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        考慮儲(chǔ)能的地區(qū)電網(wǎng)有功和電壓聯(lián)合控制策略研究

        2018-12-20 11:16:28羅金山周泊宇
        現(xiàn)代電力 2018年6期
        關(guān)鍵詞:控制策略設(shè)備

        羅金山,周泊宇,張 艷,艾 欣

        (1.國(guó)網(wǎng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院有限公司,北京 102209;2.新能源電力系統(tǒng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(華北電力大學(xué)),北京 102206)

        0 引 言

        由于傳統(tǒng)化石能源的消耗殆盡,以及燃燒化石能源帶來(lái)的環(huán)境問(wèn)題,人們不斷探索使用風(fēng)電、太陽(yáng)能作為新的電能形式。但由于風(fēng)電、光伏的出力具有很強(qiáng)的波動(dòng)性和不確定性,使得電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)[1]。近年來(lái),為了提高新能源電源的可調(diào)度性,人們開(kāi)始嘗試使用儲(chǔ)能設(shè)備來(lái)穩(wěn)定風(fēng)電場(chǎng)和光伏電站的功率波動(dòng)[2]。因此,對(duì)于如何控制和配置儲(chǔ)能,也成為目前研究的熱門(mén)方向。

        目前較為常見(jiàn)的控制策略有,預(yù)先設(shè)定多個(gè)儲(chǔ)能系統(tǒng)的工作模式,通過(guò)實(shí)際功率或電壓值與參考值的比對(duì),選擇進(jìn)入哪種工作模式。文獻(xiàn)[3]基于風(fēng)儲(chǔ)孤島系統(tǒng),為儲(chǔ)能設(shè)備設(shè)定了5種工作模式,通過(guò)直流母線電壓值選擇儲(chǔ)能設(shè)備工作模式,達(dá)到對(duì)電網(wǎng)功率波動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié)的目的。文獻(xiàn)[4]使用混合儲(chǔ)能設(shè)備,根據(jù)不同的母線電壓,考慮設(shè)備的使用特性,選擇不同的工作模式,使得蓄電池或超級(jí)電容既可獨(dú)立工作,也可協(xié)調(diào)工作。文獻(xiàn)[5]以消納風(fēng)電資源為主要目標(biāo),利用儲(chǔ)能設(shè)備平抑波動(dòng),但只考慮了風(fēng)電功率的波動(dòng),未考慮負(fù)荷的變化情況。由于儲(chǔ)能設(shè)備通常經(jīng)換流器接入電網(wǎng),因此也可通過(guò)控制換流器,對(duì)儲(chǔ)能設(shè)備進(jìn)行控制。文獻(xiàn)[6]考慮光伏發(fā)電系統(tǒng),通過(guò)換流器對(duì)輸送的有功或無(wú)功功率進(jìn)行控制,達(dá)到調(diào)節(jié)電網(wǎng)電壓、頻率的目標(biāo)。文獻(xiàn)[7]預(yù)先設(shè)定好幾種工作模式,根據(jù)風(fēng)電出力情況,利用儲(chǔ)能設(shè)備對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行調(diào)節(jié),通過(guò)換流器連接使出力穩(wěn)定持續(xù)。文獻(xiàn)[8]設(shè)計(jì)了一種分層控制策略,在傳統(tǒng)集中控制的基礎(chǔ)上,增加了分布控制,在故障時(shí)開(kāi)啟,保持系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。文獻(xiàn)[9]將儲(chǔ)能設(shè)備與風(fēng)電機(jī)組配合使用,協(xié)同常規(guī)發(fā)電機(jī)組,共同承擔(dān)一次調(diào)頻任務(wù),但主要考慮電網(wǎng)頻率問(wèn)題,對(duì)電壓波動(dòng)關(guān)注不夠。文獻(xiàn)[10]考慮暫態(tài)情況時(shí),因負(fù)荷下降導(dǎo)致系統(tǒng)頻率變化的情況,通過(guò)儲(chǔ)能設(shè)備保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。文獻(xiàn)[11]以有功損耗最小建立目標(biāo)函數(shù),使用快速非支配排序遺傳算法求解,以此對(duì)儲(chǔ)能的工作方式進(jìn)行控制,但只考慮了日負(fù)荷變化情況,沒(méi)有考慮新能源電源接入電網(wǎng)后帶來(lái)更大的波動(dòng)。文獻(xiàn)[12]利用改進(jìn)粒子群算法對(duì)選址定容的優(yōu)化多目標(biāo)問(wèn)題進(jìn)行求解,但未考慮儲(chǔ)能設(shè)備的控制策略。

