主動(dòng)配電網(wǎng)中由于分布式電源出力的間歇性、網(wǎng)架的靈活調(diào)整以及需求側(cè)的主動(dòng)管理, 其運(yùn)行特性和無(wú)功電壓特性與傳統(tǒng)配電網(wǎng)有著顯著的差別。 對(duì)適應(yīng)未來(lái)分布式電源大規(guī)模接入以及增強(qiáng)配電網(wǎng)的主動(dòng)管控技術(shù)具有重要意義。

無(wú)功電壓控制

1研究背景

目前,全球的能源壓力和環(huán)境問(wèn)題變得越來(lái)越突出。傳統(tǒng)化石能源不可再生,未來(lái)將不可避免地逐漸枯竭,同時(shí)還產(chǎn)生“溫室效應(yīng)”、“酸雨”、“霧霾”等嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)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(dāng)前能源問(wèn)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(yīng)高滲透率、大規(guī)模分布式電源的接入,國(guó)內(nèi)外學(xué)者正積極開(kāi)展智能電網(wǎng)背景下的具有一定調(diào)節(jié)能力的主動(dòng)配電網(wǎng)(ActiveDistributionNetwork,ADN)技術(shù)研究。

國(guó)際大電網(wǎng)會(huì)議對(duì)于主動(dòng)配電網(wǎng)的定義可以簡(jiǎn)單概括為:主動(dòng)配電網(wǎng)是一個(gè)內(nèi)部具有分布式能源,拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可靈活調(diào)整,具有主動(dòng)控制和運(yùn)行能力的配電網(wǎng)。具體而言,主動(dòng)配電網(wǎng)通過(guò)結(jié)合先進(jìn)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(luò)拓?fù)淇伸`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(dòng)配電網(wǎng)運(yùn)行的核心工作之一,主動(dòng)配電網(wǎng)通過(guò)跨電壓等級(jí)的無(wú)功電壓控制,在滿足電力用戶負(fù)荷需求的條件下,主動(dòng)地對(duì)并網(wǎng)分布式電源、儲(chǔ)能、有載調(diào)壓變壓器、無(wú)功補(bǔ)償?shù)仍O(shè)備的運(yùn)行進(jìn)行優(yōu)化與控制,從而達(dá)到靈活控制系統(tǒng)供電電壓,改善無(wú)功電壓運(yùn)行水平,降低設(shè)備電能損耗的目的。

然而,分布式電源出力的波動(dòng)性、需求側(cè)管理的加強(qiáng)和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的主動(dòng)調(diào)整使得配電網(wǎng)的無(wú)功電壓特性變得復(fù)雜多變,因此,深入開(kāi)展主動(dòng)配電網(wǎng)的無(wú)功電壓機(jī)理及適應(yīng)其特性的控制策略研究,對(duì)于實(shí)現(xiàn)無(wú)功電壓的主動(dòng)控制,更好的接納分布式電源,從而提高配電網(wǎng)的自動(dòng)化和主動(dòng)管理水平具有十分重要的意義。

2主動(dòng)配電網(wǎng)的無(wú)功電壓特性

盡可能地消納分布式電源、并對(duì)其進(jìn)行主動(dòng)控制是主動(dòng)配電網(wǎng)的最顯著特征。從穩(wěn)態(tài)層面來(lái)說(shuō),小規(guī)模分布式電源的接入會(huì)局部影響配電網(wǎng)的無(wú)功電壓特性,而主動(dòng)配電網(wǎng)的高滲透率分布式電源接入?yún)s會(huì)影響配電網(wǎng)全局的無(wú)功電壓特性。分布式電源對(duì)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(dāng)分布式電源啟停或者出力變化時(shí),常常會(huì)造成系統(tǒng)電壓波動(dòng),而分布式電源接入后潮流的快速波動(dòng),則會(huì)引起線路上的無(wú)功損耗和電壓損耗的相應(yīng)變化,不同分布式電源在實(shí)際運(yùn)行中對(duì)配電網(wǎng)的無(wú)功電壓特性影響也相應(yīng)不同,特性復(fù)雜多變。隨著階梯電價(jià)的逐步實(shí)施以及電動(dòng)汽車之類的新型負(fù)荷的逐步推廣,配電網(wǎng)的需求側(cè)管理越來(lái)越走入人們的視線,對(duì)負(fù)荷進(jìn)行主動(dòng)管理是主動(dòng)配電網(wǎng)核心理念的又一重要組成部分。

從原理上來(lái)說(shuō),加強(qiáng)需求側(cè)管理更有利于實(shí)現(xiàn)源荷平衡,減小配電網(wǎng)中的無(wú)功損耗和電壓損耗。而從對(duì)配電網(wǎng)運(yùn)行的影響角度,負(fù)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(shí)空分布因素變化的波動(dòng)性更劇烈,突變性更強(qiáng),相對(duì)而言可調(diào)負(fù)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(gè)方向影響到配電網(wǎng)的無(wú)功電壓特性。電動(dòng)汽車行業(yè)日漸興起,其充電時(shí)間具有一定的靈活性,可從協(xié)議供電和階梯電價(jià)兩方面入手,使其成為主動(dòng)配電網(wǎng)中負(fù)荷響應(yīng)的重要一環(huán)。當(dāng)電動(dòng)汽車規(guī)模接入電網(wǎng)時(shí),其無(wú)控制充電行為將會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成沖擊和擾動(dòng),而有序的充放電則有助于電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

由此,車輛到電網(wǎng)(vehicletogrid,V2G)技術(shù)應(yīng)時(shí)而生,即電動(dòng)汽車忙時(shí)則充電從電網(wǎng)獲取電能,閑時(shí)則放電接入反哺電網(wǎng)。V2G技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展增強(qiáng)了電網(wǎng)對(duì)電動(dòng)汽車的有序和有效管理,引導(dǎo)著需求側(cè)主動(dòng)管理的進(jìn)一步發(fā)展。也有學(xué)者在V2G的基礎(chǔ)上提出了電池到電網(wǎng)(batterytogrid,B2G)技術(shù),大大拓寬了該領(lǐng)域研究的范疇。綜合以上因素,主動(dòng)配電網(wǎng)的無(wú)功電壓特性變得更為復(fù)雜,具有廣范圍、多變量、高維度的特點(diǎn),想要更好地消納分布式電源并對(duì)配電網(wǎng)進(jìn)行有效的主動(dòng)控制,必須要對(duì)多因素作用下的主動(dòng)配電網(wǎng)無(wú)功電壓特性有進(jìn)一步的研究。

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