光伏高渗透率下农村台区电压与线损治理研究

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随着“光伏扶贫”政策的推进,大量分布式光伏(Photovoltaic power,PV)接入农村台区,其有功出力随机性、波动性的特点和农网负荷接入不均匀、种类多样的特性共同引发农村台区源荷时序不匹配,进而导致有功功率倒送、双向潮流等现象。由于农网网架架构薄弱,配变供电距离长等自身因素,高渗透率光伏接入下的农村台区中电压越限及线损超标问题较为严重。为具体分析影响光伏高渗透农村台区电压越限及线损超标的因素,并探究系统性治理方案,本文开展了以下工作:(1)农村台区电压越限及线损超标问题影响因素评估提出基于极限提升树(Extreme Gradient Boosting,XGboost)算法的农村台区电压及线损问题影响性评估方法。由于配网潮流计算中有功无功不解耦,难以使用模型方法量化光伏出力、居民负荷、无功补偿、线路参数各因素对电压及线损影响性大小,故使用基于数据驱动的方法进行评估。主成分分析法等常用数据驱动方法仅从特征变量自身波动情况及其内部相关性进行影响性评估,难以体现特征变量与结果指标的关联,于是为探究诸因素影响电压及线损问题的贡献度,提出了基于XGboost的评估方法。该方法以特征值对目标函数的增益程度衡量该特征对结果的影响性贡献度,其量化结果具有更强的因果可解释性。以光伏出力变化率、农网负荷变化率、渗透率、无功补偿值及线路R/X等因素为输入端特征变量,以电压越限值及全天线损率为输出端结果,以此构建训练集利用XGboost算法进行回归运算,量化分析以上因素对于电压及线损率的影响性贡献度。(2)计及光伏扶贫台区特性的场景削减方法提出了基于近邻传播(Affinity Propagation,AP)聚类的场景削减方法。为实现针对性治理,需对台区全年运行中出现电压及线损问题场景概率分布进行统计,同时为多场景下的治理方案提供源荷典型场景,需探究一种满足以上要求的场景削减方法。传统的场景削减方法由人工设置起始聚类中心,外部干预较多,同时在针对不同的场景削减需求时需要重新设置多项参数,计算较为繁琐。基于AP聚类的场景削减方法由数据点自身完成信息传递,无人工参与,其聚类结果更为客观且稳定性强。该方法可由仅调节偏好系数实现高低分辨率下的场景削减,通过对高分辨率下削减后场景进行潮流仿真计算,可以统计得出电压及线损问题场景的概率分布;同时低分辨率下得到的数目较少的削减场景将为多场景治理方案提供典型场景。为实现光伏扶贫台区电压越限及线损超标问题治理,需进行问题场景概率分布统计并提供治理方案典型场景,以上需求该方法均能够满足。(3)光伏扶贫台区多场景电压越限及线损超标治理方案提出一种适用于多场景分析的电压越限及线损超标治理方案。由于光伏扶贫台区地理状况及配套设施等因素的限制,常用的配变扩容、线路改造等电压越限及线损超标治理方法难以实施,故考虑利用储能、静止无功发生器等便于部署的即插即用设备及已有的户用光伏发电系统参与治理。同时为针对全年台区运行状况进行治理,该方案应在各类源荷发电场景下具有求解普适性。该方案构建了一套规划层优化层联合优化模型,以网络拓扑、线路规格等作为静态参数输入,以光伏-负荷发电场景为动态参数输入,综合调用储能、静止无功发生器、光伏电源系统等有功无功资源,对规划层及运行层进行一体化关联建模,以同步求解设备规划层选址定容方案及运行层优化控制策略。以最恶劣场景的下各算例进行分析,得出了考虑不同设备选型及不同有功无功资源调用下的经济最优方案,并在该方案基础上针对多场景情形进行求解并分析,实际工程算例论证了模型的针对不同场景的适用性,及多场景分析方法下针对全年运行状况进行治理的合理性。
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