分布式电源接入配电网的效益及重构优化策略

分布式发电技术是一种新型的、具有广阔发展前景的发电和能源综合利用方式。配电网重构是提高电网运行的经济性、供电质量和安全性的重要手段,也是充分发挥分布式发电效益的重要方法,因此,找到一种适应分布式发电特点的配电网重构模型是很有必要的。文章分析了分布式发电的优势与效益,论述了常见的配电网重构模型的构建方式,结合随机潮流与多目标优化理论提出了改进的配电网重构模型,并通过算例进行验证,获得了满足多目标需求的若干优化方案。     

多端柔性直流配电网运行策略优化研究

直流配电网在提高系统运行效率、改善供电可靠性、提高电能质量和实现新能源安全有效接入等配电系统所面临的关键问题上具有显著优势,因此直流配电网的应用受到了广泛关注。直流配电网的运行策略研究对其实用性具有重要意义。而目前的研究主要从控制方面入手,较少考虑调度方案,造成运行策略较为片面。为此,提出了将控制策略与调度方案相结合的多端柔性直流配电网运行策略优化方案。首先给出了系统运行方式,分析了换流站控制方式选取原则,然后针对主从式控制策略,以换流站控制方式及控制指令(电压定值与有功定值)为优化变量建立了直流配电网多目标优化模型,最后以多端环状直流配电网为算例求解出调度方案。算例验证了所提模型的经济性以及将换流站控制方式纳入优化变量的合理性。该策略的实施能够减少电网公司购电成本和环境价值成本,降低系统网损。     

柔性直流环节对配电网优化运行作用的概率评估

柔性直流环节的引入有望提高配电网的潮流调控能力。提出一种直流环节对配电网优化运行作用的概率评估方法。在分析直流环节稳态特性的基础上,建立含直流环节的配电网随机优化潮流模型。由风电、光伏的离散概率模型构造多个分布式电源出力确定的条件概率分布问题。针对每个条件事件,结合粒子群寻优算法和半不变量解析法对所提出的模型进行求解,再应用全概率公式进行累加拟合,可得到计及直流环节调控作用的随机变量完整概率分布。采用IEEE 33节点算例在不同场景下进行了仿真分析,测试结果表明直流环节对配电网优化运行(尤其是分布式电源高渗透率条件下)具有积极作用,提出的方法对直流环节接入交流配电网规划具有理论和实际意义。     

一种适用于柔性直流配电网的电压控制策略

随着分布式能源的兴起和电力电子技术的发展,相比交流配电网,直流配电网拥有更大的发展潜力。该文首先对直流配电网的拓扑结构、控制方法以及模式切换问题进行了阐述。其次,为了有效解决配网系统中复杂的模式切换问题,简化控制流程和优化潮流控制,文中提出了一种适用于直流配电网的电压控制策略,该策略使各端电压源换流站均具有维持电压和调节功率的能力,其中主站作为功率平衡节点,并为系统提供参考电压。最后,在PSCAD/EMTDC中建立了双端和三端直流配电网结构的仿真模型。通过仿真验证了该直流配电网电压控制策略的有效性。     

一种计及检修风险的配电网检修优化方法

提出了计及检修风险的配电网检修优化方法。以架空线路为决策对象,综合考虑线路运行的外部环境因素、自身老化情况以及预防性检修的影响,建立了线路的故障率模型;在配电网检修决策过程中,给出配电网故障风险和检修风险的定义及相应的量化表达式;在此基础上,以系统故障风险和检修风险最小为目标,考虑多种约束条件,建立了配电网的检修计划优化模型,并通过遗传算法求解。经算例验证,表明该方法的有效性。     

柔性直流配电网故障分析

柔性直流配电网故障特性分析是保护方案设计的基础。当前,直流系统故障期间,换流器IGBT不闭锁时的故障特性尚未深入探讨。首先,确定直流配电网的接地方式和控制策略。其次,分析IGBT不闭锁时直流极间短路和单极接地短路的故障特性及过渡电阻等因素的影响,并讨论故障对其他区域的影响。结果表明,对于极间短路,除故障达到稳态后IGBT闭锁较之不闭锁会出现极间电压和故障电流增大的现象外,IGBT闭锁与否对故障特性影响不大;对于单极接地短路,IGBT不闭锁会使直流侧出现不平衡电压,导致换流器交流侧电流出现直流分量。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建仿真模型,证明了理论分析的正确性。     

采用柔性直流技术的智能配电网接入交流电网方式

基于柔性直流技术的智能配电网与交流电网的连接方式是系统设计的基础,也是直流配电中的关键技术之一,为此针对±10kV基于柔性直流技术的智能配电网接入交流电网的方式开展了理论和仿真分析。首先从理论上简要分析了其与10kV交流配电网之间可能的连接方式及各种连接方式下交直流系统故障之间的相互影响。然后在电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC中建立不同连接方式下的仿真模型并开展典型故障下的仿真计算,从过电压和过电流的角度分析交直流系统故障间的相互影响。最后,从系统运行可靠性和经济性的角度提出基于柔性直流技术的智能配电系统与交流电网之间推荐的连接方式,即直流配电系统通过联接变压器与交流电网连接。     

