主动配电网分布式优化运行与控制技术研究

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在“30·60”目标的推动下,我国正经历着能源结构的深刻转型,以风电、光伏等为代表的分布式电源规模化接入配电网,使配电网的系统结构与运营主体日趋复杂,并逐渐演变成为具备灵活功率调节与主动响应能力的主动配电网。在此背景下,集中式调控方法通信要求高、鲁棒性差等弊端日益凸显,已无法满足配电网的安全稳定运行需求。分布式调控无需调控中枢协调,通过局部通信和并行计算克服了集中式调控在计算及通信效率方面的瓶颈,对分布式电源的规模化接入具有更强的适应性,为提升主动配电网安全经济运行水平提供了新的思路。然而,随着主动配电网系统资源的日益丰富,其运行特性正变得愈发复杂,同时,各类分布式电源突出的不确定性也为主动配电网在各级调控尺度的可靠运行带来了严峻挑战。因此,面向分布式电源规模化接入背景及新型负荷终端接入趋势,开展主动配电网分布式优化运行与控制技术的研究,对于提升主动配电网分布式电源消纳能力和安全经济运行水平具有重要意义。本文的主要研究内容如下:(1)针对主动配电网分布式优化调控架构问题,建立了面向主动配电网分布式优化运行与控制关键问题的调控体系框架。首先对主动配电网分布式优化运行与控制需解决的关键问题进行分析,建立主动配电网分布式优化调控体系框架。在此基础上,针对面向主动配电网的微型综合能源系统自调度问题,提出计及能源枢纽运营商对调控资源统筹协调的微型综合能源系统自调度架构;针对主动配电网分布式优化运行问题,基于电网分区建立主动配电网区域自治、区间协调的分布式优化运行架构;针对主动配电网子区域分布式优化控制问题,基于多智能体理论建立面向主动配电网子区内部调控单元协同控制的分布式调控架构。上述调控体系的提出将为主动配电网分布式优化运行与控制提供调控框架与运营体系基础。(2)针对面向主动配电网的微型能源系统自调度问题,提出了一种计及先进绝热压缩空气储能热电联储联供特性的微型综合能源系统自调度运行策略。首先,对包含先进绝热压缩空气储能的典型微型综合系统进行了系统结构与运行原理分析,建立了先进绝热压缩空气储能参与热电联储联供的调度模型。在此基础上,计及先进绝热压缩空气储能与小型热电联产机组、小型柴油机等调度资源的协调互补作用,提出了面向能源枢纽运营商利润最大化的微型综合能源系统自调度策略。最后,通过算例仿真验证了所提调度策略对含先进绝热压缩空气储能的微型综合能源系统运行经济性、灵活性及可再生能源消纳能力的提升作用。(3)针对主动配电网分布式优化运行问题,提出了一种基于自适应步长交替方向乘子法的主动配电网分布式优化调度策略。首先,建立基于改进不确定性边界的主动配电网可调鲁棒调度模型,并提出鲁棒调度模型保守性参数的优化方法,在维持调度策略鲁棒性的前提下进一步提升其经济性。在此基础上,面向基于电网分区的主动配电网分布式优化运行架构,构建了基于自适应步长交替方向乘子法的主动配电网分布式鲁棒优化调度模型,并通过算例仿真实现了分布式鲁棒调度模型的高效求解。仿真结果验证了所提分布式优化调度策略及鲁棒调度模型保守性参数优化方法的有效性。(4)针对主动配电网子区域的分布式优化控制问题,提出了一种考虑事件触发机制的主动配电网子区域分布式优化控制策略。首先,面向主动配电网子区域的实时功率平衡运行需求,提出基于一致性算法的有功、无功分布式协调控制策略,在主动配电网子区域的调控单元间实现有功功率的经济分配及无功功率的比例分配。在此基础上,设计调控单元之间信息通信的事件触发机制,该事件触发机制可在系统受到扰动时实现调控单元的有效信息交互并削减系统稳定运行时的冗余通信。最后,采用算例仿真验证了所提控制策略及事件触发机制的有效性。
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