邱冬，賈勇勇，韓少華，朱丹丹，許磊

（1.國(guó)網(wǎng)江蘇省電力有限公司宿遷供電分公司，江蘇 宿遷 223800；2.國(guó)網(wǎng)江蘇省電力有限公司電力科學(xué)研究院，南京 211103）

0 引言

在碳達(dá)峰碳中和背景下，可再生能源大規(guī)模接入配電網(wǎng)，在降低碳排放的同時(shí)給配電系統(tǒng)帶來(lái)顯著的不確定性，進(jìn)而造成電壓頻繁越限［1-4］。傳統(tǒng)的以投切電容器、調(diào)整OLTC（有載調(diào)壓變壓器）等措施難以滿(mǎn)足頻繁的調(diào)壓需求。與此同時(shí)，光伏逆變器、SVC（靜態(tài)無(wú)功補(bǔ)償器）等新型可調(diào)控?zé)o功資源為配電網(wǎng)調(diào)壓帶來(lái)新的手段。因此，亟須構(gòu)建一種配電網(wǎng)調(diào)壓手段適應(yīng)性評(píng)價(jià)方法。

在不確定潮流方面，計(jì)及不確定性的電力系統(tǒng)潮流分析方法大致可以分為概率潮流分析方法、模糊潮流分析方法和區(qū)間潮流分析方法等［5-8］。在電力系統(tǒng)不確定性分析中，可以將系統(tǒng)中的不確定性因素表征為模糊集，考慮更為廣義的不確定性。在不確定性穩(wěn)態(tài)分析中，模糊潮流分析方法適合描述廣義不確定性并處理不同量綱、相互沖突的多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題［9］。概率潮流分析方法具有比較豐富的理論基礎(chǔ)和處理手段［10-12］。在假設(shè)不確定性遵循某種特定的概率或統(tǒng)計(jì)分布的基礎(chǔ)上，可以借助概率分配法、域方法論、隨機(jī)動(dòng)力學(xué)等理論加以分析，得到需求的概率指標(biāo)和系統(tǒng)響應(yīng)概率密度等［13］。對(duì)電力系統(tǒng)分析而言，概率潮流常見(jiàn)于風(fēng)電等新能源出力的不確定性［14］、負(fù)荷的隨機(jī)波動(dòng)［15］等。區(qū)間潮流分析方法建模更加簡(jiǎn)單直接，在理解和計(jì)算上都更為便利。在實(shí)際電力系統(tǒng)分析中，不確定性因素的波動(dòng)區(qū)間往往容易獲得，僅需要根據(jù)波動(dòng)區(qū)間進(jìn)行建模，不需要其余隨機(jī)性假設(shè)，在理論和實(shí)際工程中均更具方便性和吸引力［16］。

