An Evaluating Model of Photovoltaic Power Output Variations for an Energy System Planning in an Urban Area

This paper presents a mathematical model to evaluate the power output variations from photovoltaic systems (PV) in collaboration with an energy system planning in an urban area, and applied the model to a demonstrating energy system. The evaluating model is developed from per-floor area PV power output variations on the basis of the past 1 year of actual solar insolation. The evaluation of the power variations is represented in terms of a per-floor area standard deviation curve. In case of considering two alternatives, battery-less and battery-installed PV systems, a correlative coefficient curve is calculated, then a total standard deviation curve representing the total PV power variations can be formulated on the basis of a random variable (RV) model. The model is applied as a tool to evaluate the power variation in an energy system. The energy system planning demonstration approaches the optimal planning by minimizing total cost under CO₂ emission reduction and the power variation constraints. The results show the impacts of the constraint of power variation that limit the installation of PV system. The constraint results the increase of the proportion of PV system with battery installation against PV system without battery installation. Consequently, the constraint also degrades the maximum potential of the entire system to reduce CO₂ emission corresponding to the decrease of PV system. © 2009 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.     

考虑多种调压措施的分布式光伏消纳能力研究

随着分布式光伏的大量并网,电压越限成为限制其大量接入的重要因素。针对光伏接入引起电压越限的情况,研究了多种调压措施对配电网光伏接纳能力的影响。首先,从电压不越限、潮流不过载等约束条件出发,建立了分布式光伏消纳模型。其次,分析了加入调压措施对分布式光伏消纳能力的影响。最后,采用试探法求解了不加调压措施前和加入调压措施后光伏的最大准入容量。以IEEE33节点配电系统为仿真算例,分析了限制各个节点光伏容量增加的原因。仿真结果表明,考虑调压措施可以有效地提高分布式光伏的消纳能力,避免电压越限的发生。     

计及暂态电压约束的负荷恢复能力快速计算

电力系统恢复过程中,需要确定变电站的单次最大负荷恢复量。通常主要考虑系统频率和稳态电压的约束,文中在此基础上加入了暂态电压安全的约束限制,建立了确定变电站最大负荷恢复量的数学模型。基于描述暂态电压安全问题的二元表,构建了分析暂态电压安全的微分代数方程组,对系统中各部分组成进行适当简化,在保证精度的前提下提高了计算速度。提出一种改进的二分法对模型进行求解,该方法考虑了每次迭代的约束裕度,加快了搜索寻优时的收敛速度。IEEE 14节点算例和山东电网仿真结果表明了模型的有效性和方法的快速性。     

直流微电网电压等级的选择及其稳定控制策略研究

针对直流微电网电压等级的选择与确定,在已有直流标准和直流工程电压等级基础上,考虑微电网容量和供电半径,进行运行损耗计算,从而选择最优的直流母线电压等级。针对直流微电网电压稳定控制,并网运行时采用储能DC/DC变流器控制直流母线电压稳定,AC/DC逆变器控制直流微电网并网功率。孤岛运行时采用储能DC/DC变流器控制直流母线电压稳定。在PSCAD/EMTDC中搭建直流微电网仿真模型,进行不同运行模式下的电压稳定控制策略仿真验证。结果表明,所采用的电压稳定控制策略,在光伏发电功率和负荷功率波动的情况下,能很好地控制直流微电网电压稳定。     

基于广域量测的电压稳定在线监测方法

利用电压稳定在线监测系统进行在线预警,是电压稳定在线监控系统的重要组成部分。该文根据单电源简单传输系统模型,提出一种在线监测静态电压稳定性的负荷裕度指标,它可准确地反映节点的负荷裕度,能给出运行点是否位于系统PV曲线上半支或下半支的信息。对多机系统中的负荷节点及联络节点构造单电源功率传输等值系统,等值电源的电压幅值能基本保持恒定;利用广域量测系统,测量计算单电源功率传输等值系统参数及负荷裕度指标。在改进的IEEE 50机测试系统上仿真表明,提出的电压稳定在线监测方法能很好地反映负荷裕度,捕捉到电压稳定薄弱母线。     

