的出线间隔来解决更多的线路问题。规划前对变电站专线预留、线路走廊、重点地区负荷发展等情况的掌握,对网络规划是十分有帮助的,这也避免了一些项目实施存在的问题,我在以后的工作中也要注意这些。

经历了广州项目之后,使我对规划过程中各个步骤的重要性有了新的认识:

1、基础数据要核实准确:广州项目规模大,在前期的数据处理上一定要仔细认真,避免重复工作,在数据处理中如果存在有疑问的地方,及时与专工进行沟通,核实数据的准确性,确保在现状网分析中没有问题。

2、现状地理接线图要按要求规范处理:由于广州现状地理接线图是在GIS系统中导出,线路没有分层,不能分清楚线路的具体走向,所以要结合单线图,在地理图上把每根线路区分出来,并且地理图、单线图、基础数据联络关系相统一,这部分工作量较大,但基础总是最重要的,如果这部分工作没有处理好的话,将会在网络规划中带来麻烦。

3、与客户沟通:从基础数据收集到评审之后的修改,自始至终都需要和客户进行交流,所以这部分的工作也是十分重要。我所负责分区的专工还算比较配合,在沟通方面没有遇到太大的困难,在数据收集和数据整理校核的时候,由于涉及的部门较多,专工在收集数据的时候也可能存在一些困难,所以显得不耐烦,这时候我们就需要先摆好自己的心态,耐心给专工说明这些数据在项目中的重要性,对后面的工作会带来什么后果,使专工及时的提交数据。

4、评审:我第一次参加的评审就是由南方电网公司组织的评审会议,整个评审过程我都是在紧张的状态下度过的,总的来看还是自己的知识不够扎实,对自己的答案没有自信,缺乏经验,对专家提出的问题不知道该从哪方面来应对,在今后的工作中我也要从这些方面来完善自己。

配电网无功补偿优化规划 篇3

关键词:遗传算法;无功规划优化;配电网

并联电容器组是主要的配电网无功补偿设备,将电容器组的安装容量安装位置以及补偿点的个数科学合理地确定下来,可以确保实现提升电压质量和降低网损的目的。配电系统具有较大的负荷分散性,再加上具有较多的带补偿点和较长的供电半径,因此在无功配置方面具有较为独特的地方。为此,本文分析并介绍了基于遗传算法的配电网无功补偿优化规划。

1 配电网无功补偿优化方法概述

配电网无功补偿的灵敏度分析法可以将几个具有较高灵敏度的节点选择出来作为待补偿点,从而使解空间得以减小,然而该方法在实际上往往是同1条支路相邻的几个节点具有较高的灵敏度,而且一般只有一个节点在这几个节点中属于真正的高灵敏度的节点,该节点也会影响到其他节点的灵敏度。与此同时,灵敏度分析法又很难将补偿点的个数确定下来。如果以节点无功裕度值大小为根据将补偿点确定下来,这种方法也存在着很难将补偿点个数确定下来的问题。也有采用N点分散补偿的方法,这种方法利用等面积判据以及等长度判据为根据将补偿点的容量和个数等确定下来,然而这种方法需要保证负荷数据的精确性,从而对各负荷点峰值无功电流进行计算,但是配电网一般都具有实时数据不足的问题,因此在具体实施的时候这种方法存在着较大的困难。为此,在本次研究中将无功电流损耗最小的算法提了出来,这种方法可以将补偿点补偿容量、补偿点的个数和位置等确定下来,这样就能够使解空间的维数得以有效减少,随后再通过对改进的遗传算法的利用就能够将无功规划优化的解得出[1]。

2 无功规划优化的数学模型分析

2.1 无功规划优化的目标函数分析 以配电网的实际情况为根据采用罚函数的方式处理状态变量的约束条件,从而将与遗传算法相适合的无功优化目标函数构造出来,其中主要包括无功补偿装置设备年等值费用、系统有功网损年等值费用以及节点电压越限罚函数。

Fmin=KcQci+Ckf+Nc+CeTlPLass+KVΔV

在该公式中,投资单位容量电容器的费用用Kc来表示,节点i无功补偿容量用元/kvar,Qci来表示,电容器无功补偿点集合用 kvar,NQ来表示,电容器在每个节点的固定安装费用用Ckf来表示;无功补偿点的个数用Nc来表示,电能单价用Ce来表示,年最大负荷损耗时间用Tl来表示,最大负荷方式下的有功网损用ΔP来表示,节点电压越限罚因子用KV来表示。

2.2 无功规划优化的数学模型求解 以配电网无功规划优化的特点为根据,本文选择了遗传算法。在进行配电网无功优化的时候遗传算法可以这样描述:利用目标函数在电力系统环境下评价各种条件约束的初始潮流,淘汰掉其中具有较低评价值的,只有具有较高评价值的才可以向下一代遗传自己的特征,这样就能够不断的趋向于优化。所以如何能够以配电网无功优化的问题为根据编码变量,并且将终止判据确定下来、对适应度函数进行设计以及开展遗传操作,这是解决配电网无功规划优化的非常重要的问题[2]。

2.2.1 编码方式。按组对无功补偿进行投切,为了使控制变量的个数和染色体的长度相等,可以使用十进制编码的方式。假设一个电容器节点有6组可投切,那么要对投切的电容器组数进行表示,就可以选择0至6中的任何一个整数。该节点不投切电容器则可以用数字0来表示。

2.2.2 设计适应度函数。可以使用目标函数还表示配电网的无功规划优化。在对配电网的无功优化进行计算时可以使用遗传算法。对目标函数进行转化可以得到适应度函数。最小化问题可以通过目标函数进行求解,因此需要转换目标函数。

2.2.3 遗传算法的选择。在遗传操作中,对遗传算法进行选择是非常重要的。如果没有选择合适的算子,就会使子代和父代具有接近的相似度,从而对种群的多样性造成破坏。这样的后果就是进化停滞,从而出现早熟的现象,对算法的全局寻优能力造成了严重的影响。因此要对各种选择方法进行深入的研究。本文选择的是基于轮盘赌的非线性排序法作为配电网无功运行优化的选择方法。使用基于轮盘赌的非线性排序法,先要对每个个体的适应度函数值进行计算,再从大到小的排列各个个体的适应度值,从而以排列的顺序为依据来对个体进行选择。

2.2.4 变异和交叉算子。使用固定的变异率和交叉率来进行简单的遗传算法是不符合适应性搜索过程和遗传算法动态的。这就需要在简单遗传算法中选择自适应的变异率和交叉率。在保障自适应遗传算法的群多样性的前提下,还要对遗传算法的收敛能力进行保障,从而使遗传算法的优化能力得到提高[3]。

2.2.5 终止判据。在不改变最优个体的适应度以及使用最大进化代数maxgen的基础上,结合最小保留代数来作为终止判据。如果在连续代内,最优值没有找到其他的解法来代替,那么就将其作为求解问题的最优解来结束计算。假设以一定的遗传代数限定为范围,没有解能够满足最优个体的最小保留代数,那么就将次优解输出,结束计算。这是为了尽量控制因素控制准则中存在的缺陷,使进化收敛的速度得到提高。

3 结语

目标函数中以经济技术的综合效益为最大,包括节点电压质量、无功补偿设备投资和配电网电能损耗等等。针对配电网的无功规划优化进行建模。该方法还要对补偿点的位置和个数进行确定,并与改进的遗传算法相结合,来对电容器的容量进行优化。总体而言,该算法具有较高的实用性和有效性,能够使初始种群的无效解减少,并有效地解决了遗传算法中存在的欺骗和早熟等问题。这样一来,配电网的无功规划优化的效率和精度也能够得到进一步的提高,从而有效地对配电网的无功规划进行优化。

参考文献:

[1]李峰,张勇军,张豪,杨银国,管霖,许亮.无功电压调控失配风险评估及其系统开发[J].华南理工大学学报(自然科学版),2013(05).

[2]李世伟,葛珉昊,金育斌.小水电集中上网对电网的影响分析[J].中国农村水利水电,2012(08).

主动配电网分布式电源规划研究 篇4

主动配电网作为电力网中具备独立分配电能作用的网络, 利用主动服务分布式电源的特殊性质, 为用户提供电网应用服务。对于电网企业来说, 主动配电网的投入可降低电网运营成本, 通过多电源协同的方式解决地区输配电问题, 达到保障电网稳定运行功效;与此同时, 投运主动配电网可实现可再生能源全部消纳, 对智能化电网关键技术具备积极影响。目前, 相关供电部门正在积极投运主动配电网工程项目, 以期满足用户的电力体验需求。

2 试验工程概况

在2015年中期, 上海市某供电公司进行了配网试点运行实验, 涉及了整个城区配电网, 实现城区配网SCADA功能、配网高级应用分析功能、基于地理信息系统的配网管理功能。由于城区配网具备点多、面广等特点, 以原有的695k W高压供电方案为参照标准, 利用JN-6000配网自动化管理系统, 保障分层分级控制, 经由250k W、10k V双路电源运行方式, 完成配网试点安全检测工作, 达到检测主动配电网下的并网情况目的 (采用100k V电缆网) [1]。依据城市主动配电网系统的应用情况, 以城区45台户外开关、15座开闭所为基本考虑对象, 综合设计配电网分布式电源规划方案, 协调电源、电网、负荷内在关系, 满足承担大概率负荷的实际需求, 合理规划配电网络结构, 为地方电网运行整体经济效益提供实际保障。

3 主动配电网分布式电源规划

3.1 引入经济性计算

结合上海市某供电公司主动配网试点运行实验, 针对间歇式能源经济性计算、主动配电网储能配置方式, 综合考虑分布式电源规划所带来的配网效益。在主动配电网的实施范畴中, 间歇式能源经济性计算主要针对运行实验中电源设计、接入系统方案情况, 明确间歇式能源发电成本核算情况, 减少停电损失带来的估算误差, 达到主动配电网经济计算、优化评估目标;而主动配电网储能配置方式则主要通过检测配电网中间歇式、分布式能源接入手段, 从配电网储能容量的优化配置方面入手, 具体依据为经济性最优原则、电网纳入容量等。从试点实验来看, 由于JN-6000配网自动化管理系统的实际要求, 经济性计算需考虑主动配电网储能情况, 按照区域电网某一电压等级来拟定优化方案, 满足经济最优需求。

3.2 结合间歇式能源

在主动配电网分布式电源规划设计中, 由于传统配电网存在缺陷问题, 难以全面保障用电负荷需求, 利用配电系统间歇式能源介入主动配电网, 为其提供路线网络保护功能, 具备可再生能源的安全、可靠性特点。结合本次电网试点运行试验, 为防止失电配电系统电路重新供电现象, 以间歇式能源接入220/380V配电网、T接接入10k V线路为参考依据 (接入容量控制在60MW范围内) , 避免配电网分布式机组故障与电网潮流分配事故。由于主动配电网的线路组成较为复杂, 结合传输数据、通信系统的可靠性设计, 可构建分布式电源和储能系统的优化方案, 在明确一定区域内的分布式电源比例基础上, 依据主动配电网系统供电的运行需求, 为主动配电网提供稳定性能保障。

3.3 注重关键性技术

为维持电网系统的正常运行, 整合试点实验的运行情况, 主动配电网关键技术通过大规模间歇式能源并网发电, 弥补被动配电网分布式能源并网漏洞, 保障配用电的可持续发展效益。通过试点实验的运行情况, 综合设计电源规划内容, 协调电源、电网、负荷内在关系, 在承担大概率负荷的前提条件下, 依据电源设计、接入系统的具体方案, 合理规划配电网络结构, 为电网运行整体经济效益提供实际保障[2]。在《关于促进职能电网发展的指导意见》中, 针对不同地区的配电网发展情况, 提出柔性化、智能化的主动配电网技术, 满足分布式电源规划的大规模接入需求, 成为主动配电网关键技术应用的实际保障。

3.4 体现控制性策略

由于主动配电网并网的外界环境和负荷需求具有变动性, 运行参数的变化对主动配电网也会产生一定影响。为此, 结合本次试点实验的运行情况, 利用主动配电网区域自治控制策略, 小幅度缩减间歇式功率波动、并网负荷影响程度, 并在确保实际负荷曲线及预测曲线偏差的基础上 (间歇式能源发电) , 满足主动配电网的全局最优需求。与此同时, 结合电网功率输出情况, 以配电网分布式能源规划设计的最大化利用率为基本要求, 降低运行成本和符合预测值, 匹配一定的电源输出功率变化曲线 (可控分布式) , 验证电网系统实际运行状态的优化目标 (主动配电网的主动管理、智能管理等实际应用) 。

4 结束语

综上所述, 主动配电网作为未来配电网高度兼容分布式能源的关键依据, 具备智能化管理优势。通过上海市某供电公司的配网试点运行实验的探究活动, 针对正常状态下的主动配电网运行情况, 从经济新计算、间歇式能源、关键性技术、控制性策略等方面来考虑, 为主动配电网的分布式电源规划提供实际保障。

参考文献

[1]陈炯聪, 宋旭东, 余南华.主动配电网及其关键技术研究[J].广东电力, 2014, (10) :79-83+94.

