基于电子电力变压器的配电网电压无功综合优化控制

将电子电力变压器EPT(Electronic Power Transformer)用于配电网,进行电压无功综合优化控制.电子电力变压器具有如下优点:可以发出和吸收无功,具有高度可控性;可以始终保持副方输出电压幅值恒定,不随负载变化且平滑可调;原方功率因数可调等等,这些都是常规的有载调压变压器(OLTC)所不具有的.但是,与常规OLTC的仿真研究不同,在含EPT的配电网无功优化中,遗传算法输出的控制变量是EPT原副方VSC的PWM调制系数和调制相角.另外,为了提高优化速度,文中还对简单遗传算法做了改进,改善了算法的收敛特性.算例分析表明,EPT取代配电网中常规的OLTC可有效降低网损,改善副方电压质量,大大减少无功补偿设备的投资费用,从而更好地满足用户对电能质量的要求.     

电力电子变压器在有源配电网无功优化中的应用

尽可能地降低配电网中节点电压的偏差,是配电网运行的基本要求。为实现对节点电压的有效控制,提出利用电力电子变压器通过对其一次侧和二次侧电力电子变换器的脉宽调制控制(Pulse Width Moderation, PWM),改变其一次侧和二次侧潮流的方法加以解决。为此,构建了含分布式电源、储能元件和电力电子变压器在内的有源配电网无功优化模型,并运用粒子群优化算法进行求解。仿真结果表明,含电力电子变压器的有源配电网无功优化后的网损,低于采用有载调压变压器(On-Load Tap Changer, OLTC)对应网络无功优化后的网损;且其节点电压与额定值的相对偏差也优于后者,从而说明了在有源配电网中应用电力电子变压器,利用其灵活的无功调节功能,能提高配电网的运行水平。     

电子电力变压器与常规电力变压器的并联技术

在分析电子电力变压器（EPT）与常规电力变压器并联原理的基础上,提出将常规电力变压器的副方电压作为EPT输出电压的参考电压,以减少EPT与常规电力变压器并联时所产生的环流。在传统比例积分（PI）控制基础上提出了一种参考电压前馈的瞬时电压电流双闭环反馈的并联控制策略,并详细分析了其控制性能。理论分析表明,与常规PI控制策略相比,所提出的控制策略的稳态精度高、动态响应快捷。以单台EPT与单台常规电力变压器构成的并联系统为例,在MATLAB时域环境下进行了仿真研究,同时在基于数字信号处理器TMS320F2812所构建的试验系统中进行了试验验证。仿真和试验结果表明,所提出的常规控制策略获得了良好的均流调制特性,具有良好的动态响应特性,可实现不同容量EPT与常规电力变压器并联运行时的负荷合理分配。     

基于电子电力变压器的无功优化研究

EPT应用于配电系统原、副方无功功率可独立灵活调节,电力系统无功优化问题可以转化为局部网络无功优化问题,大大降低了求解规模和难度,从而容易实时实现全网无功优化控制。通过改进的遗传算法验证了配电系统采用EPT后,对无功潮流有更灵活的调节能力,在实现无功潮流优化调度时,具有比OLTC更好的效果。     

主动配电网无功电压全局优化控制策略

针对分布式能源接入对配电网电压水平及控制策略产生的影响,提出适用于主动配电网的无功电压全局优化控制策略。基干建立的无功电压全局优化控制模型,提出目标函数及符合主动配电网特征的约束条件,运用遗传算法求解目标函数,得到能够优化馈线上各个无功源的无功输出和可调变压器分接头档位位置的全局优化控制策略。该策略帮助实现主动配电网无功潮流的合理分布,在提高网络电压质量以及降低线损方面有一定的实用性。     

基于风电变模式运行与OLTC协调的配电网电压控制策略

有分散式风电接入的配电网易出现电压越限。提出了一种提高风电机组无功调节能力与采用有载调压变压器(OLTC)进行电压调整的协调控制策略。首先,介绍了协调控制策略的整体方案,当配电网电压发生越限时,先借助风电机组最大风能追踪(MPPT)控制下无功输出进行快速调压;当无功出力达到极限时,暂时牺牲最大风能追踪,采用增大机组无功出力的无功最大化控制策略;若电压仍未恢复,则通过OLTC调整分接头调压。然后,给出了分散式风电机组的无功电压控制策略;最后,PSCAD仿真结果表明该协调控制策略较好地发挥了分散式风电机组与OLTC协调控制的优势,增强了配电网电压调节能力。     

