主动配电网背景下无功电压控制方法

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　　【摘 要】经济在快速的发展，社会在不断的进步，为适应高渗透率、大规模分布式电源的接入，主动配电网成为当前及未来智能电网研究的趋势。文中综述了主动配电网背景下分布式电源接入、需求侧管理和拓扑结构等因素对配电网电压分布和电压稳定性的影响;从集中控制和分散控制两个方面总结了主动配电网的无功电压控制方法。结合当前研究现状的分析，总结了各种因素影响下主动配电网的无功电压控制研究中存在的一些问题和不足，指出了主动配电网无功电压控制研究中亟待解决的几个问题。
　　【关键词】分布式电源;主动配电网;无功功率;电压;需求侧管理
　　引言
　　由于社会经济快速发展，所引发的用电需求量过大，对电网的建设和发展带来了较大的影响。电网系统超负荷运行已经成为常见现象，对电力系统的供电服务水平带来一定的威胁，在这种发展形势下，电力企业要想获得全面发展就必须有能力应对新的用电需求，加大对电网建设的投入力度，尤其是针对配电网的发展空间进行有效利用。针对主动配电网的研究与应用已经成为当前电力企业发展的必然趋势。
　　1无功电压控制的特征
　　在电网配电输送过程中，电压质量是否稳定、是否能够平稳地安全运行，直接影响整体电网系统运行效率。一方面是紧密影响其电力的有效输送数量，一方面则是在输送过程中受地区地域、气候等因素的影响，电网在输送过程中会有相当一部分电能损耗。因此，在现行电网运行的基础上，通过不断反复试验和实地求证，提出了无功电压控制方式。在方式推广使用过程中，因其自身所具有的覆盖面积广、电量储存量、高维度的特点，逐步适应并发展成为在配电网络运行中具有改善电力配送环境、提高电力输送效率、安全性能综合提高的多功能方式方法，被各大輸电机构所采纳。在实际运用过程中，通过不断反复理解和操作，总结了以下四个方面的特征。第一，电力使用范围相对广泛，已达到只有有人居住的地方就会有电能的配送。通过对省、市、县三级地区的电力分布及控制，形成有效的协调统筹。也可以针对各地区范围的用电及配电特性，进行独立的区域优化控制，从而针对实际情况做到物尽其用，进一步提高用电成效。第二，通过对整个电力系统设备的协调统筹、优化调控，对配网小火电、风电机组、SVC等无功电源设备的设备运行属性实现最优化配置，从而进一步提高电力配送的整体效率。第三，无功电压控制在配电网络运行过程中安全可靠性较高。一方面，日常设备运行时可通过主站服务器对全网进行优化配置和精准计算，快速提供高效实时数据;一方面，在发生故障和问题时，可以通过区域化集成计算查找本区域的问题故障点，进而优化完善故障区域的计算。第四，实现设备与电网的双向互动控制。一方面，通过电网运行数据计算对区域内出现的故障和问题进行设备重启和自动修复，另一方面可以通过设备的有效调节，针对不同地域的电压承受能力，对配电网络实施有效的电压调节，以确保整体电网系统运行安全可靠。
　　2主动配电网背景下无功电压控制方法
　　2.1加装分布式储能装置
　　储能装置已被视为电网运行过程中“采-发-输-配-用-储”六大环节中的重要组成部分。储能技术是解决可再生能源随机性、波动性的有效途径，有利于可再生能源平滑输出，改善可再生能源引起的电网电压、频率及相位变化，并缓解电网调峰压力。此外，在电网发生故障或DG带负荷形成孤岛期间，储能系统能够为DG提供必要的无功支撑作为DG无功调节的辅助控制，使DG接入端端电压处于合理的运行水平。目前应用到DG的储能方式有：以超级电容器、蓄电池储能为代表的电化学储能;以飞轮储能为代表的物理储能;以超导电磁储能为代表的电磁储能三大类。超级电容器储能容量大，投资少，技术成熟;蓄电池储能容量大，能量密度高，两者均能制成容量很大的储能系统，但与飞轮和超导储能相比，响应时间较长。