東南大學(xué) 竇曉波：分布式光伏規(guī)模化接入后的中低壓配電網(wǎng)電壓控制

分布式光伏規(guī)?；尤牒蟮闹械蛪号潆娋W(wǎng)電壓控制東南大學(xué)竇曉波2024年5月西安目目錄2控制策略3工程應(yīng)用4總結(jié)展望分布式光伏大規(guī)模接入配電網(wǎng)的現(xiàn)狀分布式光伏大規(guī)模接入配電網(wǎng)的現(xiàn)狀分布式光伏呈現(xiàn)“裝機規(guī)模高速發(fā)展”和“低壓并網(wǎng)比重提升”的特點。截至2024年3月底，全國分布式光伏裝機容量突破2.8億千瓦，約占全部光伏發(fā)電并網(wǎng)裝機容量的42.5%;2024年第一季度全國光伏新增并網(wǎng)4574萬千瓦，同比增長36%,其中，分布式光伏2380萬千瓦，同比增長31.3%。山東、河南、浙江、江蘇、河北五省分布式光伏累計容量突破2000萬千瓦。裝機總量(億千瓦)裝機總量(億千瓦)00山東河南浙江山東河南浙江江蘇河北安徽a.電壓越限突出b.電壓多點峰化c.頻帶特征復(fù)雜主網(wǎng)電壓4電壓上限④負荷+變壓器+電容器+光伏一-③負荷+變壓器+電容器--·①僅有負荷饋線長度壓產(chǎn)生疊加影響。中低壓配電網(wǎng)電壓控制面臨的挑戰(zhàn)中低壓配電網(wǎng)電壓控制面臨的挑戰(zhàn)1234電壓機理復(fù)雜：呈現(xiàn)高維非線性、分布分散、時變性強等特征；電控制對象復(fù)雜：調(diào)節(jié)資源種類多、離散連續(xù)混雜，時序配合難；無解決中低壓配電網(wǎng)電壓問題的主要手段a.前期規(guī)劃：選擇合適的接入點、控制單點接入容量b.建設(shè)過程：同步配置電抗器、儲能、消納設(shè)備、轉(zhuǎn)供設(shè)備，甚至進行設(shè)備更換、網(wǎng)架升級c.并網(wǎng)之后：根據(jù)電網(wǎng)狀態(tài)對分布式光伏進行并網(wǎng)功率控制本次匯報重點目目錄3工程應(yīng)用4總結(jié)展望臺區(qū)臺區(qū)層級：有限量測條件下，提升臺區(qū)自治電壓控制能力臺區(qū)設(shè)備層級：加強對系統(tǒng)感知，提升逆變器并網(wǎng)功率調(diào)節(jié)能力PAA光照2在天氣變化時保持最大有功功率電效益。由于參考指令或備用限制，逆變器被要求以某個功率限制值輸出。XpmACA→B→C光伏功率基本調(diào)節(jié)方法光伏功率基本調(diào)節(jié)方法功率協(xié)調(diào)控制功率因數(shù)控制下垂控制功率協(xié)調(diào)控制V1VVmmVaV以光伏并網(wǎng)有功為控制輸入量，調(diào)節(jié)無功控制功率因數(shù)。單機無功以并網(wǎng)點電壓作為參考，實以并網(wǎng)點電壓作為參考，實現(xiàn)逆變器有功無功協(xié)同調(diào)節(jié)。場景變化以并網(wǎng)點電壓作為控制輸入量，實現(xiàn)逆變器無功調(diào)節(jié)。多機配合針對低壓臺區(qū)存在高阻特性，傳統(tǒng)下垂存在穩(wěn)態(tài)電壓偏差以及無功分配不精確的問題，并考慮系統(tǒng)安全穩(wěn)定約束，通過改進下垂曲線提升控制性能。功率損耗電壓偏差>約束集△e 功率協(xié)調(diào)控制的改進針對光伏晝夜出力差異特性導(dǎo)致不同電壓越限問題，設(shè)計不同場景下有功無功協(xié)同配合的自適應(yīng)功率控制策略。