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        基于SNOP的柔性配電網(wǎng)中分布式電源最大準(zhǔn)入容量計(jì)算

        2018-08-08 04:42:14梁海深李盛偉白臨泉劉聰李維徐健王慶彪
        電力建設(shè) 2018年8期
        關(guān)鍵詞:配電網(wǎng)優(yōu)化

        梁海深,李盛偉,白臨泉,劉聰,李維,徐健,王慶彪

        (1.國網(wǎng)天津市電力公司寶坻供電分公司,天津市 301800;2.國網(wǎng)天津市電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院,天津市 300010;3.ABB,美國北卡羅來納州羅利市 27606; 4.國網(wǎng)天津市電力公司檢修公司,天津市 300010)

        0 引 言

        近年來,分布式發(fā)電技術(shù)獲得了越來越廣泛的應(yīng)用,各種分布式電源(distributed generation,DG)的并網(wǎng)發(fā)電對電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行提出了新的挑戰(zhàn)。當(dāng)傳統(tǒng)中、低壓配電網(wǎng)中的分布式電源容量達(dá)到較高的比例(即高滲透率)時(shí),要實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)的功率平衡與安全運(yùn)行,并保證用戶的供電可靠性和電能質(zhì)量,存在一定的困難[1],因此,配電網(wǎng)如何消納DG成為了熱點(diǎn)研究課題。

        以往對配電網(wǎng)消納DG能力的研究,主要是根據(jù)配電網(wǎng)潮流、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等限制條件,得出允許接入配電網(wǎng)的DG容量之和[2],并且主要針對傳統(tǒng)配電網(wǎng)進(jìn)行研究。如文獻(xiàn)[3]考慮DG接入位置、出力大小以及滲透率等因素對配電網(wǎng)的影響,提出了配電網(wǎng)中分布式電源運(yùn)行域的概念,可得到給定節(jié)點(diǎn)DG準(zhǔn)入容量范圍。文獻(xiàn)[4]提出了一種柔性配電網(wǎng)(flexible distribution network, FDN)概念,它以一種新型電力電子設(shè)備,即智能軟開關(guān)(soft normally open point, SNOP)的應(yīng)用為基礎(chǔ),為提高配電網(wǎng)對DG的消納能力提供了新的可能[5-6]。SNOP技術(shù)旨在以可控電力電子變換器代替?zhèn)鹘y(tǒng)基于斷路器的饋線聯(lián)絡(luò)開關(guān),從而實(shí)現(xiàn)饋線間常態(tài)化柔性“軟連接”,能夠提供靈活、快速、精確的功率交換控制與潮流優(yōu)化能力。

        目前對SNOP的研究主要集中在配電網(wǎng)運(yùn)行優(yōu)化方面[7-10],SNOP通過準(zhǔn)確控制兩側(cè)有功功率交換,并根據(jù)需要向兩側(cè)分別提供無功補(bǔ)償來優(yōu)化全網(wǎng)潮流分布,提供了現(xiàn)有配電自動化體系所不具備的實(shí)時(shí)、精細(xì)的潮流調(diào)節(jié)優(yōu)化能力,能夠快速跟蹤分布式能源和負(fù)荷的動態(tài)變化,降低網(wǎng)絡(luò)損耗,確保配電網(wǎng)實(shí)時(shí)處在最優(yōu)的運(yùn)行狀態(tài)。文獻(xiàn)[11]采用一種基于模擬退火和錐優(yōu)化的混合算法來提高含SNOP配電系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性,其核心目標(biāo)仍為降低網(wǎng)損。