飞轮和超导储能具有能量密度高、寿命长、效率高、响应快的优点，技术上可做成很大容量。相关文献根据各种储能方式的特点和应用场合，将上述储能技术应用到含有DG的配电网中。建立了用于独立光伏发电的超级电容器储能系统模型，指出在光伏发电系统受到光照及负载变化时，储能系统能够有效稳定光伏系统输出电压。利用飞轮储能装置充当孤岛型风力发电系统的电能调节器和储存器，有效地改善了电能质量。为了充分发挥各种储能技术的优点，使其优势互补，相关学者对复合储能系统进行了研究。结合超导储能装置和蓄电池储能的优点构成复合储能系统抑制分布式电源产生的功率波动，能改善分布式发电系统的电能质量，提高并网稳定性。此外，当前国内外对储能在ADN中应用的边界条件及投资效益评估等方面的研究还欠深入。
　　2.2基于电网设备的调压措施
　　总结分析电网设备的调压手段，主要有加装分布式储能装置、调节变压器分接头和分布式发电机组调压方式等，本文就针对加装分布式储能装置的调压措施进行阐述：该项调压措施的应用主要是依据储能装置的储能技术，在配电网运行的过程中，可以通过其自身的储能技术，实现对可再生资源的合理利用与输出，全面提升可再生资源的利用率。在针对配电网的运行特点进行分析之后，可以利用储能技术实现对电网电压和频率的有效调整，从而改善配电网的运行压力。另外，当电网发生故障时，储能技术还可以为电源接入方式和电网运行提供相应的无功补偿支持，使其实现对无功电压的有效调节，进而保证配电网的电压始终处于平稳运行的状态，为配电网的安全稳定运行提供保障。
　　2.3对DG的协调控制
　　由于有大量DG接入，调动其中具有调节能力的DG参与集中控制也将是ADN调压的核心手段。针对光伏电源接入配电网的情况提出了一种优化控制策略来管理光伏的无功功率，利用线路的节点电压水平通过矩阵计算和最优潮流得到各光伏电站的无功出力最优定值，以改善中低压配电网电压质量。进一步考虑各DG之间无功功率的公平分配问题，定义了DG无功出力与有功出力的比值tanφ作为衡量无功出力的指标，在满足电压约束的条件下以网损和调节代价的综合最小值为目标函数，对DG的无功出力和OLTC进行协同控制。建立了一种ADN的集中无功优化模型，考虑了ADN中各种主动管理措施，包括DG的无功调节、配电网络重构等，并在模型中加入了变压器损耗，考虑了不同措施之间的优先次序，使得其模型更具实际意义。然而，由于DG的随机性、不确定性会造成无功补偿装置的频繁投切，设备运行成本也会相应增加，为此，把变压器分接头操作次数、电容器投切次数归入到目标函数中进行统筹控制。
　　结语
　　综上所述，能源问题伴随着社会变革的快速发展，现阶段已从传统能源的布局使用状况向新型能源的推广方向发展，大量新能源、新技术得以在社会发展中充分利用。虽然近些年加快了高效、节能能源的开发力度，并取得了一定成果，但是从能源发展全局来看，不可再生能源的使用仍然是能源主力。因此，要改变现有能源使用布局，进一步加大对电力等清洁能源的使用建设力度。针对电力具有高效、清洁、使用范围广等特点，加强电力能源应用建设。通过积极使用和推广主动配电网背景下的无功电压控制方法，提高电力配送质量和居民对电力能源使用的覆盖率，积极改善现有能源的布局。
　　参考文献：
　　[1]陈 旭，张勇军，黄向敏，等.主动配电网背景下无功电压控制方法综述[J].电力系统自动化，2016，40（1）：143-151.
　　[2]张 勇，陈 旭，张勇军，等.主动配电网背景下无功电压控制方法研究综述[C].陕西省电网节能与电能质量技术学会2015学术交流会论文集，2015：171-178.
　　（作者单位：国网太原供电公司）
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