判據(jù)upcc<upc判據(jù)upcc<upc,minorupee>upcc,max適用場景白晝電壓越上限電壓越上限，無功容量電壓不越限不參與控制電壓越下限夜間夜間技術(shù)路線臺區(qū)層級技術(shù)路線臺區(qū)自治運行收臺區(qū)調(diào)節(jié)能力受限時收多臺區(qū)“協(xié)同”控制臺區(qū)臺區(qū)臺區(qū)控制手段多臺區(qū)集中訓(xùn)練-臺區(qū)臺區(qū)臺區(qū)實時量測缺失、拓撲參數(shù)不明等問題導(dǎo)致臺區(qū)物理模型難以建立，因此基于靈敏度表征節(jié)點電壓/線損與功率之間的線性關(guān)系，將復(fù)雜的非線性問題進行線性轉(zhuǎn)化。十直接計算調(diào)節(jié)量行最小調(diào)節(jié)量優(yōu)化線損靈敏度電壓靈敏度有功/無功電壓靈敏度②②方法感知得到電壓/線損-功率靈敏度。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)單臺區(qū)調(diào)節(jié)能力有限時，可通過聯(lián)邦強化學(xué)習(xí)的方法：離線集中訓(xùn)練，在線分散調(diào)控，通過多臺區(qū)協(xié)同優(yōu)化臺區(qū)間的電壓分布。OoOo可控負荷可控負荷分布式儲能分布式光伏2.3.32.3.3基于聯(lián)邦強化學(xué)習(xí)的多臺區(qū)協(xié)同調(diào)壓技術(shù)馬爾科夫決策建模：→將多臺區(qū)協(xié)同電壓控制問題建模為序貫決策的數(shù)學(xué)模型臺區(qū)智能體與配電網(wǎng)環(huán)境進行時序交互交互經(jīng)驗池交互馬爾科夫決策建模：→將多臺區(qū)協(xié)同電壓控制問題建模為序貫決策的數(shù)學(xué)模型臺區(qū)智能體與配電網(wǎng)環(huán)境進行時序交互交互經(jīng)驗池交互數(shù)據(jù)存入取批量數(shù)據(jù)進行訓(xùn)練子模型本地訓(xùn)練：→朝最小化電壓偏差和線損方向更新智能體網(wǎng)絡(luò)參數(shù)取批量數(shù)據(jù)進行訓(xùn)練策略網(wǎng)絡(luò)價值網(wǎng)絡(luò)策略網(wǎng)絡(luò)價值網(wǎng)絡(luò)聯(lián)邦學(xué)習(xí)主模型聯(lián)邦平均：→將各臺區(qū)模型參數(shù)統(tǒng)一上傳聯(lián)邦學(xué)習(xí)并指導(dǎo)策略進化聯(lián)邦學(xué)習(xí)多臺區(qū)協(xié)同調(diào)控指令多臺區(qū)協(xié)同調(diào)控指令臺區(qū)電壓控制效果分析臺區(qū)電壓控制效果分析●●參與調(diào)節(jié)的臺區(qū)1申6782.3.42.3.4電壓靈敏度感知效果分析p.u/MW(a)有功-電壓靈敏度真實值節(jié)21節(jié)點(c)有功-電壓靈敏度擬合值靈敏度相對誤差為0.8%;口某臺區(qū)23個負荷節(jié)點數(shù)據(jù)未知時：擬合靈敏度與實際靈敏度平均誤差為1.96%。電壓控制的要求(b)無功-電壓靈敏度真實值p.u/Mvar(d)無功-電壓靈敏度擬合值饋線層級技術(shù)路線饋線層級變壓器變壓器一參考點設(shè)定一模型預(yù)測控制QrefVref移相器0QrefVref移相器0Vref線路上可調(diào)容量無法保持電壓不越限QVref線路上可調(diào)容量無法保持電壓不越限光伏場站參考點更新光伏場站參考點設(shè)定檔位優(yōu)化控制模型更新重新計算參考點設(shè)定檔位優(yōu)化控制基于管道基于管道MPC的饋線電壓協(xié)同控制技術(shù)饋線電壓控制過程中，通過量化分布式光伏的波動性和不確定性，將不確定性引起的電壓波動約束在特定范圍，保證強隨機性下饋線電壓合格。