分布式連續(xù)潮流計(jì)算在輸配電網(wǎng)一體化中有什么作用？

1.為什么輸配電網(wǎng)一體化電壓穩(wěn)定評(píng)估需要發(fā)展分布式連續(xù)潮流算法？

在現(xiàn)有電網(wǎng)調(diào)度控制體系中，輸、配電網(wǎng)的管理、分析、調(diào)控和運(yùn)行維護(hù)分屬不同的上下級(jí)控制中心。此外，輸配電網(wǎng)整體規(guī)模龐大，輸、配電網(wǎng)在電壓等級(jí)、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和阻抗參數(shù)等方面存在較大差異，并且配電網(wǎng)的三相不平衡特征比較突出。為此，有必要研究適用于輸配電網(wǎng)一體化分析的分布式計(jì)算方法。有學(xué)者提出了求解輸配全局潮流的主從分裂法，也有學(xué)者建議在輸配電網(wǎng)分布式潮流計(jì)算中考慮發(fā)電機(jī)和分布式電源的動(dòng)態(tài)特性。連續(xù)潮流是電壓穩(wěn)定分析的有效工具，能考慮描述網(wǎng)絡(luò)元件非線性特性的不等式約束條件，準(zhǔn)確計(jì)算系統(tǒng)負(fù)荷裕度，為工業(yè)界提供可靠的電壓穩(wěn)定評(píng)估指標(biāo)。本文提出一種用于輸配電網(wǎng)一體化電壓穩(wěn)定評(píng)估分布式連續(xù)潮流方法，不等式約束的處理采用迭代過程中節(jié)點(diǎn)類型轉(zhuǎn)換技術(shù)來實(shí)現(xiàn)，穩(wěn)定臨界點(diǎn)通過判斷曲線斜率變號(hào)和步長縮減技術(shù)來得到。

2.如何實(shí)現(xiàn)輸配電網(wǎng)全局電壓穩(wěn)定評(píng)估的分解？

輸、配電網(wǎng)組成的全局電網(wǎng)如圖1（a）所示。圖中，T和D分別表示輸、配電網(wǎng)，它們之間通過連接節(jié)點(diǎn)（記為PCC）聯(lián)系。由于輸、配電網(wǎng)分別由兩級(jí)電網(wǎng)公司運(yùn)營和維護(hù)，其分析計(jì)算分別由上、下兩級(jí)控制中心負(fù)責(zé)。本文將輸配電網(wǎng)全局電壓穩(wěn)定評(píng)估問題分解為獨(dú)立的輸、配電網(wǎng)計(jì)算子問題及其PCC點(diǎn)處信息交互三個(gè)部分組成，從而最大限度保持了輸、配電網(wǎng)現(xiàn)有的管理和計(jì)算模式。輸電網(wǎng)側(cè)獨(dú)立連續(xù)潮流計(jì)算的示意圖如圖1（b）所示，采用局部參數(shù)化方法。第i個(gè)配電網(wǎng)獨(dú)立計(jì)算的示意圖如圖1（c）所示。配電網(wǎng)采用自然參數(shù)化方法（即普通潮流技術(shù)）來保證與輸電網(wǎng)負(fù)荷增長的一致性和同步性。

圖1 輸配電網(wǎng)全局電壓穩(wěn)定評(píng)估的分解示意圖

3.輸、配電網(wǎng)間信息交互機(jī)制的設(shè)計(jì)與計(jì)算流程是怎樣的？

在輸電網(wǎng)連續(xù)潮流校正環(huán)節(jié)求解可得各PCC點(diǎn)狀態(tài)變量和負(fù)荷參數(shù)，并將其傳遞給各個(gè)配電網(wǎng);各個(gè)配電網(wǎng)基于此根節(jié)點(diǎn)狀態(tài)變量求解可得其他節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)變量，計(jì)算PCC點(diǎn)等值負(fù)荷功率后將其返回上級(jí)輸電網(wǎng);輸電網(wǎng)收到各PCC點(diǎn)的等值負(fù)荷功率后重復(fù)上述步驟進(jìn)行計(jì)算，直至滿足根節(jié)點(diǎn)有功、無功和電壓和負(fù)荷參數(shù)均滿足迭代誤差的收斂條件，即通過校正環(huán)節(jié)中輸、配電網(wǎng)間PCC點(diǎn)處電氣量的交換實(shí)現(xiàn)全電網(wǎng)負(fù)荷裕度的分布式計(jì)算。輸配電網(wǎng)一體化分布式連續(xù)潮流的整體計(jì)算流程如圖2所示。

圖2輸配電網(wǎng)分布式連續(xù)潮流算法流程圖

4.提高計(jì)算收斂性的措施和單相/三相接口處理

對(duì)于給定的負(fù)荷增長方式，配電網(wǎng)可能先于輸電網(wǎng)發(fā)生電壓崩潰。由于配網(wǎng)進(jìn)行普通潮流計(jì)算，當(dāng)接近臨界點(diǎn)時(shí)，其潮流收斂速度變慢甚至發(fā)散。這時(shí)，需要轉(zhuǎn)換輸、配電網(wǎng)連續(xù)潮流的參數(shù)化方法，然后由輸電網(wǎng)采用自然參數(shù)化方法參與協(xié)調(diào)計(jì)算;配電網(wǎng)采用局部幾何參數(shù)化方法來避免三相不平衡配電系統(tǒng)中P-V曲線斜銳角現(xiàn)象導(dǎo)致的連續(xù)潮流計(jì)算失敗。若轉(zhuǎn)換參數(shù)化方法后潮流仍無法收斂，可采用最優(yōu)乘子技術(shù)處理潮流臨近病態(tài)或病態(tài)的情況。

