內(nèi)蒙古龍源新能源發(fā)展有限公司 王 浩

風(fēng)光儲聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)是風(fēng)能、太陽能綜合利用的結(jié)果，所形成的分布式電源是主動配電網(wǎng)的關(guān)鍵組件。受到能源不確定因素的影響，電源電壓易出現(xiàn)畸形情況，不利于動態(tài)保持電路中的電流和電網(wǎng)頻率，進而帶來電能質(zhì)量下降和網(wǎng)絡(luò)損耗增大的問題。為解決以上問題，引入主動配電網(wǎng)無功優(yōu)化理論，充分考慮到負荷用電以及電源出力的隨機性和時序性，按照動態(tài)多時段優(yōu)化形式對無功補償裝置和分布式電源出力予以協(xié)調(diào)優(yōu)化，力求將節(jié)點電壓和配電網(wǎng)損耗降低，構(gòu)建離散模型。將此模型作用于IEEE33節(jié)點系統(tǒng)中，將展現(xiàn)出控制電壓偏差和降損的突出性價值。

1 風(fēng)光儲聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型構(gòu)建

圖1為風(fēng)光儲聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)的輻射狀配電網(wǎng)的基本模型結(jié)構(gòu)[1]。

圖1 風(fēng)光儲聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)的輻射狀配電網(wǎng)

1.1 儲能裝置

此類裝置是發(fā)電系統(tǒng)的協(xié)調(diào)結(jié)構(gòu)，用PL、PG代表配電網(wǎng)可用出力和度和負荷用電，二者差值用表示PΔ[2]。在不同時間條件下，差值函數(shù)可表示為：PΔ（t）=PL（t）-PG（t）。儲能裝置功率約束方程為：

式中，PE.max為儲能裝置的最大充放電功率；

ηf、ηc為放電效率、充電效率；

δ 為自放電系數(shù)；E.max為最大儲能容量；

E（t）、E（t-1）為t、t-1時刻下儲能裝置的容量[3]。

1.2 風(fēng)光機組

所建立的出力約束方程為：

式中，Pj.W.t、Qj.W.t和Pj.V.t、Qj.V.t分別為在t 時刻的風(fēng)電、光伏發(fā)電量；

2 主動配電網(wǎng)多時段動態(tài)無功優(yōu)化模型

2.1 配電網(wǎng)運行約束

支路潮流方程為：

一是節(jié)點處：

二是支路ij 處：

其中：

式中，Pj.E.t為t 時刻儲能裝置的有功出力；

Rij為t 時刻支路ij 的電阻；

Xij為t 時刻支路ij 的電抗；

Iij.t為t 時刻支路ij 的電流；

Uj.t為t 時刻支路ij 的節(jié)點j 電壓；

Pj.DG.t為系統(tǒng)有功功率；

Qj.DG.t為系統(tǒng)無功功率；

Pij.t為t 時刻支路ij 的有功功率；

Qij.t為t 時刻支路ij 的無功功率；

φ（j）為以j 為支路ij 首端節(jié)點的末端節(jié)點集合；

Ψ（j）為以j 為支路ij 末端節(jié)點與首端節(jié)點集合。

配電網(wǎng)運行安全約束表示為：

其中，Uj.min、Uj.max、Iij.max分別為節(jié)點電壓上限、電壓下限、支路電流限值。

主網(wǎng)關(guān)口約束：

其中，Ps.min、Ps.max、Qs.min、Qs.max為主網(wǎng)關(guān)口節(jié)點的有無功功率輸出最大、最小值。

分布式電源約束：

其中，Pj.E.max為儲能裝置的最大調(diào)節(jié)限值；

2.2 多時段動態(tài)無功優(yōu)化裝置運行約束

分組投切變壓器運行約束為：

式中，T 為一天內(nèi)的調(diào)度周期；

QCB.step為單組電容器的補償功率；

QcB,t為CB 在t 時刻發(fā)出的無功功率。

靜止無功補償裝置運行約束為：

其中，QSVC.min、Qsvc.max為補償下限和補償上限。

目標(biāo)函數(shù)：

標(biāo)準(zhǔn)二階錐為：

旋轉(zhuǎn)二階錐為：

進行SOCP 松弛，得到：

經(jīng)松弛后得到的多時段動態(tài)無功優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)以節(jié)點電壓和系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)損耗最小建立，具體為：