集中光伏电源接入对低压配电网电压的影响

以分布式光伏电源（PV）接入低压配电网后对线路电压产生影响为研究对象,理论分析PV接入配电网的电压损耗模型,提出一种功率分布函数法,并应用于电压损耗建模中。根据电压损耗模型,通过算例研究PV在不同接线方式、系统不同负荷运行方式下对低压配电网电压的影响,结果表明低压母线最大负荷运行方式电压损耗情况优于最小运行方式,PV专线接入配电网方式的电压损耗情况优于T接入接线方式,光伏有功功率接线位置距离台区母线越远,电压损耗问题越明显,这些为光伏电源接入配电网后的有效利用提供参考。     

光储微电网的低电压穿越控制策略研究

针对微电网低电压穿越问题,基于光储微电网系统提出一种光储协调控制的低电压穿越策略。在低电压期间,光伏系统采用最大功率跟踪控制,储能系统采用恒压控制维持直流母线电压恒定,在储能出力已达功率限值仍不能维持直流母线电压在允许范围内时,光伏系统切换为恒压控制。考虑到光储微电网负荷波动性大的特点,设计了一种适用于光储微电网并具有无功补偿功能的限流控制策略,为电网提供电压支撑,同时避免并网逆变器输出过电流。仿真结果表明,控制系统能够充分利用光伏发电能量、维持直流母线电压的恒定、抑制并网电流过电流并能发出无功功率支撑并网点电压,实现了低电压穿越,验证了该LVRT控制策略的有效性。     

配电网中基于网络分区的高比例分布式光伏集群电压控制

随着高比例分布式光伏的接入,配电网的过电压问题愈发严重,传统对所有光伏进行集中式电压控制的方法变得过于复杂,难以满足控制时间尺度的要求。文中提出了一种改进的模块度函数分区算法,结合无功/有功平衡度指标与区内节点耦合度指标,自动形成最佳分区,对含高比例分布式光伏的配电网进行无功与有功两个层面的光伏集群控制。在分区基础上,针对光伏逆变器有功与无功的控制能力,采用先无功后有功的电压控制策略,在子分区内部通过对关键光伏节点的控制来调节关键负荷节点的电压,有效地缩小对可控光伏的搜索范围,减少控制节点数目,加快控制响应时间,适合未来高比例分布式光伏接入配电网的电压控制。最后,以某一10kV实际馈线系统为例,验证所提方法的有效性。     

考虑负荷动态模型的在线小干扰电压稳定指标

对电力系统在任一时间断面上从某个负荷母线向系统侧看进去的部分进行戴维南等值,并对负荷采用三阶感应电动机并联恒阻抗动态模型,分析该负荷节点的小干扰电压稳定性。通过对负荷节点PV曲线上的平衡点进行小干扰分析的结果表明,等值系统的小干扰电压稳定性本质上是负荷中感应电动机部分的静态稳定性,感应电动机部分采用三阶模型和一阶模型得到系统平衡点的小干扰电压稳定性是一致的,因而文中采用一阶模型条件下所推导出的系统在线小干扰电压稳定状态指标的解析表达式,能表征系统当前运行点各个负荷节点的电压稳定程度。IEEE39节点系统的计算结果表明该指标正确、有效、计算简便。     

Multi-input battery-integrated single-stage DC-DC converter for reliable operation of solar photovoltaic-based systems

Solar photovoltaic (PV) systems are emerging progressively due to their wide compatibility range, ease of installation, and environmental friendliness. The module mismatch (MM) losses and module open circuit (MOC) fault can cause the power mismatch between different PV modules. This significantly affects the energy output from the PV module. Also, the intermittent nature of solar PV power makes the solar PV systems unreliable; to compensate for this, conventional PV systems utilize a battery storage system (BSS) with separate bidirectional converter. These bidirectional converters require two-stage power conversion and massive battery bank connected at the DC link. This leads to the further reduction in overall efficiency. To address these issues, this paper proposed a multi-input PV battery system (MIPBS) that uses nonisolated buck and boost converter combinations. It requires single-stage power conversion to extract maximum power from each PV module along with BSS charging and discharging. Its modular design allows it to function across a wide range of voltage, power, and BSS choices. The proposed system is capable of mitigating the MM loss and sustaining the MOC fault. This paper discusses the operation, steady-state analysis, and dynamic analysis of the proposed MIPBS. The performance of the proposed MIPBS is validated using a state-of-the-art experimental setup with two PV modules, each having a rating of 60.53 W.     