不論第i個(gè)配電網(wǎng)是否三相平衡，其根節(jié)點(diǎn)狀態(tài)變量總是三相平衡。根節(jié)點(diǎn)在配網(wǎng)中A相電壓相量應(yīng)等于單相輸電網(wǎng)獨(dú)立計(jì)算的潮流結(jié)果。對(duì)于輸電網(wǎng)側(cè)獨(dú)立計(jì)算而言，PCC點(diǎn)的等值負(fù)荷功率等于配電網(wǎng)根節(jié)點(diǎn)的三相功率之和。

5.配電網(wǎng)連續(xù)潮流中如何處理DG？

配電網(wǎng)側(cè)DG主要通過同步/異步電機(jī)和電力電子逆變器兩種方式并網(wǎng)。同步發(fā)電機(jī)型DG的勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)主要有自動(dòng)電壓控制和功率因數(shù)控制2種勵(lì)磁控制方式。若潮流計(jì)算中自動(dòng)電壓控制型DG的無功出力越限，則進(jìn)行PV-PQ節(jié)點(diǎn)類型轉(zhuǎn)換處理。異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)通過機(jī)端并聯(lián)電容器組的自動(dòng)分組投切可維持功率因數(shù)恒定，若電容器的投切數(shù)量到達(dá)限值，則無功出力由輸出有功和機(jī)端電壓決定，在潮流計(jì)算中視為PQ（V）節(jié)點(diǎn)。目前，電力電子逆變器因控制靈活等特點(diǎn)得到了廣泛應(yīng)用。逆變器主要有電壓控制和電流控制等控制方式，在潮流計(jì)算中相應(yīng)處理為PV節(jié)點(diǎn)和PI節(jié)點(diǎn)。為了使DG在合理的無功出力范圍內(nèi)調(diào)度，若電壓控制型DG的并網(wǎng)注入電流越限，則將注入電流幅值固定為上限值，節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)換為PI類型，并將PI節(jié)點(diǎn)的無功出力方程代入潮流方程中聯(lián)立求解;若后續(xù)迭代中并網(wǎng)節(jié)點(diǎn)電壓高于原電壓設(shè)定值，且注入電流小于上限值，則將PI節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)換回PV節(jié)點(diǎn)。

6.輸配電網(wǎng)一體化分布式連續(xù)潮流計(jì)算的應(yīng)用效果如何？

本文采用由IEEE30節(jié)點(diǎn)輸網(wǎng)和IEEE33節(jié)點(diǎn)三相不平衡配網(wǎng)構(gòu)成的算例。令配電網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)負(fù)荷維持原功率因數(shù)增長，負(fù)荷增量由輸電網(wǎng)各發(fā)電機(jī)按當(dāng)前出力比例分擔(dān)，輸電網(wǎng)除PCC點(diǎn)外其他節(jié)點(diǎn)負(fù)荷不變，分布式連續(xù)潮流被分成三種模式計(jì)算：1）全網(wǎng)分布式連續(xù)潮流計(jì)算;2）將配網(wǎng)等值為PCC點(diǎn)的負(fù)荷功率，負(fù)荷恒功率因數(shù)增長，僅對(duì)輸網(wǎng)進(jìn)行連續(xù)潮流計(jì)算;3）令配電網(wǎng)根節(jié)點(diǎn)為恒壓松弛節(jié)點(diǎn)，對(duì)三相配電網(wǎng)進(jìn)行獨(dú)立連續(xù)潮流計(jì)算。三種模式下PCC點(diǎn)的P-V曲線如圖3所示。由圖3看出，輸電網(wǎng)獨(dú)立計(jì)算與全網(wǎng)分布式計(jì)算的負(fù)荷裕度結(jié)果相差較大，P-V曲線差異大，這是因?yàn)榍罢弑举|(zhì)上默認(rèn)輸網(wǎng)為全網(wǎng)電壓失穩(wěn)的主導(dǎo)方，但實(shí)際電壓崩潰是由配電網(wǎng)側(cè)負(fù)荷增長造成的，配網(wǎng)薄弱環(huán)節(jié)對(duì)全網(wǎng)負(fù)荷裕度起到了決定性影響。在全網(wǎng)分布式連續(xù)潮流計(jì)算中，隨著配電網(wǎng)負(fù)荷增長，PCC點(diǎn)電壓會(huì)不斷下降，表明傳統(tǒng)配網(wǎng)孤立連續(xù)潮流計(jì)算時(shí)根節(jié)點(diǎn)為無窮大，恒壓節(jié)點(diǎn)的假設(shè)是不切合實(shí)際的。根節(jié)點(diǎn)電壓下降導(dǎo)致配電網(wǎng)的實(shí)際負(fù)載能力與配電網(wǎng)孤立連續(xù)潮流計(jì)算相比要明顯減小。

圖3 三種情況下PCC點(diǎn)的P-V曲線