[发明专利]孤岛微电网无功电压控制能力评估方法及其优化方法

说明书

本发明公开了一种孤岛微电网无功电压控制能力评估方法，该方法将电压偏差、电压波动、电压谐波、静态无功支撑能力、暂态无功支撑能力五个指标通过层次分析法进行综合，最终得到一个综合无功电压控制能力指标，利用该指标可进行孤岛微电网无功电压控制能力评估。本发明还提出以上述评估方法求解得到的URPVCI指标和等年投资成本为目标函数，以分布式电源容量和储能装置调压模式为决策变量，综合微电网母线功率平衡约束、母线电压运行范围约束，构建无功电压控制能力优化模型，采用多目标粒子群算法进行模型求解，得到满足多个目标的无功电压控制能力优化方案，从而帮助设计人员进行规划设计。

技术领域

本发明涉及孤岛微电网电压控制领域，特别涉及一种孤岛微电网无功电压控制能力评估方法及其优化方法。

背景技术

可再生能源由于其出力的随机性、波动性难以预测，若直接并入配电网会造成用户电能质量下降，威胁系统的安全稳定。故通常以灵活微电网的形式有效整合，利用分布式可再生能源实现对偏远地区的可靠供电。

微电网从类型上主要可以分为并网型微电网和孤岛型微电网，并网型微电网主要以外部大电网为支撑电网正常运行，可以看作为大电网的子网，大电网为微电网提供无功功率调节从而维持电压稳定。并网型微电网因其能实现能量双向流动，具有鲁棒性强的特点，成为当前微电网示范工程的主流。孤岛型微电网一般应用于远离大电网的偏远地区，如海岛、山区等地区。对于偏远地区来说，一方面缺少柴油机之类的常规电源支撑整个微电网的电压水平；另一方面因为地理位置偏离大电网，微电网并网成本过高，因为上述两个原因，导致目前孤岛型微电网鲁棒性相较于并网型更弱。孤岛微电网需要自给自足，没有外部网络作支撑的特性，使得相关设计规划人员在规划孤岛微电网时有必要对其无功电压控制能力有一个清晰的认知，如何评估优化偏远地区孤岛微电网的无功电压控制水平是当前的一大技术难题。在这一背景下，对孤岛型可再生能源高渗透率微电网无功电压能力的评估优化成为了必然趋势。

当微电网孤岛运行时，微电网内部的负荷只能由微电网电源自己平衡，缺少大电网作为后备保障和支撑，同理，微电网的无功电压控制也都需要由微电网内部各分布式电源来稳定调节。当前孤岛微电网电压控制能力受到分布式电源容量、网架结构、电网电压水平以及控制策略等多方面影响。当前可再生分布式电源大多通过电力电子设备并入电网进行发电，电源容量大小决定了分布式电源无功出力的大小，但是项目成本、并网电压大小和控制方式的不同会影响分布式无功出力的大小；网架结构主要影响网损大小；目前较为主要的控制策略为主从控制和对等控制。主从控制策略即在微电网设置一个或多个分布式电源作为主控电源，主控电源逆变器采用V/f控制来稳定整个微电网的频率与电压，而其他分布式电源采用PQ控制或下垂控制，协助主控电源共同达到整个系统的功率平衡与电压稳定。主从控制虽然能在一定程度上保证孤岛微电网的无功电压稳定，具有一定的无功控制能力，但是该策略对于主控电源容量具有很高的要求和依赖性，结合当前大容量常规蓄电池造价高的条件，对于偏远落后地区的孤岛微电网而言，很难找到一个可靠性高、经济性好的分布式电源。而对等控制策略则让微电网内部每个分布式电源均采用下垂控制，当系统内发生负荷变化时，不平衡功率由所有分布式电源一起承担，以使系统的功率重新平衡。对等控制策略不再依赖于某一个或几个主控电源，实现了分布式电源的“即插即用”。然而以下垂控制分布式电源组网的对等结构孤岛微网，因为系统内不同分布式电源位置的分散性以及下垂系数的不同，可能产生不同的稳态值，从而产生电压幅值差及频率差。对等控制下影响整个孤岛微电网的无功控制能力的因素较多。由上述可知，在孤岛微电网中，单从一个方面静态地对孤岛微电网进行无功电压控制能力的评估，是不够全面细致的，所以有必要构建一个全面的孤岛微电网无功电压控制能力评估方法对电网的无功控制能力进行量化，有利于在规划设计时更加方便相关人员对孤岛微电网进行评估优化。

发明内容

针对现有无功电压控制能力评估中存在的问题，本发明提供一种孤岛微电网无功电压控制能力评估方法，该评估方法能够准确、定量的描述当前孤岛微电网的无功电压控制水平，从而为进行孤岛微电网规划设计提供重要的参考依据。