        2008年國(guó)際大電網(wǎng)會(huì)議首次提出了主動(dòng)配電網(wǎng)(active distribution network,ADN)的概念[13],隨后各國(guó)都對(duì)主動(dòng)配電網(wǎng)的控制策略進(jìn)行了深入研究。文獻(xiàn)[14]提出一種分區(qū)分布式無(wú)功控制方法,利用二階錐松弛技術(shù),對(duì)主動(dòng)配電網(wǎng)進(jìn)行建模,改善了傳統(tǒng)的無(wú)功電壓控制策略。但文中對(duì)有功功率波動(dòng)的問(wèn)題,未做出太多研究。文獻(xiàn)[15]通過(guò)對(duì)分布式光伏電源、變壓器分接頭和電容器組等資源進(jìn)行分類(lèi)處理,制定多級(jí)調(diào)壓策略,有效提高了調(diào)壓效果。但文中沒(méi)有充分考慮到,未來(lái)儲(chǔ)能設(shè)備在主動(dòng)配電網(wǎng)中的應(yīng)用情況。文獻(xiàn)[16]研究了未來(lái)主動(dòng)配電網(wǎng)中補(bǔ)償電容和儲(chǔ)能設(shè)備的選址定容問(wèn)題,考慮了綜合成本、電網(wǎng)穩(wěn)定性和溫室氣體排放量。但對(duì)負(fù)荷波動(dòng)情況未作研究。文獻(xiàn)[17]對(duì)主動(dòng)配電網(wǎng)進(jìn)行區(qū)域劃分,建立區(qū)域控制器,實(shí)現(xiàn)了區(qū)域內(nèi)協(xié)調(diào)控制算法。文獻(xiàn)[18]使用啟發(fā)式策略的多目標(biāo)和聲搜索算法,對(duì)構(gòu)建的主動(dòng)配電網(wǎng)多目標(biāo)日前優(yōu)化調(diào)度模型進(jìn)行求解,使得可再生能源能夠?qū)崿F(xiàn)跨區(qū)域消納。

        本文對(duì)含儲(chǔ)能系統(tǒng)和大規(guī)模新能源接入的地區(qū)電網(wǎng)的功率和電壓控制策略進(jìn)行研究,對(duì)電網(wǎng)有功功率波動(dòng)建立目標(biāo)函數(shù),將儲(chǔ)能的出力作為控制變量,利用改進(jìn)粒子群算法進(jìn)行求解,減小電網(wǎng)的有功波動(dòng)。在此基礎(chǔ)上,應(yīng)用離散無(wú)功補(bǔ)償策略,減小新能源接入點(diǎn)的母線電壓波動(dòng)。引入荷電狀態(tài)(state of charge,SOC)反饋控制,有效避免儲(chǔ)能系統(tǒng)的過(guò)度充放電。最后,通過(guò)IEEE14節(jié)點(diǎn)的算例分析,驗(yàn)證這種聯(lián)合控制策略的有效性,達(dá)到同時(shí)調(diào)節(jié)功率和電壓的作用。

        1 有功優(yōu)化模型及離散無(wú)功控制策略

        1.1 優(yōu)化模型

        隨著地區(qū)電網(wǎng)的發(fā)展,將有大量的分布式能源接入,與傳統(tǒng)的集中供電方式共同作為地區(qū)電網(wǎng)中電源。由于分布式電源存在較大的不確定性和間歇性,將給地區(qū)電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)一定影響。隨著儲(chǔ)能設(shè)備的發(fā)展,人們發(fā)現(xiàn)儲(chǔ)能設(shè)備具有一定的調(diào)節(jié)電網(wǎng)功率、電壓波動(dòng)的能力,通過(guò)對(duì)儲(chǔ)能設(shè)備出力的控制,可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定地區(qū)電網(wǎng)功率、平抑電壓波動(dòng)的目的,有利于分布式電源接入電網(wǎng)。

