【《含分布式电源的配电网过电压控制研究现状国内外文献综述》5400字】

致谢含分布式电源的配电网过电压控制研究现状国内外文献综述目录TOC\o"1-3"\h\u30772含分布式电源的配电网过电压控制研究现状国内外文献综述 1209211.1OLTC与无功补偿装置调节配电网电压研究现状 1110421.2调整配电网网络拓扑实现配电网电压调节研究现状 256771.3储能装置参与配电网电压调节研究现状 3132241.4光伏逆变器参与配电网电压调节研究现状 412816参考文献 61.1OLTC与无功补偿装置调节配电网电压研究现状利用OLTC与无功补偿装置调节配电网电压是一种比较有效地控制方法[6]。在通过OLTC与无功补偿装置调节电压时，为了避免变压器分接头频繁动作和防止调节某些馈线电压导致其余馈线电压越限，需要考虑到设备的动作延迟和区域变电站所管理的各馈线电压分布，这样保证了OLTC的经济性。文献[7]针对分布式光伏接入配电网引起的过电压问题，提出了一种将线路末端的测量电压输送至可以根据接受的各电压值筛选出最大值与最小值的有载调压变压器的控制器并依据设定的规则给出相应的分接头动作指令规则控制的OLTC调节策略，例如，如果电压最大值与最小值都越上限时，OLTC下调分接头来降低首端电压；如果电压最大值越上限、最小值越下限，则OLTC不动作。这种减少不必要的动作指令和减少通讯节点数目的控制方法能针对不同馈线的电压分布作出综合处理。文献[8]以OLTC开关操作次数、网络安全运行为约束建立OLTC电压调节优化模型用来最小化母线电压波动。文献[9]通过设置控制时延、减少OLTC动作次数来解决配电网过电压问题。文献[10]提出了一种在无通讯设施的条件下，根据馈线参数与功率的分布特征较为准确的计算出各线路末端的电压，并以此为依据对OLTC进行调节的馈线远端电压估计方法。文献[11]基于修正功率因数评估，提出了以最小化线路首端修正功率因数至平衡区间的数值距离为目标，通过负载率决定各电容器组的投切优先级，以此协调全线电容器进行电压调节的配电网中电容器协同控制方法。当高比例分布式电源接入配电网后，为了让OLTC和无功补偿装置稳定[12]，需要对配电网OLTC、无功补偿装置及各辅助调压设备（比如风机、光伏逆变器等等）进行协调控制。文献[13]提出一种利用静止无功补偿装置与OLTC改善馈线电压分布使控制电压偏差保持在约束范围内的电压调节技术。文献[14]根据光伏逆变器无功调节能力通过配置配电静态补偿器（distributionstaticcompensators）与OLTC配合实现配电网电压协调控制。文献[15]考虑配电网中各无功源的输出成本与网络损耗成本，为了最小化调压成本，通过上一级电网的无功输入与OLTC、电容器、分布式电源出力提出了配电网最优电压控制模型用来协调优化实现配电网的最优电压控制。文献[16]考虑运行维护成本与设备投资，通过电压-有功/无功/分接头灵敏度矩阵获取电压灵敏度矩阵，当配电网电压越限时，根据电压灵敏度矩阵决策出各设备的调节顺序及调节量来获得最优电压控制方案。文献[17]提出一种以馈线节点电压幅值与电压约束上下限的差值设置电压控制的参考值，协调分布式电源机组的有功、无功出力以及OLTC的动作，从而实现OLTC的自动控制的配电网主动电压控制算法。因为电网的发展与建设条件的差异，国内更多是通过低压侧电容器对电压进行补偿导致有载调压变压器很少被采用，而且现有配电网内通信系统建设处于落后的阶段导致了实际工程中难以实现对低压电容器进行集中控制。1.2调整配电网网络拓扑实现配电网电压调节研究现状随着电力设备与控制调度技术的发展，传统配电网一般采用单一固定的拓扑运行，根据运行工况对网络拓扑进行优化调整来调节配电网的电压分布。配电网中多类型负荷（比如工业、商业与居民等）特性迥异，因为分布式电源出力具有随机性和波动性导致增加了系统运行的复杂性，使负载在不同时间断面呈非均衡分布。此外，配电网负荷需求与分布式电源出力（比如光伏发电集中出力与风电反调峰）往往是不同的，配电网接入高比例光伏和风电会使配电网净负荷呈现“鸭子曲线”现象[18]。