13年配电网规划个人心得体会 篇5

河源规划项目评审已经过去半个月了,目前处于审后修改阶段,心里的担心也算是减轻了一半。回想当时在河源做规划的日子,从开始的不顺利到最后的圆满收尾这个过程给我留下了深刻的体会。

我们河源项目组在3月底到达河源并开始前期的项目工作,为了与市局交流方便我们选择居住在供电局对面的宾馆,因为要对河源的整体网架做一个初步的了解和对下边农网有一个大概的认识,我们要每天去市局与负责规划的马志刚专责交流,一开始的时候马工并不重视我们,对有些问题也是有一搭没一搭的回答,但是我们心里明白如果这个样子的话一定会影响工作效率耽误项目完成的时间,因此要提高工作效率我们必须采取措施以真诚打动客户,首先我们每次去市局必须在约定的半个小时前到达,其次在每次与客户了解情况的时候必须带上电脑和笔记本并且认真记录交流的每一条信息,路遥知马力日久见人心,或许马工被我们的态度有所打动,在与我们交流的时候变得更加积极和主动,也愿意抽出更多的时间为我们的工作提供帮助。

在与市局交流了一段时间后大概对每个县的情况有所了解,下一步的计划就是到各个县收集数据,因为农网有5个县而我们前一阶段只有两个人,所以决定分头行动,于是我们按照收资清单分别到各个县收集数据,可是令人头疼的问题出现了,面对收资清单上所需要的数据各个县都不是很清楚,例如最大负荷时刻电流,各县均不明白所指的是什么,于是我们只好耐心的给他们解释让他们收集提供,但是我们回到市区后,各个县又陆续的打来电话还是对收资清单上的数据不是很清楚而且各县所提出的问题均不相同,面对这种情况我们认真做了研究,解决的办法就是给各县统一培训,于是我们与市局专责协商打电话给各个县,要求各县派一位专责来市局做统一的培训指导,在对收资清单上的数据详细说明后由各个县重新回去收集,对于仍然存在问题的县局我们采取的办法是派人分别住在各县帮助收集数据直到完成为止,例如东源县存在的问题最大,因为县局分成很多部门而且各部门联系交流不是很好,所以提供的数据不能统一,对此我们要做的就是深入到各部门去了解情况帮助收集,例如去调度部帮助收集电流数据,市场部收集电价数据,规划部收集单线图,有效的把各个部门串接起来,本着不怕麻烦的态度遇到问题及时的与各部门沟通,目的就是能把数据统一,力求精确。与各县一段日子的接触后,各县局对我们的工作态度刮目相看,与我们建立了很好的关系并对我们日后的工作提供了不小的便利。

收集数据告一段落,虽然遇到了很多问题,花费我们很多的时间和精力,但是每条线路的数据都是与他们认真校核过并且得到了他们的认可,接下来展开规划工作。因为前期预料到收集数据比较困难花费了很多时间,所以我提前将后期的文本、图集模板设计好,并制作了excel链接公式,这样对以后的数据修改工作节省了大量的时间。由于前段时间与各县局相处的很融洽,因此我们在遇到困难的时候都能得到很大的帮助,我们也是保持着一贯的作风,本着不抛弃不放弃的信念,在与客户约定时间后要提前半小时到达,认真的做记录,注重言谈举止,因为好的举止和工作态度会给人好的印象从而拉近彼此的距离。工作的日子是辛苦的,时间是紧张的,所以必须安排好每天的进度,接下来的每一天都是宝贵的,但是工作中也会有意外发生,例如在项目后期的时候,连平局的陈股长将花费几天时间核对的项目不小心删掉了,在想尽各种办法不能复原的情况下给我打来了电话,我听后先是一惊随后立刻冷静下来对陈股长说,这件事先不要慌我马上赶到连平和你一同解决。到了连平后看到陈股长一脸焦急的样子,2 对我说了电脑送到维修处还是不能复原删掉的项目,我也看了项目清单如果重新核对的确工作量很大但是已经没有其它的办法了,于是我对陈股长说,当前解决问题才是关键,考虑到时间紧迫我会将做河源项目的其他同事一同叫过来帮忙。生技部的曾主任听后对我表示了万分的感谢。就这样我们河源项目组一同在连平县帮忙核对项目忙了一天一夜,连平局的飞局长得知后一同和生技部的曾慧民主任、陈股长、郑股长等对我们表示了深切的感谢。这件事的虽然不是我们的责任但是只要本着理解和宽容的心去解决就会收到好的结果还会赢得客户的心。时间过得飞快,工作也很辛苦但是我们会在每一段工作完成后都会给各县局及时的汇报与沟通,包括在端午节的时候分别给各县的领导打去电话问候,正式由于这种良好沟通在局内审的时候几乎都没有提什么意见。转眼间已经到了7月份离南网评审的日子也近了,工作的密度变得更加紧凑,市局专责也看到了我们的辛苦给我们送来了几箱桃子,也在这炎炎夏日带给我们内心阵阵凉爽。就这样南网评审顺利结束,我们的配网部分变动不大,这也得益于各县的积极配合与沟通。

城市配电网规划协调发展思路探析 篇6

关键词:城市配电网;配电网规划;主网结构;主网运行;土建工程;电气工程 文献标识码:A

中图分类号:TM715 文章编号:1009-2374(2015)19-0156-02 DOI:10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.19.077

近些年来,城市配电网规划工作中存在一系列的问题,对配电网的发展带来一定的影响,其主要原因是在规划的过程中可能欠缺全方面的考虑,供电企业应将重点放在城市配电网规划协调发展上,充分发挥配电网规划给城市发展带来的作用。

1 城市配电网规划的现状

随着国民经济的快速发展,人们在生活上、生产上以及工作中的用电要求也在不断提升,再加上用电客户以及用电量的不断增加,城市配电网规划发展也成为供电企业重点关注的问题,而且,从某个角度来讲,城市配电网规划的合理性直接影响着城市化的发展。但是,就当今城市配电网规划的情况来看,对主网架构考虑的不够周全,站间距离过大,会影响到供电质量,过于依赖传统的变电站,未能结合城市化的发展需求新建变电站。传统变电站具有布点少、容量小等特点,无法满足现阶段人们的用电需求,而且在使用的过程中,可能会引发配电网故障,涉及到大量的维修费用,甚至会给人们用电的安全性以及可靠性带来一定的影响。另外,当今城市配电网规划中,虽然也建设了很多变电站,但是却存在变电站布点不合理的现象,不仅浪费了大量的规划资源,还无法将变电站的作用有效地发挥出来,布点位置选择不得当。在城市配电网进行规划的过程中,需要考虑多方面的因素,尤其是用电负荷的增长情况,根据这些数据来对变电站进行合理的布点,这样才能充分发挥出变电站的作用。然而,在负荷报装数据的过程中,却存在不准确的现象,如负荷增长速度、负荷增长较大区域等,都会影响到变电站建设布点的有

效性。

2 城市配电网规划协调发展的思路

2.1 做好配电网架规划强化主网结构

随着城市化的快速发展,城市配电网规划工作也面临着一定的挑战,尤其是主网结构的可靠性,如果继续采用传统主网结构的话,在用电量以及用电负荷不断增加的情况下,势必会对主网结构运行的安全性造成一定的影响,因此,作者建议通过对城市配电网规划的协调,积极做好配电网架的规划工作,不断对主网结构进行强化,确保主网结构运行的可靠性、安全性。首先,应对城市配电网输电网以及配电网的网状形式进行分析,一般情况下,城市的输电网都是以环网的方式运行,配电网主要以环网布置进行开环运行的方式。其次,应从主网结构运行的安全性入手,对一些可能发生配电网故障的网结构进行规划,同时为了避免电压等级故障的发生,应考虑到网结构建站之间的联络,城市配电网主要包括220kV、110kV、35kV、10kV等,而要保证网结构建站之间的联络就要对各个变电站的布点情况进行了解,如果存在变电站布点结构较少的话,则需要在该区域合适的地点搭建同一变电站不同主变之间的联络,同时要避免出现同一主变下的馈线联络,避免出现电压等级故障,从而有效地提高主网结构运行的安全性、可靠性。最后,在进行站间联络的过程中,要注意的是并不是所有线路都建立联络,一般情况下,城市配电网规划中应结合城市的实际发展情况,维持50%~70%的站间联络水平。

2.2 做好配网规划有效解决主网的运行问题

现阶段,城市配电网在运行的过程中,经常会发生主网运行问题,不仅对配电网供电的安全性、可靠性造成一定的影响,对人们的正常用电也产生极大的影响,为了避免这类问题的继续发展,必须做好配网规划工作,解决现阶段以及未来配电网运行可能出现的问题。首先,要考虑配网主变压器重载或负载不平衡的问题,一旦变压器发生重载或负载的问题,就会造成变压器损耗加快,使用寿命会产生一定的影响,而负载的情况下也会产生电能资源浪费的现象,因此,从供电企业发展的角度上来讲,不管是哪一种问题都不希望发生,而要解决这类问题,可以对变电站进行相应的调整和规划,具体要结合城市的实际发展情况来进行调整。其次,要利用城市配电网规划协调的方式对城市供电系统中的各个主网的运行环境以及运行路径进行调整,很多主网由于在恶劣的运行环境下,经常会受到外界因素的影响而造成运行故障,因此,要通过对主网的调整来营造一个良好的运行环境,避免受到其他线路以及外界因素的影响,确保主网运行的安全性、可靠性。

2.3 做好城市配电网规划加强土建工程和电气工程的建设

在近些年城市化快速发展的过程中,用电客户数量的不断增加,用电量也在不断增加,为了满足人们的用电需求,需要进行变电站的建设,这样才能有效解决供电负荷过大的问题。但是,现阶段配电网工程的建设却存在一定的阻力,例如,现阶段用电负荷不高,但是在未来一段时间的发展中,供电负荷的发展潜力较大;另外,在对变电站建设进行投资的过程中,由于城市化发展规划的原因,变电站可能会出现易变更性,都将会对城市配电网土建工程以及电气工程的建设产生阻力。而通过城市配电网规划协调工作的进行,可以有效协调城市化的发展以及城市配电网的发展,并对城市变电站主配网的土建工程以及电气工程实施分期建设,边建设边调查分析,以便于将未建设的工程进行调整,从而有效地规避以上所提到的问题,提高配电网各项工程投资效益,为人们营造一个良好的用电环境。

3 结语

综上所述,随着城市化的快速发展,城市配电网的发展也极为迅速,一方面要考虑到满足当今人的用电需求,另一方面要考虑到未来发展中的供电需求,这样才能给人们创造一个良好的用电环境,当然,在城市配电网规划的过程中,需要对用电负荷的增长速度、负荷较大区域等因素进行分析,这样才能根据城市的实际发展情况进行规划发展。通过本文对城市配电网规划协调发展思路的分析,作者结合自身多年的工作经验以及自身对城市配电网规划的了解,主要对当今城市配电网规划中存在的现状进行剖析,同时也提出了做好配电网规划强化主网结构、做好配网规划有效解决主网的运行问题、做好城市配电网规划加强土建工程和电气工程的建设等城市配电网规划协调发展的思路,希望通过本文的分析,进一步促进城市配电网的良好发展。

参考文献

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杰.面向配电网规划的信息系统[J].电力自动化设备,2014,(3).

