基于分布儲能系統的有源配網功率均衡控制

吳萬軍

基于分布儲能系統的有源配網功率均衡控制

吳萬軍

國家電網山西省電力公司計量中心 山西 太原 030000

為探索適用于有源配電網的分布式儲能系統優化調度控制策略，本文分析了分布式電源，儲能系統的數學模型，建立了功率不平衡度、網損、最大供電負荷的多目標優化控制模型。通過該模型，優化分布式儲能系統充放電控制策略，實現有源配電網優化調度控制，并通過具有光伏電源、分布式儲能系統的IEEE13節點測試系統驗證了所提方法應用于有源配電網綜合調度控制的有效性和可行性。

有源配電網; 分布式儲能系統; 均衡控制

新一代電力系統的主要特征之一為可再生能源接入，而可再生能源以分布式形式接入電網可有效提高供電可靠性、降低供電成本[1-4]。然而，分布式電源在有源配網中的滲透率不斷提高也對配網的運行和調度帶來挑戰；分布式能源以單相形式接入系統加劇了配網的三相功率的不平衡度[5-7]。

隨著儲能電池、電力電子變換器成本的不斷降低，儲能系統廣泛應用于配電系統中[8,9]。儲能變換系統以小容量、分布式形式接入配網可實現配網削峰填谷、網損優化等多目標優化控制[10-13]。本文提出了利用分布式儲能系統以實現有源配網能量均衡控制。本文建立了功率不平衡的有源配網多時間尺度模型，并提出通過分布式儲能系統的充放電優化控制策略以實現有源配網功率平衡、網損等多目標優化控制。最后，通過IEEE-13節點系統測試了所提方案的可行性。

1 模型建立

1.1 分布式儲能系統

分布式儲能系統可等效為受控電流源電路，儲能系統（ESS）可向電網吸收或提供有功功率。儲能系統的模型包括儲能電池的能量平衡方程以及儲能變換器（PCS）模型，儲能電池的荷電狀態（SOC）滿足下述約束方程：

其中q為儲能變換器輸出無功功率，p為儲能變換器充放電功率。p為正時表示儲能變換器處于放電狀態；反之，則處于充電狀態。v、i分別為儲能系統相時刻輸出電壓、電流。上標、分別表征電壓相量的實部和虛部。在配網最優潮流優化模型中，ESS等效成并聯補償裝置。

1.2 光伏模型

其中為光伏系統輸出電流的共軛值，v為光伏并網逆變器時刻相輸出電壓。在配網最優潮流優化模型中，光伏系統也可等效成輸出功能恒定的并聯裝置。

1.3 三相不平衡系統模型

一般配網系統由各類串并聯裝置組成，如輸電線/電纜、變壓器、有載調壓裝置、電容器組、機械開關等。配網串聯型元器件輸出端、輸入端電壓和電流可由下述ABCD矩陣表達：

并聯型元器件包括電容器組、負荷，本文采用恒阻抗模型，即：v=Z,i,(8)

其中Z為負荷或者電容器組相阻抗（=,,）。

由KCL方程可求解出下述時刻相輸出電流平衡方程：

2 多目標優化求解算法

為實現有源配網功率平衡等多目標優化功能，本節建立了配網系統優化運行模型。

2.1 功率平衡優化

本文提出的優化模型可有效補償配網三相功率不平衡，優化目標為最小化PCC處三相功率不平衡度，該優化目標也可減少三相電流不平衡度，避免三相不平衡電流造成變壓器過流現象。三相不平衡功率滿足：

功率平衡優化目標方程為：1=Vp(14)

2.2 配網損耗優化

在本模型中，通過管理系統統一調度優化配網系統損耗。時刻，系統損耗為：

2.3 峰值負荷優化

則目標優化函數為：3=p(19)

3 仿真分析

3.1 系統描述

本文采用圖1所示的IEEE-13節點系統[14]進行仿真，該測試模型為三相功率不平衡系統，節點650為PCC點，分布式儲能系統分別安裝于節點632、節點675處，分布式儲能的相關參數如表I所示，24 h負荷信息采用文獻[15]所示的IEEE可靠性測試系統（RTS）的負荷情形；假設RTS測試系統的原始負荷數據即為峰值負荷；節點電壓的上下限定為1.07 p.u.以及0.95 p.u.。各節點均由光伏電源接入，且滲透率為20%；則光伏電源接入后，系統最大可供電符合提升了20%；24 h光照強度信息如圖2所示。

圖 1 具有光伏電源和分布式儲能的IEEE-13節點測試系統

圖 2 光照強度

3.2 仿真結果與分析

3.2.1 不平衡功率優化控制 圖3、圖4仿真了基于最小化三相功率不平衡度的電池充放電功率，基于本文提出的方法可將三相不平衡功率由186 kW優化至103 kW。

圖 3 基于三相功率不平衡優化的節點632電池充放電功率

圖 4 基于三相功率不平衡優化的節點675電池充放電功率

圖5、圖6所示的為基于最大供電負荷優化的電池充放電功率。本文提出的電池充放電優化調度可將PCC最大供電負荷由3280 kW有效降低至2905 kW。

圖 5 基于最大供電負荷優化的節點632電池充放電功率

圖 6 基于最大供電負荷優化的節點675電池充放電功率

類似地，本文測試了基于最小化網損的仿真情形。通過優化電池充放電功率，可將系統總損耗由2802 kWh降低至2357.12 kWh，改善效果較為明顯。

4 結論

本文提出了一種利用分布式儲能系統實現有源配網優化調度控制的方法。本文建立了功率不平衡有源配網多時間尺度模型，并詳述了基于PCC處功率不平衡度、網絡損耗、最大供電負荷多目標優化模型，并通過具有光伏電源、分布式儲能系統的IEEE-13節點測試系統驗證了多目標優化調度算法。由仿真結果可知，儲能電池充放電優化控制策略由電池安裝位置和優化目標共同決定的。

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Balanced Control for the Active Distribution Network Power Based on the Distributed Energy Storage System

WU Wan-jun

030000,

To explore an optimal dispatch control strategy being suitable for the distributed energy storage system of the active distribution network, the Mathematical models of distributed power and energy storage system was analyzed to establish the multi-objective optimization model including unbalanced Distribution Optimal Power Flow (DOPF), network losses and maximum power supply load and it was used to optimize the charge-discharge strategy and then the optimal dispatch control of active power distribution network was realized. IEEE-13 nodes test system with multiple solar photovoltaic power and distributed storage system verified the effectiveness and feasibility of the model for the active power distribution network integrated dispatching.

Active distributed network; distributed energy storage system; balanced control

TM762

A

1000-2324(2019)03-0482-04

10.3969/j.issn.1000-2324.2019.03.027

2018-05-10

2018-06-03

吳萬軍(1965-),男,碩士,副主任,研究方向是力系統及自動化. E-mail:xf5888@126.com