主動配電網背景下無功電壓控制方法

殷玉萍

【摘 要】經濟在快速的發展，社會在不斷的進步，為適應高滲透率、大規模分布式電源的接入，主動配電網成為當前及未來智能電網研究的趨勢。文中綜述了主動配電網背景下分布式電源接入、需求側管理和拓撲結構等因素對配電網電壓分布和電壓穩定性的影響;從集中控制和分散控制兩個方面總結了主動配電網的無功電壓控制方法。結合當前研究現狀的分析，總結了各種因素影響下主動配電網的無功電壓控制研究中存在的一些問題和不足，指出了主動配電網無功電壓控制研究中亟待解決的幾個問題。

【關鍵詞】分布式電源;主動配電網;無功功率;電壓;需求側管理

引言

由于社會經濟快速發展，所引發的用電需求量過大，對電網的建設和發展帶來了較大的影響。電網系統超負荷運行已經成為常見現象，對電力系統的供電服務水平帶來一定的威脅，在這種發展形勢下，電力企業要想獲得全面發展就必須有能力應對新的用電需求，加大對電網建設的投入力度，尤其是針對配電網的發展空間進行有效利用。針對主動配電網的研究與應用已經成為當前電力企業發展的必然趨勢。

1無功電壓控制的特征

在電網配電輸送過程中，電壓質量是否穩定、是否能夠平穩地安全運行，直接影響整體電網系統運行效率。一方面是緊密影響其電力的有效輸送數量，一方面則是在輸送過程中受地區地域、氣候等因素的影響，電網在輸送過程中會有相當一部分電能損耗。因此，在現行電網運行的基礎上，通過不斷反復試驗和實地求證，提出了無功電壓控制方式。在方式推廣使用過程中，因其自身所具有的覆蓋面積廣、電量儲存量、高維度的特點，逐步適應并發展成為在配電網絡運行中具有改善電力配送環境、提高電力輸送效率、安全性能綜合提高的多功能方式方法，被各大輸電機構所采納。在實際運用過程中，通過不斷反復理解和操作，總結了以下四個方面的特征。第一，電力使用范圍相對廣泛，已達到只有有人居住的地方就會有電能的配送。通過對省、市、縣三級地區的電力分布及控制，形成有效的協調統籌。也可以針對各地區范圍的用電及配電特性，進行獨立的區域優化控制，從而針對實際情況做到物盡其用，進一步提高用電成效。第二，通過對整個電力系統設備的協調統籌、優化調控，對配網小火電、風電機組、SVC等無功電源設備的設備運行屬性實現最優化配置，從而進一步提高電力配送的整體效率。第三，無功電壓控制在配電網絡運行過程中安全可靠性較高。一方面，日常設備運行時可通過主站服務器對全網進行優化配置和精準計算，快速提供高效實時數據;一方面，在發生故障和問題時，可以通過區域化集成計算查找本區域的問題故障點，進而優化完善故障區域的計算。第四，實現設備與電網的雙向互動控制。一方面，通過電網運行數據計算對區域內出現的故障和問題進行設備重啟和自動修復，另一方面可以通過設備的有效調節，針對不同地域的電壓承受能力，對配電網絡實施有效的電壓調節，以確保整體電網系統運行安全可靠。