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[5] 程鹏,葛少云,刘洪.基于供电模型的中压配电网络智能规划——三角形三联络供电模型的自动布线[J].电力系统保护与控制,2013,(16).

[6] 石方迪,刘洪,曹春,周桂新,韩俊,李登武.配电网供电块联络模型的构建及匹配性分析[J].电力系统及其自动化学报,2013,(5).

作者简介:李雅倩(1987-),女,深圳供电局有限公司坪山供电局工程师,研究方向:配电运行及配网规划建设

管理。

主动配电网规划 篇7

1.1 负荷预测的类别

在主动配电网规划中, 电力负荷预测主要有以下几种类别。 (1) 宏观预测, 也就是对局域地区的最大用电量和最大负荷进行预测, 往往通过创建数学模型的方式来进行, 同时参考以往数据。 (2) 微观预测, 也就是在配电网规划区域内选取一个局部地区, 预测其负荷, 大多使用线性预测法和类比法, 以以往的记录数据和检验指标作为依据, 常见的预测依据有产品耗能、电能平均增长率、负荷密度检验指标等[1]。

1.2 负荷预测的过程

1.2.1 收集负荷预测的资料

资料收集对于负荷预测非常重要, 收集的资料越详细, 能够有效地提高预测的精确度。因此应该广泛地收集与电力事业有关的各种资料, 并对其进行整理, 筛选出具有价值的数据和信息。

1.2.2 整理负荷预测资料

由于收集到的资料涉及多种类型, 如果资料缺少可比性, 为了保障其真实客观, 需要对其进行详细的研究和讨论, 一旦数据误差, 将会对后续预测的效率和精确度产生直接的影响。要结合本地区的具体情况来分析数据值, 核实数据的真实性, 不得盲目套用。如遇数据丢失的问题, 可以采取补缺推算的方法, 或者使用相邻数据分析计算来填补某数据的空白。

1.2.3 建立主动配电网负荷预测模型

模型的质量会直接影响预测的效果, 因此在负荷预测中, 建立模型是一个非常重要的环节。在建立模型时应该注意, 尽可能选择最新的资料, 并创建多个模型。要对多个模型进行同时计算, 然后分析和比对多个模型的计算结果, 才能有效地保障结果的精确性[2]。

1.2.4 确立主动配电网负荷预测的结果

根据创建预测模型和计算, 能够将预测结果得出来, 然而此时尚不能保证预测结果的准确性, 还不能对其进行积极的应用。因此要立足于预测的结果来对已经出现或可能出现的其他结果进行分析, 推理和分析未来的发展情况, 适当的调整和修改原有的预测结果。最后要进行多次预算, 才能将最终的预测结果确定下来。

1.3 主动配电网规划中负荷预测的方法

在主动配电网规划中, 常用的负荷预测方法主要有回归模型预测法、负荷密度法、单耗法、弹性系数法和比例系数法, 在实际负荷预测工作中, 应该根据具体情况来选择合适的预测方法。 (1) 回归模型预测法, 主要是立足于统计学原理, 先选取一个时间段, 对其数据进行统计和数据分析, 然后建立包括非线性回归和线性回归的回归模型和数据模型, 形成对应关系, 从而将不同变量的关系呈现出来。 (2) 负荷密度法, 主要是依据功能, 对需要预测的依据进行划分, 例如可以将其分为工业区、商业区和居民区。完成分区之后就能够通过电量密度和特定区域的土地面积来对负荷进行预测。 (3) 单耗法, 在计算负荷时主要以计算单位产品的耗能为依据, 将产品产品产值和单位产品的平均耗能相乘, 从而得到用电总量。这种方法使用简便、预测速度较快, 是一种常用的初级负荷预测方法。 (4) 弹性系数法, 通过对比的方式来预测负荷, 将用电量的年平均增长率和生产总值的平均值进行对比。电力弹性系数为用电量年平均增长率和生产总值年均增长率之比。 (5) 比例系数法, 也就是对比过去所记录的数据, 运用一定的比例来预测未来的负荷情况, 所预测年的用电量 (An) 为基年的用电量 (1+从基年到所预测年的增长率) ×具体年数。这种方法使用简便, 但是准确性较低, 其结果一般作为基础数据来进行进一步的预测。

2 主动配电网规划中的发电预测

2.1 对分布式发电概率进行预测

友好负荷的调节作用会对主动配电网的负荷预测结果产生一定的影响, 与此同时大量接入分布式电源, 也会对部分负荷进行平衡, 从而对负荷预测的结果产生影响。电网企业往往难以决定分布式电源的规模, 因此在进行主动配电网规划是应该对并网的情况以及分布式电源的建设进行充分的考虑, 针对规划区内的分布式电源出力进行预测。

装机容量并不能对分布式电源的真实出力进行反映, 这是由于分布式电源具有波动性的出力。为了得到更为准确的预测结果, 先要预测规划区规划年的分布式电源总装机容量, 然后预测总装机容量下分布式电源的可信出力。可信出力指的是在一定的置信度或概率下分布式电源能够达到的最低出力水平, 以Pβ表示。可以使用分布式电源出力的累计分布函数或概率密度函数来对Pβ进行计算, 主动配电网的可靠性要求对于分布式电源出力的置信度又有着直接的决定作用。

2.2 预测规划区域分布式电源的总装机容量

很多因素都会影响分布式电源的远景年总装机容量, 而电网负荷情况只是其中的一个方面, 分布式电源的总规划指标函数 (Y) 与负荷、政策、地理、自然等因素均有关系, 因此在对Y的取值方面, 应该把握其灵活性, 综合考虑负荷预测的结果以及区域内的远景用地规划, 在预测总装机容量时应该遵循先远后近的预测方法。

2.3 计算单位分布式电源可信出力

图1为可信光强曲线和典型日光强时序曲线, 其中可信光强曲线用虚线表示, 典型日光强时序变化曲线用实线表示, 假设夜间太阳光光照强度为零, 白天太阳光光照强度与正态分布相似, 从而将光强曲线的可信值确定下来。

图2为全天光伏出力的累积分布函数, 根据图2可知, 光强和光伏出力的分布趋势比较相似, 如果光伏系统的昼夜周期性比较显著, 即使天气条件较好, 也有超过50%的可能全天出力为零, 如果置信度较低, 则具有较小的光伏可信出力。因此光伏发电在符合晚高峰时为零的情况可能会出现, 削峰作用无法体现。在规划中更为关心的是在负荷高峰时期分布式电源的可行出力, 只有这样才能发挥分布式电源的作用, 从而使配电网的设备容量有所降低。此时可以采取储能装置来对光伏发电量进行存储, 从而提高负荷高峰时光谱系统的可信出力。

3 结语

在主动配电网规划中, 负荷预测和发电预测非常重要, 要积极应用负荷预测和发电预测的结果来进行主动配电网变电站的规划和主动配电网网架的规划, 依据以上两种预测的预测结果来确定接线模式、出线回数、线路类型, 选择合适的线路走廊, 将负荷矩最小的布线路径选择出来, 并对线路的负荷分布情况进行考虑, 同时对主动配电网进行经济性分析, 提高主动配电网规划的科学性。

参考文献

[1]江岳春, 王志刚, 杨春月, 李锰, 张俊鹏.微网中可控负荷的多目标优化策略[J].电网技术, 2013 (10) .

主动配电网技术及其进展 篇8

电力需求的持续增长、传统能源的短缺以及电力市场的开放正驱动电网朝着高效、灵活、智能和可持续方式发展,以适应未来的技术需求。可持续性是未来电网的基础特征,其本质表现为分布式电源(DG)尤其是可再生能源的规模化接入与应用[1]。但是DG的大量接入将对配电网造成广泛的影响,主要表现在:改变配电网的电压水平、提高配电网的短路容量、继电保护策略的复杂度加大、影响网络的供电可靠性以及加剧电能质量的恶化等[2,3,4]。目前,虽然微电网(简称微网)技术[5,6]的不断成熟以及虚拟发电厂(virtual power plant,VPP)技术[7]的发展给DG的集成提供了解决方案,但是,由于微网受其容量限制以及其控制目标不同,尚不能完全解决规模化DG尤其是可再生能源发电集成到中压配电网带来的传统被动单向供电配电网向双向供电多电源配电网[8]转变的技术问题。可再生能源发电技术、储能技术的进步以及电力电子技术的同步发展解决了DG在中压配电网的并网运行问题,但电网侧尤其是配电网仍然存在可再生能源消纳能力不足、一次网架薄弱、自动化水平不高、调度方式落后以及用电互动化水平较低等问题,严重制约了可再生能源的高度渗透,不利于能源结构的优化调整。针对这一现状,主动配电网(active distribution network)技术[9]应运而生,旨在解决电网兼容及应用大规模间歇式可再生能源,提升绿色能源利用率,优化一次

主动配电网是具备组合控制各种分布式能源(DG、可控负荷、储能、需求侧管理等)能力的配电网络,其目的是加大配电网对于可再生能源的接纳能力、提升配电网资产的利用率、延缓配电网的升级投资,以及提高用户的用电质量和供电可靠性。

主动配电网是未来智能配电网的一种发展模式,欧美国家正积极开展相关技术的研究。目前,欧盟已经在丹麦、西班牙以及英国等地深入开展了主动配电网技术研究及示范工程建设。其中最具影响力的是欧盟FP6主导的ADINE(即active distribution network)示范工程,其核心理念是利用自动化、信息、通信,以及电力电子等新技术实现对大规模接入DG的配电网进行主动管理(active network management)[9]。ADINE示范工程通过5个场景在实际环境中实时模拟了接入大量DG的主动配电管理,这5个实例包括反孤岛保护、保护定值自适应整定、基于DG的电压控制、电压协调控制以及基于静止同步补偿器(STATCOM)的电能质量控制。整个项目从2007年10月开始到2010年11月结束。此外,ADINE示范工程还将上述各自的解决方案进行了联合试验,试验演示了主动配电网管理系统是如何与含大规模DG的主动配电网进行交互,从而解决主动配电网中的保护、电压控制、电能质量、故障穿越和孤岛运行等一系列问题。示范工程的实例表明,通过主动配电网管理技术,可以使得DG在配电网的接入更加容易,网络的运行状况也更加优化。