在配電網(wǎng)調(diào)壓方面，針對(duì)分布式光伏接入配電網(wǎng)引起的電壓越限問(wèn)題，最為普遍的調(diào)壓手段是控制光伏逆變器的有功及無(wú)功功率。文獻(xiàn)［17］利用戴維南等效電路降低光伏逆變器的有功出力來(lái)預(yù)防過(guò)電壓的產(chǎn)生，該方法的控制效果依賴(lài)于戴維南等效電路的精確度，忽略了光伏逆變器無(wú)功功率對(duì)電壓的調(diào)節(jié)作用。文獻(xiàn)［18］利用下垂控制策略調(diào)整光伏逆變器的無(wú)功容量，通過(guò)降低光伏有功出力來(lái)減小過(guò)電壓風(fēng)險(xiǎn)。文獻(xiàn)［19］建立了含DG（分布式電源）的配電網(wǎng)均勻負(fù)荷模型，提出了DG 接入配電網(wǎng)后的電壓調(diào)整判據(jù)。文獻(xiàn)［20-21］提出一種新型的協(xié)調(diào)電壓控制策略，即根據(jù)電網(wǎng)不同的運(yùn)行狀態(tài)自動(dòng)改變各裝置（逆變型DG、柴油發(fā)電機(jī)和OLTC）在調(diào)壓中的主動(dòng)/被動(dòng)地位。文獻(xiàn)［22］依據(jù)日損耗最小來(lái)提前設(shè)計(jì)OLTC 和并聯(lián)電容器的動(dòng)作參考值，但是配電網(wǎng)的負(fù)荷具有波動(dòng)性，故此方法仍有一定的局限性。文獻(xiàn)［23］通過(guò)分析DG接入后各節(jié)點(diǎn)的電壓敏感度，劃分出DG和OLTC的本地調(diào)壓域，提出各DG和OLTC的協(xié)調(diào)配合調(diào)壓策略，并據(jù)此確定無(wú)功補(bǔ)償容量和位置。文獻(xiàn)［24］采用最優(yōu)分割聯(lián)合優(yōu)化方法對(duì)變壓器分接頭及電容器組的切換時(shí)間和切換狀態(tài)進(jìn)行優(yōu)化，提出一種考慮低壓光伏無(wú)功集群貢獻(xiàn)的配電網(wǎng)電壓無(wú)功控制資源協(xié)調(diào)運(yùn)行優(yōu)化方法。

在調(diào)壓手段適應(yīng)性評(píng)價(jià)方面現(xiàn)有文獻(xiàn)較少，文獻(xiàn)［25］構(gòu)建了基于電流的電壓靈敏度分析矩陣，對(duì)DG、無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備以及OLTC的調(diào)壓能力進(jìn)行分析。文獻(xiàn)［26］采用專(zhuān)家評(píng)價(jià)法確定權(quán)重，提出一種基于模糊綜合評(píng)價(jià)的DG調(diào)頻調(diào)壓能力的排序分類(lèi)方法。文獻(xiàn)［27］從設(shè)備響應(yīng)能力、經(jīng)濟(jì)效益、能源供應(yīng)質(zhì)量和離網(wǎng)運(yùn)行能力4個(gè)方面，基于層次分析法建立了評(píng)價(jià)指標(biāo)體系結(jié)構(gòu)，計(jì)算指標(biāo)權(quán)重并采用模糊綜合評(píng)判方法對(duì)區(qū)域配電網(wǎng)調(diào)壓能力進(jìn)行評(píng)價(jià)。

綜上所述，雖然現(xiàn)有文獻(xiàn)在不確定潮流及配電網(wǎng)調(diào)壓方面開(kāi)展了諸多研究，但沒(méi)有形成配電網(wǎng)調(diào)壓手段適應(yīng)性評(píng)價(jià)體系，僅有少量文獻(xiàn)對(duì)配電系統(tǒng)的調(diào)壓能力進(jìn)行評(píng)價(jià)。相關(guān)研究既沒(méi)有考慮源荷不確定性造成的影響，也沒(méi)有在現(xiàn)有評(píng)價(jià)體系中考慮調(diào)壓成本的差異，難以有效評(píng)價(jià)配電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行場(chǎng)景下調(diào)壓手段的適應(yīng)性。

對(duì)此，本文應(yīng)用基于2n+1點(diǎn)估計(jì)法的概率潮流優(yōu)化算法與基于線(xiàn)性DistFlow 方程的區(qū)間潮流優(yōu)化算法，計(jì)算配電系統(tǒng)24 h 內(nèi)電壓越限概率與電壓偏差率，進(jìn)而構(gòu)建調(diào)壓效果評(píng)價(jià)指標(biāo)。同時(shí)，提出一種配電網(wǎng)調(diào)壓成本計(jì)算方法，以傳統(tǒng)調(diào)壓手段所需成本作為基準(zhǔn)值，構(gòu)建配電網(wǎng)調(diào)壓成本指標(biāo)。最后，基于科學(xué)賦權(quán)方法，對(duì)調(diào)壓效果指標(biāo)與調(diào)壓成本指標(biāo)進(jìn)行賦權(quán)，構(gòu)建配電網(wǎng)調(diào)壓手段適應(yīng)性評(píng)價(jià)體系，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)調(diào)壓手段適應(yīng)性評(píng)價(jià)。