2主動配電網背景下無功電壓控制方法

2.1加裝分布式儲能裝置

儲能裝置已被視為電網運行過程中“采-發-輸-配-用-儲”六大環節中的重要組成部分。儲能技術是解決可再生能源隨機性、波動性的有效途徑，有利于可再生能源平滑輸出，改善可再生能源引起的電網電壓、頻率及相位變化，并緩解電網調峰壓力。此外，在電網發生故障或DG帶負荷形成孤島期間，儲能系統能夠為DG提供必要的無功支撐作為DG無功調節的輔助控制，使DG接入端端電壓處于合理的運行水平。目前應用到DG的儲能方式有：以超級電容器、蓄電池儲能為代表的電化學儲能;以飛輪儲能為代表的物理儲能;以超導電磁儲能為代表的電磁儲能三大類。超級電容器儲能容量大，投資少，技術成熟;蓄電池儲能容量大，能量密度高，兩者均能制成容量很大的儲能系統，但與飛輪和超導儲能相比，響應時間較長。飛輪和超導儲能具有能量密度高、壽命長、效率高、響應快的優點，技術上可做成很大容量。相關文獻根據各種儲能方式的特點和應用場合，將上述儲能技術應用到含有DG的配電網中。建立了用于獨立光伏發電的超級電容器儲能系統模型，指出在光伏發電系統受到光照及負載變化時，儲能系統能夠有效穩定光伏系統輸出電壓。利用飛輪儲能裝置充當孤島型風力發電系統的電能調節器和儲存器，有效地改善了電能質量。為了充分發揮各種儲能技術的優點，使其優勢互補，相關學者對復合儲能系統進行了研究。結合超導儲能裝置和蓄電池儲能的優點構成復合儲能系統抑制分布式電源產生的功率波動，能改善分布式發電系統的電能質量，提高并網穩定性。此外，當前國內外對儲能在ADN中應用的邊界條件及投資效益評估等方面的研究還欠深入。

2.2基于電網設備的調壓措施

總結分析電網設備的調壓手段，主要有加裝分布式儲能裝置、調節變壓器分接頭和分布式發電機組調壓方式等，本文就針對加裝分布式儲能裝置的調壓措施進行闡述：該項調壓措施的應用主要是依據儲能裝置的儲能技術，在配電網運行的過程中，可以通過其自身的儲能技術，實現對可再生資源的合理利用與輸出，全面提升可再生資源的利用率。在針對配電網的運行特點進行分析之后，可以利用儲能技術實現對電網電壓和頻率的有效調整，從而改善配電網的運行壓力。另外，當電網發生故障時，儲能技術還可以為電源接入方式和電網運行提供相應的無功補償支持，使其實現對無功電壓的有效調節，進而保證配電網的電壓始終處于平穩運行的狀態，為配電網的安全穩定運行提供保障。

2.3對DG的協調控制

由于有大量DG接入，調動其中具有調節能力的DG參與集中控制也將是ADN調壓的核心手段。針對光伏電源接入配電網的情況提出了一種優化控制策略來管理光伏的無功功率，利用線路的節點電壓水平通過矩陣計算和最優潮流得到各光伏電站的無功出力最優定值，以改善中低壓配電網電壓質量。進一步考慮各DG之間無功功率的公平分配問題，定義了DG無功出力與有功出力的比值tanφ作為衡量無功出力的指標，在滿足電壓約束的條件下以網損和調節代價的綜合最小值為目標函數，對DG的無功出力和OLTC進行協同控制。建立了一種ADN的集中無功優化模型，考慮了ADN中各種主動管理措施，包括DG的無功調節、配電網絡重構等，并在模型中加入了變壓器損耗，考慮了不同措施之間的優先次序，使得其模型更具實際意義。然而，由于DG的隨機性、不確定性會造成無功補償裝置的頻繁投切，設備運行成本也會相應增加，為此，把變壓器分接頭操作次數、電容器投切次數歸入到目標函數中進行統籌控制。

結語

綜上所述，能源問題伴隨著社會變革的快速發展，現階段已從傳統能源的布局使用狀況向新型能源的推廣方向發展，大量新能源、新技術得以在社會發展中充分利用。雖然近些年加快了高效、節能能源的開發力度，并取得了一定成果，但是從能源發展全局來看，不可再生能源的使用仍然是能源主力。因此，要改變現有能源使用布局，進一步加大對電力等清潔能源的使用建設力度。針對電力具有高效、清潔、使用范圍廣等特點，加強電力能源應用建設。通過積極使用和推廣主動配電網背景下的無功電壓控制方法，提高電力配送質量和居民對電力能源使用的覆蓋率，積極改善現有能源的布局。

參考文獻：

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[2]張 勇，陳 旭，張勇軍，等.主動配電網背景下無功電壓控制方法研究綜述[C].陜西省電網節能與電能質量技術學會2015學術交流會論文集，2015：171-178.

（作者單位：國網太原供電公司）