含分布式電源的配電網(wǎng)電壓質(zhì)量?jī)?yōu)化設(shè)計(jì)研究

金陽(yáng)　朱元

【摘要】：分布式電源具有靈活性高、運(yùn)行損耗低、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。但是，大量分布式電源的接入改變了配電網(wǎng)的潮流方向、電壓分布、短路電流大小等，從而深刻影響配電網(wǎng)電壓調(diào)節(jié)、繼電保護(hù)配置、電能質(zhì)量及供電可靠性等。該文通過(guò)分布式電源對(duì)配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和運(yùn)行的影響分析，提出基于分層控制與能量管理的協(xié)調(diào)控制策略。通過(guò)仿真驗(yàn)證表明，基于分層控制與能量管理的協(xié)調(diào)控制策略能夠?qū)崿F(xiàn)微電網(wǎng)在并網(wǎng)、孤島狀態(tài)下的安全穩(wěn)定運(yùn)行與平穩(wěn)轉(zhuǎn)換。

【關(guān)鍵詞】：分布式電源；混合算法；電壓質(zhì)量；不同容量

引言

隨著我國(guó)新能源戰(zhàn)略的實(shí)施，配電網(wǎng)側(cè)接入的分布式電源不斷增加，使得原來(lái)配電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變，從而影響到現(xiàn)有配電網(wǎng)絡(luò)，甚至引起一系列的安全問(wèn)題。因此為了盡可能地降低DG對(duì)配電網(wǎng)的影響，充分發(fā)揮DG的優(yōu)點(diǎn)，最大利用DG效益，為人類(lèi)所使用，本文在前人的基礎(chǔ)上就DG接入配電網(wǎng)后，對(duì)配電網(wǎng)的影響作簡(jiǎn)要分析。

1、分布式電源的概念及其優(yōu)缺點(diǎn)

所謂的分布式電源，是指將發(fā)電設(shè)施直接布置在配電網(wǎng)附近或者是分布在負(fù)荷附近，使得發(fā)電更加高效、經(jīng)濟(jì)和可靠，這滿足了特定用戶的用電需求，也對(duì)已有配電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行進(jìn)行較好的支持，所以又叫“分散式電源”。其發(fā)電的規(guī)模較小，通常在數(shù)千瓦到數(shù)十兆瓦之間。分布式電源的種類(lèi)分為風(fēng)能、太陽(yáng)能、燃料三種。通常分布式電源的并網(wǎng)形式分為直接連接到電網(wǎng)和通過(guò)電子設(shè)備連接入電網(wǎng)兩種形式。分布式是可以獨(dú)立運(yùn)行的，為范圍內(nèi)的用戶進(jìn)行獨(dú)立供電；分布式電源在獨(dú)立運(yùn)行的同時(shí)和當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)之間安裝了自動(dòng)轉(zhuǎn)換裝置。而分布式電源入網(wǎng)，與電力系統(tǒng)并聯(lián)運(yùn)行，有兩種運(yùn)行方式：第一，對(duì)當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)輸出電能；第二，不對(duì)當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)輸出電能，這需要根據(jù)分布式電源的實(shí)際用途而定。分布式電源的優(yōu)點(diǎn)是：第一，對(duì)于電力公司來(lái)講，分布式電源能夠減少輸電過(guò)程中的損耗，作為供電的后備電源，在擴(kuò)招電網(wǎng)時(shí)能夠減少經(jīng)濟(jì)投資；第二，對(duì)于用戶來(lái)講，分布式電源有巨大的經(jīng)濟(jì)效益，將終端用戶的用電費(fèi)用進(jìn)行有效降低，并得到可靠性的供電，提高了電能質(zhì)量，采用可再生能源進(jìn)行發(fā)電，有利于環(huán)境保護(hù)。分布式電源的缺點(diǎn)是：分布式電源入網(wǎng)將會(huì)影響到系統(tǒng)的網(wǎng)損電壓，降低電能質(zhì)量；在電力系統(tǒng)進(jìn)行負(fù)荷預(yù)測(cè)、規(guī)劃以及運(yùn)行方面都存在較大的不確定性；分布式電源并網(wǎng)（DG）后，會(huì)影響到供電商的售電量，降低供電商的利益，使得供電商抵觸DG逆向售電策略。

2、分布式電源的配電網(wǎng)電壓質(zhì)量?jī)?yōu)化設(shè)計(jì)

2.1對(duì)配電網(wǎng)潮流的影響

傳統(tǒng)的單電源輻射型饋電線路的潮流從母線流向負(fù)荷，潮流在饋線中流動(dòng)產(chǎn)生電壓損耗，節(jié)點(diǎn)電壓逐漸降低。分布式電源接入配電網(wǎng)后，配電網(wǎng)從無(wú)源配電網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)變?yōu)橛性磁潆娋W(wǎng)絡(luò)，改變了潮流的大小和方向，從而使饋電線路的節(jié)點(diǎn)電壓也隨之改變。分布式電源接入配電網(wǎng)，理想的狀態(tài)是分布式電源與配電網(wǎng)之間發(fā)生功率交換，實(shí)現(xiàn)功率就近平衡，多余或不足電力負(fù)荷通過(guò)并聯(lián)變壓器與配電線路進(jìn)行功率交換，實(shí)現(xiàn)有功傳輸和無(wú)功補(bǔ)償。

