【精彩论文】考虑分布式电源“即插即用”的配电网临界条件计算方法

Original 中国电力中国电力 2023-12-18

戳蓝字“中国电力”关注我们哦！

姜臻，于力，黄彦璐

南方电网科学研究院有限责任公司

引文信息

姜臻, 于力, 黄彦璐, 等. 考虑分布式电源“即插即用”的配电网临界条件计算方法[J]. 中国电力, 2020, 53(4): 22-31.

JIANG Zhen, YU Li, HUANG Yanlu, et al. Calculation method for critical conditions of distribution network considering distributed generation “plug and play”[J]. Electric Power, 2020, 53(4): 22-31.

研究背景

现代配电网包含分布式电源、柔性负荷、充电系统、储能装置等要素，这些要素大量“即插即用”将成为未来智能电网的重要特征。然而，这些要素具有随机性、间歇性及波动性等特点，其大量接入将对配电网的暂态、稳态造成诸多不利影响，甚至影响网络的正常运行，因此非常有必要对要素模块化、分散化、随机化并网和离网的临界条件进行研究，以有效指导要素的有序“即插即用”。

论文所解决的问题及意义

现有文献对要素“即插即用”一、二次协同体系的构建还不完善，很少对满足要素“即插即用”的临界条件及执行策略进行研究。针对现有的不足，文章从宏观角度对要素“即插即用”的一、二次协同体系进行描述，并针对电气层进行研究，建立考虑DG“即插即用”临界条件的数学模型，提出一种求解临界条件的快速估算方法，主要优势有：

（1）从全局角度出发，对满足要素“即插即用”的智能配电网一、二次协同体系进行描述，实现了要素即插即用一二次的协同运行；

（2）建立了综合考虑多种约束的DG“即插即用”临界条件求解模型并提出了一种临界条件执行策略，实现了在考虑负荷及要素波动性的基础上，对要素即插即用临界条件的计算；

（3）得到了一种DG“即插即用”临界条件求解模型的快速估算方法，实现了对要素即插即用临界条件的快速估算。

图1 要素即插即用一二次协同体系图

论文重点内容

文章建立了新型要素“ 即插即用” 的智能配电网一、二次协同体系，整个系统可以划分为电气层、交互层与控制层。电气层由新型要素及其接口组成，这些要素通过换流单元和“即插即用”接口直接并网；交互层主要由“即插即用”交互终端和通信网络组成，实现与上级子站的信息交互、对要素模块进行识别，以及对电网的运行状态进行实时监控和故障自动化处理；控制层是整个体系的核心部分，可以实现对整个系统要素“即插即用”的远程管理。电气层确保要素模块的顺利并网、离网，交互层实现各层之间的信息与能量交互，控制层完成对整个网络的全面把控，共同实现了配电网一、二次侧的互通互联。文章主要对体系中的电气层进行研究，重点解决要素“即插即用”临界条件的求解问题。

文章主要研究要素“即插即用”的稳态临界条件，即满足稳态约束条件下要素的最大并网功率。由于DG 具有电源特性，其接入将对节点电压、潮流造成影响，且DG 本身还具备一定的无功调节能力，求解模型相对复杂。因此文章以分布式电源为例，研究其“即插即用”时稳态临界条件的求解模型及计算方法。分布式电源等要素在并网时会改变配电网运行状态并产生暂态扰动过程，即要素“即插即用”对网络的暂态和稳态均会造成影响，因此，将要素“即插即用”的临界条件定义为：并网时，在同时满足暂态和稳态约束条件下，网络所能承受的要素最大接入功率。综上，文章以DG 在节点k 处所能接入的最大功率为目标函数，综合考虑了节点潮流平衡约束、分布式电源无功出力约束、潮流不倒送约束、电压偏差约束及线路容量约束，建立了DG“即插即用”临界条件求解模型。

为使DG“即插即用”临界条件计算的边界条件更符合实际，文章考虑负荷和DG的波动性和时序性提出了一种DG“即插即用”临界条件执行策略，通过该执行策略得到的临界条件是一个范围而不是一个值，能更好地应对负荷及DG出力的不确定性，更符合实际。

针对传统模型求解方法存在的计算时间长，对数据精度要求高，容易陷入局部最优解的弊端，同时考虑到实际规划工作中，实际运行数据缺失和对DG“即插即用”的临界条件快速判断的需要，文章将临界条件求解模型中的约束条件进行简化，提出了DG“即插即用” 临界条件求解模型的快速估算方法，得到不同约束条件下DG 最大并网功率与约束条件间的函数关系，在网络参数已知的情况下可以直接快速估算出DG“即插即用”的临界条件，而不需要使用数学优化算法和潮流计算。该方法便于计算DG“即插即用”临界条件在网络中的分布，能够为要素安全并网提供参考。

图2 临界条件执行过程图

研究结论

为适应未来智能配电网的发展需求，提出了考虑新型要素“即插即用”的智能配电网一、二次协同体系，给配电网中的分布式电源等要素实现“即插即用”提供理论依据，同时建立了DG“即插即用”临界条件求解模型、执行策略和快速估算法，解决了传统模型对数据要求高、计算较慢等缺陷，为DG“即插即用”临界条件的求解提供了行之有效的新思路和新方法，推动了新型要素“即插即用”的发展，促进了“即插即用”在智能配电网中的应用。

主要作者介绍

第一作者：姜臻，男，高级工程师，高级研究员，主要从事配电网运行、规划及智能配电网装备研究工作。

E-mail: jiangzhen1@csg.cn。

第二作者：于力，男，高级工程师，高级经理，主要从事配电网运行、规划、智能配电网装备研究及管理工作。

E-mail: yuli@csg.cn。

通信作者：耿光飞（1970—），男，博士，副教授，从事智能配电网规划研究。

E-mail: guangfei@cau.edu.cn。

团队介绍

南方电网科学研究院有限责任公司配电技术研究所配网团队长期从事配电网规划、运行、智能配电装备及配电网数字化研究工作。主要负责了国家重点研发计划“配电网广域测量控制技术研究与应用项目”、国家重点研发计划子课题“综合能源配用电系统的一体化规划设计与系统”、公司科技项目“配电网规划软件研发”、“基于要素模块化的智能配电网一二次协同规划技术研究”、“配电网智能台区技术研究与装置研发”等重大攻关项目的研究工作并取得丰硕成果。

往期回顾

◀《中国电力》2020年第5期目录

◀【精彩论文】全时间维度调度计划安全校核的设计与应用

◀【精彩论文】基于分层马尔可夫的可修复稳定控制系统可靠性分析

◀【精彩论文】基于ToF技术的带电作业安全监测与预警系统

◀【精彩论文】基于期望效用-熵的风电交易风险控制方法

◀【征稿启事】“电能质量及其治理技术”专栏征稿启事

◀【征稿启事】“高压大功率IGBT及应用技术”专题征稿启事

◀【征稿启事】“区域综合能源系统规划与运行技术”专题征稿启事

◀【征稿启事】“新能源电力系统网源荷储协调运行技术”专题征稿启事

编辑：杨彪

审核：蒋东方