無功電壓控制

1研究背景

目前,全球的能源壓力和環(huán)境問題變得越來越突出。傳統(tǒng)化石能源不可再生,未來將不可避免地逐漸枯竭,同時還產(chǎn)生“溫室效應”、“酸雨”、“霧霾”等嚴重的環(huán)境問題。因此尋找新型能源輔助甚至取代傳統(tǒng)化石能源成為當前能源問題解決的突破口,由此而誕生的分布式電源(DistributedGeneration,DG)技術(shù),將成為清潔能源利用的主要形式和智能電網(wǎng)發(fā)展的重要方向。為適應高滲透率、大規(guī)模分布式電源的接入,國內(nèi)外學者正積極開展智能電網(wǎng)背景下的具有一定調(diào)節(jié)能力的主動配電網(wǎng)(ActiveDistributionNetwork,ADN)技術(shù)研究。

國際大電網(wǎng)會議對于主動配電網(wǎng)的定義可以簡單概括為:主動配電網(wǎng)是一個內(nèi)部具有分布式能源,拓撲結(jié)構(gòu)可靈活調(diào)整,具有主動控制和運行能力的配電網(wǎng)。具體而言,主動配電網(wǎng)通過結(jié)合先進信息通信、電力電子及智能控制等技術(shù),使得配電網(wǎng)中的分布式電源具有可控性、網(wǎng)絡拓撲可靈活調(diào)節(jié)、具有較為完善的可觀性、能夠?qū)崿F(xiàn)協(xié)調(diào)優(yōu)化管理的管控等功能。

作為主動配電網(wǎng)運行的核心工作之一,主動配電網(wǎng)通過跨電壓等級的無功電壓控制,在滿足電力用戶負荷需求的條件下,主動地對并網(wǎng)分布式電源、儲能、有載調(diào)壓變壓器、無功補償?shù)仍O備的運行進行優(yōu)化與控制,從而達到靈活控制系統(tǒng)供電電壓,改善無功電壓運行水平,降低設備電能損耗的目的。

然而,分布式電源出力的波動性、需求側(cè)管理的加強和拓撲結(jié)構(gòu)的主動調(diào)整使得配電網(wǎng)的無功電壓特性變得復雜多變,因此,深入開展主動配電網(wǎng)的無功電壓機理及適應其特性的控制策略研究,對于實現(xiàn)無功電壓的主動控制,更好的接納分布式電源,從而提高配電網(wǎng)的自動化和主動管理水平具有十分重要的意義。

2主動配電網(wǎng)的無功電壓特性

盡可能地消納分布式電源、并對其進行主動控制是主動配電網(wǎng)的最顯著特征。從穩(wěn)態(tài)層面來說,小規(guī)模分布式電源的接入會局部影響配電網(wǎng)的無功電壓特性,而主動配電網(wǎng)的高滲透率分布式電源接入?yún)s會影響配電網(wǎng)全局的無功電壓特性。分布式電源對配電網(wǎng)電壓分布的影響程度與其出力、接入位置、接入模式、功率因數(shù)相關(guān)聯(lián)。從暫態(tài)的層面而言,當分布式電源啟�；蛘叱隽ψ兓瘯r,常常會造成系統(tǒng)電壓波動,而分布式電源接入后潮流的快速波動,則會引起線路上的無功損耗和電壓損耗的相應變化,不同分布式電源在實際運行中對配電網(wǎng)的無功電壓特性影響也相應不同,特性復雜多變。隨著階梯電價的逐步實施以及電動汽車之類的新型負荷的逐步推廣,配電網(wǎng)的需求側(cè)管理越來越走入人們的視線,對負荷進行主動管理是主動配電網(wǎng)核心理念的又一重要組成部分。

從原理上來說,加強需求側(cè)管理更有利于實現(xiàn)源荷平衡,減小配電網(wǎng)中的無功損耗和電壓損耗。而從對配電網(wǎng)運行的影響角度,負荷調(diào)整又與分布式電源接入有所不同,分布式電源的出力隨氣候和時空分布因素變化的波動性更劇烈,突變性更強,相對而言可調(diào)負荷的變化幅度和速率較為緩和,可控性更好,同樣將從正反兩個方向影響到配電網(wǎng)的無功電壓特性。電動汽車行業(yè)日漸興起,其充電時間具有一定的靈活性,可從協(xié)議供電和階梯電價兩方面入手,使其成為主動配電網(wǎng)中負荷響應的重要一環(huán)。當電動汽車規(guī)模接入電網(wǎng)時,其無控制充電行為將會對電網(wǎng)造成沖擊和擾動,而有序的充放電則有助于電網(wǎng)的經(jīng)濟運行。

由此,車輛到電網(wǎng)(vehicletogrid,V2G)技術(shù)應時而生,即電動汽車忙時則充電從電網(wǎng)獲取電能,閑時則放電接入反哺電網(wǎng)。V2G技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展增強了電網(wǎng)對電動汽車的有序和有效管理,引導著需求側(cè)主動管理的進一步發(fā)展。也有學者在V2G的基礎上提出了電池到電網(wǎng)(batterytogrid,B2G)技術(shù),大大拓寬了該領域研究的范疇。綜合以上因素,主動配電網(wǎng)的無功電壓特性變得更為復雜,具有廣范圍、多變量、高維度的特點,想要更好地消納分布式電源并對配電網(wǎng)進行有效的主動控制,必須要對多因素作用下的主動配電網(wǎng)無功電壓特性有進一步的研究。

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