1 配電網(wǎng)常用的調(diào)壓手段

1.1 OLTC

OLTC 的調(diào)壓原理是通過(guò)調(diào)節(jié)變比來(lái)改變系統(tǒng)的阻抗，從而改變發(fā)電機(jī)的無(wú)功功率［28］，具有電壓調(diào)整幅度較大、對(duì)每個(gè)部分都可以進(jìn)行精細(xì)調(diào)整且易于操作的優(yōu)點(diǎn)。

1.2 無(wú)功補(bǔ)償電容器

目前，針對(duì)配電網(wǎng)電壓越限問(wèn)題，通常采用并聯(lián)無(wú)功補(bǔ)償電容器進(jìn)行調(diào)壓，通過(guò)調(diào)節(jié)電容器輸出的無(wú)功功率來(lái)提升系統(tǒng)的電壓。單組并聯(lián)電容器投入電網(wǎng)中的無(wú)功功率為：

式中：Qc為電容器輸入系統(tǒng)的無(wú)功功率；Qcrat為電容器的額定容量；Uc為電容器并入點(diǎn)的電壓標(biāo)幺值。

1.3 光伏逆變器

分布式光伏逆變器的無(wú)功功率可用于減少配電網(wǎng)中高光伏滲透率下的電壓越限。在光照強(qiáng)度低的情況下，光伏逆變器會(huì)有一部分剩余容量，可以充分利用這部分容量進(jìn)行無(wú)功調(diào)節(jié)。逆變器無(wú)功調(diào)節(jié)容量需滿(mǎn)足：

1.4 儲(chǔ)能系統(tǒng)

儲(chǔ)能電站作為一種優(yōu)質(zhì)的調(diào)壓資源，可以有效輔助電網(wǎng)的快速調(diào)壓，且理論上只占用功率變換系統(tǒng)容量，不消耗電池本體的儲(chǔ)存能量［29］。

2 配電網(wǎng)不確定潮流

在實(shí)際配電系統(tǒng)中，由于具有源荷不確定性，配電網(wǎng)各母線(xiàn)電壓往往在某一區(qū)間內(nèi)動(dòng)態(tài)分布。為獲取可能發(fā)生的電壓越限嚴(yán)重程度與發(fā)生概率，本文分別基于區(qū)間潮流和概率潮流優(yōu)化算法計(jì)算以上兩個(gè)指標(biāo)。

2.1 基于線(xiàn)性DistFlow 方程的區(qū)間潮流優(yōu)化算法

本文采用文獻(xiàn)［30］提出的基于線(xiàn)性DistFlow方程的區(qū)間潮流優(yōu)化方法，該方法具有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)：潮流方程經(jīng)線(xiàn)性化處理，具有更高的優(yōu)化求解速度；傳統(tǒng)的區(qū)間潮流方法具有保守性，而優(yōu)化算法完全克服了傳統(tǒng)方法的局限性。

基于線(xiàn)性DistFlow 方程的區(qū)間潮流優(yōu)化算法如式（3）所示。對(duì)于某一母線(xiàn)i或支路ij，通過(guò)調(diào)整式中的目標(biāo)函數(shù)，求解相應(yīng)的優(yōu)化模型，即可得到所需的潮流變量邊界。該模型屬于線(xiàn)性規(guī)劃模型，可通過(guò)現(xiàn)有的優(yōu)化算法輕松求解。

