主动配电网分布式实时电压控制

作     者：矫文书 

作者单位：山东大学 

学位级别：硕士

导师姓名：吴秋伟

授予年度：2021年

学科分类：080802[工学-电力系统及其自动化] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：电压控制 分布式控制 交替方向乘子法 模型预测控制 梯度投影法 主动配电网 

摘      要：现阶段,传统的化石能源正日益枯竭,随之产生的各种环境问题也愈发严重。因此,以可再生能源为主要能量来源的分布式发电(Distributed Generation,DG)技术得到了越来越多的关注。传统配电网因为DG的接入减轻了火电机组的压力,获得了更多的主动调节能力。而随着DG渗透率的不断提高,新能源固有的不确定性、波动性以及间歇性等问题也为配电网的安全运行带来了更大的挑战。为了更好地消纳DG,配电网逐渐转变成了能够进行主动控制,具有灵活调节能力的主动配电网(Active Distribution Network,ADN)。电压控制作为配电网安全运行的核心问题,是实现ADN中各组成元件安全可靠运行的基础。主动配电网通过对储能装置、静止无功补偿器(Static Var Compensator,STATCOM)、有载调压变压器(On-Load Tap Changer,OLTC)以及DG等设备进行主动的优化控制,以达到使整个配电网的电压波动维持在允许范围内,并尽可能地使电压接近标准值的目的。因此,研究合理有效的电压控制方案便成为了主动配电网电压控制问题的关键。为了能够更好地协调各类电压调控设备,尽可能地减少控制器的计算压力,分布式电压控制方案的研究得到了越来越多的关注。本文在主动配电网分布式电压控制这一前提下,针对各种电压调控设备控制特性的不同,结合了适合的优化算法,提出了几种主动配电网分布式实时电压控制方法,主要研究内容如下:(1)研究了基于梯度投影法(Gradient Projection,GP)的分散式电压协调控制方法(Decentralized Voltage Control,DVC)。通过优化计算主动配电网中静止无功补偿器以及DG单元的无功输出,将配网中各节点电压与参考值的偏差控制到最小,同时保留了一定的无功裕度。根据本地电压偏离参考值的大小,判断出配电网当前运行状态,进而调整目标函数的权重设置,达到与OL TC协调,减小电压波动的目的。(2)研究了基于模型预测控制(Model Predictive Control,MPC)和GP方法结合的分布式协调电压控制方法(Distributed Coordinated Voltage Control,DCVC)。考虑了不同电压调节装置控制特性的差异:对于快速动作的STATC OM以及DG单元,采用GP方法当地计算其使配网电压偏差最小的最优无功补偿量;而OLTC则采用模型预测控制方法保证变压器的可靠动作,以整个配网电压偏差最小为目标,根据当地控制器计算出的无功补偿量,得到最优的O LTC分接头动作指令。如此,主动地调控OLTC,实现了不同调压装置之间的协调。(3)研究了基于交替方向乘子法(Alternating Direction Method of Multipl iers,ADMM)和GP方法相结合的分层分布式协调电压控制方法(Hierarchica I Distributed Coordinated Voltage Control,HDCVC)。不仅考虑了配网层面的电压质量,还考虑了分布式发电场站内部的电压质量。在配网层面,采用GP算法分散式求解电压控制问题,得到每个DG单元所需补偿的无功总量;在D G层面,在满足上层无功要求的基础上,通过ADMM算法分布式求解DG内部的电压控制问题,更加合理地安排DG内部各元件具体的无功出力。两层控制协调配合,保证了配电网整体的电压偏差最小,又都是采用分布式求解方式,分摊了计算压力且鲁棒性较强。