网络拓扑调整如若满足安全稳定运行的需要，主要是通过改变网络参数、网络重构等手段改变配电网的潮流流向来完成。配电网可以通过拓扑调整来有效增强配电网地自愈能力，合理的拓扑变换可以提高供电质量、降低停电损失[19-20]。配电网逐步接入遥控开关使得配电网的网络结构调整能力更加快速灵活，配电网通过网络动态重构进行有功/无功优化的多时空调控，随着大规模分布式电源接入后，“源－网－荷”时空分布不匹配导致的配电系统出现过电压现象，为了有效解决过电压控制寻求新途径。文献[21]以场景分析为基础，提出了多风电场同时接入的可以解决多风电场接入后出力随机性给配电网运行带来的挑战的配电网重构模型。文献[22]提出通过配电网络重构实现系统安全经济运行，改善系统电压分布的区域综合能源系统最优潮流算法。文献[23]提出了上层通过动态重构实现长时间尺度内配电网的安全经济运行；下层利用自动调压器实现馈线的局部无功优化的双层优化模型，它考虑到了调压资源调节能力与配网结构灵活性。配电网通信技术的不完善与系统自身的复杂性的限制导致了配电网网络重构在电压控制中还面临着许多困难，主要体现以下几点：①随着大规模分布式电源接入，需要考虑到优化求解的快速性和最优性；②为了保证电压控制时的多设备、多方式协调运用，需要考虑同其他调压设备的协调；③为了提高网络重构后配电网的可靠性，促进分布式电源的消纳，满足日益增长负荷需求，需要处理配电网中存在的多种不确定性信息，其中包括：分布式电源的不确定性、负荷需求的不确定性、开关稳定运行的可靠性还有动作成本的时空变化特性等等。随着未来高比例分布式电源的接入，需要重点开发考虑“多数量节点-多种类不确定因素-多调压设备-多调压方式”下配电网的灵活网络重构与各设备的协同运行方法。1.3储能装置参与配电网电压调节研究现状目前，分布式储能正朝着高效化、能量高、密度高和应用低成本化方向发展，储能技术作为智能电网的重要环节，也是智能电网关键支撑技术之一，可再生能源发电的快速发展给储能技术带来了良好的发展机遇，随着储能技术的研究和应用日益成熟，分布式储能逐渐被运用到配电网的电压控制中，因为其良好的电压与功率调节特性。分布式储能可以通过吸收、发出有功功率实现对馈线节点净功率的削峰填谷与电压调节以便于提高配电网对分布式电源的就地消纳能力和降低配电网的网络损耗[16]。利用储能装置对配电网进行电压控制时，通过考虑储能装置的放电与充电能力和兼顾储能单元自身的荷电状态来制定电压控制策略。在中压配电网中，动态最优潮流[24]是理想的方案之一，但是该方案在低压配电网中是难以实现的，因为它需要较高的控制器解算能力与较为完善的网络通信条件。在无通信设施的低压配电网中，文献[25]提出了基于模糊逻辑的通过将储能本身荷电状态（stateofcharge,SOC）与本地节点电压偏移量作为控制输入量，实现对储能SOC与节点电压的控制的配电网储能优化控制方法。此外，储能装置在一些文献中还被用于调节配电网三相不平衡[26-27]与网络节点电压波动[28]，在这些应用中，储能SOC的控制较为简单，因为储能装置的容量要求不高。而在通信能力较弱的低压配网中，一些研究对储能控制策略提出对被选定的储能设备进行集中控制或分布式控制阶段，通过给定被控储能单元的参考输出有功来有效控制储能SOC；在就地控制阶段，根据储能装置自身的SOC状态重新调整有功输出值，集中控制(分布式控制)阶段与就地阶段之间的不断迭代实现了输出值的不断调整，最终达到了电压控制目标。尽管在现有研究中储能在配电网的电压控制中可以削峰填谷、抑制电网振荡、提高电能质量、延缓配网升级，降低成本等等，但是在实际工况中，当前的储能装置较高的成本和较短的使用时间极大的限制了储能在实际中的应用。文献[29-30]指出在电力市场中，想要提高储能设备使用的经济性与高效性和推动储能在实际应用中的快速发展，需要建立合理、有效的的辅助服务机制。1.4光伏逆变器参与配电网电压调节研究现状近年来，随着光伏逆变器产业与智能逆变器的发展与广泛应用，配电网光伏用户的形态也逐渐由“被动管理”转变为“主动参与”，对分布式电源进行主动控制和主动管理。分布式光伏逆变器参与电压调节的能力在对分布式光伏调度管理研究中被充分挖掘。