目前中国围绕2012年国家高技术研究发展计划(863计划)课题“主动配电网的间歇式能源消纳及优化技术研究与应用”正在开展主动配电网及其相关技术领域的深入研究。本文将阐述主动配电网的含义及其内在特征,在此基础上系统论述推进与部署主动配电网的相关关键技术,并展望其发展。

1 主动配电网及其特征

根据CIGRE C6.11工作组的工作报告,主动配电网可定义为:可以综合控制分布式能源(DG、柔性负载和储能)的配电网,可以使用灵活的网络技术实现潮流的有效管理,分布式能源在其合理的监管环境和接入准则基础上承担对系统一定的支撑作用[10]。从本质上说:主动配电网是利用先进的信息、通信以及电力电子技术对规模化接入分布式能源的配电网实施主动管理,能够自主协调控制间歇式新能源与储能装置等DG单元,积极消纳可再生能源并确保网络的安全经济运行。

主动配电网是智能配电网技术发展的高级阶段技术。智能配电网技术的发展是一个长时间的过程,也是能量流和信息流不断融合的过程。智能配电网发展的早期阶段强调能量的价值,随着智能化程度的不断提高,更多地强调信息的价值。智能配电网技术的发展历程如图1所示。

由图1可以看出,微网技术用于解决DG尤其是可再生能源的兼容问题,微网通过公共连接点与电网相连,使用一系列协调控制技术实现微网内部DG的优化运行并满足用户对于电能的高质量需求,微网作为一种自下而上的方法,能集中解决网络正常时的并网运行以及当网络发生扰动时的孤岛运行,是实现DG与本地电网耦合较为合理的技术方案。但微网技术以分布式能源与用户就地应用为主要控制目标,限制了其应用范围。主动配电网在微网对于DG协调控制技术的基础上,注重信息价值的作用,并且采用自上而下的设计理念,同时关注局部区域的自主控制(如微网)和全网的最优协调,是一种可以兼容微网及其他新能源集成技术的开放体系结构,是智能配电网发展的高级阶段。此外,从规模效益来看,主动配电网是在整个配电网层面对可再生能源进行消纳,其对于可再生能源的接入半径更大,可接入的可再生能源容量规模更大,因此对绿色清洁能源的利用也更多。

另外,主动配电网与现阶段含DG的单向供电被动式配电网也有明显区别,其主动控制特征主要表现在以下几个方面。

1)间歇式能源消纳

被动式配电网采用就地消纳间歇式能源模式,若间歇式能源所发电力过剩,配电网本身没有调节能力,无法上送配电网,只能降低其出力运行;而主动配电网具有消纳间歇式能源的调节能力,若间歇式能源所发电力过剩,在满足配电网运行约束的条件下,通过柔性负荷以及多层次电网的分层消纳能力消纳过剩的间歇式能源。

2)DG的调度

被动式配电网中DG用来平衡本地负载,由于功率无法上送至配电网,无法参与配电网的最优潮流运行;而在主动配电网中,通过源网的协调控制系统,将DG作为可控可调度机组参与最优潮流的运行调度。

3)DG的保护

被动式配电网出现故障时,DG退出运行;而在主动配电网中,当配电网出现故障时,允许在主动配电网的管理系统协调控制下,继续给非故障区域的重要负荷供电。

4)DG的监控

被动式配电网中独立建立DG监控系统,无法与配电自动化协调控制;而在主动配电网中,DG监控系统与配电自动化系统实现源网协调的一体化设计,可以协调DG与配电网的控制。

主动配电网是未来大容量DG以及多个微网接入电网运行的主要渠道。

2 主动配电网关键技术

已有配电系统是基于电力潮流从变电站单向流向负荷点这一前提而设计运行的,但DG的广泛接入、储能技术的快速发展以及能源市场的开放都将极大地改变配电网的规划、运行及分析方法。这也赋予了主动配电网的规划、运行及分析以新的内容。主动配电网的实效性依赖于如下几个方面关键技术的突破和应用:综合规划技术;分层分布协调控制技术;全局优化能量管理技术;成本效益分析。

2.1 主动配电网的综合规划技术

传统被动式配电网的规划方法没有考虑DG引入配电网的影响以及主动配电网的灵活控制特性,其规划的网络过于保守,资产利用不充分[11]。主动配电网的规划不仅要考虑传统配电网规划的内容,包括:重新布线、网络重构、安装新的联络开关等,还要考虑安装DG或从能源供应商处购买分布式能源以及需求侧响应等管理手段,这势必带来很大的不确定性,尤其是由可再生能源(风力发电、光伏发电)的间歇性引起的不确定性[12]。

目前,针对主动配电网的规划问题已有部分学者开展了相关的研究,尤其是关于分布式能源的优化配置方面[13],已取得了不少成就。文献[14]提出一种统一的主动配电网动态规划模型。该模型集成了主动配电网规划各个方面的因素,不仅综合考虑了可靠性、线损、从输电网获取的电能以及投资成本等多目标综合最优,而且通过多场景分析方法计及了能源需求以及DG尤其是间歇式可再生能源引起的不确定性,在基于拟动态规划理论的基础上制定了合理的规划方案。文献[15]着重研究了用以降低线损及提升供电可靠性的配电网DG优化配置问题。提出基于分时段负荷模型的动态规划方法,该方法考虑负荷的变化特征,对DG接入带来的降损收益和供电可靠性提升收益进行了阐述。文献[16]提出一种基于模糊理论和进化算法的多阶段规划方法以解决接入DG的中压配电网长期规划问题。该方法利用模糊模型处理规划过程中遇到的一系列不确定因素,例如负荷的增长、DG的出力以及经济因素等。该方法使用2层嵌套进化算法解决长期规划中的动态问题,通过第1层进化算法进行规划的选址、定容等静态优化选择,利用第2层进化算法选择规划选项的最佳时间。该方法在优化过程中兼顾经济性和可靠性。文献[17]着重研究了开放的电力市场环境下配电网的DG优化配置问题,在规划模型中提出了综合考虑DG投资成本、运行维护成本以及系统线损等目标函数,并计及了电力市场环境下的价格变化趋势。其他文献也大都基于进化算法结合多场景分析将不确定因素集成到统一的规划模型中,以解决主动配电网规划的内在问题[18,19,20]。也有部分学者提出用解析法求解DG的优化配置问题,例如基于等效电流注入的灵敏度分析法[21,22]、基于Newton-Raphion潮流算法[23]以及序列二次规划法[24]。但上述解析算法只适用于求解单一或者少数DG的选址定容优化问题,一旦DG数目较多时求解计算量将以几何级数增长,对于分布式能源高度渗透的主动配电网并不适用。

上述研究对于主动配电网的规划奠定了理论基础,但是都忽略了主动配电网对于绿色能源的兼容特性。主动配电网的规划应该是在计及间歇式可再生能源发电、负荷需求增长以及未来能源市场等不确定因素下,综合考虑原有配电网规划内容、DG的优化配置、储能设备的选址定容等选项,以追求能源损耗小、供电可靠率高以及绿色能源利用率高的多目标规划问题。此外,考虑到实现主动配电网的灵活控制和主动管理将引入多种二次智能设备以及建设可靠的通信网络,所以主动配电网的综合规划技术应该将自动化规划及通信规划一并统筹考虑。

2.2 主动配电网的分层分布协调控制技术

主动配电网的一大特征表现在DG单元及储能单元对于配电网运行人员来说是可控的,分布式能源参与网络的运行调度,并非以往简单的连接。虽然目前DG的并网技术已趋于商业化应用,但多个DG的集成需要更复杂的协调控制。文献[25]提出基于多智能体技术的多层控制框架以解决未来配电网运行过程中多分布式能源的协调控制问题。该控制框架有3层体系:第1层是就地控制智能体,其功能是快速就地控制单一DG和其他装置,如有载调压变压器(OLTC)分接头、并联电容器和保护装置等;第2层是基于微网、Cells和VPP概念的区域协调控制智能体,用于协调控制区域内的第1层智能体;第3层是最高等级的配电管理系统,用以实现整体上的全局优化运行。分层控制结构是解决主动配电网多分布式能源及其他可控装置协调运行的有效手段,其优势在于不仅能缓解集中控制结构存在的通信压力大、有延时、计算量大等问题,而且能规避对等控制结构存在的无法实现整体上优化运行的弊端。主动配电网的分层分布协调控制结构见图2。

如图2所示,就地控制是第1层控制,用以实现单一DG、微网单元以及无功补偿装置的快速响应控制。局部区域控制是第2层控制,用以协调局部区域内多个DG以及分布式单元之间的调度运行,以保证区域局部目标的实现并降低它们之间的相互作用及对网络的影响。第3层控制是主动配电网的全局优化管理系统,用以实现全局范围的信息采集,通过智能优化算法作出全局优化控制策略。

2.3 主动配电网的全局优化能量管理技术

主动配电网的核心价值在于对配电网的主动管理,即通过引入DG及其他可控资源(如柔性负载、无功补偿及需求侧响应等)加以灵活有效的协调控制技术和管理手段实现配电网对可再生能源的高度兼容及对已有资产的高效利用。有研究表明:在相同网络基础设施条件下,实施主动管理技术可集成的分布式能源比例是未实施主动管理技术的3倍[26]。

由图2分析可知,主动配电网的全局优化能量管理系统(advanced distribution management system)是最高层次的决策单元,是实施配电网主动管理的关键技术手段,其主要功能包括:潮流管理[27]、电压协调控制、分布式能源协调控制以及快速网络重构。目前欧洲对于主动配电网能量管理技术的研究比较多,但大部分集中于潮流管理和电压控制2个方面。在潮流管理方面,文献[28-30]提出了基于最优潮流(OPF)算法的主动配电网优化运行模型,以找到各种控制选项的最优组合(OLTC、分布式能源、需求侧管理、可控负载、无功补偿),实现配电网运行过程的总成本最小,确保配电网运行人员不仅在网络故障或者发生电气参数越限等紧急情况下给出最佳恢复策略,在正常运行情况下也能给出最佳运行方案以满足各种技术约束条件下的经济运行。文献[31]提出了基于agent技术的主动配电网潮流管理方法以解决由DG引起的双向潮流问题,通过分布式路由算法加快潮流管理过程中的OPF求解效率。在电压协调控制方面,文献[32-34]着重研究主动配电网的电压协调控制技术,文献[32]提出了基于节点注入功率—电压灵敏度指标的电压控制策略,文献[34]着重于通过无功最优潮流的求解获取电压的优化调整方案。

主动配电网的全局优化能量管理系统如图3所示。

由图3分析可知,主动配电网的全局优化能量管理系统收集全网各负荷点的实时运行数据、开关状态信息、网络拓扑信息、DG的运行工况以及储能单元的电荷状态(SOC)状态信息等,通过全局智能优化算法得出满足各项技术约束条件下的有功功率全局优化控制策略和无功功率全局优化控制策略。其中,有功功率优化控制策略是指在满足负荷有功需求的基础上尽可能多地利用可再生能源以及追求经济性最优,必要时可以调整运行方式;而无功功率优化控制策略是指在满足负荷无功需求以及确保电压质量的基础上使得网络上的无功潮流最优,必要时可以调节变电站内的OLTC分接头位置。

