考虑高渗透率可再生能源接入的主动配电网优化运行研究

来源 :中国农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ansonx
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近年来,随着能源枯竭和环境污染问题的日益加重,基于可再生能源发电(renewable energy generation,REG)的分布式能源(distributed energy resource,DER)大规模接入电力系统中,如何实现高渗透率可再生能源消纳已经成为当前电气工程和能源领域的研究焦点和前沿技术。主动配电网(active distribution network,ADN)通过网络拓扑灵活改变和潮流协同灵活控制,能够满足高渗透率风电、光伏等可再生能源的消纳需求,是未来配电网发展的主要方向。在此背景下,本文研究考虑高渗透率可再生能源接入的主动配电网运行控制方法,充分挖掘利用主动配电网中联络开关/分段开关、分布式电源、需求侧响应以及软联络开关(soft open point,SOP)等控制设备的协同调节优化能力,通过“源-网-荷”协同优化调度控制,实现绿色能源的最大化消纳以及主动配电网的经济安全运行。本文的主要工作包括:(1)提出一种主动配电网网络组态优化及其方案评估方法,以适应由于可再生能源出力随机性和波动性所产生的各类运行状态和典型运行场景。针对不同运行状态对优化目标、时间尺度要求的不同,提出各运行状态下组态优化启动条件,建立相适应的多目标组态优化决策模型,采用Pareto多目标优化技术以及相应的求解算法获得多个候选网络组态方案。针对不同运行状态下的网络组态方案,提出适应典型运行场景的主动配电网组态方案评价方法。仿真结果表明所获得的网络组态方案能够有效改善各运行状态下的关键指标,为主动配电网中网架结构的调整提供了合理化建议。(2)为了缓解REG日前有功出力预测误差对运行优化的影响,在日前提出了考虑REG有功预测误差的主动配电网网架结构与DERs出力协调调度方法。采用多状态系统理论来描述REG出力的有功预测误差,采用机会约束规划在调度模型中处理有功预测误差的多状态模型,采用概率方法得到置信区间内的最优解。为了有效求解开关设备与DERs的协调调度问题,建立了网架结构与DERs出力的分层协调优化模型。仿真结果表明该模型方法能够增强配电网消纳分布式能源的能力,显著降低由于可再生能源出力预测误差引起的系统电压越限风险,同时通过启发式方法降低问题求解难度,提高求解效率。(3)在日内实时时间尺度,提出考虑通信条件和设备性能的主动配电网反馈有功控制策略。通过分析主动配电网各类通信条件和控制设备的特性,研究了集中控制、分布式-集中控制以及分布式控制三种控制方式对于通信条件以及控制设备的要求。根据网络通信条件、整个控制过程的时间响应要求,对于可控分布式电源(微型燃气轮机)和直接控制负荷这两种控制设备,提出日内控制方式选择方法,选择合理的控制方式进行优化控制。分别建立不同控制方式下的闭环反馈优化控制模型,提出不同方法对各控制方式下的模型进行求解。仿真结果表明,所提方式能够在不同场景下通过控制方式转换实现主动配电网在实时阶段的快速功率调整优化,更加符合实际运行优化操作的要求。(4)为了进一步提高主动配电网柔性功率控制能力,在主动配电网中引入SOP,充分发挥其电压-功率调节能力,提出了基于控制模式转换的主动配电网 SOP优化配置方法。针对高渗透率可再生能源接入的主动配电网,基于潮流介数与电压越限风险指标提出SOP候选位置优选方法。考虑REG随机性的影响,基于SOP控制模式转换建立SOP二层规划模型,提出粒子群-锥优化混合算法对二层模型进行求解。仿真结果表明该方法能有效应对REG随机出力引起的电压安全问题,增强配电网对于REG的消纳能力,在安全运行的基础上保证更低的投资和运行成本。(5)基于SOP优化配置结果,考虑REG预测误差,提出了两阶段SOP与联络开关协调优化控制方法。考虑网损、弃风弃光等因素,基于模型预测控制建立了日前、日内SOP与联络开关协调优化控制模型;提出了网络重构约束的二阶锥模型转化方法,实现了利用混合整数二阶锥方法对开关状态和SOP功率的统一求解。仿真结果表明,所提出的日前、日内滚动两阶段SOP与联络开关优化控制框架能充分考虑REG出力的波动性与随机性,有效消除REG预测误差对运行优化的影响;所提出的算法能够实现大规模混合整数非线性优化问题的快速、准确求解。
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