新型模糊逻辑二级电压控制器

摘要： 设计了一种新型的基于极坐标二值模糊逻辑规则的模糊逻辑二级电压控制器。该控制器有效地将模糊逻辑规则和二次电压控制相结合：将引导节点的电压偏差及其微分作为模糊逻辑控制规则的前项输入，与规则作用后，推理出相应的电压控制信号，然后引入比例积分器，得到区域无功控制信号，通过发电机的励磁控制，实现对引导节点电压的控制。该控制器通过引入控制发电机的参与因子，实现了区域内各控制发电机之间的相互协调和补充。以New England 39节点系统为例进行仿真计算，结果表明：所设计的二级电压控制器在系统发生电压扰动的期间，能够从区域电压稳定的角度出发，调整各级电压控制器的电压参考值从而调整其无功出力，为系统提供所需的电压支持，使得系统的负荷电压水平维持在较好的状态，提高了系统的电压稳定性。它比常规PID二级电压控制器具有更好的控制性能。     

考虑电压稳定的电力系统无功优化规划

建立了模糊多目标无功优化规划的数学模型。在目标函数中考虑了网损、无功补偿设备的投资、静态电压稳定裕度以及负荷节点电压的偏移。首先采用电压稳定灵敏度排序法找出电压稳定性最差的节点,作为候选无功补偿节点;然后采用遗传算法对数学模型进行求解,得到优化补偿节点及补偿节点的优化补偿容量。通过对IEEE30节点的计算结果表明:采用文中的优化规划方法能够达到很好的降损效果,提高了整个系统的电压稳定性。     

光伏直流微网协调直流电压控制策略的研究

直流微电网是新能源发电接入常规公用电网的一种有效方式,并以其显著的优势成为微电网技术研究的一个新方向。本文以光伏发电系统、储能系统、交直流负荷组成的直流微电网为研究对象,在分析该直流微电网运行状态的基础上,提出了直流电压协调控制策略。该控制策略根据直流电压的变化量以及蓄电池的荷电状态SOC(State of Charge)自动协调各换流器的工作状态,从而实现了在各种运行工况下直流微电网内的有功功率平衡,达到了维持直流母线电压稳定的目的。最后,在Matlab/Simulink仿真环境下进行了仿真实验,结果验证了该控制策略的有效性。     

光伏电站参与电网主动调压的无功优化控制方法

随着光伏发电渗透率以及系统对电能质量要求的提高,常规电源电压调节能力不足,而光伏电站因具有一定的无功容量而具备主动参与电网调压的潜力。在分析光伏电站电压调节特性的基础上,提出光伏电站参与电网主动调压的控制方法;针对光伏电站有功出力与电网负荷大小之间的矛盾性,引入光伏电站负载率和区域电网负荷率的概念,进而确定光伏电站主动调压的控制原理及目标;在此基础上,建立自上而下的光伏电站双层无功优化模型,上层优化模型用于跟踪并网点电压控制目标,下层优化模型将上层优化结果在各组无功补偿单元之间进行优化分配,实现光伏电站参与电网主动调压的精细化控制。以某地区电网为例,验证了所提方法的有效性。     

基于源-荷功率动态匹配的海上平台电力系统静态电压稳定分析

对海上平台电力系统进行静态电压稳定分析是保证其安全性、可靠性的前提.针对海上平台电力系统多平衡节点特征,基于透平发电机组和旋转负荷群的源-荷特性建立计及源-荷功率动态匹配特性的扩展连续潮流模型;针对海上平台电力系统的机组小容量特征和旋转负荷的生产要求,基于机组出力和节点电压的限值确立静态电压稳定分析边界约束;推导扩展连续潮流增广雅可比矩阵,提出基于牛顿-拉夫逊法的静态电压稳定分析方法.对某海上平台电力系统的静态电压稳定分析结果表明,与传统牛顿-拉夫逊法相比,所提方法不仅能找出随负荷增加的电压薄弱节点,且能给出各机组适应负荷增加的出力值.     