2.4 主动配电网的成本效益分析

主动配电网受其实施成本较高的制约离真正部署与应用还有一段距离。目前还缺乏有效的方法对主动配电网技术进行合理的可行性分析[35,36]。主动配电网成本效益分析的难点在于以下2点。

1)由于主动配电网的利益主体追求的目标不一致,在对其进行经济性评估时,难以协调其中的利益关系。例如公益团体关心的是环境保护,倾向于分布式可再生能源的收益,而配电网运行人员关心的则是投资建设以及运行维护成本,这需要多目标优化方法实现[37]。

2)难以对主动配电网细化的每一项具体技术进行准确的成本效益分析,尤其是DG技术,因为各国的能源政策不同,市场开放程度也各异[38]。

主动配电网的技术经济评估步骤如下。

步骤1:计算未采用主动配电网技术时配电网运行的各项重要技术指标。

步骤2:分析采用主动配电网技术时配电网络运行的各项重要技术指标。

步骤3:对步骤1和步骤2计算出的各项重要技术指标进行对比分析,得出实施主动配电网技术后网络运行各项重要技术指标的改进程度。

步骤4:对各项重要技术指标的改进进行经济效益分析及成本分析,从而得出准确的经济性评估结果。

主动配电网技术经济评估方法的精确程度直接影响到主动配电网的规划方案以及运行方式的选择,其各项重要技术指标必须兼顾网络运行成本、环保效益以及资产利用率等。

3 结语

主动配电网的推广应用能极大地提升电网对绿色能源的兼容性以及对已有资产利用的高效性,是未来智能配电网的发展趋势。主动配电网的实施与部署必将引起传统配电网的重大变革,将彻底改变已有配电网的规划、设计以及运行方式,其关键点在于上述主动配电网关键技术的突破和发展。主动配电网的综合规划技术能提供给可再生能源一个更加兼容开放的配电网体系;主动配电网的分层分布协调控制技术用以实现局部自治与全局优化相协调;主动配电网全局优化能量管理是主动配电网的大脑中枢,用以得出全局优化的有功功率控制策略和无功功率控制策略;主动配电网的成本效益分析关系到其规划及运行方案的评估和取舍,是主动配电网未来规划运行的指南。此外,主动配电网能否在未来广泛应用还需要信息及通信技术的创新和进步[39]。不过,为了鼓励多方参与,促进技术创新,电力市场还需要进一步放宽监管、拓展交易机制,在电网管理者、系统运行人员、供电用户以及能源供应商之间找到一个平衡点,使得未来的主动配电网成为一个开放、公平和绿色的配电网。

主动配电网的运营电价研究 篇9

近年来,随着间歇式能源大规模分布式接入配电网并网发电,配电网现有的单向电力输配模式发生了极大变化。当前配电网的功能结构和运行模式对大规模间歇式能源并网发电的制约作用逐渐凸显。为了高效消纳大规模间歇式能源并网发电,实现配用电发展的可负担性和可持续性,当前被动配电网需要向主动配电网逐步过渡[1]。

主动配电网(Active Distribution Network,ADN)的基本定义是:通过使用灵活的网络拓扑结构来管理潮流,以便对局部的分布式能源(Distributed Energy Resource,DER)进行主动控制和主动管理的配电系统[2]。被动配电网向主动配电网过渡之后,为应对分布式发电规模逐渐扩大以及用电负荷波动增大等一系列变化,需要考虑新的网络运行和运营模式,电价作为电力系统运营的重要手段之一,有必要开展相关研究。

目前,美国、英国、欧盟、澳大利亚等多个国家和地区在实时电价的理论基础上分别建立和发展了符合各自国情的电力市场,并在电价定价、零售商竞价、购电及网络阻塞管理、电力零售市场运行模式等多方面进行深入的研究和经验积累[3,4,5,6]。然而,我国电力零售市场的实践探索随着深圳输配电改革的启动才刚刚开始。因此,在我国电力市场环境下研究主动配电网的运营电价具有重要的现实意义。

1 主动配电网的运营模式

与当前的被动配电网相比,主动配电网是一种新的配电网技术形态,具有明确的技术目标,能源高效消纳是其技术表象,经济效益是其内在本质[7]。从市场结构的角度来看,被动配电网和主动配电网有2个方面的区别:1)被动配电网是以电网为主导的垂直市场架构,而主动配电网是以市场为主导的水平架构。这样一来,配电网需要打破垄断,引进竞争机制;2)由于主动配电网具有新的技术形态,为了反映主动配电网的技术目标,需要引进新的市场单元,已有的市场单元的职能也会发生转变。

首先,为了引进竞争机制,需要建立一个电力市场。电力市场是打破垄断的一个必然产物,从国外的经验来看,电力行业走向市场化的标志之一就是建立了电力市场,而从实际运行效果来看,电力市场也确实起到了打破垄断、引进竞争机制的作用。

其次,电力市场中电价的波动比被动配电网中电价的波动要更为频繁,这样就会出现用电风险,也就是说会存在用户用电时间规划不当,导致用电费用增加的情况。从风险的角度来划分用户,可以分为3类:风险进取者、风险回避者和风险中立者。对于风险回避者来说,对风险更为敏感,会渴望规避风险。为了规避风险,可以引入第三方,第三方可以通过和用户签订合约,用市场价格买人电能,然后以单一电价卖给用户。依靠买卖之间的差价赚取利润;同时,用户减小了风险。

另外,电网的职能会发生改变。引入电力市场之后,电网企业不再是连接卖电方和买电方之间的唯一桥梁,为了维持盈利,需要改变以往的运营和定价策略。一般而言,电力市场建立之后,独立售电商会逐渐进入电力市场,参与市场运营;电网则承担电力渠道商的角色,并参与运营竞争,提供电力兜底服务。因此,电网企业必须改变当前的运营模式,以适应新的角色环境。

2 主动配电网的上网电价

主动配电网的发电侧相比于被动配电网,没有很大的变化,在制定上网电价的过程中,只需要引入竞争机制即可。

目前,国外电力市场采用较多的是3种电价:统一一出清电价(Uniform Market Clearing Price,UCP)、按报价支付电价(Pay As Bid,PAB)、当量电价(Electricity Value Equivalent,EVE)。

(1)UCP电价是指发电商与供电商分别以统一的市场价格向电力池出售和购买电力。发电负荷通过发电商的竞价分配。在特定的交易时段,最后一个被市场调用的发电负荷的价格,称为市场边际电价(市场出清价),这就是发电商向电力库卖电的统一价格。

(2)PAB电价规则与UCP电价相同,其区别在于前者按报价购买电量,而后者按边际电价购买电量。如图1为UCP电价与PBA电价的对比示意图。如图1所示,在购买电量一定的前提下,采用PAB电价的购电费用小于采用UCP的费用。

(3)EVE电价是指考虑发电容量、综合容量成本和电量成本,形成当量成本,以体现电力市场的合理与公平特征。

文献[8]对3种电价对价格决策和产量决策的影响进行了比较,如表1所示。

从3种电价的比较可以看出,EVE电价是最适合的定价策略。

在上网电价的制定过程中,要解决公平和效率之间的矛盾。因为各种发电模式以及新老电厂之间,发电成本以及发电效率都是不同的。只追求效率,会阻碍成本较高的间歇式能源发电的发展,甚至阻碍发电格局的均衡。只讲究公平,就会挫伤积极性,使效率下降。在定价过程中,要根据实际情况,合理平衡效率和公平之间的关系。目前,一般采取的是“效率优先,兼顾公平”原则。兼顾公平可以采取2种策略:1)给予国家补贴,国家补贴能很好地解决各种发电模式发电成本不同的问题,能够使各种发电模式在报价的过程中保持相对的公平;2)引入现代金融财税调控工具,实现“再分配”。

3 主动配电网的运营电价

3.1 实时电价基本原理

主动配电网需求侧的变化较大,在制定运营电价的过程中,不仅要反映出主动配电网主动性和市场性的特点,还要具有良好的削峰填谷作用。在现有的电价模式中,实时电价是最能够满足上述需求的电价模式。

实时电价的概念最早由美国F.C.Schweppe教授在20世纪80年代提出,是在给定的极短的时段(如1 h,30 min,15 min等)内向用户提供电能的边际成本[9]。实时电价是配电市场中最理想的电价机制之一。实时电价是在电力系统安全运行的前提下,基于长/短期边际成本的定价方法,通过电价变化以反映实时的电力供需关系的紧张程度,其优点在于能够动态地反馈用户的用电行为变化。当电力需求增加时,电价抬升,引导用户降低用电负荷;当电力需求减少时,电价降低,刺激用户增加用电负荷。因此,实时电价可以作为主动配电网中一个强有力的市场调节手段,实现电力系统的优化运行。

实时电价通过动态电价机制激励用户参与到电力交易中,与市场调度员共同实现对系统经济运行的调度,这不仅符合市场经济中自由竞争模式下的定价原则,还能更为合理地调节用电需求。此外,实时电价是配电网主动调节负荷的一种手段,也给用户调整用电行为、谋求最大利益提供了可能性,反映了配电网和用户2个市场主体的主动性。因此,主动配电网采用实时电价作为运营电价是具有合理性的。

3.2 实时电价定价原则

运营电价在制定过程中需要遵循3个原则:

(1)利益分享、风险分摊的原则:实时电价作为需求侧管理的重要经济手段,首先必须满足需求侧管理的总体目标,即社会、电力部门和用户3方受益或几方受益而另一方利益不受损害。此外,定价时还要考虑发电侧竞价和需求侧博弈带来的运营风险。

(2)用户响应曲线的确定原则:用户响应是指用户针对电价变化而调整自身用电行为的反应动作。确定用户响应曲线,就能制定合理的电价来调节负荷。

1)基于心理学的用户响应曲线类型

对于外界刺激,人类在现实生产生活中的反应主要包括反应不敏感期、正常反应期和反应极限期3大类,可近似看作一条分段线性函数。该函数通常只需要3个参数:死区阈值(m1)、线性段斜率(B1(MtMs)和饱和区阈值(M1)。其中,Mt为实时电价;Ms为基准电价。用户响应函数如图2所示。

2)基于黑箱原理的用户响应曲线拟合

黑箱原理是只关注输入与输出信息之间的外部近似数量关系,而忽略其结果形成的内在过程。曲线拟合的目标是通过确定关键参数,形成拟合曲线,利用该曲线产生的计算结果能够最大程度地接近历史负荷曲线。因此,在采集用户用电数据的基础上,可以利用黑箱原理,建立用户响应曲线。

(3)实时电价拉开比的确定原则

拉开比为最高电价与最低电价在基本电价基础上上下浮动幅度的比值,则实时电价拉开比为最高电价与最低电价的幅值比。

合理的电价拉开比应该同时满足系统调峰的目的和经济效益的约束。确定合理的实时电价拉开比的原则有3点:

1)若电力用户对电价的敏感程度不大,则采用实时电价前后的系统峰谷时段无明显改善。

2)实时电价拉开比的设置应该以考虑用户敏感程度为前提,以减小峰谷差为目标。

3)实时电价拉开比的设置还需要考虑用户的构成类型,以避免用户反应不足或反应过度导致实时电价的不合理波动。

4 仿真分析

4.1 基本参量

4.1.1 时间段选取

假设实时电价的发布周期为30 min/次。由于仿真过程中时间段大小的选取不会影响到最终的仿真结论,故本次仿真将时间段取为1 h。

4.1.2 需求侧用电量

设某负荷代表日的负荷曲线为P=(t),则

式中:V为全天的用电量。

若典型负荷曲线如图3所示,则实时用电量就可以表示为:

式中:θ为仿真步长;T为计量时刻点。

4.1.3 用户响应

当实时电价大小发生变化时,用户的用电量也会发生相应的变化。当电价下降时,用户的用电量会上升,相反,当电价上升时,用户的用电量会下降。由此可见,用户用电量的变化量与电价变化量是负相关的关系,可以写成ΔV=ΔV(Δp)。具体的表达式需要通过大量的调研工作得到,在这里,为了简便起见,假设用户用电量的变化量与电价变化量是线性的关系,表示为:

式中:k为负值系数;d为常数。

4.1.4 用户响应延时

如前面所说,用户可能会出现反应延时的情况,因此,在考虑延时的条件下,用户响应函数应表示为:

式中:ΔC为用户的电价敏感度函数。

4.1.5 约束条件

实行实时电价前供电方的销售收入为

式中:P0为电价;Q为总电量。

实行实时电价后供电方的销售收入为:

式中:p(t)为t时刻的电价。

实行实时电价后供电方通过调峰可以节约的电力投资为M'。

供电方获利的约束条件为

实行实时电价前用户电费支出:

实行实时电价后用户电费支出:

用户受益即电费支出不增加:

4.1.6 优化目标

尽可能提高电力系统的负荷率,即最小化Lmax,以增加电力系统的稳定性。

4.2 仿真分析

由于运营电价的主要作用之一就是调节负荷,判断一种电价优劣的标准就是该电价是否具有削峰填谷的作用。因此,本仿真算例主要研究实时电价的削峰填谷作用。

参考文献[10]的数据,可以得到如图4和图5所示的单一电价下的负荷曲线和实时电价曲线。

(1)不考虑用户反应延时情况下实时电价的削峰填谷作用,采用实时电价和统一电价的负荷曲线对比如图6所示。

实行实时电价之前,峰荷为7 780 MW,谷荷为4 910 MW,用户电费支出为7.011×107元。实行实时电价之后,峰荷为7 250 MW,削峰6.812%,谷荷为5 535 MW,填谷12.729%,用户电费支出为6.944×107元。

(2)考虑用户反应延时情况下实时电价的削峰填谷作用,延时情况下负荷曲线如图7所示。

由图7可知,在考虑实时电价的情况下,用户响应电价的时效性对负荷变化的结果有较大影响。此时,峰荷为7 175 MW,削峰9.640%,谷荷为5 485 MW,填谷11.690%,用户电费支出为6.930×107元。

在考虑以光伏发电为代表的间歇式能源分散式并网发电的情景下,按照国家度电补贴标准折算为统一的上网电价后,通过实时电价与统一电价场景下仿真结果的对比分析,可以明显看出,实时电价能够有效改变负荷曲线,实现削峰填谷的目标。因此,随着间歇式能源渗透率的不断增加,通过主动配电网的灵活运营,能够在很大程度上调节负荷用电与间歇式能源出力的匹配度,最大程度地实现间歇式能源的高效就地消纳。

5 结论

本文对主动配电网的灵活电价进行了初步研究,根据主动配电网特有的性质,选取了与之相适应的电价模式,并提出了在制定实时电价过程中需要遵循的原则。通过仿真算例,可以看出实时电价削峰填谷的效果明显,故实时电价作为主动配电网的运营电价是合理的。而如何在不同的用户构成类型的情景下,合理地设置实时电价及其电价交互机制有待进一步研究。

参考文献

[1]CELLI G.GHIANI E,MOCCI S,et al.ReUability Assessmentof Active Distribution Networks[C].Paris:CIGRE2010,Cigre Technical Committee,2010.

[2]尤毅,刘东,于文鹏,等.主动配电网技术及其进展[J].电力系统自动化,2012,36(18):10-16.

[3]赵豫,于尔铿.电力零售市场研究:(一)充满竞争的电力零售市场[J].电力系统自动化,2003,27(9):20-23,40.

[4]赵豫,于尔铿.电力零售市场研究:(五)电力零售市场与负荷管理[J].电力系统自动化,2003,27(14):32-35,48.

[5]赵豫,于尔铿.电力零售市场研究:(六)分散式发电对电力系统的影响[J].电力系统自动化,2003,27(15):25-28.44.

[6]赵豫.电力零售市场研究[D].北京:中国电力科学研究院,2003.

[7]范明天,张祖平,苏傲雪,等.主动配电系统可行技术的研究[J].中国电机工程学报,2013,33(22):12-18.

[8]李晓刚,言茂松,谢贤亚.3种定价方法对发电厂商报价策略的诱导机理[J].电力系统自动化,2003,27(5):20-25.

[9]SCHWEPPE F C.Spot Price of Electricity[M].London:Kluwer Academic Publishers,1988.

主动配电网智能设备的研发与实践 篇10

主动配电网的智能设备

硬件设备:电力电子设备(D-STATCOM)、广域信息智能设备(IED)、通信设备、储能系统(ESS)、分布式电源的接入点的协调控制设备等;

软件系统:能量管理系统(EMS)、配电管理系统(DMS)、DER的分布式控制系统、需求侧管理(DSM)系统等。

主动配电网智能设备设计思路

设计主动配电网智能设备需要采用主动控制技术的设计方法,与常规配电网设计方法有很大不同。

常规配电网主要根据配电网单一方向的潮流、短路电流水平选择设备和线路, 并配置IED;根据负荷性质配置无功补偿容量,一切都是固定的,基本上不具备调控能力。

而主动配电网设备的设计是基于电力电子、信息、通信技术和自愈控制的思想,应用广域信息、数据处理、类型辨识技术,实现预测、判断、早期干预、转移负荷,尽量减少防止隐患发展为故障的几率,主动保证系统高可靠的运行;应用D-STATCOM及配电网灵活交流输电技术调整电压、无功,主动实施电压稳定控制;设定分散预防控制和集中全局控制系统级控制策略,就地控制及远程综合控制,处理紧急状态、故障状态、故障后系统恢复状态等一系列控制逻辑,建立主动控制体系。

由于这个思路从电源、负荷、配电网、电力系统全局出发,主动预警与调控,因而我们可以称这种新的调控技术为电力系统主动控制技术,而基于这种控制理论的配电网系统可以满足DER即插即用式接入,可以支撑与用户的双向互动,实现多种类、多形态负荷与电源的互补,利于削峰填谷、提高电力设备的使用率,延缓电力设施的投资与建设。

主动配电网设备的研发与应用现状

D-STATCOM的应用

D-STATCOM是灵活柔性交流输电系统(FACTS)技术和定制电力(CP)技术的重要组成部分。在主动配电网中,STATCOM也起着重要作用。用于配电系统中的STATCOM一般称为D-STATCOM。

D-STATCOM可直接接入400V~35k V电压等级母线,克服传统无功补偿和谐波治理装置存在的不足,为电网或用电负荷提供快速、连续有源动态无功补偿和谐波滤波,可有效提高电网电压稳定性、抑制母线电压闪变、补偿不平衡负荷、滤除负荷谐波及提高负荷功率因数。因此成为新能源微电网接入系统并网点的重要设备,也是定制电力的有力工具。

2000 年以来,在总结国际上若干大停电事故过程中, 考察电网恢复供电时间,发现短的要几个小时, 长的达二十几个小时。纵观恢复供电时间长的重要原因之一,就是电网间同期并列速度慢。为了加快电力系统大面积停电以后配电网系统快速并网的问题,利用D-STATCOM的特性,将低压电力系统常规并网的捕捉同期的常规方式,改变为由电力电子设备调整待并配电网两侧的频率、相位与电压幅值进行主动并网的方法,并已在黑启动过程中发挥了作用,加速了系统恢复的过程。

IED技术的发展

主动配电网的保护、控制、监测设备已经深度融合,单点测量的继电保护、控制设备已不能适应主动配电网的功能需要。

主动配电网IED主要应具备以下功能:

支持网络技术,能采集广域信息;

采用保护、控制逻辑和整定值的多重自适应技术,自动适应电网运行状态,寻求最佳保护灵敏性、快速性和可靠性;

应用主动控制原理设计IED设备:

自适应继电保护

实质上是一个具有反馈的控制系统,它与自愈控制技术相适应,是自愈控制的执行机构。

采用模块化的设计思想, 可根据系统需要实现灵活的逻辑编程进行功能重组,以适应新能源即插即用式接入配电网。

采用图形逻辑编程式软、硬件平台开发的继电保护,支持保护功能的改变,采集广域信息、多重自适应、多点网络保护与控制,这些主动控制技术的内容,或许将成为主动配电网IED设备主流研发、设计理念。

自适应控制设备

远方跳闸、远方备用电源自动投入、远距离负荷调控,高密度新能源接入区域的源、网、荷协调控制设备及监控系统,可以使配电网从一种新的运行状态下,达到最佳运行状态,适应随时接入或变化的新能源,这些是主动配电网控制系统所具备的功能。

主动配电网控制系统已不是一种简单的局部设备去完成局部动作,而是立足全网进行多层次的控制与调度,且需要与一次系统的设备运行状态协调统一、密切配合。

电源接入点(PCC)保护控制装置研发与应用

在国家电网公司近几年立项的示范工程中,微电网接入系统并网点的协调控制设备、网络化继电保护、自愈控制技术高级应用等关键技术和装备,已经开始示范应用,并且在实践中不断得到完善。作为主动配电网主要组成部分,分布式电源接入配电网,引出了源、网、荷协调控制的一系列改变,这些设备的研发工作已经展开。例如,分布式电源接入点或联络线保护控制装置的研发与应用。

随着我国大规模风电、太阳能电站和分布式电源越来越多的接入配电网,国内外学者、研究人员对相关问题进行了广泛、深入的研究,仿真系统和现场实测波形显示,在公共连接点处,短路电流的幅值和形态出现了很多新的特点。图1 为某微电网接入配电网的接线图。在并网点两侧发生故障时,短路电流的性质完全不相同。图2 和3 分别显示了K1 点与K2 点短路时,短路电流波形图。这些新的特点导致某些传统继电保护的判别原理完全失效,某些部分失效,必须研究新原理的适应性继电保护、控制装置。

动作值自适应的双功率方向电流保护

设计PCC点双功率方向电流保护,力图在两个功率方向上均具有可靠性和选择性。图1 所示含储能微电网,当K1 点发生故障,流经PCC的短路电流是由微电网提供的,带有逆变器类电源的故障特性:PCC点短路电流不超过额定电流的1.2~2 倍;而K2 点发生短路,由配电网提供短路电流,具有大电网故障的动态特性。为了在两种条件下满足灵敏度和选择性,并网点继电保护设计了动作值自适应的双功率方向电流保护。

谐波突增作为辅助判据的过电流保护

当K1 点短路,微电网侧输出短路电流,及离网条件下K2 点短路时,在故障瞬间PCC点电流的谐波分量增大,频率也有所变化。因此并网点的过电流保护可以设计谐波突增判据和频率跟踪措施。