        1.1.1 目標(biāo)函數(shù)

        在地區(qū)電網(wǎng)中,選定一個(gè)節(jié)點(diǎn),此節(jié)點(diǎn)的輸出功率滿足全網(wǎng)的用電要求,通過(guò)潮流計(jì)算,即可算出此節(jié)點(diǎn)的輸出功率,計(jì)算公式如下所示:

        (1)

        式中:下標(biāo)1為電網(wǎng)總功率注入點(diǎn)編號(hào);P1為1節(jié)點(diǎn)的有功功率;j為與1節(jié)點(diǎn)相連的節(jié)點(diǎn)編號(hào),共有n個(gè);R1j,X1j為1節(jié)點(diǎn)到j(luò)節(jié)點(diǎn)線路的阻抗;δj為j節(jié)點(diǎn)電壓相角,Uj為j節(jié)點(diǎn)電壓幅值。

        由于分布式電源的功率不容易準(zhǔn)確預(yù)測(cè),也就不容易直接考慮一個(gè)調(diào)度周期內(nèi)功率的波動(dòng),所以可以使用濾波算法設(shè)定參考值,計(jì)算公式如下:

        (2)

        用實(shí)際值和參考值的差值實(shí)時(shí)表征功率波動(dòng)情況,設(shè)G為目標(biāo)函數(shù),計(jì)算公式如下:

        minG(t)=|P1(t)-P1ref(t)|

        (3)

        由于本文在調(diào)節(jié)電壓波動(dòng)方面,主要考慮離散無(wú)功補(bǔ)償策略,因此為了簡(jiǎn)化計(jì)算,目標(biāo)函數(shù)只考慮有功功率。

        1.1.2 約束條件

        ① 功率平衡約束

        P1+Pwind+Pbess=Pload+Pline

        (4)

        式中:Pwind為風(fēng)力發(fā)電功率;Pbess為儲(chǔ)能出力,當(dāng)其大于零時(shí)為放電,小于零時(shí)為充電;Pload為全網(wǎng)負(fù)荷;Pline為線路損耗的有功功率。

        ② 不等式約束

        Pmin≤Pbess≤Pmax

        (5)

        Umin≤Ui≤Umax

        (6)

        式中:Ui為節(jié)點(diǎn)電壓,不能超過(guò)電壓上限和下限;儲(chǔ)能出力也需在功率上下限以內(nèi),通常,Pmin=-Pmax,數(shù)值等于額定功率,單位為MW。

        1.1.3SOC反饋控制

        為避免儲(chǔ)能設(shè)備過(guò)度充放電,并且不會(huì)超出額定容量,需考慮儲(chǔ)能設(shè)備的荷電狀態(tài)(SOC),利用SOC進(jìn)行反饋控制。當(dāng)SOC較高時(shí),儲(chǔ)能系統(tǒng)應(yīng)減小實(shí)際充電功率,當(dāng)SOC較低時(shí),儲(chǔ)能系統(tǒng)應(yīng)減小實(shí)際放電功率,計(jì)算方式如下:

        (7)

        Pbess0=k×Pbess(Pbess>0)

        (8)

        Pbess0=l×Pbess(Pbess<0)

        (9)

        式中:Δt為時(shí)間間隔;E為儲(chǔ)能設(shè)備容量,單位為MWh;Pbess0為儲(chǔ)能實(shí)際出力的有功功率;k、l為充放電控制系數(shù),與SOC有關(guān),且考慮儲(chǔ)能系統(tǒng)壽命,不可使其過(guò)度充放電,SOC取值介于10%~90%區(qū)間,k、l取值如圖1。

        圖1 k和l的取值Fig.1 Values of k and l

        如圖可知,當(dāng)SOC小于50%時(shí),k值隨SOC的減小而減小,放電功率減小;當(dāng)SOC大于50%時(shí),l值隨SOC增大而減小,充電功率減小。通過(guò)SOC反饋控制將儲(chǔ)能系統(tǒng)荷電狀態(tài)維持在較為合理的區(qū)間,避免儲(chǔ)能設(shè)備過(guò)度充放電。