基于MMC主动限流的柔性直流配电网优化配合保护策略

基于模块化多电平变换器(modular multilevel converter,MMC)的柔性直流配电网发生直流短路故障后,激增的故障电流将严重威胁电网安全稳定运行。为抑制故障电流,针对半桥MMC型直流配电网提出一种基于主动限流控制的优化配合保护策略,通过减小直流故障电流上升率与故障隔离时间来抑制故障电流。首先根据故障电流特性提出了基于虚拟电抗的主动限流方式来限制故障电流上升率;进而根据单端量电流变化率特性设计了快速故障区域识别方法;并综合上述内容形成了快速故障区域识别与直流断路器动作的优化配合保护方案,通过优化断路器时序配合来加快故障隔离速度,进一步抑制了故障电流。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建了柔性直流配电网仿真模型,通过多个算例验证了所提方案的有效性。     

基于柔性直流技术的一种交直流混合配电网可行性研究

随着配电网中负荷的快速增长和分布式电源迅速发展,传统配电网需要进行一定的升级改造才能满足新增负荷和分布式电源的需求。立足于“手拉手”式接线的传统中压配电网结构,提出了利用柔性直流技术构建交直流混合配电网的改造方案,对其网架结构和控制策略进行了介绍分析。之后,以辽宁省某供电区域为例,对建设交直流混合配网、增建交流配电网和增建直流配电网三种配电网改造方案的经济性进行了对比分析。分析证明交直流混合配电网具有最低的系统运行损耗,当配电网运行年数超过5年时,建设交直流混合配电网具有最低的总投资费用。最后,分析总结了交直流混合配电网的综合优势和发展前景,证明了交直流混合配电网能够成为配电网改造的可行方案。     

配电网三相平衡优化重构策略

为解决配电网系统中日趋严重的三相不平衡问题,提出以降低配电网的总体三相不平衡度为优化目标构建配电网重构模型,并引入图论代数连通度理论对辐射状网络拓扑约束条件进行快速处理,通过融合不同特点的变异策略构造复合型微分进化算法对重构模型进行求解。仿真算例结果验证了所提方法的有效性。     

一种新的混合优化算法求解配电网重构

传统粒子群算法(particle swarm optimization,PSO)容易早熟的问题,限制了其在配电网的应用和发展,故把二进制粒子群遗传算法(genetic binary particle swarm optimization,GBPSO)应用到配电网重构中.该算法利用遗传算法(genetic algorithm,GA)的变异能力改善粒子群算法的早熟情况.同时考虑到配电网的特殊性,采用了十进制编码规则,优化了编码方式.算例证明了该方法用于配电网重构的可行性和优越性.     

一种利用故障暂态过程的柔性直流配电网故障测距方法

直流配电网的故障测距技术是保证其安全可靠运行的关键技术,为实现直流配电网保护装置动作后快速准确地确定故障位置,研究其故障测距技术十分必要。在总结现有交流电网以及高压直流输电网中故障测距方法的基础上,提出了一种利用直流侧电容暂态放电过程的柔性直流配电网故障测距的新方法。该方法从直流网络发生短路的暂态过程出发,将短路故障的暂态过程分段,提取其中电容放电的暂态过程来进行故障测距。首先在PSCAD/EMTDC中搭建了双端柔性直流配电网的拓扑模型;其次利用MATLAB对文中提出的故障测距算法进行仿真,验证其可行性和有效性;最后,提出对直流配电网故障测距算法评价的3个指标,并从此指标入手,将所提方法与其他适用于直流配电网的故障测距方法进行对比验证。     

柔性直流配电网控制保护系统设计与策略研究

随着多端柔性直流技术以及直流断路器技术趋向成熟,直流配电网受到越来越多国家的关注。柔性直流配电网内换流站的控制保护系统需要满足多端柔直变电站间协调控制、直流配电线路故障检测与保护、故障动作后的系统快速恢复运行等新要求。直流配电网及其工程化应用研究目前还较少,国内外均处于起步阶段,还存在大量的理论与技术问题有待解决。文章在传统交流配电网控制保护系统设计的基础上,提出柔性直流配电网换流站控制保护系统设计方案以及实现多换流站间协调控制策略和保护分区方案;通过站内直流线路保护,实现直流线路故障快速隔离及恢复。提出的柔性直流配电网控制保护系统整体技术方案,可为同类工程提供借鉴。     