        事實(shí)上,除了配電網(wǎng)運(yùn)行優(yōu)化方面的應(yīng)用,SNOP也可用于提升DG消納能力。在FDN中,依靠SNOP的雙向功率調(diào)節(jié)能力,可改善配電網(wǎng)中電壓瓶頸節(jié)點(diǎn)和傳輸容量瓶頸支路的運(yùn)行狀態(tài),從而突破文獻(xiàn)[3]中的運(yùn)行域,實(shí)現(xiàn)DG高比例接入。在依靠SNOP提高DG消納能力方面已形成一些研究成果。文獻(xiàn)[12]探討了SNOP對配電網(wǎng)中光伏準(zhǔn)入容量的提升作用。文獻(xiàn)[13]分別針對英國城網(wǎng)和農(nóng)網(wǎng)進(jìn)行研究,指出SNOP的無功功率支撐能力是提升DG消納率的關(guān)鍵。文獻(xiàn)[14]主要從平抑光伏出力波動角度研究了儲能和SNOP配合對DG消納能力的提升。但上述研究均未從規(guī)劃角度得出FDN中DG準(zhǔn)入容量最大時(shí),DG和SNOP的最優(yōu)位置、容量組合。

        本文將建立FDN中DG最大準(zhǔn)入容量模型。由于該問題為高維非線性優(yōu)化問題,采用一種多種群遺傳算法來求解,可避免陷入早熟收斂,得到全局真實(shí)最優(yōu)解,并使用IEEE 33節(jié)點(diǎn)配電系統(tǒng)進(jìn)行算例分析。在計(jì)算SNOP對既定節(jié)點(diǎn)位置的DG接入能力提升作用的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步探討FDN中全網(wǎng)DG自由接入的最優(yōu)節(jié)點(diǎn)位置和容量組合,從而得到FDN中的DG最大準(zhǔn)入容量。

        1 FDN中DG最大準(zhǔn)入容量模型

        1.1 SNOP應(yīng)用概述

        最主流的SNOP裝置是背靠背電壓源型變流器(back-to-back voltage source converter,B2B VSC)。SNOP通常接入于傳統(tǒng)的聯(lián)絡(luò)開關(guān)位置,如圖1所示。不同于傳統(tǒng)的聯(lián)絡(luò)開關(guān)只能處于0、1這2種狀態(tài),SNOP具有靈活的四象限功率控制能力,能夠在2條饋線間進(jìn)行主動潮流控制,該特性不論對于降低配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)損耗或是改善節(jié)點(diǎn)電壓水平、支路電流均有重要意義。

        圖1 SNOP接入位置Fig.1 Position of SNOP installation

        1.2 DG接入FDN極限容量計(jì)算模型

        DG的接入將改變傳統(tǒng)配電網(wǎng)的潮流分布特性,對配電網(wǎng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行造成沖擊。一方面,DG高比例接入,將引起接入節(jié)點(diǎn)的電壓大幅提升,另一方面,DG接入比例過高可能突破饋線容量限制。而FDN依靠SNOP的潮流控制能力,能夠優(yōu)化潮流分布,防止穩(wěn)態(tài)指標(biāo)越限,從而提高DG的準(zhǔn)入容量。

        由于DG與負(fù)荷對網(wǎng)絡(luò)電壓的影響相反,DG接入最嚴(yán)苛的場景為負(fù)荷最小,同時(shí)DG處于峰值出力的場景,此時(shí)DG輸出功率等于裝機(jī)容量。本文探討的DG準(zhǔn)入容量即基于該場景,所得準(zhǔn)入容量為“安全容量”??紤]到DG出力的隨機(jī)性,當(dāng)DG以該容量接入時(shí),不論出力如何變化,均不會導(dǎo)致因DG接入量過大造成潮流越限。

        建立DG準(zhǔn)入容量模型,選擇最大化FDN中DG接入容量作為優(yōu)化目標(biāo):

        (1)

        式中:EDG,i為網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)的DG接入容量;N為網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)數(shù)目。

        模型主要約束如下:

        (1)網(wǎng)絡(luò)潮流約束:

        (2)

        (3)

        式中:PDG,i、PSNOP,i和PL,i分別為節(jié)點(diǎn)i上DG,SNOP和負(fù)荷注入的有功功率;QDG,i、QSNOP,i和QL,i分別為節(jié)點(diǎn)i上DG,SNOP和負(fù)荷注入的無功功率;Ui、Uj、θi,j分別為相連節(jié)點(diǎn)i、j的電壓幅值和相角差;Gi,j、Bi,j為互電導(dǎo)和互電納。