        1.2 離散無(wú)功補(bǔ)償策略

        在電網(wǎng)中常需要并聯(lián)電容器、電抗器來(lái)調(diào)節(jié)電壓,因?yàn)槠渚哂谐杀据^低且容量較大的特點(diǎn),但電抗器或電容器需要分組投切,且需要消耗較多的時(shí)間進(jìn)行操作,單日動(dòng)作次數(shù)有限,因而被稱為離散無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備[19]。這些設(shè)備被配置于匯集站中。

        在投切的時(shí)間段內(nèi),可利用靈敏度法計(jì)算離散無(wú)功補(bǔ)償量,計(jì)算公式如下:

        (10)

        當(dāng)ΔQ大于零時(shí),說(shuō)明無(wú)功功率不足,需要投入電容器,退出電抗器;當(dāng)ΔQ小于零時(shí),說(shuō)明無(wú)功功率過(guò)多,需要投入電抗器,退出電容器。使用前,需提前根據(jù)負(fù)荷特性及風(fēng)電出力情況,設(shè)定投切時(shí)段,選擇電壓波動(dòng)較大的時(shí)段,進(jìn)行離散無(wú)功補(bǔ)償。如發(fā)現(xiàn)ΔQ值超過(guò)設(shè)定的容量,按照額定容量進(jìn)行補(bǔ)償。其控制策略流程圖如圖2。

        圖2 離散無(wú)功補(bǔ)償策略流程圖Fig.2 Flow chart of discrete reactive power compensation

        2 模型求解

        2.1 改進(jìn)粒子群算法

        粒子群優(yōu)化(particle swarm optimizer, PSO) 算法是Kennedy和Eberhart于1995年提出的一種隨機(jī)進(jìn)化算法[21],其原理來(lái)自于鳥(niǎo)類(lèi)飛行覓食的自然行為。由于這種算法編程簡(jiǎn)單,參數(shù)較少,收斂速度較快,因此被廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)優(yōu)化計(jì)算方面。在該算法中,每個(gè)粒子的位置都可看成需要求解的目標(biāo)函數(shù)的一個(gè)解,通過(guò)吸收自身和其他粒子的速度向量和位置向量的經(jīng)驗(yàn),對(duì)自身的狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整,獲得全局最優(yōu)解[22]。

        在粒子群算法的實(shí)際應(yīng)用中,常會(huì)對(duì)其進(jìn)行改進(jìn),使其具有很好的收斂性能。主要做法為引入慣性因子,并設(shè)計(jì)慣性因子的計(jì)算方法。本文考慮粒子和種群最優(yōu)之間的差值,根據(jù)差值來(lái)控制慣性因子w的取值。當(dāng)差值較小時(shí),說(shuō)明該粒子與種群最優(yōu)粒子的差距較大,此時(shí)應(yīng)增大w值,增強(qiáng)其搜索能力;當(dāng)二者差距較小時(shí),說(shuō)明其搜索能力相對(duì)較好,此時(shí)w應(yīng)減小。慣性權(quán)重具體計(jì)算公式如下:

        (11)

        式中:zbest為種群最優(yōu)粒子;pj為第j個(gè)粒子的值;pmax、pmin為粒子最大值、最小值;wj為慣性權(quán)重;ws、we為慣性權(quán)重初始值、結(jié)束值。

        2.2 求解流程

        首先,將電網(wǎng)的各項(xiàng)參數(shù)錄入,包括各節(jié)點(diǎn)負(fù)荷、線路阻抗等;然后調(diào)整粒子群算法中的各項(xiàng)參數(shù),包括初始速度、種群規(guī)模、迭代次數(shù)等;計(jì)算無(wú)儲(chǔ)能時(shí)地區(qū)電網(wǎng)的潮流,得到功率注入節(jié)點(diǎn)的功率及風(fēng)電接入母線的電壓波動(dòng),并計(jì)算參考值;然后利用改進(jìn)粒子群算法計(jì)算考慮儲(chǔ)能調(diào)節(jié)的電網(wǎng)潮流,得到目標(biāo)函數(shù)值,計(jì)算出功率注入節(jié)點(diǎn)的功率波動(dòng),以及新能源接入母線的電壓波動(dòng);根據(jù)電壓波動(dòng)幅度,設(shè)置離散無(wú)功補(bǔ)償時(shí)段,在相應(yīng)時(shí)段進(jìn)行離散無(wú)功補(bǔ)償,根據(jù)前文計(jì)算方法,算出無(wú)功補(bǔ)償量。在儲(chǔ)能出力的基礎(chǔ)上,加入離散無(wú)功補(bǔ)償量,進(jìn)一步對(duì)電網(wǎng)電壓進(jìn)行調(diào)節(jié),計(jì)算出控制后的電壓波動(dòng);循環(huán)求解整個(gè)調(diào)度周期內(nèi)的全部有功波動(dòng)和電壓波動(dòng),直到調(diào)度周期結(jié)束。求解流程圖如圖3。