式中：u（j）和v（j）分別表示與母線(xiàn)j連接的上、下游母線(xiàn)集合；Pij為支路ij的有功功率；Qij為支路ij的無(wú)功功率；Ui為母線(xiàn)i的電壓；Rij為支路ij的電阻；Xij為支路ij的電抗；Pj和Qj分別為母線(xiàn)j的等效有功和無(wú)功功率需求；ΩN和ΩL分別為配電系統(tǒng)中的節(jié)點(diǎn)集合和支路集合；和分別為母線(xiàn)j有功功率需求的上、下限；和分別為母線(xiàn)j無(wú)功功率需求的上、下限；Usub為變電站母線(xiàn)電壓幅值。

2.2 基于2n+1點(diǎn)估計(jì)法的概率潮流優(yōu)化算法

點(diǎn)估計(jì)法是用來(lái)計(jì)算非線(xiàn)性函數(shù)的概率統(tǒng)計(jì)特征量——矩的一種簡(jiǎn)單有效的方法，具有計(jì)算速度快、算法簡(jiǎn)單、無(wú)須改變潮流計(jì)算方法而僅需改變采樣點(diǎn)進(jìn)行重復(fù)計(jì)算的優(yōu)點(diǎn)。本文采用基于2n+1點(diǎn)估計(jì)法的概率潮流優(yōu)化算法，得到各節(jié)點(diǎn)電壓所有時(shí)刻的各階矩，進(jìn)而采用Cornish-Fisher級(jí)數(shù)展開(kāi)獲取各節(jié)點(diǎn)電壓所有時(shí)刻的概率分布，具體方法參考文獻(xiàn)［31］。點(diǎn)估計(jì)概率潮流選取的確定性潮流計(jì)算方法為前推回代法。

3 配電網(wǎng)調(diào)壓手段適應(yīng)性評(píng)估方法

為確定配電網(wǎng)調(diào)壓手段參與系統(tǒng)調(diào)壓的具體方案，以平均電壓偏差率最小為目標(biāo)函數(shù)構(gòu)建配電網(wǎng)最優(yōu)無(wú)功調(diào)度模型，選取春季、夏季、秋季、冬季4個(gè)典型日，以60 min作為顆粒度，分析24 h中配電網(wǎng)可調(diào)控?zé)o功資源運(yùn)行狀態(tài)。目標(biāo)函數(shù)中平均電壓偏差率定義如下：

式中：ΔU為配電網(wǎng)平均電壓偏差率；T為一天內(nèi)時(shí)刻點(diǎn)數(shù)；N為節(jié)點(diǎn)數(shù)量；ΔUi，t為t時(shí)刻節(jié)點(diǎn)i的電壓偏差率；Ui，t為t時(shí)刻節(jié)點(diǎn)i的電壓；Usu和Usl分別為安全電壓區(qū)間的上、下限。

優(yōu)化模型包含潮流約束、OLTC 運(yùn)行約束、無(wú)功補(bǔ)償電容器運(yùn)行約束和光伏逆變器無(wú)功出力約束，求解所得的可調(diào)控資源運(yùn)行狀態(tài)即為配電系統(tǒng)調(diào)壓運(yùn)行方案。

由于負(fù)荷需求和分布式新能源出力均具有不確定性，確定性潮流不能很好地反映配電系統(tǒng)潮流狀態(tài)。本章基于概率潮流與區(qū)間潮流優(yōu)化算法，對(duì)調(diào)壓方案的效果進(jìn)行評(píng)價(jià)。

3.1 調(diào)壓效果評(píng)價(jià)

3.1.1 越限程度評(píng)價(jià)

基于本文所提的區(qū)間潮流優(yōu)化算法，將平均區(qū)間電壓偏差率作為越限程度評(píng)價(jià)指標(biāo)，對(duì)區(qū)間結(jié)果上、下限進(jìn)行電壓越限程度分析。

為更加直觀(guān)地反映調(diào)壓手段的作用效果，本節(jié)將平均區(qū)間電壓偏差率作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，并將其轉(zhuǎn)換為百分制得分，得到電壓越限程度得分其表達(dá)式如式（8）所示。