        本文討論場景下,DG以峰值出力,輸出功率等于裝機(jī)容量,所以式(2)中的PDG,i即為式(1)中的EDG,i。

        (2)饋線容量和節(jié)點(diǎn)電壓約束:

        Ci≤Cmax

        (4)

        Umin≤Ui≤Umax

        (5)

        式中:Cmax為饋線最大容量;Umin和Umax分別為節(jié)點(diǎn)電壓上限和下限。

        (3)分布式電源單點(diǎn)最大準(zhǔn)入容量約束。按照配電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)原則,分布式電源在特定的電壓等級下有其極限接入容量,超過時(shí)應(yīng)接入更高電壓等級的配電網(wǎng)。

        EDG,i

        (6)

        式中EDG,max為特定電壓等級下的單點(diǎn)DG極限接入容量。

        (4)SNOP功率約束[11]:

        PSNOP,i+PSNOP,j=0

        (7)

        (8)

        (9)

        式中SSNCP,i和SSNOP,j分別為節(jié)點(diǎn)i、j上變流器的容量。

        需要指出,上述模型通過提前設(shè)定好部分參數(shù)值,可以實(shí)現(xiàn)特定的優(yōu)化和分析功能,具體可分為3種情況:

        情況1:DG定點(diǎn)接入,無SNOP。DG接入的節(jié)點(diǎn)位置由人為設(shè)置,容量作為變量;SNOP相關(guān)位置、容量參數(shù)置0。該情況可考察網(wǎng)絡(luò)不同節(jié)點(diǎn)對DG的接納能力。

        情況2:DG定點(diǎn)接入,有SNOP。DG的節(jié)點(diǎn)位置由人為設(shè)置,容量作為變量;SNOP的容量固定,接入位置作為變量。該情況可考察SNOP對DG準(zhǔn)入容量的提升作用,以及SNOP在網(wǎng)絡(luò)中的最優(yōu)接入位置和運(yùn)行狀態(tài)。

        情況3:DG全網(wǎng)自由接入,有SNOP。DG接入節(jié)點(diǎn)位置,容量均為變量;SNOP的容量固定,接入位置為變量??煽疾霺NOP以及DG的最優(yōu)選址、定容組合方式。

        2 模型求解方法

        該模型的優(yōu)化變量為各個(gè)節(jié)點(diǎn)的分布式電源出力以及SNOP流過的有功功率和雙側(cè)無功功率。由于配電網(wǎng)規(guī)??赡苓_(dá)到數(shù)百節(jié)點(diǎn),該模型屬于高維非線性優(yōu)化問題。這種問題的求解關(guān)鍵在于獲得全局最優(yōu)解。同時(shí)從規(guī)劃角度,對于算法的全局收斂能力要求高于收斂速度。遺傳算法(genetic algorithm,GA)是一種廣泛使用的基于進(jìn)化機(jī)制的高度并行、隨機(jī)、自適應(yīng)的全局優(yōu)化概率搜索算法,由于優(yōu)化時(shí)不依賴梯度,具有較強(qiáng)的魯棒性和全局搜索能力,但是容易陷入早熟收斂問題,其計(jì)算結(jié)果受控制參數(shù)影響較大。為克服未成熟收斂,需要根據(jù)實(shí)際問題,進(jìn)行復(fù)雜的控制參數(shù)和遺傳算子設(shè)計(jì)研究。

        本文采用一種多種群遺傳算法(multiple population genetic algorithm,MPGA)來求解模型。MPGA的優(yōu)勢在于突破傳統(tǒng)遺傳算法僅靠單個(gè)種群進(jìn)行遺傳進(jìn)化的框架,引入多個(gè)種群同時(shí)進(jìn)行優(yōu)化搜索;多個(gè)種群之間通過遺傳算子進(jìn)行聯(lián)系,實(shí)現(xiàn)多種群的協(xié)同進(jìn)化,最優(yōu)解的獲取是多個(gè)種群協(xié)同進(jìn)化的綜合結(jié)果。