        圖3 聯(lián)合控制策略流程圖Fig.3 Flow chart of joint control strategy

        3 算例分析

        本文設(shè)定一整天為一個(gè)完整的調(diào)度周期,時(shí)間間隔為15min,因此將調(diào)度周期劃分為96個(gè)時(shí)間間隔;選擇IEEE14節(jié)點(diǎn)電網(wǎng)進(jìn)行算例分析,電壓等級(jí)為23kV,其結(jié)構(gòu)如圖4所示。1節(jié)點(diǎn)為電網(wǎng)功率注入節(jié)點(diǎn),電壓標(biāo)幺值為1.05∠0°;選擇8節(jié)點(diǎn)作為風(fēng)電和儲(chǔ)能設(shè)備接入點(diǎn),并且設(shè)置匯集站,站內(nèi)裝設(shè)電容器和電抗器,進(jìn)行離散無(wú)功補(bǔ)償,其容量為0.5Mvar,其中風(fēng)電各個(gè)時(shí)段出力如圖5所示;儲(chǔ)能設(shè)備額定功率為3MW,容量為18MWh,初始SOC狀態(tài)為50%,儲(chǔ)能設(shè)備負(fù)責(zé)調(diào)解電網(wǎng)的功率波動(dòng);設(shè)該電網(wǎng)功率基準(zhǔn)值為100MVA,電網(wǎng)中各點(diǎn)負(fù)荷及線路參數(shù)標(biāo)幺值如表1、表2所示,總負(fù)荷的有功功率為28MW,無(wú)功功率為17.3Mvar,同時(shí)考慮到電網(wǎng)一天當(dāng)中負(fù)荷的波動(dòng)情況,實(shí)際負(fù)荷/額定負(fù)荷曲線如圖6所示。

        圖4 IEEE14節(jié)點(diǎn)電網(wǎng)圖Fig.4 Diagram of IEEE14 bus network

        圖5 風(fēng)電出力曲線Fig.5 The curve of wind power

        編號(hào)負(fù)荷/MVA編號(hào)負(fù)荷/MVA1085+3j24+2.7j94.5+2j32+1.6j100.6+0.1j4 1+0.9j111+0.9j52+0.8j121+0.7j63+1.5j131+0.9j71.5+1.2j142.1+1j

        表2 線路參數(shù)

        圖6 負(fù)荷曲線Fig.6 The curve of loads

        3.1 儲(chǔ)能系統(tǒng)不工作

        首先,分析不考慮儲(chǔ)能系統(tǒng)工作時(shí),系統(tǒng)的功率波動(dòng)及風(fēng)電接入點(diǎn)的電壓波動(dòng)情況。在整個(gè)調(diào)度周期內(nèi),考慮各時(shí)段風(fēng)電出力及一天內(nèi)負(fù)荷的波動(dòng)情況,進(jìn)行潮流計(jì)算,算出一個(gè)完整調(diào)度期間內(nèi)的功率波動(dòng)和電壓波動(dòng)情況,如圖7、圖8所示。

        圖7 儲(chǔ)能不工作時(shí)電網(wǎng)有功功率Fig.7 Active power of network without the energy storage

        圖8 儲(chǔ)能不工作時(shí)8節(jié)點(diǎn)電壓Fig.8 Voltage of the bus 8 without the energy storage