根據(jù)實(shí)際配電網(wǎng)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，節(jié)點(diǎn)電壓偏差率大于10%為嚴(yán)重越限，應(yīng)極力避免；電壓偏差率處于5%～10%為存在一定風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)電壓偏差率處于5%～10%時(shí)，函數(shù)在此區(qū)間線(xiàn)性分布。

對(duì)所有時(shí)刻每個(gè)節(jié)點(diǎn)的區(qū)間電壓偏差率評(píng)分取平均值，得到電壓越限程度得分，即：

式中：Sv為電壓越限程度得分。

3.1.2 越限概率評(píng)價(jià)

式中：Pi，t為t時(shí)刻節(jié)點(diǎn)i的越限概率。

根據(jù)實(shí)際配電網(wǎng)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，節(jié)點(diǎn)電壓越限概率大于20%為嚴(yán)重越限，應(yīng)極力避免；電壓越限概率處于0%～20%時(shí)，函數(shù)在此區(qū)間線(xiàn)性分布。

分別對(duì)每一時(shí)刻所有節(jié)點(diǎn)電壓越限率進(jìn)行評(píng)分，得到：

式中：Sp為電壓越限概率得分。

3.2 調(diào)壓成本評(píng)價(jià)

系統(tǒng)調(diào)壓總成本由運(yùn)行成本和損耗成本兩部分組成。

3.2.1 運(yùn)行成本

運(yùn)行成本包括OLTC 的調(diào)整成本和電容器的切換成本，即OLTC 每次調(diào)整換擋和每次投切電容器所需的成本。

OLTC 每次換擋所需的切換成本fswitch，o如式（12）所示：

式中：Ωo表示有OLTC 的支路集合；Ccap為與OLTC相關(guān)的成本系數(shù)；Kt，ij為t時(shí)刻連接到支路ij的OLTC的抽頭步數(shù)。

無(wú)功電容組調(diào)整所需的切換成本fswitch，c如式（13）所示：

式中：Ccap為與電容器運(yùn)行相關(guān)的成本系數(shù)；為t時(shí)刻切換后節(jié)點(diǎn)i連接的電容器單元數(shù)的變化量。

3.2.2 損耗成本

損耗成本包括無(wú)功補(bǔ)償電容器損耗及光伏逆變器損耗。投切無(wú)功補(bǔ)償電容器組會(huì)造成設(shè)備老化等問(wèn)題，其總投資成本為fCB，單個(gè)無(wú)功補(bǔ)償電容器投資成本為fCB，s。假設(shè)使用年限為Y年，則折合成每日損耗為fCB，loss，其表達(dá)式為：

光伏逆變器作為第三方主體參與系統(tǒng)調(diào)壓會(huì)對(duì)設(shè)備造成損耗，需要對(duì)損耗進(jìn)行補(bǔ)償以調(diào)動(dòng)其參與系統(tǒng)調(diào)壓的積極性。根據(jù)光伏逆變器參與無(wú)功調(diào)度電量，設(shè)定固定價(jià)格，向光伏所有者支付補(bǔ)償。光伏逆變器參與調(diào)壓的成本fTP為：

式中：Qt，TP為t時(shí)刻光伏逆變器的無(wú)功功率；Ce為補(bǔ)償電價(jià)；Δt為光伏逆變器參與調(diào)壓的時(shí)長(zhǎng)。

綜合上述兩部分成本，得到系統(tǒng)調(diào)壓總成本fall為：

目前配電系統(tǒng)以投切電容器組作為無(wú)功調(diào)度的主要手段，無(wú)功補(bǔ)償裝置主要裝設(shè)在變電站內(nèi)，采用集中式控制方式；部分無(wú)功補(bǔ)償裝置并聯(lián)在某些饋線(xiàn)的桿塔上，但原則上專(zhuān)設(shè)點(diǎn)較少。