设计谐波突增判据,用于拟补电流保护灵敏度不足的问题。当发生短路故障时,微电网提供的短路电流比正常工作电流有所增大,但一般只有1.2~2 倍的额定电流,同时谐波分量也突然增大。按照通常保护整定计算方法,要求保护有一定的灵敏度,1.2~2 倍短路电流很难满足灵敏度的要求,短路电流中谐波分量的突然增加可以作为辅助判据,正确的选择可以拟补电流保护灵敏度不足的问题。电流和谐波动作门槛值根据短路电流水平和谐波分量大小设定,不同制造商生产的逆变器会有差别。设计采取预设门槛值,选用仿真数据作为门槛起始值,随后保护设备记录实际故障电流和谐波分量值,采用自学习的智能方法修正动作门槛值。

电流启动低电压记忆保护功能

与电磁式发电机不同,电力电子设备控制的新能源发电设备,故障电流与传统电力系统的故障特征不同, 没有明显的故障电流,最大电流为2 倍额定电流,且衰减迅速, 100ms内即下降并稳定在1.2~1.1 倍额定电流水平,当储能容量逐渐降低以后,电流将进一步下降。为了保证电流保护可靠动作,在瞬时过流保护中采用基于瞬时值的快速保护算法,在电流明显下降前瞬时段保护出口跳闸。由于电流保护II段和III段需要经延时跳闸,若不采取针对性的措施,传统电流保护的II、III段存在拒动的可能性。采用低电压保持的定时限过流保护可以保证故障被可靠切除。

基于多点信息的网络差动保护

微电网离网运行时的保护配置与常规保护不同,由于微电网离网运行时,短路电流与额定电流水平接近,电流保护和阻抗保护效果都不理想。最理想的保护方式是基于网络信息的分区差动保护。分区域设置差动保护的原则是尽量缩小故障隔离的范围,减小微电网停运的机率,但需要进行相应的技术经济分析, 使保护方案达到较好的性能价格比。

主动配电网智能设备研发方向

配电网的发展趋势是主动配电网,主动配电网智能设备的研究和发展方向如下:

采用更加灵活、可靠、先进、经济的保护、通信和控制终端技术,提高配电网全面的可观测性、可调可控性;

研究智能配电网控制理论和方法,开发高级应用软件、系列智能终端产品,实现配电网自愈;

研究应用电力电子技术,实现电能质量控制、降低损耗,实现电能的灵活分配。全面提高配电网的运行水平。

探讨配电网规划建设现状及管理 篇11

摘要:一般来说,配电网在我国的电力系统中担任着十分重要的桥梁联接作用,其不仅能够与供电电源紧密联系,还能将电源中心的电量源源不断的输送给各大电力用户。因此配电网的运行是否安全平稳是直接影响我国电力系统不断发展的重要因素之一。本论文就在此基础上先结合配电网的基本含义,特征与规划重点,再对配电网的规划建设现状作全面阐述,最后再对如何科学有效的管理配电网规划建设状况作深入分析。

关键词:配电网;规划重点;建设现状;管理要点

引言

随着社会经济水平以及用电需求的不断提高或增加,我国的配电网系统也应随之得到不断的改进与发展。为了更好的推进地区配电网的全面规划与建设,笔者建议工作人员应积极建设科学合理、技术可靠、安全平稳、经济节能的高新配电网,在建设高新配电网的过程中也要树立正确客观的管理理念,将配电网的規划建设与现代的高新科学技术相结合,坚持“科技驱动建设,规划引导建设”的建设信念,这样才能更好的推动配电网朝着专业化、科技化、高效化的方向发展。

一、配电网的基本含义,特征与规划重点

1.1配电网的基本含义与特征

从科学角度来说,配电网是一种在电力系统中分配电能并传输电能的连接网络,其的主要构成设施有:架空的电线路、电缆线、杆塔、无功补偿器、隔离开关器以及配电变压器等。按照不同的电压等级来看,配电网主要被分为高压配电网,主要电压值在35-110kv之间;中压配电网,主要电压值在6-10kv之间以及低压配电网,主要电压值只有220kv与380kv这三种形式,其中220kv电网在电力负载率较大的地区也有配电网的基本功能。

根据配电网的基本含义与分类情况来看,具有两个基本工作特征且分别是:辐射状的分布弧较低与所持的电压等级也较低。从配电网的基本性能来看,这两种工作特征却正好满足构成配电网性能的要件。根据不完全统计数据来看,配电网的设备分布范围极广,虽然在某一地区配电网的占地面积较少,维护费用较低,但是连接起来整片地区的配电网维护与保养费用就会极高。

1.2配电网的建设规划重点

在电力系统中,配电网的建设规划重点完全是根据电力负荷的变化程度来设置。另外用电客户的增加,电力需求的提高也会对配电网的建设规划产生一定的影响。这种循环相扣的电力变化需求对整个电力系统来说影响较少,但对于某一地区的配电网来说所引起的变化却是相当大的。因此,供电企业要按照用电需求的变化程度实时的对配电网的性能作调整与规划是十分重要的。

在配电网的规划与建设中,主要有以下四个要点是值得关注的:电力负荷状况的预测、中低压配电网的规划建设、无功优化的规划与建设以及最后一个要点即配电网的自动优化规划建设。在遵循了这四个基本规划要点的基础上,供电企业才能更好的根据动态的电力负荷变化程度,将不同的时间段分为几个构成部分,实现配电网的多区域,同时间的供电。

二、配电网的规划建设现状分析

在综合上述内容的基础上,笔者主要结合的是某地区的配电网规划建设现状来进行全面的分析。

笔者主要介绍的该地区属于中原地区,其地势平缓,幅员辽阔,而配电网的主要规划范围分布在该地区的不同方位,其中南北方位地区的配电网分布量是最大的。根据当地的城市走总体规划书来看,早在2013年该地区就开始逐步着力建设配电网的基本规划与分布,以此来保障民众的用电需求,同时专门用来规划配电网的分布状况的年限就已达四年。在这四年内,供电企业要结合具体的地方规划计划,对该地区的不同方位实施全方位、高效率的配电网规划与建设工作,以此成果来展望2030年的电网发展状况。同时为了满足该地区日益增长的用电需求,此次的配电网规划与建设工作还应积极遵循“十二五”及“十三五”初期间的配电网持续发展策略。

根据不完全统计数据来看,2008年该地区的供电面积约达70k㎡,用电的人口量也达到了约55万人,这说明该地区拥有着极其广阔的用电前景。而在2013年这种预想就已实现,据电力部门报告,本年度的电售量就已超出前年度,为13.65亿kwh。另查明,配电线路的综合线损率也达到了7%左右,与预想中的线损率相持平。在配电网的低压区域内,其综合线损率为6.5%左右,比预想的要低0.3%左右。同时在电厂发展行列中,该地区的配电网规划建设状况也在逐步提高。经过最近几年的配电网城市区域改造工程,在城市区域内的配电网组成与结构都发生了合理的变化,配电网的基本供电性能也得到了显著的提高,该地区的7座变电站的平均负载率也由原来的69.71%逐步扩展至72.18%,电力负载能力也得到了提高。

三、如何促进配电网规划建设现状的管理工作

3.1坚持三重规划引导

配电网在我国的城市区域、农村区域的应用性极其广泛,因此只有对其实施科学合理的规划建设工作,才能更好的促进配电网的持续发展,促进我国电力系统的全面发展。因此笔者建议供电企业应继续坚持三重规划引导,这里的三重规划指的是要在“国家电力系统总体规划的引导下”,“城市社会用电总体规划的引导下”以及“国民经济发展水平的总体规划的引导下”,要合理的设置区域配电网的规划与建设,不仅要符合区域配电网的实际建设状况,又要在实际建设的基础上具有前瞻性,安全性与一定的平稳性。只有这样才能促进国家配电网规划建设的最高水平。同时供电企业还要根据

3.2加强科技创新,利用高新技术

科学技术是第一生产力,因此要想实现区域内配电网规划建设的合理,科学,就要坚持加强科技创新,积极利用高新技术投入配电网的的规划与建设中。但是在实际建设中还需注意的是要先对配电网的规划建设现状作深入的分析以及精细的划分,对用电客户的电力需求进行全面且准确的预测,还要对建设配电网的区域进行实地考察,将配电网的建设框架进行深入的,充分的论证,以此来确保科技创新给配电网带来的便利。

同时,笔者建议供电企业还可以积极参考省电力研究所的核心技术,将其作为技术支撑,并在此基础上积极优化配电网内部的结构联接,充分使用现如今的高新技术进行建设区域的勘探,例如GPS技术、遥感技术、SCADA技术等,全面统筹配电网区域规划,实现运行状况、数据解析以及规划图纸的全方面共享与沟通,这样才能更好的提高配电网的使用效益与发展效益。

3.3对配电网实施统一规划与管理

这里的统一规划与管理具体指的是要坚持计划管理统一模式,对各个区域的配电网实施切实的统一规划、统一项目库建设以及统一的保养与维护。同时也要注意统筹配电网的投资与实际建设计划的安排,这样才能避免配电网建设的无序施工以及低效、浪费的经济投资。只有这样才能更好的提高供电企业的操控管理能力,强化配电网的规划与实际计划的有效衔接,以此来保障配电网规划安排的刚性执行能力,进一步的提高区域内配电网统一的规划建设管理水平。

四、结语

综上所述,要想更好的对某一区域的配电网实施全方位,高效率的规划、建设与进一步的管理,就要继续坚持正确的三重规划引导,明确在配电网整体规划建设中的要点所在,还要全面的考虑供电区域内的电力负荷水平与平衡性能,积极制定良好的配电网区域分布结构,同时还需调整好主干电力系统与配电网之间的关系,使其相互促进相互影响。只有不断的改善配电网的规划与建设方向,不断地驱动创新科技,才能更好地实现电力系统资源的共享与平稳运行。

参考文献:

[1]王信茂.电力发展规划研究与实践[M].北京中国电力出版社,2012-05-11.

[2]谭永才.电力系统规划设计技术[M].北京中国电力出版社,2012-02-23.

主动配电网规划 篇12

太阳能是一种重要的可再生能源。然而, 光伏发电系统在配电网中的渗透率达到一定比例后, 将带来反向潮流和电压越限等问题, 这给配电网运行控制增加了新的挑战。

工业实践和科学研究表明有以下几种方式可以解决配电网反向潮流越限及节点电压越限的问题: (1) 在配电网规划设计中控制光伏发电的接入容量。文献[1-2]分别研究了配电网与输电网中光伏接入的极限容量。 (2) 利用储能 (化学电池、电动汽车等) 吸纳光伏发电系统在正午发出的多余有功功率, 并在负荷高峰时段释放能量, 从而既可消除线路潮流阻塞, 又可达到削峰填谷的效果, 提高了供电质量。近年来, 国内外学者对储能进行了大量的研究与建模工作[3,4,5]。同时, 也有不少学者提出了可再生能源与储能的协同调度策略, 如风光储联合调度策略[6,7]。 (3) 利用快速启动机组 (如燃气轮机) 调节出力来适应光伏有功输出的变化, 从而减小光伏出力随机性对电网的冲击[8,9]。除此之外, 常用的辅助方法还包括利用有载调压变压器调节配电网电压, 以及利用光伏发电系统的电力电子逆变器和无功补偿设备进行无功功率的调节[10,11]。

然而, 储能系统目前还受到投资成本以及使用寿命等的约束, 这使得储能系统近期还很难在电网中获得大规模应用。以锂离子电池为例, 目前每千瓦时储能容量的价格约为5 000元, 寿命约为2 000次, 即2.5元/k Wh, 高于目前的上网电价。在此情况下, 让光伏发电系统部分弃光才是更好的选择。而通过快速启动机组来应对光伏出力的变化时, 光伏并网发电系统向电网输送电能是以减少相应机组利用小时数为代价的[12]。

