考虑风电功率随机性的孤岛微电网三相潮流与最优潮流方法研究

摘要

作为新能源消纳和供电可靠性提升的一种重要手段，微电网有着十分广泛的发展前景。为了适应孤岛独立运行的需要，微电网中不仅含有风电、光伏等随机间歇性新能源，而且还有微型燃气轮机、柴油发电机等可控电源。当新能源渗透率较大时，其发电功率的随机波动会对微电网的潮流和频率带来显著影响。微电网主要接入中低压配网，其三相负荷功率甚至电网常常具有不对称性。与对称系统相比，不对称条件下的微电源具有更加复杂的控制方式与潮流控制目标。不同的控制方式与控制目标，其对微电网三相潮流的影响有很大差别。如何准确模拟微电源的三相控制方式及其应对随机扰动的控制特点，建立合适的潮流和优化潮流模型，以实现微电网潮流与频率波动的准确量化评估与最优控制，是保证微电网安全经济运行亟待解决的关键问题。为此，本论文提出以频率和三相潮流控制的精确模拟为出发点，对微电网潮流与优化潮流的确定性与概率性方法进行研究，其主要研究内容如下： 针对不同逆变电源的控制方式和控制目标的多样性，提出了考虑逆变电源多种控制特性的微电网三相潮流计算分析方法。在充分考虑电压型和电流型逆变电源的对称控制特性基础上，构建了电压型PQ和PV节点，以及电流型Droop节点和PI节点模型。所建模型可准确量化分析逆变电源控制方式、控制目标对微电网三相潮流和频率的影响。论文采用牛顿-拉夫逊法方法求解所建潮流模型，并通过IEEE13节点系统的大量仿真验证了所提方法的有效性。 高渗透率风电功率的随机波动会给孤岛微电网的三相潮流与频率带来显著影响，如何量化评估其概率分布规律鲜有研究报道。为此，本文提出了考虑频率波动的孤岛微电网在线三相概率潮流模型。模型中不仅考虑了微电源的三相对称控制特性与静态频率电压调节特性，而且还新增了可控微电源的二次调频超前控制方式。可控微电源的二次调频超前控制方式利用二次调频作用来平衡源荷功率预测增量和系统当前功率缺额，同时利用一次调频作用平衡源荷的随机预测误差分量。所建模型真实模拟了孤岛微电网的扰动功率平衡方式及其三相潮流的控制特性，提升了微电网潮流与频率概率分布的量化评估精度，这对于孤岛微电网运行的安全分析具有重要作用。论文采用三点估计法来实现所建模型的概率评估，并通过IEEE33节点系统的大量仿真验证了所建模型的有效性。 为应对高渗透率风电功率的随机扰动给孤岛微电网的三相潮流与频率带来的影响，保证孤岛微电网潮流的安全性与最优性，建立了计及源荷功率极端扰动影响的孤岛微电网三相潮流的在线优化模型。模型不仅考虑了微电源的三相对称控制特性、系统的静态频率电压调节特性以及常规最优潮流的网损目标，而且还重点考虑了系统下一时段正常状态和极端扰动状态的潮流及频率安全约束。系统当前功率缺额和源荷功率预测增量主要由二次调节实现，极端扰动功率则是由源荷的一次调节能力满足。所建模型考虑了极端扰动功率的影响及其实际应对措施，可为高渗透率风电并网孤岛微电网三相潮流的在线优化控制提供支持。论文采用预测-校正原对偶内点法求解所建模型，并通过IEEE33节点系统的大量仿真分析验证了所建模型的有效性。 为兼顾孤岛微电网在线潮流控制的安全性与最优性，提出了基于机会约束规划的孤岛微电网三相潮流的在线优化概率决策方法。其模型中源荷功率的随机扰动用预测分量和正态分布的预测误差分量来表示，目标函数为微电网有功网损的期望最小，约束条件主要考虑了微电网三相潮流和频率安全约束的满足程度，决策变量为微电源有功和无功的二次调节量。论文采用结合点估计和免疫遗传算法的随机优化方法求解所建模型，并通过IEEE33节点系统的大量仿真分析验证了所建模型的有效性。

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