網(wǎng)絡(luò)輔控制器…網(wǎng)絡(luò)輔控制器管道模型管道模型2軌跡基于管道MPC的控制器設(shè)計基于管道MPC的控制器設(shè)計輔控制器：輔控制器：輔控制目標(biāo)：主控制目標(biāo)：輔控制目標(biāo)：約束條件：約束條件：約束條件：約束條件：針對配電網(wǎng)不同運行點保持控制目標(biāo)在管道半徑內(nèi)波動，抑制導(dǎo)針對配電網(wǎng)不同運行點誤差集合：2.4.12.4.1基于管道MPC的饋線電壓協(xié)同控制技術(shù)光伏產(chǎn)生20~80%額定容量的有功功率波動，對比不同算法的控制效果。busl甲6978buslbus2bus312456bus!bus2bus3bus41十2456抑制效果更好?；诨ヂ?lián)設(shè)備的應(yīng)用場景“源”充足光伏場站電容器組電容器組變壓器變壓器400V柔性互聯(lián)裝置“荷”充足移相變壓器移相變壓器>控制電壓與相角擋位>在電壓Us上疊加一個>在電壓Us上疊加一個幅值和相位可調(diào)的補償電壓.U>實現(xiàn)互聯(lián)系統(tǒng)間功率交換為另一側(cè)提供電壓和頻率支撐基于移相變壓器的饋線電壓控制基于移相變壓器的饋線電壓控制以成本較低的移相器為例，控制節(jié)點電壓幅值和相角差在正常范圍之內(nèi)，但分檔控制方式無法實現(xiàn)電壓的精準控制。@96857968572.控制光伏出力實2.控制光伏出力實現(xiàn)電壓精準控制無功傳輸功率無功傳輸功率變換裝置串聯(lián)變壓器>>有功傳輸功率控制流程 控制流程 仿真結(jié)果T相角5電E0QT相角5電E0QU+數(shù)據(jù)獲取光伏無功補償N投/切擋位CBr滿足U約束?增/減j擋位移相器電壓電壓控制對比不同策略下的18號節(jié)點電壓控制情況。&精度最高e電壓幅值(p.u.)2.4.5饋線快速協(xié)同控制機制配自系統(tǒng)配自系統(tǒng)融合融合融合終端里登里光伏場站光伏場站光伏場站分散用配電臺區(qū)#1配電臺區(qū)#分散用配電臺區(qū)#1配電臺區(qū)#N配電臺區(qū)#2系統(tǒng)層級系統(tǒng)層級主配臺一體化電壓控制日前日前日內(nèi)移相器配電網(wǎng)移相器電容電電容電心十控制時間分鐘級控制時間秒級分鐘級基于改進目標(biāo)級聯(lián)分析的主配臺協(xié)同優(yōu)化效模型將臺區(qū)作為可調(diào)優(yōu)化二次項近似二次項近似上一次迭代獲得的耦合變量值上一次迭代獲得的耦合變量值配網(wǎng)1配網(wǎng)2基于改進目標(biāo)級聯(lián)法的主配臺協(xié)同優(yōu)化基于改進目標(biāo)級聯(lián)法的主配臺協(xié)同優(yōu)化日前協(xié)同優(yōu)化日前協(xié)同優(yōu)化s16日前一體化優(yōu)化前后配電網(wǎng)電壓日前一體化優(yōu)化前后配電網(wǎng)電壓1電壓合格率/%最高電壓/p.u一天配電網(wǎng)總網(wǎng)損降低16.39%,電壓合格率達99.98%。通過日前調(diào)控，在保證配電網(wǎng)電壓合格率的前提降低了網(wǎng)損。最大出力為153.70kW,日內(nèi)實際最大出力為197.91kW。