為便于和傳統(tǒng)配電系統(tǒng)調(diào)壓成本進(jìn)行對(duì)比，基于最優(yōu)無(wú)功調(diào)度方案生成方法，僅以無(wú)功補(bǔ)償電容器作為調(diào)壓手段，在滿(mǎn)足所有時(shí)刻電壓位于安全電壓區(qū)間的條件下，計(jì)算無(wú)功補(bǔ)償電容器所需最小應(yīng)對(duì)成本Cb。引入成本偏差率概念，并以該成本作為基準(zhǔn)值，構(gòu)建調(diào)壓成本得分計(jì)算方法。

式中：C為調(diào)壓手段動(dòng)作成本；ΔC為成本偏差率；Sc為成本得分；Sb為調(diào)壓成本基準(zhǔn)值對(duì)應(yīng)的成本得分；s1和s2分別為動(dòng)作成本在基準(zhǔn)值兩側(cè)時(shí)的分?jǐn)?shù)變化系數(shù)。

3.3 調(diào)壓適應(yīng)性綜合評(píng)價(jià)

基于電壓越限程度得分、電壓越限概率得分和調(diào)壓成本得分這3項(xiàng)得分，采用層次分析法對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)的重要程度進(jìn)行打分。層次分析法具體步驟如下［32］：

1）構(gòu)造判斷矩陣。將準(zhǔn)則層以及每個(gè)準(zhǔn)則下的指標(biāo)分別進(jìn)行兩兩比較，得到m階判斷矩陣A，其中元素aij表示指標(biāo)i相對(duì)于指標(biāo)j的重要程度，一般選擇9級(jí)標(biāo)度法，并且判斷矩陣是否滿(mǎn)足aij=aji。

2）采用幾何平均值法確定權(quán)重向量。

3）一致性檢驗(yàn)。得到的判斷矩陣需要滿(mǎn)足邏輯一致性。

由此方法得到各項(xiàng)得分相應(yīng)權(quán)重向量A1、A2、A3，判斷矩陣可表示為A=［A1，A2，A3］。因此，配電系統(tǒng)適應(yīng)性評(píng)價(jià)得分S的表達(dá)式為：

式中：Sv、Sp、Sc分別為電壓越限程度得分、電壓越限概率得分、成本得分。

調(diào)壓適應(yīng)性評(píng)價(jià)流程如圖1所示。

4 算例分析

為驗(yàn)證本文所提算法的有效性，以改進(jìn)后的IEEE 33節(jié)點(diǎn)配電系統(tǒng)為例，分析配電系統(tǒng)調(diào)壓手段的適應(yīng)性。具體模型如圖2所示，圖中CB表示電容器，PV表示光伏。

圖2 改進(jìn)IEEE 33節(jié)點(diǎn)拓?fù)鋱DFig.2 Topology of the modified IEEE 33-bus system

OLTC低壓側(cè)母線(xiàn)位于系統(tǒng)首節(jié)點(diǎn)，其調(diào)壓范圍為±（2×2.5%）。單組電容器額定容量為50 kvar，單個(gè)無(wú)功補(bǔ)償器投資成本為346元。光伏逆變器額定輸出功率為1 000 kW，其功率因數(shù)可調(diào)范圍為［-0.8，0.8］。

選取浙江某地春季、夏季、秋季、冬季共4個(gè)典型日的負(fù)荷及光伏出力數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。將一天分為24 個(gè)時(shí)刻，設(shè)定電壓安全區(qū)間為［0.95 p.u.，1.05 p.u.］。投切電容器以及調(diào)節(jié)OLTC 分接頭所需成本采用文獻(xiàn)［33］所用數(shù)據(jù)，Ctap和Ccap分別為19.6 元/次和3.76 元/次，光伏逆變器參與無(wú)功調(diào)度的補(bǔ)償價(jià)格為15 元/（Mvar·h），s1和s2分別為1和1.2，Sb為50分。根據(jù)層次分析法得到各項(xiàng)得分相應(yīng)權(quán)重向量A=［0.4，0.3，0.3］。

