主動配電網(wǎng)背景下無功電壓控制方法

殷玉萍

【摘 要】經(jīng)濟在快速的發(fā)展，社會在不斷的進步，為適應高滲透率、大規(guī)模分布式電源的接入，主動配電網(wǎng)成為當前及未來智能電網(wǎng)研究的趨勢。文中綜述了主動配電網(wǎng)背景下分布式電源接入、需求側管理和拓撲結構等因素對配電網(wǎng)電壓分布和電壓穩(wěn)定性的影響;從集中控制和分散控制兩個方面總結了主動配電網(wǎng)的無功電壓控制方法。結合當前研究現(xiàn)狀的分析，總結了各種因素影響下主動配電網(wǎng)的無功電壓控制研究中存在的一些問題和不足，指出了主動配電網(wǎng)無功電壓控制研究中亟待解決的幾個問題。

【關鍵詞】分布式電源;主動配電網(wǎng);無功功率;電壓;需求側管理

引言

由于社會經(jīng)濟快速發(fā)展，所引發(fā)的用電需求量過大，對電網(wǎng)的建設和發(fā)展帶來了較大的影響。電網(wǎng)系統(tǒng)超負荷運行已經(jīng)成為常見現(xiàn)象，對電力系統(tǒng)的供電服務水平帶來一定的威脅，在這種發(fā)展形勢下，電力企業(yè)要想獲得全面發(fā)展就必須有能力應對新的用電需求，加大對電網(wǎng)建設的投入力度，尤其是針對配電網(wǎng)的發(fā)展空間進行有效利用。針對主動配電網(wǎng)的研究與應用已經(jīng)成為當前電力企業(yè)發(fā)展的必然趨勢。

1無功電壓控制的特征

在電網(wǎng)配電輸送過程中，電壓質量是否穩(wěn)定、是否能夠平穩(wěn)地安全運行，直接影響整體電網(wǎng)系統(tǒng)運行效率。一方面是緊密影響其電力的有效輸送數(shù)量，一方面則是在輸送過程中受地區(qū)地域、氣候等因素的影響，電網(wǎng)在輸送過程中會有相當一部分電能損耗。因此，在現(xiàn)行電網(wǎng)運行的基礎上，通過不斷反復試驗和實地求證，提出了無功電壓控制方式。在方式推廣使用過程中，因其自身所具有的覆蓋面積廣、電量儲存量、高維度的特點，逐步適應并發(fā)展成為在配電網(wǎng)絡運行中具有改善電力配送環(huán)境、提高電力輸送效率、安全性能綜合提高的多功能方式方法，被各大輸電機構所采納。在實際運用過程中，通過不斷反復理解和操作，總結了以下四個方面的特征。第一，電力使用范圍相對廣泛，已達到只有有人居住的地方就會有電能的配送。通過對省、市、縣三級地區(qū)的電力分布及控制，形成有效的協(xié)調統(tǒng)籌。也可以針對各地區(qū)范圍的用電及配電特性，進行獨立的區(qū)域優(yōu)化控制，從而針對實際情況做到物盡其用，進一步提高用電成效。第二，通過對整個電力系統(tǒng)設備的協(xié)調統(tǒng)籌、優(yōu)化調控，對配網(wǎng)小火電、風電機組、SVC等無功電源設備的設備運行屬性實現(xiàn)最優(yōu)化配置，從而進一步提高電力配送的整體效率。第三，無功電壓控制在配電網(wǎng)絡運行過程中安全可靠性較高。一方面，日常設備運行時可通過主站服務器對全網(wǎng)進行優(yōu)化配置和精準計算，快速提供高效實時數(shù)據(jù);一方面，在發(fā)生故障和問題時，可以通過區(qū)域化集成計算查找本區(qū)域的問題故障點，進而優(yōu)化完善故障區(qū)域的計算。第四，實現(xiàn)設備與電網(wǎng)的雙向互動控制。一方面，通過電網(wǎng)運行數(shù)據(jù)計算對區(qū)域內出現(xiàn)的故障和問題進行設備重啟和自動修復，另一方面可以通過設備的有效調節(jié)，針對不同地域的電壓承受能力，對配電網(wǎng)絡實施有效的電壓調節(jié)，以確保整體電網(wǎng)系統(tǒng)運行安全可靠。

