湖南大學電氣與信息工程學院、國網湖南省電力有限公司經濟技術研究院的研究人員潘舒揚、李勇、賀悝、潘馨、胡斯佳，在2019年第21期《電工技術學報》上撰文，由于可再生能源出力的間歇性與隨機性給配電網電壓控制帶來了挑戰(zhàn)，因此本文提出了一種考慮微電網參與的主動配電網（ADN）無功電壓分區(qū)與控制策略。
通過潮流計算，獲得電壓靈敏度矩陣，采用聚類算法構建分布式微電網在ADN中的控制空間，確定微電網主導的可控區(qū)域集合。在自動電壓控制（AVC）系統(tǒng)的框架上，提出了考慮微電網參與電壓柔性控制的AVC系統(tǒng)。通過該系統(tǒng)可合理調度微電網與傳統(tǒng)無功補償設備協(xié)調運行，并對ADN進行無功補償，實現(xiàn)控制區(qū)域柔性且快速的自動電壓控制，提升ADN電壓質量。最后，通過IEEE 33節(jié)點系統(tǒng)驗證了所提策略的有效性。
為應對能源枯竭以及環(huán)境惡化問題，分布式發(fā)電（Distributed Generation, DG）技術成為智能電網的發(fā)展方向。大量DG并入配電網，在提高清潔能源比例的同時，也會帶來電壓質量、系統(tǒng)穩(wěn)定性等方面的問題。主動配電網（Active Distribution Network, ADN）技術可適應分布式電源接入配電網的發(fā)展趨勢，通過靈活調節(jié)網絡拓撲、主動優(yōu)化控制無功補償裝置，ADN可達到改善系統(tǒng)無功電壓水平的目的。
由于DG出力的隨機性，加劇了ADN電壓波動，使得系統(tǒng)的無功電壓特性變得越來越復雜，呈現(xiàn)出變量多、維度高、范圍廣等特點。為了靈活控制系統(tǒng)電壓、提升電能質量、降低電能損耗，亟待研究適用于ADN的電壓控制策略。
目前，關于ADN電壓調節(jié)策略研究主要有以下四種：
①采用具有無功調節(jié)能力的DG進行調壓，由于DG輸出有功會在配電網線路產生電壓損耗，因此通過削減DG的有功輸出可達到調壓目的；
②利用饋線自動調壓器（Step Voltage Regulator, SVR）及投切電容器（Shunt Capacitor, SC）進行調壓，該類補償器可有效提高電網電壓穩(wěn)定性、補償不平衡負荷、抑制母線電壓閃變，但響應速度和調節(jié)速度較慢；
③采用有載調壓變壓器（On-Load Tap Changer, OLTC），由于OLTC的可不斷電操作以及設計簡單特性，使其成為了配電網穩(wěn)態(tài)電壓調節(jié)領域最常用的調節(jié)方法。但是OLTC分接頭調壓不適用于長距離輻射狀配電網調壓，且動態(tài)響應能力差，需DG和OLTC協(xié)調控制；
④線路管理調壓，由于配電網線路電壓損耗與線路阻抗關系非常大，因此可通過對配電網線路改造來提升電壓質量，但該方法改造范圍廣、成本高。
微電網可有效協(xié)調分布式電源，增強ADN的互動性、可控性和可靠性，進而提升電力系統(tǒng)的綜合能效。隨著ADN中微電網數(shù)量的增長，微電網可操作性越來越強，為ADN調壓提供了新的途徑。如何保證系統(tǒng)動態(tài)能量平衡和提升電壓質量仍然亟待研究。
目前，ADN中的微電網運行主要考慮自身能量平衡，通過變流器并網，以保證微電網的電壓頻率穩(wěn)定。微電網中雙向變流器的運行控制方法主要有P-Q控制、V-F控制及下垂控制，P-Q控制是指微電網控制DG單元輸出的有功功率與無功功率與其參考功率相等；V-F控制是指DG單元維持輸出的電壓與頻率不變，而輸出的有功和無功功率由負荷決定；下垂控制適用于多機組網運行的微電網變流器，可以自動實現(xiàn)有功與無功功率的精準分配。
當前，鮮有文獻研究微電網對ADN主動電壓支撐，而事實上，隨著變流器的容量逐漸增大，ADN為更好地利用微電網主動電壓支撐能力提供了可能。
為了提升系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性，本文提出了一種微電網參與的ADN電壓分區(qū)與自動控制策略。首先基于電壓靈敏度指標對ADN節(jié)點進行聚類分區(qū)，分區(qū)后，微電網應能滿足所屬區(qū)域的無功補償需求，且不影響其他區(qū)的節(jié)點電壓水平，實現(xiàn)較好的區(qū)域無功補償。當配電網內無功潮流波動引起網絡節(jié)點電壓變化時，自動電壓控制系統(tǒng)（Automatic Voltage Control, AVC）通過監(jiān)視電壓的變化，控制微電網進行無功出力以平抑電壓波動。
圖4 考慮微電網參與的AVC系統(tǒng)
圖5 基于實時分區(qū)的AVC系統(tǒng)流程
圖6 IEEE 33節(jié)點系統(tǒng)圖
結論
本文提出一種考慮微電網無功出力的ADN分區(qū)自動電壓控制策略，該策略基于V-Q靈敏度和聚類分析方法，并通過DIgSILENT/PowerFactory仿真平臺進行驗證。仿真結果表明，分區(qū)后的微電網能滿足該區(qū)的無功補償需求，且不影響其他區(qū)的節(jié)點電壓水平，可實現(xiàn)較好的區(qū)域無功補償水平，提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
本文為含微電網的ADN電壓控制提供了新的思路，所提策略可優(yōu)化微電網調度以及協(xié)調傳統(tǒng)無功補償裝置的運行，實現(xiàn)有效的ADN自動電壓控制，提升電網的安全穩(wěn)定運行水平。