        相對于標(biāo)準(zhǔn)GA,MPGA采用了多個(gè)種群同時(shí)對解空間進(jìn)行協(xié)同搜索,兼顧了算法的全局搜索能力和局部搜索能力,計(jì)算結(jié)果對遺傳控制參數(shù)的敏感性大大降低,對克服未成熟收斂有明顯效果,適用于所需求解的高維非線性優(yōu)化問題。

        采用MPGA求解模型時(shí),適應(yīng)度即為式(1)中的全網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)DG準(zhǔn)入容量之和。針對1.2節(jié)所述3種情況的優(yōu)化問題,可通過不同的變量參數(shù)設(shè)置進(jìn)行求解,計(jì)算方法如圖2所示。

        3 算例分析

        3.1 原始數(shù)據(jù)

        本文以IEEE 33節(jié)點(diǎn)配電系統(tǒng)為例進(jìn)行分析,如圖3所示。

        圖2 MPGA算法流程圖Fig.2 Flow chart of MPGA

        圖3 IEEE 33節(jié)點(diǎn)配電系統(tǒng)Fig.3 IEEE 33-bus distribution system

        圖中TS1—TS5為5個(gè)聯(lián)絡(luò)開關(guān),全部斷開。該網(wǎng)絡(luò)首端基準(zhǔn)電壓為12.66 kV,饋線額定容量為5.28 MW。網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)負(fù)荷為3 715+j2 290 kV·A,是該網(wǎng)絡(luò)必須滿足的最小負(fù)荷。參考《電能質(zhì)量供電電壓允許偏差》(GB12325-2008),設(shè)定電壓允許偏差值為-7%~7%,即網(wǎng)絡(luò)安全電壓標(biāo)幺值為0.93~1.07 pu。根據(jù)《國家電網(wǎng)公司配電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)技術(shù)導(dǎo)則》,式(6)中的分布式電源接入10 kV電壓等級不應(yīng)超過7~8 MW,本算例取7 MW。

        經(jīng)潮流計(jì)算,該配電系統(tǒng)傳輸容量最大的支路為0-1支路,容量4 645 kV·A。各節(jié)點(diǎn)電壓如圖4所示。

        圖4 配電系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)電壓Fig.4 Node voltage in distribution system

        由于感性負(fù)荷將拉低電壓,該配電系統(tǒng)電壓呈現(xiàn)自平衡節(jié)點(diǎn)0至饋線末端逐漸降低的特點(diǎn)。其中節(jié)點(diǎn)8—17,28—32低于0.93 pu的安全電壓下限,需接入分布式電源提升節(jié)點(diǎn)電壓。

        本文分布式電源設(shè)為PQ型,功率因數(shù)為0.95。優(yōu)化過程中,MPGA算法基于MATLAB程序?qū)崿F(xiàn),并調(diào)用GADST遺傳算法工具箱。算例中,MPGA種群大小設(shè)為500,最大迭代次數(shù)設(shè)為200,種群精英數(shù)設(shè)為10,交叉后代比例取0.75,最優(yōu)個(gè)體最少保持代數(shù)設(shè)為20。計(jì)算過程中,設(shè)定50代內(nèi)適應(yīng)度函數(shù)值的加權(quán)平均變化值小于1×10-6,則算法停止。

        3.2 無SNOP配電網(wǎng)DG單點(diǎn)準(zhǔn)入容量計(jì)算

        為考察不同節(jié)點(diǎn)接入DG的能力,按圖2流程中優(yōu)化情況1方法,計(jì)算各節(jié)點(diǎn)DG準(zhǔn)入容量,結(jié)果如表1所示。

        由此可將不同節(jié)點(diǎn)的DG準(zhǔn)入容量分為4類:

        (1)DG接入節(jié)點(diǎn)1,18—21。該類節(jié)點(diǎn)接入DG后無法提升節(jié)點(diǎn)8—17,28—32電壓至安全范圍內(nèi),故接入無效。

