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国网浙江省电力有限公司电力科学研究院马骏超：让配电网灵活调控的柔性多状态开关多

时间：2020-12-27 08:46:48

关注高电压技术，关注学科发展

本期精选

第4期

柔性多状态开关多端口协调优化调控方法马骏超，周洁洁，彭琰，陆承宇，楼伯良，黄弘扬DOI：10.13336/j.1003-6520.hve.2030007浏览全文

研究背景

近年来配电网中风、光等新能源得到了长足发展，在有效减少煤炭等化石能源消耗的同时，也带来了馈线负载均衡度下降、潮流和电压分布特点改变以及电压质量问题突出等诸多新的挑战。而如何提升配电网的灵活调控能力是应对上述挑战所迫切需要解决的问题。针对该问题，柔性多状态开关由于其灵活调控能力，可以在不同馈线间实现功率柔性转移，受到越来越多研究者的关注。

目前现有研究多针对背靠背式柔性多状态开关，而当开关的端口数量增多时，如何考虑其直流侧功率守恒约束以及端口容量限制，计及不同馈线的降损、调压需求，对不同端口的有功、无功进行统筹协调，并令其自动响应系统状态变化，有待进一步研究。此外，考虑通讯条件限制和未来应用推广潜力，对柔性多状态开关的本地控制使用下垂控制技术，优化其控制参考点和下垂斜率，使其更好地适应新能源出力不确定性波动影响，保证配电网安全经济运行是值得研究的重要问题。

重点内容

（一）方法介绍

本文基于集中调控与本地控制相结合的控制框架，提出了一种柔性多状态开关多端口协调优化调控方法，算法包括2层，分别是参考点优化层和斜率优化层：1）参考点优化层，基于源、荷长时间尺度预测数据，考虑交流馈线负载率均衡约束、开关端口功率交互方向及损耗约束以及系统潮流、运行安全等约束，以最小化系统运行成本为目标，对各端口运行参考点进行优化。2）斜率优化层，基于参考点优化层所得端口功率交互方向和运行参考点，根据指令更新间隔期间短时间尺度源、荷预测数据，考虑各端口有功、无功下垂控制约束和有功、无功容量耦合约束，以降低运行损耗为目标，对各端口下垂斜率进行优化。

（二）算例分析

本文基于IEEE 34节点标准拓扑，简化其末端分叉线路，建立包含3条交流馈线的配电网算例拓扑，并且通过柔性多状态开关对3条馈线末端实现功率柔性互连，如图1所示。

图1 算例系统拓扑

①网损分析

为说明本文所提出的多端口协调优化调控算法的降损效果，记该调控方法为方法1，并以如下调控方法作为对比对象：

方法2：闭锁柔性多状态开关，令其各端口有功、无功交互功率为零，此时仅通过调整馈线首端电压对馈线电压分布进行控制；

方法3：令柔性多状态开关参与调控，但不考虑准稳态过程中间歇性新能源与负荷的发用电功率变化，对各端口恒功率调控指令和馈线首端电压进行联合优化；

方法4：令柔性多状态开关参与调控，考虑准稳态过程中间歇性新能源与负荷的发用电功率变化，对各端口恒功率调控指令和馈线首端电压进行联合优化。在准稳态过程中，各端口与交流馈线所交互的有功功率和无功功率不变。

不同方法调控下的总网损对比如表1所示。

表1新能源不同渗透率下各方法调控总网损对比

由表1中方法2与其他方法的运行网损对比可知，使用柔性多状态开关连接多条馈线后，可以实现不同馈线之间的功率互济，并且利用端口容量裕量对交流侧提供无功支撑，因此3条馈线总网损得到有效降低。在方法3与方法4的比较中，不同新能源并网渗透率下，方法4的运行总网损均低于方法3。

②适应性分析

为分析本文所提出的多端口协调下垂优化控制算法在系统可靠性方面的调控效果，令准稳态过程中存在20%实际功率波动，分别使用方法1、方法3、方法4优化调控指令。同时，令间歇性新能源及负荷的发用电预测功率与其实际发用电功率存在30%误差，随机产生1 000组发用电功率场景，并对上述场景进行蒙特卡洛模拟，通过系统潮流计算，对上述调控方法的可靠性进行分析统计，结果如图2所示。

图2 不同最大电压越限幅值水平指标对比

由该图可知，当对准稳态过程中的系统功率波动预测存在一定误差时，在1 000组算例中，由方法3、方法4以及方法1调控下的越限场景数分别为19组、12组和3组。其中，方法1可以将所有越限场景的最大越限幅值控制在[0，0.003）的范围内，而在方法3和方法4的调控下，均有场景其最大电压越限水平在[0.003,∞）。另一方面，在[0，0.003）电压越限区间内，方法1调控下的越限场景数量分别是方法4、方法3调控下的37.5%和15.8%。由上述对比分析可知，本文所提出的多端口协调下垂控制算法对于间歇性新能源与负荷的功率波动预测误差有较好的适应能力，可以增强系统运行的可靠性。

研究结论

经数值实验验证，所提出的方法具备以下调控效果：

1）实现不同馈线功率资源的优化共享，有效降低网损；

2）充分利用换流器容量资源，实现各端口有功、无功优化分配；

3）较好地适应新能源与负荷并网所带来的不确定性与波动性影响，降低系统状态越限风险。

后续研究

后续将考虑配电网的三相不平衡问题对柔性多状态开关换流端口控制效果的影响，同时研究提出控制策略改善配网三相不平衡问题。

引文信息：

马骏超,周洁洁,彭琰,等. 柔性多状态开关多端口协调优化调控方法[J]. 高电压技术，，46(4)：1161-1170

作者及团队介绍

马骏超(通信作者)，博士，工程师。研究方向为新能源并网运行与消纳、直流配电网运行调控关键技术等。

周洁洁，硕士，工程师。研究方向为新能源并网运行与消纳、智能变电站。