(誤差接近30%)日內(nèi)光伏出力XXH11111mm11時間節(jié)點時間節(jié)點時間節(jié)點負荷節(jié)點負荷節(jié)點。。負荷節(jié)點日內(nèi)優(yōu)化前后配電網(wǎng)電壓目錄目錄3工程應(yīng)用4總結(jié)展望配臺協(xié)同無功優(yōu)化與配臺協(xié)同無功優(yōu)化與電壓控制功能模塊調(diào)控云云調(diào)控云云指令互聯(lián)云邊電氣連接電氣連接協(xié)同控制終端協(xié)同電壓協(xié)同控制終端協(xié)同電壓控制APP自主電壓公變信息連接自主電壓控制APP控制APP公變控制APP數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)臺區(qū)臺區(qū)臺區(qū)臺區(qū)臺區(qū)樣機參數(shù)樣機硬件結(jié)構(gòu)樣機參數(shù)樣機硬件結(jié)構(gòu)交流電壓：220/380Vac光伏逆變器樣機在不同場景下，通過有功無功精確協(xié)同配合，實現(xiàn)自適應(yīng)控制策略，充光伏逆變器樣機在不同場景下，通過有功無功精確協(xié)同配合，實現(xiàn)自適應(yīng)控制策略，充分利用逆變器空閑容量，為系統(tǒng)提供動態(tài)無功調(diào)節(jié)能力。工作環(huán)境溫度范圍：-25-60℃3.33.3分布式光伏信息接入與輕量化決策終端信息表RS485統(tǒng)一通訊協(xié)議傳諭a選口供電方式：220VAC(線路供)、口具備通信報文過路功能，同時實初理治接統(tǒng)一物模型口輕量化決策功能：根據(jù)并網(wǎng)點電壓和臺區(qū)運行狀態(tài)，下發(fā)光伏逆變器功率調(diào)節(jié)指令?，F(xiàn)場應(yīng)用現(xiàn)場應(yīng)用調(diào)試現(xiàn)場調(diào)試現(xiàn)場智能融合終端接入終端智能融合終端登錄終端，部署功能3.43.4臺區(qū)自主電壓控制應(yīng)用場景：漣水農(nóng)村地區(qū)分布式光伏引起臺區(qū)并網(wǎng)點電壓越限，相電壓超過240V調(diào)節(jié)方案：接入終端啟動自主電壓控制，計算無功調(diào)節(jié)實施效果：調(diào)節(jié)后電壓降低到235V以下調(diào)節(jié)方案：融合終端啟動自主電壓控制，下發(fā)無功調(diào)節(jié)指令到4臺逆變器(單臺50kW)實施效果：并網(wǎng)點電壓在5min內(nèi)從最高411V降低到390V左右2功接入應(yīng)用場景：某園區(qū)微電網(wǎng)，具備分布式光伏、儲能、電動車充電樁以及臺區(qū)智能融合終端調(diào)控方案：利用融合終端實現(xiàn)光儲充協(xié)同的臺區(qū)電壓自主控制和臺區(qū)功率平衡等自治運行策略保證臺區(qū)電壓合格率100%,平抑有功波動式光分布式儲能分布式儲能樁多種可調(diào)資源協(xié)同的臺區(qū)自治多種可調(diào)資源協(xié)同的臺區(qū)自治口臺區(qū)微電網(wǎng)多種分布式可調(diào)資源采用即插即用自注冊方式完成數(shù)據(jù)快速接入智能融合終端并實現(xiàn)多目標(biāo)自治運行口能源管理系統(tǒng)具備設(shè)備管理、數(shù)據(jù)監(jiān)視、APP管理等功能，實現(xiàn)分布式儲能優(yōu)化管控和電動汽車充放電功率優(yōu)化。智慧臺區(qū)試驗平臺s WW調(diào)