4.1 基準(zhǔn)成本的確定

在僅考慮無(wú)功補(bǔ)償電容器作為調(diào)壓手段的最優(yōu)無(wú)功調(diào)度模型下，分別在變壓器出口側(cè)、節(jié)點(diǎn)11和節(jié)點(diǎn)28處安裝12組、10組、8組電容器。該模型下，春季與秋季典型日滿(mǎn)足電壓安全運(yùn)行要求，無(wú)須投切電容器；夏季與冬季典型日電容器投入數(shù)量分別如圖3和圖4所示。

圖3 夏季電容器投入數(shù)量Fig.3 Number of capacitors put into operation in summer

圖4 冬季電容器投入數(shù)量Fig.4 Number of capacitors put into operation in winter

由仿真結(jié)果可知，夏季典型日下電容器投切次數(shù)為120 次，冬季典型日下電容器投切次數(shù)為46 次。春季與秋季由于負(fù)荷水平較低，電容器組不參與無(wú)功補(bǔ)償。結(jié)合第3章提出的調(diào)壓成本計(jì)算方法，得到僅以投切電容器作為調(diào)壓手段的配電網(wǎng)調(diào)壓成本為537.91 元，并以此值作為調(diào)壓成本得分基準(zhǔn)值。

4.2 配電網(wǎng)調(diào)壓適應(yīng)性評(píng)價(jià)

為驗(yàn)證本文所提適應(yīng)性評(píng)價(jià)方法的有效性，設(shè)置以下4種方案進(jìn)行對(duì)比。

方案1：在配電系統(tǒng)首端安裝OLTC 進(jìn)行調(diào)壓，節(jié)點(diǎn)26 處設(shè)有光伏逆變器參與無(wú)功調(diào)度，OLTC出口側(cè)母線(xiàn)處配有10組無(wú)功補(bǔ)償電容器。

方案2：節(jié)點(diǎn)26處設(shè)有光伏逆變器參與無(wú)功調(diào)度，OLTC 出口側(cè)母線(xiàn)處配有10 組無(wú)功補(bǔ)償電容器。

方案3：在配電系統(tǒng)首端安裝OLTC 進(jìn)行調(diào)壓，節(jié)點(diǎn)26處設(shè)有光伏逆變器參與無(wú)功調(diào)度。

方案4：在配電系統(tǒng)首端安裝OLTC進(jìn)行調(diào)壓，OLTC出口側(cè)母線(xiàn)處配有10組無(wú)功補(bǔ)償電容器。

采用第3章提出的配電網(wǎng)最優(yōu)調(diào)度方法，得到4種方案的最優(yōu)無(wú)功調(diào)度結(jié)果如圖5—7所示。受篇幅限制，算例僅展示各方案夏季的調(diào)度結(jié)果。

圖5 電容器投入數(shù)量對(duì)比Fig.5 Number comparison of capacitors put into operation

圖6 OLTC出口側(cè)電壓對(duì)比Fig.6 Comparison of voltages at OLTC outlet

圖7 光伏逆變器無(wú)功出力對(duì)比Fig.7 Comparison of reactive power outputs of photovoltaic inverters