现有的光伏逆变器控制策略主要有有功剪切策略（activepowercurtailment,APC)[31-34]、无功补偿策略(reactivepowercompensation,RPC)[35-41]、有功无功最优配置策略(optimalinverterdispatch,OID)[5,42-43]。如果配电网的电阻远大于电抗，可以采用光伏有功剪切策略来简单有效地调节过电压问题，采用APC不仅降低配电网网络损耗还可以减少网络线路中有功功率的流动。常用的APC策略通常设定节点安全运行电压上限，当节点电压低于上限值时，光伏按照最大功率点追踪(maximumpowerpointtracking,MPPT)运行，而若节点电压值高于电压上限时，光伏单元根据设定的电压-有功曲线对光伏有功输出进行剪切[31-32]，而不是再按照MPPT功率运行在这些研究中。光伏有功剪切没有考虑各节点之间有功削减的协调，难以兼顾在实行APC策略与剪切后的赔偿，也很难保证APC策略的合理性，它的目的只是为了让各节点电压不越限。文献[33]提出了通过馈线中各逆变器公平分担总有功剪切量实现节点的过电压控制的基于APC的光伏逆变器电压调节策略。文献[34]通过分析电压灵敏度，统一协调设计各节点电压控制曲线参数来实现网络节点安全运行与均等实现每个光伏的有功剪切。然而，通过APC进行电压管理是要付出昂贵的代价的，它牺牲了能源，并且没有实现提高配电网的光伏消纳能力的目的。当在线路电阻和电抗数值相当的配电网中，光伏逆变器RPC则可以较为有效地用来调节电压。RPC主要包含三种无功调节方式，一是基于cosφ(PPV)；二是基于QPV(V)；三是基于QPV(PPV)。基于cosφ(PPV)的无功控制方法通过调节光伏逆变器无功功率来控制逆变器的功率因数并且将光伏有功输出PPV作为输入量[35-36]；基于QPV(V)的无功控制方法是对光伏逆变器无功进行调节并且将节点电压作为控制输入量[37-38]；基于cosφ(PPV)的无功控制方法是对逆变器无功进行调节的并且主要以光伏有功输出为控制输入量[39-40]。光伏逆变器RPC策略虽然以逆变器无功调节为依托进行电压控制，但在实际应用中，光伏的有功输出和功率因数导致了在电压控制过程中可能会出现光伏逆变器无功容量不足和电压控制效果较差的情况。为了解决APC与RPC中存在的问题，OID策略为了达到控制电压的目的，需要通过光伏逆变器同时进行有功剪切与无功调节[41]。对于某一光伏逆变器，其有功输出、无功调节量应满足运行约束要求，如图1.1当光伏逆变器运行在OID模式下进行电压调节时，其有功输出PPV、无功调节量QPV、逆变器运行功率因数cosθ与运行安装容量SPV应满足功率圆的关系，数学表达式可表示为式（1-1），在这种约束下，对光伏逆变器进行的有功剪切与无功调节合理有效的控制了配电网的电压[42]。OID控制策略不仅有APC的优点，还包含RPC的优点，不仅减少了能源的浪费，还能合理的利用逆变器的无功资源，使光伏逆变器能更加灵活地参与配电网的电压控制[43]。（1-1）图1.SEQ图1.\*ARABIC1光伏逆变器OID控制原理图上述所有配电网电压控制的研究均属于集中式的控制，这在分布式能源安装比例较低时较为适用。但随着国家政策支持与能源需求，未来高比例分布式能源将源源不断的接入配电网中，由于分布式能源数量众多、位置分散，极大的增加了配电网的电压控制的复杂程度，若仍采用上述集中式的电压控制方法，大量的控制变量会使得控制过程难以满足时间尺度的要求，这对含高比例分布式电源的配电网安全运行带来极大的挑战。近年来，集群控制的研究为上述问题的解决带来新的思路。集群控制通过集群划分使集中式问题分解为若干个子问题进行求解，极大的降低了变量的维度，简化了电压控制过程，缩短了问题求解时间，适合未来含高比例分布式光伏的配电网电压控制。参考文献MingD,XuZ,WangW,etal.AreviewonChina׳slarge-scalePVintegration:Progress,challengesandrecommendations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