        (2)接入節(jié)點(diǎn)7—17,27—32。該類節(jié)點(diǎn)位于饋線末端,DG準(zhǔn)入容量較小。

        (3)接入節(jié)點(diǎn)6,22,23,25,26。該類節(jié)點(diǎn)位于各饋線分支的前端,DG準(zhǔn)入容量較大。

        (4)接入節(jié)點(diǎn)2—5。該類節(jié)點(diǎn)位于整個(gè)33節(jié)點(diǎn)配電系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)前端,DG準(zhǔn)入容量最大。

        在上述4類節(jié)點(diǎn)中,分別選擇節(jié)點(diǎn)18,30,22,5這4個(gè)節(jié)點(diǎn)以最大準(zhǔn)入容量接入DG(節(jié)點(diǎn)18以7 000 kW接入),對應(yīng)網(wǎng)絡(luò)電壓如圖5所示。

        依據(jù)表1和圖5可得出如下結(jié)論:

        (1)接入DG將改變配電系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)電壓分布,造成接入點(diǎn)及周邊節(jié)點(diǎn)的電壓升高,這種影響隨與接入節(jié)點(diǎn)的距離加大而逐漸減小。

        表1網(wǎng)絡(luò)不同節(jié)點(diǎn)的DG準(zhǔn)入容量
        Table1AllowableDGcapacityatdifferentbuses

        (2)接入點(diǎn)越趨近于長饋線末端,則DG準(zhǔn)入容量越小。這是由于相比其他節(jié)點(diǎn),長饋線末端節(jié)點(diǎn)電壓對DG接入更敏感,DG無功主要作用于接入節(jié)點(diǎn),使其更容易達(dá)至安全電壓上限。

        (3)隨著接入位置向饋線首端遷移,DG準(zhǔn)入容量增大。這是由于DG的無功影響得以全網(wǎng)擴(kuò)散,導(dǎo)致接入點(diǎn)電壓敏感性降低。饋線容量限制逐漸成為瓶頸因素。

        (4)當(dāng)接入位置達(dá)至網(wǎng)絡(luò)首端各節(jié)點(diǎn),準(zhǔn)入容量進(jìn)一步提高,限制DG準(zhǔn)入容量進(jìn)一步提升的因素變?yōu)樵撾妷旱燃塂G單點(diǎn)準(zhǔn)入容量。

        圖5 引入DG后配電系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)電壓Fig.5 Node voltage in distribution system with DG

        (5)原33節(jié)點(diǎn)配電系統(tǒng)2條饋線存在電壓越安全下限的情況。在這2條以及相鄰的2—24饋線接入DG有助于提升其電壓至安全范圍。但饋線18—21為這2條饋線的非相鄰饋線,電氣聯(lián)系較弱,接入DG無效。

        3.3 SNOP對指定節(jié)點(diǎn)DG準(zhǔn)入容量提升分析

        在上述4類節(jié)點(diǎn)中,前2類仍有較大的DG準(zhǔn)入容量提升空間。引入SNOP形成FDN,SNOP1—SNOP5分別代表圖3中TS1—TS5位置的SNOP??疾霥G在單點(diǎn)(18/30)、多點(diǎn)單饋線(14、17)、多點(diǎn)多饋線(17、32)3種接入方式,SNOP不同接入位置對準(zhǔn)入容量的提升作用。SNOP容量設(shè)定為雙側(cè)1 MV·A。采用圖2中優(yōu)化情況2的方法進(jìn)行計(jì)算,結(jié)果見表2—4。表中P1代表SNOP小號節(jié)點(diǎn)側(cè)的有功功率,Q1代表SNOP小號節(jié)點(diǎn)側(cè)的無功功率,Q2代表SNOP大號節(jié)點(diǎn)側(cè)的無功功率。SNOP有功功率以向小號節(jié)點(diǎn)發(fā)出功率,從大號節(jié)點(diǎn)吸收功率為正;無功功率以從節(jié)點(diǎn)吸收功率為正。

        表2SNOP對DG單點(diǎn)接入時(shí)準(zhǔn)入容量提升作用
        Table2PromotionofSNOPtotheallowableDGpenetrationcapacityinmulti-bus/single-freederscenario

