基于分布式光伏集群的配电网电压多级协调控制

随着全球经济发展,能源短缺和环境污染问题日益严峻。光伏发电以其资源丰富、分布广泛、清洁无污染等突出优势受到广泛关注并迅猛发展。分布式光伏出力受自然条件影响具有间歇性、波动性和不确定性等特点,其规模化分散接入改变了配电网辐射状网架结构和单向潮流分布特性,使得配电网电压波动、电压越限等电能质量问题更加严重,从而增加了配电网电压控制的复杂程度,对配电网电压管理提出了新的挑战。本文针对含规模化分布式光伏的配电网电压越限问题,围绕基于分布式光伏集群的配电网电压多级协调控制开展了以下研究工作:(1)分析了分布式光伏集群的基本实现形式,选取具备可观性与可控性的区域主导节点,建立适应配电网调控目标变化的集群动态划分指标体系。在此基础上,利用社团模块度指标及其发现算法,提出基于社团结构的分布式光伏集群划分方法,并从满足配电网调控需求的角度对所划集群的可控能力进行等值建模,作为配电网电压分级控制的合理对象。(2)针对分布式光伏规模化接入的配电网电压越上限问题,提出基于分布式光伏集群的配电网电压多级协调控制策略,实现兼顾调节实时性、控制动态性能及网络复杂度的配电网电压控制。首先,计及分布式光伏无功调节特性,建立双时间尺度全局优化模型,实现日前计划与日内短期调度。其次,根据主导节点电压运行区域,确定配电网调控目标,建立基于功率分层的集群趋优控制模型,实现集群间协调优化与群内功率分配。最后,为抑制电压闭环控制过程的超调量,并计及光伏逆变器对功率指令跟踪的时滞性,建立含动态修正的场站本地消纳模型,实现电压预补偿和电压参考值动态修正,改善并网点电压闭环控制的动态性能。(3)考虑调控效率提升和调控效果改善,提出分布式光伏参与配电网电压控制的结果评价指标体系。根据该指标体系,针对分布式光伏以不同调控形式参与配电网电压控制,提出基于TOPSIS的电压控制结果综合评估方法,为含规模化分布式光伏的配电网电压优化控制提供决策依据。(4)采用含规模化分布式光伏的典型配电网拓扑,在“高光伏出力、低系统负荷”的极端场景下,通过仿真算例说明本文所提集群划分方法能动态适应配电网调控目标变化,验证所提电压多级协调控制策略能有效解决配电网电压越限问题并有效改善整体电压分布,表明集群控制在含规模化分布式光伏的配电网电压控制中具有显著的优越性。