        通過(guò)圖7可以看出,由于考慮了風(fēng)電出力及負(fù)荷波動(dòng)情況,1節(jié)點(diǎn)的功率波動(dòng)較大,特別是在44-53這個(gè)時(shí)間段內(nèi),由于用電需求較大,而風(fēng)力發(fā)電有限,導(dǎo)致1節(jié)點(diǎn)的功率迅速增長(zhǎng);在18-34時(shí)間段內(nèi),由于負(fù)荷處于低谷狀態(tài),而風(fēng)電出力較高,導(dǎo)致1節(jié)點(diǎn)功率下降。如果未來(lái)的地區(qū)電網(wǎng)中,新能源滲透率繼續(xù)升高,用電需求變化更大,較大的功率波動(dòng)將會(huì)威脅電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。因此隨著地區(qū)電網(wǎng)的發(fā)展,對(duì)于功率的調(diào)節(jié)是非常有必要的。

        通過(guò)圖8可以看出,8節(jié)點(diǎn)的電壓波動(dòng)在23-31,41-53,84-90這3個(gè)時(shí)間段內(nèi)峰谷差較大。

        3.2 儲(chǔ)能系統(tǒng)工作

        考慮儲(chǔ)能設(shè)備工作時(shí),應(yīng)用改進(jìn)粒子群算法對(duì)儲(chǔ)能設(shè)備進(jìn)行控制。設(shè)定粒子群算法的迭代次數(shù)為30,種群規(guī)模為50,最大、最小速度分別為0.3、-0.3;濾波系數(shù)為0.05;慣性權(quán)重初始值和結(jié)束值分別為0.9、0.4??紤]儲(chǔ)能設(shè)備工作時(shí)的功率波動(dòng)和電壓波動(dòng)曲線如圖9、圖10,其SOC如圖11。

        圖9 儲(chǔ)能工作時(shí)電網(wǎng)有功功率Fig.9 Active power of network with the energy storage

        圖10 儲(chǔ)能工作時(shí)8節(jié)點(diǎn)電壓Fig.10 Voltage of the bus 8 with the energy storage

        圖11 儲(chǔ)能系統(tǒng)SOC變化情況Fig.11 Changes of SOC

        由圖可知,相比于儲(chǔ)能系統(tǒng)不工作的情況,本節(jié)通過(guò)改進(jìn)粒子群算法對(duì)儲(chǔ)能設(shè)備進(jìn)行控制,使電網(wǎng)的功率波動(dòng)有了很大改善,有效降低了功率波動(dòng)峰值。電壓的波動(dòng)情況也有改善,但在24-31,46-53,82-92這3個(gè)時(shí)段內(nèi)仍存在較大峰谷差。

        通過(guò)圖11可以看出,在21-34時(shí)間段內(nèi),由于SOC反饋控制,使得SOC增長(zhǎng)速率減緩,避免了儲(chǔ)能系統(tǒng)充電過(guò)多。在76-84時(shí)間段內(nèi),由于SOC反饋控制,使得SOC下降速率緩慢,避免了儲(chǔ)能系統(tǒng)過(guò)度放電。儲(chǔ)能系統(tǒng)的SOC在整個(gè)調(diào)度周期內(nèi),均保持在0.1~0.9之間,有效避免了儲(chǔ)能系統(tǒng)的過(guò)度充放電。

        3.3 聯(lián)合控制策略

        由于改進(jìn)粒子群算法控制儲(chǔ)能設(shè)備,對(duì)電壓波動(dòng)情況的改善較小,因此考慮1.2節(jié)提到的離散無(wú)功補(bǔ)償策略。通過(guò)前面的計(jì)算,可以看出在24-31,46-53,82-92這3個(gè)時(shí)段內(nèi)電壓波動(dòng)較大,因此在儲(chǔ)能設(shè)備工作的基礎(chǔ)上,選擇在這3個(gè)時(shí)段進(jìn)行離散無(wú)功補(bǔ)償,補(bǔ)償后的電壓波動(dòng)如圖12所示。

        圖12 聯(lián)合控制策略8節(jié)點(diǎn)電壓Fig.12 Voltage of the bus 8 using joint control strategy

        通過(guò)上圖可以看出,考慮離散無(wú)功補(bǔ)償之后,電壓波動(dòng)情況比只考慮儲(chǔ)能設(shè)備工作時(shí),得到了進(jìn)一步改善,起到了調(diào)節(jié)電壓波動(dòng)的作用。由于其余時(shí)段的電壓波動(dòng)不大,因此只選擇這3個(gè)時(shí)段進(jìn)行離散無(wú)功補(bǔ)償。在上文提到的24-31,46-53,82-92這三個(gè)時(shí)間段對(duì)電壓的峰谷值進(jìn)行了調(diào)節(jié),使得電壓更加平穩(wěn)。