配电网电能质量综合优化装置（MEC）

山东电工电气集团新能科技有限公司基于可关断电力电子（IGBT）技术,融合现有SVG和APF等应用经验和配电网电能质量需求,推出新一代配电网电能质量综合优化装置（MEC）。该装置作为有源设备,动态无功输出连续可调,可快速补偿电压闪变,消除电网谐波,还可解决三相负荷不平衡等问题。     

配电系统电力电子变压器的研究

供电可靠性及电能质量一直是用户和供电部门密切关注的问题。在电网中，变压器是电能转换的最基本的元件，但常规变压器难以对供电可靠性的提高和电能质量的改善作出贡献。本文介绍了一种全新的产品一电力电子变压器，它具有提高供电可靠性、改善电能质量并且体积小、重量轻、环保效果好等一系列优点，可以较好地解决这些问题。在对电力电子变压器现有方案进行分析的基础上，本文提出了一种新的实现方案，计算机仿真结果表明：变压器原方可以实现输入电流波形为正弦称功率因数接近于1，变压器副方可以获得良好的输出电压、电流。     

电子电力变压器原理和仿真研究

电子电力变压器EPT(Electronic Power Transformer)是采用电力电子变换技术实现电力系统中的电压变换和能量传递的一种新型变压器。阐述了EW的基本理论,并对一种新的EPT实现方案进行了稳态特性仿真,以及4种情况下的动态特性仿真。结果表明,EPT可以保证原副方良好的电压、电流波形,具备良好的控制特性,并且具有电能质量调节器的功能,可以作为一种新型的电能质量调节装置。     

基于OLTC和SVC的光伏并网发电电压控制技术研究

提出一种利用调节有载调压变压器（on-load tap changer, OLTC）分接头来改善分布式光伏电源接入配电网时对电压分布影响的控制技术;并考虑在单一调节OLTC无法实现的场合,通过有载调压变压器（OLTC）与静止无功补偿装置（Static Var Compensator, SVC）复合式调节,使电压偏差控制在允许的范围之内。仿真结果表明,该综合控制技术能够有效的改善分布式光伏电源接入配电网对电压分布的影响。     

基于离散猴群算法的变电站动态无功优化控制

为实现动态无功优化,变电站需频繁调整无功投入容量,然而当设备动作频率过高时会增加系统的故障率并减少使用寿命。文章针对这一工程优化问题,提出了一种变电站动态无功优化控制方法。以变电站二次母线电压允许的偏差和主变功率因数为优化目标,重点考虑变压器低压侧电压约束、高压侧功率因数约束、无功补偿容量约束以及调节次数约束,建立了动态无功优化模型;针对所建立的优化模型,首次把离散猴群算法引入动态无功优化模型的求解,为了提高计算效率,通过动态步长策略对算法进行了改进;通过仿真算例证明了所提方法的有效性。     

计及负荷特性的配电网多时间尺度电压控制及协调修正

针对第三方光伏电源大量并入配电网的市场背景,提出了一种计及负荷特性及光伏无功成本的配电网电压协调控制方法。该方法分为日前优化和实时优化两个阶段。日前优化以网损及有载调压变压器和并联电容器组动作成本最优为目标,优化产生未来24h有载调压变压器分接头和并联电容器组动作方案;日内优化中建立了光伏电源无功输出成本模型,以网损和光伏无功成本最优为目标,通过优化光伏无功输出消除预测误差产生的影响,并增加了对日前优化的校正环节。同时,为了能在工业负荷和商业负荷占比较高的地区达到更好的优化效果,在无功优化中考虑了负荷静态电压特性,建立了考虑负荷特性的潮流计算模型,改善了优化效果。通过实例仿真表明,所提出的协调控制方法能够很好地消除预测误差对实时运行的影响,平抑电压波动,减少控制成本。     

