考虑微电网接入的智能配电网优化运行与控制方法研究

摘要

配电环节作为电力系统到用户的最后一环，与用户的关系最为紧密，对系统整体性能效率和用户供电质量的影响也最为直接，其运行控制的水平与供用电的质量和可靠性密切相关。随着分布式能源的使用比例将逐步增加，电动汽车、储能装置等多元化负荷发展，传统配电网已远远不能满足要求，建设智能化配电网成为必然。国家能源局制定的《配电网建设改造行动计划（2015～2020年）》中明确提出“以满足用电需求、提高可靠性、促进智能化为目标，坚持统一规划、统一标准，统筹城乡、协同推进，着力解决城乡配电网发展薄弱问题，全面加快现代配电网建设，支撑经济发展和服务社会民生。”
　　如何在配电网大规模接入分布式电源的情况下保障配网安全，如何利用微电网技术提高系统关键负荷的供电可靠性，是目前电力领域研究的热点。本文是在国家高技术研究发展计划（863计划）的资助下完成的，从暂态的智能配电网实时仿真分析、实时的智能配电网自愈控制与微电网控制、长时间尺度的智能配电网运行方式优化开展研究，并将配电网运行引入规划层面，研究考虑配电网运行需求的微电网定容选址，具体工作和创新点体现在:
　　(1)研究了含分布式光伏电源、固体氧化物燃料电池的智能配电网的暂态实时仿真建模方法，完成了基于实时仿真器RTDS的智能配电网的实时仿真，在此基础上分析了分布式电源并网运行时出现环境条件变化、系统外部故障及功率指令变化等各种扰动时系统的暂态特性，为智能配电网自愈控制方法研究提供指导。
　　(2)建立了智能配电网自愈控制系统架构，提出了含分布式电源和储能装置的智能配电网自愈控制策略，重点包括了故障发生前的风险评估和预防控制、故障发生时的紧急控制以及故障后计划孤岛，降低故障发生的可能性，实现故障快速处理，保障关键用户供电可靠性。仿真与实验结果验证了所提控制策略的正确性和有效性。
　　(3)分析了在智能配电网自愈控制情况下的微电网控制目标，提出了一种改进型前馈f-P/V-Q下垂双环控制策略。该策略能实现并离网的无缝切换，在孤岛运行时，能快速响应微源或者负荷的变化，稳定微电网的电压幅值和频率;在并网时，能快速跟随配网实时电压信号，避免冲击电流的产生。该方法通过微电网保障敏感关键负荷的不间断供电，提高敏感关键负荷的供电可靠性和供电质量，满足了自愈控制的需求，仿真和实验验证了所提控制策略的正确性和有效性。
　　(4)提出了一种基于随机潮流的智能配电网运行方式优化方法。在随机潮流计算过程中考虑了风力发电机、光伏发电装置和负荷的不确定性，有效反映了配电网在各种状态的运行特性;针对配电网特有的闭环结构、开环运行模式，考虑基本环路矩阵，采用Neighborhood search方法进行求解，确保每一个解均是可行解，基于基本环路的遍历策略能有效避免陷入局部最优，减少了计算时间。仿真结果表明，该方法在配电网不同运行状态下有效降低配电网电压偏差，提升配电网的供电质量，计算速度快，体现了对分布式电源和负荷波动的适应性。
　　(5)将配电网运行延伸至规划层面，提出了一种考虑配电网运行需求的微电网定容选址算法。以经济性和系统稳定性为目标，考虑微电网不同控制策略，引入长时间尺度负荷参数，通过改进型PSO算法求解。算例表明，采用该方法确定微电网选址定容方案，可以大幅降低配电网电压偏差，有效改善系统运行情况，降低配电网的线路损耗，提高电网经济效益。
　　本文提出的智能配电网优化运行与控制方法可有效提高配电网供电可靠性，提升供电质量，为我国未来配电网的调度控制提供参考。

目录

声明

摘要

插图索引

附表索引

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．1．1 配电网运行控制的发展趋势

1．1．2 分布式电源对配电网的影响

1．2 国内外研究现状

1．2．1 电网自愈控制方法

1．2．2 微电网控制方法

1．2．3 配电网运行方式优化方法

1．3 本文课题来源和主要研究内容

第2章 基于RTDS的智能配电网暂态实时仿真与分析

2．1 RTDS仿真建模

2．1．1 电气系统建模

2．1．2 控制系统建模

2．1．3 接口变压器

2．2 分布式发电系统建模

2．2．1 光伏发电系统建模

2．2．2 燃料电池发电系统建模

2．2．3 含分布式电源的智能配电网建模

2．3 RTDS仿真测试结果

2．3．1 场景一：单相接地故障

2．3．2 场景二：光照强度变化

2．3．3 场景三：功率指令变化

2．4 小结

第3章 智能配电网自愈控制策略

3．1 智能配电系统自愈控制架构

3．2 自愈控制算法

3．2．1 故障前的风险评估和预防控制

3．2．2 故障中FLIR和孤岛划分

3．3 仿真分析与示范

3．3．1 故障前的预防风险控制结果

3．3．2 故障时的紧急控制结果

3．3．3 故障后的孤岛划分结果

3．3．4 示范应用

3．4 小结

第4章 满足自愈控制需求的微电网控制策略

4．1 满足自愈控制需求的微电网控制目标

4．2 改进型前馈f-P／V-Q下垂双环控制策略

4．3 仿真分析

4．3．1 场景1：微电网并网与负荷投切

4．3．2 场景2：微电网孤岛运行与微源出力波动

4．3．3 场景3：微电网并网运行

4．3．4 示范应用

4．4 小结

第5章 含分布式电源的智能配电网运行方式优化

5．1 系统随机模型与随机潮流计算方法

5．1．1 分布式电源与负荷随机模型

5．1．2 含分布式电源的配电网随机潮流计算方法

5．2 基于随机潮流的智能配电网运行方式优化

5．2．1 目标函数与约束条件

5．2．2 基于Neighborhood search算法的运行方式优化

5．3 仿真分析

5．4 小结

第6章 考虑配电网运行需求的微电网定容选址方法

6．1 微电网定容选址数学模型

6．1．1 目标函数

6．1．2 微电网建设成本模型

6．1．3 约束条件

6．2 基于PSO算法的微电网定容选址求解方法

6．2．1 PSO算法

6．2．2 改进PSO算法

6．2．3 算法流程

6．3 仿真分析

6．3．1 微电网定容选址结果

6．3．2 不同运行需求下的结果分析

6．4 小结

结论

参考文献

致谢

附录

附录B 攻读学位期间主要研究成果