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

        2018-01-04 00:48:00金陽朱元
        中國綠色畫報(bào) 2017年11期
        關(guān)鍵詞:分布式電源

        金陽 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。該文通過分布式電源對配電網(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題。因此為了盡可能地降低DG對配電網(wǎng)的影響,充分發(fā)揮DG的優(yōu)點(diǎn),最大利用DG效益,為人類所使用,本文在前人的基礎(chǔ)上就DG接入配電網(wǎng)后,對配電網(wǎng)的影響作簡要分析。

        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。分布式電源的種類分為風(fēng)能、太陽能、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,對當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)輸出電能;第二,不對當(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,對于電力公司來講,分布式電源能夠減少輸電過程中的損耗,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,對于用戶來講,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、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)量優(yōu)化設(shè)計(jì)

        2.1對配電網(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)有功傳輸和無功補(bǔ)償。

        2.2對電流速斷保護(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,簡便易行,收斂性一般較好。本文采用非線性規(guī)劃原對偶內(nèi)點(diǎn)法對模型進(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功的調(diào)節(jié)步驟上存在先后關(guān)系。首先是變電站無功補(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)無功補(bǔ)償就地平衡后,考慮到補(bǔ)償電容組的離散特性,無法精確實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償無功等于首端節(jié)點(diǎn)的注入無功,這種誤差會(huì)直接對饋線首端節(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)行無功就地補(bǔ)償。由上可知,本文所提考慮站配協(xié)調(diào)的無功平衡優(yōu)化調(diào)節(jié)方法具體包含:配電網(wǎng)無功補(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)無功補(bǔ)償分區(qū)平衡,然后再是變電站的電壓無功協(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

        通過上述分析可以發(fā)現(xiàn),分布式電源并網(wǎng),會(huì)對配電網(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

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