        表3 SNOP對DG多點(diǎn)單饋線接入時(shí)準(zhǔn)入容量提升作用Table 3 Promotion of SNOP to the allowable DG penetration capacity in multi-bus/single-freeder scenario

        表4 SNOP對DG多點(diǎn)多饋線接入時(shí)準(zhǔn)入容量提升作用Table 4 Promotion of SNOP to the allowable DG penetration capacity in multi-bus/multi-branch scenario

        由優(yōu)化結(jié)果可見,SNOP的潮流控制能力能夠提升DG準(zhǔn)入容量。不同的DG和SNOP接入方式,體現(xiàn)出如下不同特點(diǎn):

        (1)節(jié)點(diǎn)30單點(diǎn)接入DG時(shí),對節(jié)點(diǎn)30準(zhǔn)入容量提升最大的SNOP1和SNOP5均為與30節(jié)點(diǎn)所在支路直接相連的軟開關(guān),并且均處于雙側(cè)吸收無功功率,從30節(jié)點(diǎn)所在支路吸收有功功率的運(yùn)行方式。

        (2)節(jié)點(diǎn)18單點(diǎn)接入DG時(shí),由于無法抬升全網(wǎng)電壓至安全范圍,接入無效。而通過在節(jié)點(diǎn)18所在饋線接入SNOP3/SNOP4,與其他饋線在末端產(chǎn)生了潮流聯(lián)系,DG得以高比例接入配電網(wǎng)。

        (3)選擇DG多點(diǎn)(14、17)單饋線接入配電網(wǎng)時(shí),優(yōu)化結(jié)果為位置靠前的14節(jié)點(diǎn)以極限容量接入,而17節(jié)點(diǎn)不接入。引入SNOP后,DG準(zhǔn)入容量得到了一定提升。一方面,SNOP1/SNOP3/SNOP4均從14、17節(jié)點(diǎn)所在饋線吸收有功功率,將其轉(zhuǎn)移到其他饋線,起到降低DG接入饋線電壓的作用(SNOP2兩端均位于該饋線,有功傳輸功率為0;SNOP5與該饋線無直接聯(lián)系)。另一方面,SNOP在雙側(cè)吸收無功功率,進(jìn)一步拉低網(wǎng)絡(luò)電壓,為DG接入提供了更大空間。SNOP以其有功、無功功率同時(shí)雙向控制能力,相比傳統(tǒng)的無功補(bǔ)償裝置SVG等,在消納DG方面能夠取得更好的效果。

        (4)選擇DG多點(diǎn)(17,32)多饋線接入配電網(wǎng)時(shí),SNOP1分別在兩側(cè)聯(lián)系2條饋線,雙端均以滿容量吸收無功,可取得最優(yōu)準(zhǔn)入容量提升效果。

        綜上,SNOP能夠?qū)G準(zhǔn)入容量起到提升作用。提升幅度最大的SNOP須至少一端與DG所在饋線直接連接,處于雙端吸收無功功率運(yùn)行方式,并且無功功率在SNOP容量中占主導(dǎo)。

        3.4 SNOP容量靈敏度分析

        設(shè)DG接入節(jié)點(diǎn)17和32,考察不同容量SNOP對DG準(zhǔn)入容量的提升作用。SNOP設(shè)定位于圖3中TS1位置。做SNOP容量對DG準(zhǔn)入容量影響的靈敏度分析,從網(wǎng)絡(luò)電壓、DG準(zhǔn)入容量、瓶頸支路容量3方面考察接入不同容量SNOP的效果,結(jié)果如圖6、7所示。

