主动配电网电压分级控制研究

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国民经济和电力工业的快速发展,特别是主动配电网技术的快速发展,使得现阶段的电压控制工作面临诸多挑战,其一是如何统筹多种调压手段,通过协调多种调压方法实现电压快速、低成本调整过程;另一方面挑战是如何维持主动配电网电压质量运行。其难点在于配电网系统中多个分布式电源的出力具有不确定性,同时实际负荷与预测值存在偏差,这种不确定性对调压方案可靠性和适应性要求较高。本文在对现有主动配电网电压控制的研究成果进行总结的基础上,建立了主动配电网分级电压控制模型,分为系统级电压控制和设备级电压控制两个部分。系统级电压控制建立博弈优化模型使用博弈树方法进行求解,设备级电压控制分为两阶段,分别建立多目标优化模型和可调下垂曲线控制模型,并针对优化过程中变量维数多的问题,使用拉丁超立方优化算法进行求解,主要研究内容如下:(1)借鉴企业系统集成的分级模型理论,将此理论运用于多分布式电源接入的配电系统,提出了一种主动配电网分级电压优化体系,通过在系统级优化过程中完成日前优化,在设备级优化过程中完成日内优化和实时控制,实现主动配电网电压优化控制和管理。(2)系统级电压调整进行日前24小时尺度优化,完成有载调压变压器和无功投切设备方案的制定。通过对有载调压变压器、无功投切装置的动作特性、分布式电源出力和负荷波动对电压控制过程的影响进行全面分析,提出了考虑不确定性的配电网系统级优化问题的博弈求解方法。在此方法中,将不确定性转化为虚拟参与者“大自然”控制的博弈手段,与传统调度人员构成博弈的双方,在分布式电源可能出力和负荷波动区间内遍历具体数值通过博弈树“剪枝”操作求出纳什均衡解,即最终求得考虑了分布式电源出力不确定性和负荷预测误差问题的主动配电网电压控制方案。通过对IEEE33节点进行仿真分析,完成系统级日前电压控制方案的制定,以验证本文所提方法的有效性。通过对比不考虑不确定性所求方案以及不同预测精度下各方案的分析,进行本文方法的鲁棒性分析,并为设备级电压控制提供决策的基础。(3)设备级电压调整针对分布式电源有功出力和无功出力进行日内优化。此时系统级得到的有载调压档位和无功投切方案均已知,同时进入日内优化过程。此时分布式电源的实际出力和实际负荷均为已知。在此基础上,又因有功调压存在调节速度慢,成本高的问题,不能用于电压的实时调整,将设备级电压控制过程划分为分布式电源有功与无功出力优化阶段进行。首先针对分布式电源有功出力,在分钟级尺度上建立了以有功实际出力和无功出力参考值为变量,网损和电压偏差最小的多目标优化模型,优化得到的有功输出并在分钟级尺度保持恒定,继续优化无功输出。针对分布式电源无功出力,采用改进的下垂曲线控制优化方法。建立以电压偏差最小,以电压动作参数为变量的一阶可调下垂曲线控制模型,通过调整各分布式电源不同时段的无功输出参考值和动作电压参数实现无功输出,从而实现了实时电压调节。对于设备电压控制过程中多维变量的问题,采用基于对称拉丁超立方原理的优化算法进行求解。通过继承于系统级的算例设置和调压方案,完成IEEE33节点系统设备级调压策略的制定,验证本文所提方法的有效性,并通过不同条件、不同方法的对比验证,以检验本文所提方法的优越性。
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