應(yīng)用調(diào)壓手段后，4種方案的24 h節(jié)點(diǎn)電壓分布如圖8所示。

圖8 方案1—4的節(jié)點(diǎn)電壓分布Fig.8 Bus voltage distribution of cases 1-4

不同方案下最優(yōu)無(wú)功調(diào)度方案所需成本如表1所示。

表1 方案1—4所需成本Table 1 Costs required for cases 1-4元

基于第3章提出的綜合適應(yīng)度評(píng)價(jià)方法，得到4種方案的得分如表2所示。

表2 方案1—4的適應(yīng)性評(píng)價(jià)Table 2 Adaptability evaluation for cases 1-4

由表1、表2結(jié)果可知，改變OLTC出口側(cè)電壓對(duì)于改善配電網(wǎng)電壓作用的效果最為明顯，是配電網(wǎng)調(diào)壓過(guò)程中不可或缺的手段，但由于動(dòng)作成本相對(duì)較高，頻繁改變出口側(cè)電壓不利于配電系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，因此應(yīng)將其作為關(guān)鍵調(diào)壓手段來(lái)應(yīng)對(duì)較大程度的電壓越限，以減少使用次數(shù)。

通過(guò)對(duì)方案1、2 以及僅以無(wú)功補(bǔ)償電容器作為調(diào)壓手段的基準(zhǔn)成本分析可知，無(wú)功補(bǔ)償電容器常安裝于變壓器出口母線(xiàn)側(cè)或分散安裝于不同分支饋線(xiàn)處，能夠有效提高電壓質(zhì)量。將無(wú)功補(bǔ)償電容器安裝在變壓器出口母線(xiàn)側(cè)進(jìn)行集中補(bǔ)償可提高變壓器出口側(cè)功率因數(shù)，減少損耗，相對(duì)于將電容器分散安裝于不同分支饋線(xiàn)處，調(diào)壓效果不明顯。在成本方面，無(wú)功補(bǔ)償電容器組動(dòng)作成本相對(duì)較低，具有一定的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，但難以單獨(dú)應(yīng)對(duì)較大規(guī)模的電壓越限問(wèn)題，應(yīng)合理選擇電容器組安裝數(shù)量及位置。

對(duì)比方案3、4 可知：光伏逆變器參與調(diào)壓對(duì)提高電壓質(zhì)量能起到顯著作用，在配電網(wǎng)調(diào)壓效果與調(diào)壓成本方面均具有較強(qiáng)的適應(yīng)性，隨著分布式光伏滲透率的提升，光伏逆變器參與調(diào)壓具有巨大潛力；但由于光伏屬于第三方運(yùn)營(yíng)商，光伏逆變器的調(diào)壓響應(yīng)度較低，其在滿(mǎn)發(fā)狀態(tài)下參與無(wú)功調(diào)節(jié)可能出現(xiàn)有功出力降低的現(xiàn)象，導(dǎo)致光伏逆變器調(diào)壓可靠性相對(duì)較低，當(dāng)前條件下僅能夠作為輔助手段參與調(diào)壓。

綜上所述，在面對(duì)較為嚴(yán)重的電壓越限問(wèn)題時(shí)，應(yīng)選擇OLTC 作為首要調(diào)壓手段；在光伏逆變器剩余容量較為寬裕的條件下，可鼓勵(lì)光伏逆變器深度參與電網(wǎng)調(diào)壓，提高配電網(wǎng)可調(diào)度資源利用率；在應(yīng)對(duì)局部電壓越限時(shí)，應(yīng)將經(jīng)濟(jì)性相對(duì)較高的無(wú)功補(bǔ)償電容器作為首選調(diào)壓手段。

5 結(jié)語(yǔ)

在高比例分布式新能源接入配電網(wǎng)的大背景下，基于配電系統(tǒng)無(wú)功資源的分布現(xiàn)狀，提出一種考慮調(diào)壓效果和調(diào)壓成本的配電網(wǎng)調(diào)壓手段適應(yīng)性評(píng)估方法，對(duì)調(diào)壓資源的規(guī)劃及調(diào)度起到指導(dǎo)作用。

考慮到現(xiàn)有第三方可控資源參與配電系統(tǒng)調(diào)度所受影響因素復(fù)雜，未來(lái)光伏逆變器作為第三方主體參與配電網(wǎng)調(diào)壓的調(diào)度機(jī)制以及服務(wù)定價(jià)還有待進(jìn)一步研究。