        電壓方面,不同SNOP容量下,電壓曲線基本保持一致,節(jié)點(diǎn)17和32的電壓均為瓶頸因素。

        支路容量方面,支路4—5位于5—17,5—32這2條饋線的潮流交匯處,為傳輸容量瓶頸支路。隨著SNOP容量的提升,支路4—5的傳輸容量呈先抑后揚(yáng)的特點(diǎn)。這是由于當(dāng)SNOP以小容量接入時(shí),雙端吸收無功功率,抵消了一部分DG的無功輸出,導(dǎo)致4—5支路容量下降。隨著SNOP容量的提升,DG準(zhǔn)入容量也相應(yīng)提升,支路4—5容量不斷增大。當(dāng)SNOP容量達(dá)到2 000 kV·A時(shí),4—5支路容量達(dá)到5 280 kV·A的瓶頸,與電壓一同成為限制DG準(zhǔn)入容量進(jìn)一步提升的因素,此時(shí)DG準(zhǔn)入容量增速開始放緩。在該DG和SNOP接入位置下,2 000 kV·A是SNOP的經(jīng)濟(jì)容量。

        圖6 不同SNOP容量下網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)電壓Fig.6 Node voltage in distribution system with different SNOP capacities

        圖7 不同SNOP容量下DG準(zhǔn)入容量和瓶頸支路容量Fig.7 Allowable DG penetration capacity and bottleneck branch capacity with different SNOP capacities

        需要指出,不同的DG、SNOP接入點(diǎn),靈敏度分析和經(jīng)濟(jì)容量結(jié)果將不盡相同。

        3.5 FDN中DG極限準(zhǔn)入容量計(jì)算

        上述分析主要針對既定DG接入位置下,F(xiàn)DN中DG最大準(zhǔn)入容量。從規(guī)劃角度,為了實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)DG最大容量接入的目標(biāo),如何確定當(dāng)DG在網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)自由接入時(shí),DG的最優(yōu)位置/容量組合及與其相配合的SNOP接入方式,是需要關(guān)心的問題。

        采用圖2中優(yōu)化情況3的計(jì)算方法進(jìn)行優(yōu)化??紤]到SNOP的經(jīng)濟(jì)性,僅使用1臺SNOP,容量設(shè)為雙側(cè)1 MV·A。經(jīng)過多次優(yōu)化計(jì)算,可得到多種DG集中和分散接入的方案,其全網(wǎng)DG準(zhǔn)入容量相近。僅挑選4種集中接入的方案列于表5中。

        表5DG自由接入優(yōu)化方案
        Table5OptimizationmethodwithfreesitesofDGs

        如表5所示,僅配置單臺雙側(cè)1 MV·A的SNOP,可接入DG容量達(dá)到了9 400 kW以上,能量滲透率250%以上。以上方案可作為DG和SNOP規(guī)劃時(shí)的推薦方案。應(yīng)用本文方法,也可得到其他SNOP容量或多組SNOP共同接入時(shí)的最優(yōu)方案。

        4 結(jié) 論

        (1)配電網(wǎng)的長饋線末端電壓對DG接入敏感,容易造成電壓越限,不利于DG接入。

        (2)FDN中的SNOP通過主動控制潮流分布,改善網(wǎng)絡(luò)電壓狀況,相比傳統(tǒng)配電網(wǎng)能夠提高DG準(zhǔn)入容量。對于既定DG接入位置的FDN,SNOP應(yīng)至少有一端布置在DG所接入的饋線上,以雙端吸收無功功率方式運(yùn)行,從而取得最大的容量提升效果。

        (3)對于DG自由接入的FDN,存在多種集中或分散接入的方案,可獲得接近的DG準(zhǔn)入容量。

        需要指出,受限于當(dāng)前電力電子技術(shù)和設(shè)備的發(fā)展水平,SNOP的工程應(yīng)用尚未成熟,成本偏高。但其占DG整體投資比例不大,而在提升DG消納能力方面帶來的收益將是非??捎^的。此外,考慮到SNOP技術(shù)在降低網(wǎng)損方面的應(yīng)用,SNOP技術(shù)總體上可以取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。未來隨著換流器設(shè)備的發(fā)展成熟及成本不斷下降,基于SNOP的柔性配電網(wǎng)具有廣闊的發(fā)展前景。下一步考慮對多端含儲能SNOP在柔性配電網(wǎng)中的規(guī)劃和運(yùn)行優(yōu)化問題進(jìn)行研究。

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