一种改进粒子群优化算法的配电网重构

提出了一种改进的粒子群优化算法(RPSO)来解决配电网络重构问题。在RPSO中,根据配电网络的具体特点,将遗传算法中的优化编码技术引入粒子群优化方法中,通过粒子群体对基因代码的操作,提高算法的搜索性能。在寻优过程中,以适应度方差大小衡量粒子群体的"聚集"情况,并根据"聚集"情况来自适应调整群体的变异概率,用以克服粒子群优化算法(PSO)的早熟现象。通过对3个典型的IEEE测试网络重构,并与粒子群算法和遗传算法进行比较,改进的粒子群优化算法比粒子群算法和遗传算法具有更高的搜索效率。     

计及源荷不确定性的柔性直流配电网分层协调控制策略

首先,对柔性直流配电网的拓扑结构和节点类型进行了阐述。然后,提出了适用于柔性直流配电网的分层协调控制架构。系统级控制采用随机潮流嵌入的带精英策略非支配排序遗传算法,变流器级控制采用多级直流电压裕度控制,源荷设备级控制采用"拟鸡尾酒"源荷功率响应策略以减少端口功率控制误差。最后,在RTDSdSPACE互联仿真平台上建立了柔性直流配电网仿真模型,通过仿真验证了所提分层协调控制策略的有效性。     

含柔性直流装置的主动配电网优化调度研究

随着分布式电源、储能和柔性负荷等新型元素的接入,含柔性直流装置的主动配电网(active distribution netw ork,ADN)成为未来配电网发展的重要方向。含柔性直流装置的主动配电网可实现潮流的灵活控制、区域间功率的相互支援以及更大范围内资源的优化配置等。该文针对含柔性直流装置的主动配电网,建立了考虑分布式电源就地充分消纳的"区域自治-全局协调优化"的分层优化调度架构。区域自治以区域调度费用最低为目标,采用分布式模型预测控制(distributed model predictive control,DMPC)对区域内可控分布式电源、储能和柔性负荷等可控资源进行优化控制。全局协调优化在区域自治的基础上,以全网运行成本最低为优化目标,利用柔性直流装置灵活调节区域间功率,使分布式电源在更大范围内得到充分消纳。最后通过仿真验证了DMPC对区域内可控资源有功出力控制的高效性;多场景仿真结果表明,全局协调优化可通过柔性直流装置在更大范围实现区域间功率的相互支援,促进分布式电源的最大消纳,提高主动配电网运行的经济性与安全性。     

一种柔性直流输电系统PID-ANFIS优化控制方法

针对柔性直流输电系统(Voltage Source Converter based High-Voltage Direct-Current,VSC-HVDC)双闭环控制中PI控制存在参数整定困难及控制器数量过多等问题,提出一种具有PID功能的自适应神经元模糊推理系统(Adaptive Neuro-Fuzzy Inference System with PID function,PID-ANFIS)控制器用于该系统控制。其中,PID-ANFIS控制器兼有神经网络控制、二阶模糊控制及PID功能;同时提出的基于三重合作粒子群算法(Treble Cooperative Particle Swarm Optimization,TCPSO)用于优化该控制器中神经网络参数。TCPSO采用由降维合作、分组合作与记忆合作组成的三重合作策略,极大程度上提升了神经网络参数优化的精度。深入研究了TCPSO优化PID-ANFIS控制器参数的步骤。基于TCPSO优化的PID-ANFIS控制器能够实现VSC-HVDC系统的直接功率控制效果。仿真结果表明该控制器具有控制速度快、超调量小、抗干扰能力强等优点,是VSC-HVDC控制系统的一个可行方案。     

考虑电能替代负荷接入的配电网鲁棒重构优化

为治理大气污染、保护环境,涵盖电采暖和电动汽车的电能替代负荷将越来越多地接入配电网中,配电网的供电能力受到显著影响,传统配电网运行优化方法须要改进。基于电采暖、电动汽车负荷的出力模型,采用拉丁超立方抽样、Cholesky分解和同步回代削减相结合的方法实现概率多场景的快速生成。基于生成的概率多场景,将鲁棒优化和随机规划方法相结合,采用场景分析方法,在满足鲁棒约束条件下,以网络损耗和负载均衡度为优化目标,建立考虑电能替代接入的配电网鲁棒重构优化模型,采用蚁群算法对模型进行求解。最后通过算例验证了文中重构方法能够有效提升含大规模电能替代负荷配电网的供电能力。     

柔性直流配电网保护方案及设备研制

针对典型柔性直流配电网开展了保护分区及保护配置策略研究;根据直流线路的故障特性,分析了直流极间短路故障、单极接地故障以及断线故障的保护方案。对于直流电网快速故障定位和隔离的要求,提出一种基于差动保护和多点方向信息的综合故障定位方法。基于所提出的保护和故障定位方案,研制了高采样率且具备多类型模拟量接口的直流配电网保护设备。经实时数字仿真(RTDS)系统仿真和动模试验,验证了保护方案的可行性和故障定位方法的正确性,所研制的保护设备动作行为、性能指标满足直流配电网安全运行需求。