含分布式电源的配电网电压无功优化问题研究

本文根据分布式电源对配电网的有功损耗和电压稳定与分布等方面的影响,针对含分布式电源的配电网,构建以节点电压合格率最高为目标的电压无功优化模型,然后结合配电网负荷变化及太阳能容量的变化特点,选取一天中3个典型的负荷点,采用多种电压无功调节装置(OLTC、SVR、SC和SVC)组合优化的策略对配电网电压进行优化控制,并采用收敛性较好的遗传算法求解最优电压,最后通过算例仿真分析几种电压无功调节装置不同组合情况下的电压优化效果,验证了几种组合方法均能对配网电压起到优化作用的正确性。     

变电站电压无功控制装置新控制策略研究

变电站电压无功控制(Voltage and Reactive Power Control,简称VQC)装置的作用是改善变电站的电压质量,实现无功潮流合理平衡。针对传统九区图法控制策略存在的缺点,提出了一种新的VQC策略,以电压、功率因数接近期望值,使有载调压变压器分接头的调节次数和电容器组的投切次数尽量少为目标,建立了变电站VQC模型和算法。实验证明该策略能获得更好的控制效果,进而提高了系统的安全性与经济性。     

多场景下含风电机组的配电网无功优化的研究

研究了多场景下含风电机组的配电网无功优化问题。利用概率统计的思想解决了风电机组有功输出的不确定性问题,根据转子侧最大电流限制条件确立了风电机组无功输出范围。结合传统的电容器无功补偿方法,将风电机组作为连续可调无功源参与到配电网的无功优化。建立了以系统网损最小和节点电压越限惩罚为目标的无功优化模型。算例表明不同场景下的风电机组参与配电网无功优化可有效地降低系统的网损,提高各节点电压,同时,增强配电系统受风速影响的适应性。     

配电网自动无功补偿装置研制

为使配电网的无功补偿更加方便灵活,对高短路阻抗变压器型的新型可控电抗器与固定电容器组合作为配电网的自动无功补偿装置进行了研究。通过调节高短路阻抗变压器二次侧的晶闸管触发角,可以实现配电网中无功功率的动态自动无级补偿。根据变电站参数,合理选取电容器组和可控电抗器的容量,能实现变电站低压侧母线无功功率的自动跟踪和无级补偿。通过备用电容器投切的滞环控制律的设计,以减少电容器组的投切次数。对某一实际系统进行仿真测试的结果表明该装置能够实现无功的动态无级补偿,并具有良好的动态响应性能,对提高配电网的功率因数和抑制配电网的电压波动有明显效果。     

考虑多个分布式电源接入配电网的多目标无功优化调度

坚强智能电网的建设促进了分布式电源(Distributed Generation,DG)并网技术的发展,DG并网对配网进行无功优化不仅能够提高电压质量、降低有功网损,还增加了配网运行的灵活性、经济性与安全性。以系统有功功率损耗最低与电压偏压量最小为双目标函数,建立无功优化模型。针对目前无功优化问题尚缺乏一种能兼顾求解的高效性与全局搜索最优性的方法,文中将一种新的启发式算法-鲸鱼优化算法(WOA)运用到电网无功优化调度中,对多个DG接入的IEEE 33节点系统进行无功优化仿真分析。研究表明DG并网增加了配网的稳定性,并且证明了WOA算法在解决此问题上的鲁棒性和有效性。     

Multi‐function combined operation and control strategy of electronic power transformer for power quality improvement

High penetration of power electronic devices and nonlinear loads can negatively affect the power quality of the distribution system. The conventional method of improving the power quality is to employ an extra distribution static synchronous compensator (D‐STATCOM ) or an active power filter (APF ) for compensating reactive power and mitigating current harmonics. This paper proposes an electronic power transformer (EPT ) without the aforementioned additional equipment, which can realize multi‐function coordinated operation, including active power transmission, voltage conversion, reactive power compensation, and current harmonics suppression, based on the distribution system need. The multifunctional EPT consists of three stages, namely cascaded multilevel AC /DC rectifiers, dual‐active bridge (DAB ) converters with medium‐frequency transformers, and DC /AC inverters. The mathematical model of each stage is established and analyzed. Meanwhile, the control strategies of three stages are presented. Finally, a simulation model is built by MATLAB /Simulink to demonstrate the effectiveness of the strategy and operating principle of the proposed EPT . © 2017 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.