事实上, 在规划时期所确定的是光伏发电系统额定容量[13]。为保证在任何可能的光照强度下配电网都不会发生电压和潮流越限, 规划中所确定的光伏发电系统额定容量通常都留有较大的裕度, 这将大大制约人们对清洁太阳能的使用。目前, 光伏发电系统的出力控制通常采用最大功率点跟踪策略。而会引起配电网电压、潮流越限的光伏出力高峰时段只占全年光伏有效出力时间很小的一部分。若能合理地削减出力高峰时段的光伏功率, 使配电网不至于越限, 则可增加光伏发电系统的接入容量, 从而在非出力高峰时段获得更多的光伏功率。

由于配电网是高电阻网络, 由接入配电网的光伏发电系统所产生的反向有功潮流会显著地提高沿线节点的电压。同时, 过大的反向有功潮流也可能导致线路潮流过载。因此, 对配电网的有功注入量进行主动控制是至关重要的。

基于此, 本研究针对配电网中接入的光伏电站提出一种考虑光伏出力削减的实时控制策略。

1 光伏出力削减模型

1.1 光伏出力最大值计算

光伏发电系统的最大输出功率具有一定的随机性, 其值受到太阳辐照量、外界环境温度以及光伏模块的自身参数等因素的影响。当已知太阳辐照量为s (0<s<1) 时, 光伏发电系统运行在最大功率点的输出功率可以由式 (1~5) 计算所得[15]。

式中:Tcy, TA—光伏模块的温度和环境温度;NOT, Isc, Voc—光伏模块标称运行温度、短路电流以及开路电压;Kv, Ki—电压温度系数和电流温度系数;FF—填充因子;N—光伏发电系统中包含的光伏模块的个数。IMPPT, VMPPT—最大功率点的电流和电压;Ppvmax—当太阳辐照量为s时, 光伏发电系统的最大输出功率。

所以, 在已知光伏模块参数的情况下, 通过实时地测量外界气象条件, 就可以由式 (1~5) 计算得当前光伏发电系统的最大输出功率。

1.2 光伏出力削减模型

根据一天中光照强度的变化规律, 光伏发电系统通常在正午迎来出力高峰时段;而夏季与冬季中某天中的同一时刻, 其光照强度亦相差很大。对于依据最大功率点跟踪 (MPPT) 进行控制的光伏发电系统, 其极限接入容量是按照光伏出力高峰时段 (如夏季正午) 的功率输出量进行安全计算的。而在该光伏渗透率水平下, 非高峰时段的光伏发电系统出力还远未达到引起电网越限的最大有功注入量。由于非高峰时段光伏出力占据光伏有效出力时间的绝大部分, 通过削减光伏出力高峰时段的有功输出, 可以增加光伏发电接入容量。

由于光伏出力的不确定性, 研究人员不能像调度传统发电机那样来调度光伏发电站的出力, 但却可以将光伏的实际出力从一个较大的值 (由式 (1~5) 计算所得的当前光伏发电系统的潜在最大输出功率) 削减至某一合适的出力值。所以, 本研究所指的削减策略, 实际上就是一种为了满足系统安全约束, 将光伏出力向下主动调节的调度策略。

1.2.1 目标函数

本研究为了在配电网不越限的情况下, 充分利用光伏发电, 将目标函数设定为使配电网从主网中吸收的有功功率量最小, 即:

式中:Pi—配电网从主网中吸收的有功功率, 以流入配电网为正。

该目标函数兼顾了减小网损以及尽可能多地利用光伏发出的电能。

1.2.2 约束条件

(1) 节点功率平衡方程:

式中:Vi, Vj—节点i、j的电压幅值;NB—节点个数;Pi, Qi—节点i注入的功率, 取决于该节点上的光伏发电量以及负荷水平;θij—节点i与节点j的电压相角差;Gij, Bij—导纳矩阵对应元素的实部和虚部。

(2) 线路潮流约束:

式中:Ti与Timax—第i条线路上的潮流及线路潮流上限值。NL—支路条数。

(3) 节点电压约束:

式中:Vimax, Vimin—节点i的电压上下限值。

(4) 光伏出力约束:

式中:Ppvi—节点i的光伏有功注入上限值, 是待优化变量。Ppvimax可由式 (1~5) 计算得到。式 (11) 表达了光伏出力削减的思想, 即连接于某个节点上的光伏出力从最大功率点Ppvimax被削减至某一个合适的出力值Ppvi, 从而避免配电网节点电压和线路潮流越限。根据式 (6~11) , 可以通过优化计算得到一个合理的光伏出力削减策略。本研究采用GAMS优化软件建模, 调用KNITRO求解器进行优化计算。

2 通过DC/DC电路削减光伏出力

为了对接入配电网的集中式光伏发电系统进行日内实时优化调度和控制, 配电网能量管理 (调度控制) 中心通过上文所叙述的光伏削减策略, 每隔10 min (符合EN 50160和IEC61000-4-3标准) 计算一次各个节点上光伏发电系统的最大允许出力上限值Ppvi, 并将该值作为指令分别传递到各个光伏发电系统, 如图1所示。在该10 min内, 光照强度可能会略有变化, 但配电网中各个光伏发电系统的出力始终不允许超过Ppvi。若光照强度较强, 光伏发电系统的潜在输出功率大于Ppvi, 则通过主动控制使其出力恒定在Ppvi;若光照强度变弱, 光伏发电系统的潜在输出功率小于Ppvi, 则使光伏发电系统运行在其最大功率点上。到下一个10 min, 配电网调度控制中心重新计算Ppvi, 并将新值传递给各个光伏发电系统。通过上述控制策略, 各个时段的实际光伏出力会等于或略小于计算值Ppvi, 但能保证配电网始终不会发生电压、潮流越限。图2展示了一个典型的两级式并网光伏发电系统的结构, 由光伏电池阵列、DC/DC变换器、DC/AC光伏并网逆变器、控制器、储能电容等组成[16]。通常, DC/DC变换器负责将光伏阵列所产生的直流电压Vpv变换成受控的直流电压VDC供给后一级DC/AC光伏并网逆变器, 同时实现对光伏阵列的最大功率点跟踪功能。而DC/AC变换器负责将直流母线上的直流电逆变成交流电, 为本地负荷提供电能, 并将多余的电能注入配电网。然而, 在光伏出力高峰时段, 多余的光伏功率需要被削减掉, 所以此时对光伏阵列继续进行最大功率点跟踪就不适宜了。

光伏阵列的输出功率与输出电压呈现非线性关系, 且该PV特性曲线会随着外界环境的变化而变化。国内外学者对光伏阵列的最大功率点跟踪已经进行了大量的研究, 其控制策略主要包括定电压跟踪法、扰动观察法、电导增量法等[17,18]。受到最大功率点跟踪的启示, 本研究提出了一种将光伏发电系统输出功率维持在某一给定值的控制策略。根据配电网调度控制中心所给定的指令值Ppvi, DC/DC变换器的控制器通过合理地改变占空比来调节出力, 使光伏发电系统的输出功率降至Ppvi以下, 从而实现光伏出力的主动削减, 避免配电网节点电压和线路潮流越限。

本研究通过基于Simulink的光伏模块来进行仿真计算。对光伏发电系统出力的主动调节是通过控制太阳能电板端电流来实现的, 具体控制逻辑如图3所示。

Ppvi—传递给光伏发电系统的最大允许出力值;Iref, ΔIref—光伏阵列的控制电流和控制电流的增量;P, Pold—本次循环光伏阵列的输出功率值及上一次循环光伏阵列的输出功率

3 算例分析

本研究采用IEEE33节点的配电网系统, 在节点18、25、32上添加了光伏电站, 并以此为基础进行仿真计算。IEEE33节点配电网的基准电压为12.66 k V, 三相功率基准值为10 MVA。采用文献[19]所提供的数据通过式 (1~5) 计算光伏在该条件下的最大出力值。具体参数的数据如表1所示。

正午时分 (光伏发电系统出力高峰时段) , 各个节点上的光伏最大允许出力值如表2所示。文中规定电压上下限值分别为1.05至0.9 (标幺值) 。当没有光伏接入时, 线路1—2上的正向潮流最大, 所以将该值作为所有线路潮流的上限约束。为了使连接主网与配电网的有载调压变压器可以自由调压 (调压范围为0.95~1.05) , 本研究在计算时将节点1上的电压设为1.05。由计算结果可知, 节点18与节点25上的光伏出力需要适当地进行削减, 节点32上的光伏发电系统依旧可以运行在其最大功率点上。节点18、25、32上的原有的有功负荷分别为90 k W、420 k W、210 k W。所以, 此时网络中会产生大量的反向潮流。

IEEE33节点配电网节点电压幅值沿馈线的变化趋势如图4所示。图4中:星形、方块和圆形分别代表了光伏出力高峰时段, 配电网不接入光伏、接入光伏且采用出力削减策略、接入光伏但不采用出力削减策略时的各个节点的电压幅值。由图4可知, 当配电网中无光伏发电系统接入时, 电压幅值从1号节点 (配电网与输电网相连接的节点) 开始沿着馈线逐渐降低。其中, 节点18与节点33电压较低, 对应于配电网中两条馈线上的最末端点。当配电网中接入大量的光伏发电系统后, 若对注入配电网的有功功率不加以控制, 则在光伏出力的高峰时段, 会在配电网中形成较大的反向潮流, 显著抬高系统节点电压, 造成电压越限。通过光伏出力削减策略对注入配电网的有功功率进行主动控制, 则可将所有的节点电压都控制在上限值以下 (如图4中方块所示) 。对于节点1至节点18的馈线, 方形点在节点9对应于最小电压幅值, 表明由节点18上的光伏发电系统所产生的反向潮流到节点9就基本消失了, 即节点18上的光伏发电系统此刻支持了从节点9至节点18的用电负荷。

当调度控制中心给定位于不同节点上的光伏发电系统最大允许出力值Ppvi后, 连接于各个节点上的光伏发电系统就需要根据该指令值主动控制自身的输出功率。本研究假设太阳光照强度从400 W/m2至1 000 W/m2变化, 如图5所示。

在该光照条件下, 本研究假设传递给光伏发电系统控制器的指令是, 输出功率不得大于822 k W。通过图4所给出的电流控制逻辑, 本研究可以将光伏发电系统的出力控制在所规定的功率以下。

控制电流Iref与光伏阵列输出功率随光照强度变化而变化的曲线图如图6所示。图6中:Ppv与Ppv0分别为应用本研究所提出的控制策略与最大功率点跟踪控制策略下光伏模块输出的有功功率。由图6可得, 控制器通过合理地改变控制电流Iref, 达到了削减光伏出力的效果。从0时刻起, 随着光照强度的增加, 控制器通过不断增加Iref来增大光伏发电系统有功功率的输出, 直到监测装置监测到输出功率超过了所给定的最大允许值822 k W。在此之前, 光伏发电系统始终运行在最大功率点。在此之后, 控制电流不再随着光照强度的增加而增加, 光伏发电系统离开其最大功率点运行, 从而维持恒定的有功功率输出。在光照强度较大的时段, 控制电流的曲线有向下凹陷的趋势。尽管太阳光照强度在此后的一段时间里都保持在较高水平, 但光伏发电系统的输出功率始终维持在822 k W附近。当光照强度重新下降到较小的数值时, 控制器能及时减小控制电流的数值, 使得光伏发电系统重新回到最大功率输出状态。

4 结束语

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