        為了更直觀對(duì)比優(yōu)化前后功率波動(dòng)和電壓波動(dòng)的情況,可分別計(jì)算相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)差,結(jié)果如表3。

        由于聯(lián)合控制策略是建立在儲(chǔ)能設(shè)備對(duì)有功功率波動(dòng)調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上,進(jìn)行離散無(wú)功補(bǔ)償,因此其標(biāo)準(zhǔn)差不發(fā)生變化。通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)差分析可以看出,聯(lián)合控制策略的優(yōu)化效果較好,既減小了功率波動(dòng),又通過(guò)離散無(wú)功補(bǔ)償策略改善了電壓波動(dòng),且優(yōu)化效果較為明顯。本算例的離散無(wú)功補(bǔ)償時(shí)間段是根據(jù)前文的分析得出的,如果風(fēng)電出力及負(fù)荷曲線發(fā)生變化,可調(diào)整補(bǔ)償時(shí)間段,增強(qiáng)系統(tǒng)的可調(diào)度性。

        表3 標(biāo)準(zhǔn)差比較

        4 結(jié) 論

        本文提出了一種儲(chǔ)能的聯(lián)合控制策略,用以調(diào)節(jié)含新能源的地區(qū)電網(wǎng)中,由于新能源出力的不確定性而引起的功率波動(dòng)和電壓波動(dòng)。主要結(jié)論如下:

        ① 以電網(wǎng)功率波動(dòng)最小為優(yōu)化目標(biāo),建立數(shù)學(xué)模型。在完整的調(diào)度周期內(nèi),同時(shí)考慮分布式電源出力波動(dòng)和負(fù)荷波動(dòng),使用粒子群算法求解目標(biāo)函數(shù),通過(guò)控制儲(chǔ)能設(shè)備的充放電功率,達(dá)到調(diào)節(jié)電網(wǎng)功率波動(dòng)的目的,此優(yōu)化算法求解過(guò)程簡(jiǎn)單易行。并且考慮儲(chǔ)能設(shè)備不能過(guò)度充放電,因此引入SOC反饋控制,有利于保護(hù)儲(chǔ)能設(shè)備。

        ② 對(duì)粒子群算法進(jìn)行改進(jìn),通過(guò)計(jì)算種群最優(yōu)值與粒子的差值,對(duì)慣性權(quán)重進(jìn)行控制,有效提高了粒子群算法的搜索能力和收斂性。同時(shí)引入離散無(wú)功補(bǔ)償策略,對(duì)電網(wǎng)電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)。在新能源接入點(diǎn)接入離散無(wú)功補(bǔ)償裝置,提前設(shè)定好補(bǔ)償時(shí)段,對(duì)該時(shí)段內(nèi)電網(wǎng)電壓進(jìn)行調(diào)節(jié),使其電壓波動(dòng)較小。此種補(bǔ)償方法的針對(duì)性較強(qiáng)且效果較好。

        ③ 利用IEEE14節(jié)點(diǎn)進(jìn)行算例分析,在8節(jié)點(diǎn)接入風(fēng)電和儲(chǔ)能設(shè)備,同時(shí)在此處設(shè)置離散無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備。首先在儲(chǔ)能不工作情況下,通過(guò)潮流計(jì)算,得到電網(wǎng)的功率波動(dòng)和電壓波動(dòng),以此作為對(duì)比參考;然后以電網(wǎng)有功功率波動(dòng)最小為目標(biāo)函數(shù),通過(guò)儲(chǔ)能設(shè)備工作調(diào)節(jié)電網(wǎng)的有功功率,使得有功波動(dòng)減小,但電壓仍存在較大的峰谷差;針對(duì)三個(gè)峰谷差較大的時(shí)段,考慮離散無(wú)功補(bǔ)償策略,進(jìn)一步調(diào)節(jié)新能源接入母線電壓,使得電壓峰谷差減小。最后通過(guò)分析功率波動(dòng)和電壓波動(dòng)的標(biāo)準(zhǔn)差,可以看出結(jié)合了離散無(wú)功補(bǔ)償?shù)穆?lián)合控制策略較為有效。

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