2主動配電網(wǎng)背景下無功電壓控制方法

2.1加裝分布式儲能裝置

儲能裝置已被視為電網(wǎng)運行過程中“采-發(fā)-輸-配-用-儲”六大環(huán)節(jié)中的重要組成部分。儲能技術是解決可再生能源隨機性、波動性的有效途徑，有利于可再生能源平滑輸出，改善可再生能源引起的電網(wǎng)電壓、頻率及相位變化，并緩解電網(wǎng)調峰壓力。此外，在電網(wǎng)發(fā)生故障或DG帶負荷形成孤島期間，儲能系統(tǒng)能夠為DG提供必要的無功支撐作為DG無功調節(jié)的輔助控制，使DG接入端端電壓處于合理的運行水平。目前應用到DG的儲能方式有：以超級電容器、蓄電池儲能為代表的電化學儲能;以飛輪儲能為代表的物理儲能;以超導電磁儲能為代表的電磁儲能三大類。超級電容器儲能容量大，投資少，技術成熟;蓄電池儲能容量大，能量密度高，兩者均能制成容量很大的儲能系統(tǒng)，但與飛輪和超導儲能相比，響應時間較長。飛輪和超導儲能具有能量密度高、壽命長、效率高、響應快的優(yōu)點，技術上可做成很大容量。相關文獻根據(jù)各種儲能方式的特點和應用場合，將上述儲能技術應用到含有DG的配電網(wǎng)中。建立了用于獨立光伏發(fā)電的超級電容器儲能系統(tǒng)模型，指出在光伏發(fā)電系統(tǒng)受到光照及負載變化時，儲能系統(tǒng)能夠有效穩(wěn)定光伏系統(tǒng)輸出電壓。利用飛輪儲能裝置充當孤島型風力發(fā)電系統(tǒng)的電能調節(jié)器和儲存器，有效地改善了電能質量。為了充分發(fā)揮各種儲能技術的優(yōu)點，使其優(yōu)勢互補，相關學者對復合儲能系統(tǒng)進行了研究。結合超導儲能裝置和蓄電池儲能的優(yōu)點構成復合儲能系統(tǒng)抑制分布式電源產生的功率波動，能改善分布式發(fā)電系統(tǒng)的電能質量，提高并網(wǎng)穩(wěn)定性。此外，當前國內外對儲能在ADN中應用的邊界條件及投資效益評估等方面的研究還欠深入。

2.2基于電網(wǎng)設備的調壓措施

總結分析電網(wǎng)設備的調壓手段，主要有加裝分布式儲能裝置、調節(jié)變壓器分接頭和分布式發(fā)電機組調壓方式等，本文就針對加裝分布式儲能裝置的調壓措施進行闡述：該項調壓措施的應用主要是依據(jù)儲能裝置的儲能技術，在配電網(wǎng)運行的過程中，可以通過其自身的儲能技術，實現(xiàn)對可再生資源的合理利用與輸出，全面提升可再生資源的利用率。在針對配電網(wǎng)的運行特點進行分析之后，可以利用儲能技術實現(xiàn)對電網(wǎng)電壓和頻率的有效調整，從而改善配電網(wǎng)的運行壓力。另外，當電網(wǎng)發(fā)生故障時，儲能技術還可以為電源接入方式和電網(wǎng)運行提供相應的無功補償支持，使其實現(xiàn)對無功電壓的有效調節(jié)，進而保證配電網(wǎng)的電壓始終處于平穩(wěn)運行的狀態(tài)，為配電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行提供保障。

2.3對DG的協(xié)調控制

由于有大量DG接入，調動其中具有調節(jié)能力的DG參與集中控制也將是ADN調壓的核心手段。針對光伏電源接入配電網(wǎng)的情況提出了一種優(yōu)化控制策略來管理光伏的無功功率，利用線路的節(jié)點電壓水平通過矩陣計算和最優(yōu)潮流得到各光伏電站的無功出力最優(yōu)定值，以改善中低壓配電網(wǎng)電壓質量。進一步考慮各DG之間無功功率的公平分配問題，定義了DG無功出力與有功出力的比值tanφ作為衡量無功出力的指標，在滿足電壓約束的條件下以網(wǎng)損和調節(jié)代價的綜合最小值為目標函數(shù)，對DG的無功出力和OLTC進行協(xié)同控制。建立了一種ADN的集中無功優(yōu)化模型，考慮了ADN中各種主動管理措施，包括DG的無功調節(jié)、配電網(wǎng)絡重構等，并在模型中加入了變壓器損耗，考慮了不同措施之間的優(yōu)先次序，使得其模型更具實際意義。然而，由于DG的隨機性、不確定性會造成無功補償裝置的頻繁投切，設備運行成本也會相應增加，為此，把變壓器分接頭操作次數(shù)、電容器投切次數(shù)歸入到目標函數(shù)中進行統(tǒng)籌控制。

結語

綜上所述，能源問題伴隨著社會變革的快速發(fā)展，現(xiàn)階段已從傳統(tǒng)能源的布局使用狀況向新型能源的推廣方向發(fā)展，大量新能源、新技術得以在社會發(fā)展中充分利用。雖然近些年加快了高效、節(jié)能能源的開發(fā)力度，并取得了一定成果，但是從能源發(fā)展全局來看，不可再生能源的使用仍然是能源主力。因此，要改變現(xiàn)有能源使用布局，進一步加大對電力等清潔能源的使用建設力度。針對電力具有高效、清潔、使用范圍廣等特點，加強電力能源應用建設。通過積極使用和推廣主動配電網(wǎng)背景下的無功電壓控制方法，提高電力配送質量和居民對電力能源使用的覆蓋率，積極改善現(xiàn)有能源的布局。

參考文獻：

[1]陳 旭，張勇軍，黃向敏，等.主動配電網(wǎng)背景下無功電壓控制方法綜述[J].電力系統(tǒng)自動化，2016，40（1）：143-151.

[2]張 勇，陳 旭，張勇軍，等.主動配電網(wǎng)背景下無功電壓控制方法研究綜述[C].陜西省電網(wǎng)節(jié)能與電能質量技術學會2015學術交流會論文集，2015：171-178.

（作者單位：國網(wǎng)太原供電公司）