基于双向谐波电压变动的光伏并网孤岛检测

针对传统的被动式光伏并网孤岛检测存在的检测死区问题,提出一种基于双向谐波电压变化量的光伏并网孤岛检测方法。通过分析孤岛前后谐波电压的变动及传统谐波电压检测法的失效机理,提出基于双向谐波电压的孤岛检测策略。利用加窗傅里叶变换同步计算光伏集中并网发电系统送出线路电流及所接母线电压的谐波,从而获得各次谐波功率;由并网运行时谐波功率的正负极性判断各次谐波源方向,并根据正、负最大谐波功率值选择系统侧、光伏侧谐波的特征频次;利用滑动加窗傅里叶变换分析这2个频次的母线谐波电压变化量,建立孤岛检测判据,若系统侧谐波电压减小量和光伏侧谐波电压增加量均满足判据,则发生孤岛。仿真结果验证了所提方法的有效性。该方法不影响并网逆变器输出的电能质量,且能在较严重背景谐波下有效检测孤岛,检测死区较小。     

负荷静态特性对PV曲线的影响

以单负荷无穷大系统为研究对象,负荷采用幂指数静态负荷模型,通过数学理论分析了负荷静态特性对PV曲线的影响,并分析了不同负荷模型的λV曲线和PV曲线的变化趋势及对系统电压稳定性进行了比较。分析结果表明:只有在恒功率负荷的模型下λV曲线的鼻端对应于PV曲线的鼻端,非恒功率负荷的模型下λV曲线的鼻端对应于PV曲线的下半支,和恒功率负荷最易失去稳定性,而恒阻抗负荷不存在不稳定的问题。最后通过仿真验证了理论分析的结果。     

Voltage Control Using PV Power Factor,Static Capacitor,and Transformer Tap for Large PV Penetration

The Japanese government has set 53 GW as the target level of PV deployment by 2030. However, the large‐scale introduction of PV will cause several problems in power systems. One of these problems is the increase in voltage due to decreased load demands associated with large PV active power output. Another problem is voltage variations caused by fluctuations in PV system output. In this paper, we focus our attention on the voltage and reactive power control for large‐scale PV deployment and propose voltage control using the PF (PV power factor), SC (static capacitor), and TAP (transformer tap). In the proposed method, the SC and TAP controls consider voltage stability through the use of VMPI‐i and VMPI‐i sensitivity, and the PF control suppresses voltage variation and voltage spikes. Finally, we simulate these controls using the Ward–Hale system to verify the validity of the proposed method.     

用常规潮流程序直接计算含统一潮流控制顺的电力网络潮流

文章介绍了一种用常规潮流计算程序直接含多个统一潮流控制顺（ＵＰＦＣ）的电力网络潮流的方法。     

Fundamental Study of Voltage Stability in a Power System with Large Penetration of Photovoltaic Generation Considering Induction Motor Dynamics

Because of global warming, attention to photovoltaic (PV) generation has increased, and considerable PV generation capacity will be installed in the power system. In Japan, most PV generation will be connected to the distribution system, which will cause changes in power flow in the power system. Forward power flow (flow from the higher voltage system to the lower voltage system) will be reduced and reverse power flow may occur. Because of the change in power flow, the voltage characteristics will also be changed. Consequently, it is expected that the penetration of PV generation will have some impact on voltage stability. In previous studies, the voltage characteristics in a simple power system model consisting of one infinite bus, one load, and one PV power source, have been investigated. It was found that there is not only a forward power flow limit but also a reverse power flow limit (the left nose in the PV curve), and that when the output power from PV generation is very large, the left nose sometimes has some impact on voltage stability. In this paper, the voltage stability in a simple power system model considering the dynamics of an induction motor is discussed.