式中，UN為額定電壓；

ΔU 為系統(tǒng)某一運行周期的節(jié)點電壓偏差之和；

Rij為支路阻值；

Iij.t為時刻的支路電流；

Ui,t為時刻的節(jié)點電壓；

Ploss為系統(tǒng)某一調(diào)度周期的有功網(wǎng)損。

經(jīng)歸一化處理后，得到的單目標(biāo)優(yōu)化函數(shù)為：

其中，η1、η2為權(quán)重系數(shù)，且η1=0.634、η2=0.366。

3 算例分析

3.1 參數(shù)

分析所給出的多時段動態(tài)無功優(yōu)化函數(shù)是否可在主動配電網(wǎng)中發(fā)揮作用須設(shè)計模擬分析試驗，以IEEE33節(jié)點配電網(wǎng)作為分析對象，設(shè)定其具體參數(shù)見表1。

表1 節(jié)點配電網(wǎng)配置參數(shù)

按照SVC 接入節(jié)點3和33，CB 接入節(jié)點5和18的方式展開對比試驗，形成一天中24個時刻的總負荷用電、光伏出力和風(fēng)電出力隨時間變化的曲線，展現(xiàn)出多時段動態(tài)無功優(yōu)化效果。并設(shè)置4種不同情境，分別為：1為接入多時段動態(tài)無功優(yōu)化的配電網(wǎng)；2為接入風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)的配電網(wǎng)；3為接入風(fēng)、光單獨發(fā)電系統(tǒng)的配電網(wǎng)；4為不接入分布式電源的配電網(wǎng)。

3.2 結(jié)果分析

得到以上4種情境的優(yōu)化結(jié)果后，從降損率、節(jié)點電壓偏差、棄光、棄風(fēng)和網(wǎng)絡(luò)損耗幾個角度進行比較，得到表2具體結(jié)果。

表2 情境比較結(jié)果

將情境4與情境3對比，發(fā)現(xiàn)節(jié)點電壓偏差和網(wǎng)損量分別降低0.9%、51.24%；將情境4與情境2對比，發(fā)現(xiàn)節(jié)點電壓偏差和網(wǎng)損量分別降低1.04%、58.67%。

可以看出，在主動配電網(wǎng)中電源存在將直接作用于饋線功率流動上，能夠在納入風(fēng)電、光電機組后產(chǎn)出無功功率，一定程度上降低電壓偏差和網(wǎng)絡(luò)損耗。

將情境4與情境1對比，發(fā)現(xiàn)在節(jié)點電壓偏差和網(wǎng)損量方面分別降低1.09%、64.21%，數(shù)值上均超出情境2、3中的相應(yīng)值。說明在引入無功優(yōu)化后，系統(tǒng)的調(diào)壓降損性能有所提高。在尚未接入無功優(yōu)化的系統(tǒng)中，因負荷輕無法使得光能和風(fēng)能完全利用，出現(xiàn)棄光棄風(fēng)的情況，負荷用電峰值和分布式電源峰值未在同一時刻達成。而經(jīng)無功優(yōu)化的系統(tǒng)因裝置具備的調(diào)節(jié)能力使得棄光和棄風(fēng)現(xiàn)象不明顯，為此，降損調(diào)壓水平更優(yōu)。對比優(yōu)化前后的網(wǎng)損可得出前后電壓峰谷差分別為0.019、0.012，且在重負荷時段（07:00～21:00）表現(xiàn)出明顯的降損效果，說明經(jīng)優(yōu)化的主動配電網(wǎng)中電壓更平穩(wěn)，波動幅度降低。

4 結(jié)語

綜上所述，本文提出多時段動態(tài)無功優(yōu)化風(fēng)電聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)主動配電網(wǎng)的具體策略，設(shè)計目標(biāo)函數(shù)，并利用算例分析得到經(jīng)優(yōu)化后的主動配電網(wǎng)具備電壓平穩(wěn)、降損調(diào)壓能力強的結(jié)論，證明所給出的多時段動態(tài)無功優(yōu)化方法切實可行。