2.2對(duì)電流速斷保護(hù)的影響

電流速斷保護(hù)是基于線路的故障所產(chǎn)生的短路電流幅值不斷增大而瞬時(shí)動(dòng)作的電流保護(hù)裝置。因此電流速斷保護(hù)裝置中的故障短路電流都是有系統(tǒng)主網(wǎng)（單側(cè)電源）所提供，其動(dòng)作的整定值Iset設(shè)定規(guī)則為（以圖1所示為例）3保護(hù)裝置的整定值Iset設(shè)定為不小于CD段的最小短路故障電流值，保護(hù)2的整定值Iset設(shè)定為大于等于CD段故障的最大短路電流，保護(hù)1的整定值Iset為大于等于BC段故障時(shí)的最大短路電流。若在主網(wǎng)系統(tǒng)中并入DG，如圖1所示的虛線處，此時(shí)若故障K1發(fā)生在BC段，則K1處故障電流包括2部分組成，一個(gè)是主網(wǎng)提供短路電流I1，另一個(gè)是DG提供的短路電流I2，即Iset≤I1+I2整定值Iset不變，由于I2的存在，使得I1減小，即保護(hù)2裝置所檢測(cè)到的電流值I1減小，未達(dá)到保護(hù)2裝置的整定值Iset而使保護(hù)2本該動(dòng)作的未動(dòng)作造成拒動(dòng)現(xiàn)象。

2.3優(yōu)化算法

由上文可知，分布式電源接入配電網(wǎng)的極限容量計(jì)算優(yōu)化模型是一個(gè)具有大量安全運(yùn)行條件約束的非線性規(guī)劃模型，如何處理這些不等式約束是算法的關(guān)鍵。相關(guān)方法主要有積極約束集策略、外點(diǎn)罰函數(shù)法、乘子罰函數(shù)法及內(nèi)點(diǎn)障礙函數(shù)法（又稱(chēng)內(nèi)點(diǎn)法）等。積極約束集策略所需的計(jì)算量一般較大；外點(diǎn)罰函數(shù)法在罰因子增大時(shí)，容易造成海森矩陣條件數(shù)過(guò)大的病態(tài)；乘子罰函數(shù)法在處理的不等式約束眾多時(shí)容易出現(xiàn)交替違反現(xiàn)象；近年來(lái)取得了極大進(jìn)展的內(nèi)點(diǎn)法可以避免海森矩陣的病態(tài)，計(jì)算量比積極約束集策略小，簡(jiǎn)便易行，收斂性一般較好。本文采用非線性規(guī)劃原對(duì)偶內(nèi)點(diǎn)法對(duì)模型進(jìn)行求解。

2.4變電站AVC控制系統(tǒng)協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)方法

變電站站端的電壓無(wú)功的調(diào)節(jié)步驟上存在先后關(guān)系。首先是變電站無(wú)功補(bǔ)償就地平衡，其次才是饋線首端節(jié)點(diǎn)的逆調(diào)壓。實(shí)現(xiàn)無(wú)功補(bǔ)償就地平衡后，考慮到補(bǔ)償電容組的離散特性，無(wú)法精確實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償無(wú)功等于首端節(jié)點(diǎn)的注入無(wú)功，這種誤差會(huì)直接對(duì)饋線首端節(jié)點(diǎn)的電壓幅值大小產(chǎn)生顯著影響。為此，本文考慮應(yīng)優(yōu)先進(jìn)行無(wú)功就地補(bǔ)償。由上可知，本文所提考慮站配協(xié)調(diào)的無(wú)功平衡優(yōu)化調(diào)節(jié)方法具體包含：配電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償分區(qū)平衡優(yōu)化調(diào)節(jié)方法和變電站AVC控制系統(tǒng)協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)方法。如前所述，整個(gè)潮流可行解調(diào)節(jié)是在全配網(wǎng)分區(qū)的基礎(chǔ)上，采取了由遠(yuǎn)到近、由下至上的調(diào)節(jié)思路，即先是由遠(yuǎn)到近地實(shí)現(xiàn)無(wú)功補(bǔ)償分區(qū)平衡，然后再是變電站的電壓無(wú)功協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)，最后實(shí)現(xiàn)全配網(wǎng)的潮流解可行。

結(jié)語(yǔ)

通過(guò)上述分析可以發(fā)現(xiàn)，分布式電源并網(wǎng)，會(huì)對(duì)配電網(wǎng)的電壓質(zhì)量產(chǎn)生影響，威脅電力用戶電器設(shè)備的安全，但可以結(jié)合分布式電源并網(wǎng)對(duì)配電網(wǎng)電壓質(zhì)量的影響特征，探索有效的電壓質(zhì)量治理措施。

【參考文獻(xiàn)】：

[1]羅永捷，李耀華，王平，等.多端柔性直流輸電系統(tǒng)下垂控制PV特性曲線時(shí)域分析[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào)，2014，29（增刊1）：408-415.

[2]麻常輝，潘志遠(yuǎn)，劉超男，等.基于自適應(yīng)下垂控制的風(fēng)光儲(chǔ)微網(wǎng)調(diào)頻研究[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2015，43（23）：21-27.

[3]周逢權(quán)，黃偉.直流配電網(wǎng)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)探討[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2014，42（22）：62-67.endprint