第 40 卷 第 4 期
2020 年 4 月
电 力 自 动 化 设 备
Electric Power Automation Equipment
Vol.40 No.4
Apr. 2020
弱交流/多端柔性直流混联的群岛电网
有功/无功联合优化
王晓辉
1
,李 澍
1
,钟宇军
2
,李 程
2
,陆丹丹
2
,贾 科
3
,刘 栋
4
,石 访
1
(1. 山东大学 电网智能化调度与控制教育部重点实验室,山东 济南 250061;
2. 国网浙江省电力有限公司舟山供电公司,浙江 舟山 316021;
3. 华北电力大学 新能源电力系统国家重点实验室,北京 102206;
4. 国网经济技术研究院有限公司,北京 102209)
摘要:传统群岛交流电网通常较为薄弱,面临着海底电缆充电功率较大、系统状态接近稳定极限、设备投切频
繁且使用寿命较短等多项挑战。多端柔性直流输电(VSC-MTDC)技术较适用于群岛供电场景,弱交流/多
端柔性直流混联逐步成为群岛供电的新模式。在群岛弱交流电网中,有功和无功功率的传输特性相互关联,
电压幅值差不只与无功传送有关,相角差也不仅与有功传送相关。提出一种有功/无功联合优化策略,借助
电压源换流器(VSC)调节有功功率和无功功率输出的能力,实现 VSC-MTDC 的可控输出与并列运行交流电
网中措施之间的优化协调,建立了考虑网络损耗、设备投切成本和系统稳定裕度等的多目标优化模型,并采
用遗传算法进行求解。结合群岛电网的实际运行需求,依托浙江舟山 ± 200 kV 五端柔性直流示范工程的仿
真案例,验证所提优化策略的有效性,并通过经济和稳定指标的比较,证实了有功/无功联合优化优于单一
的优化策略。
关键词:群岛电网;交直流混联电网;有功/无功联合优化;多目标优化;遗传算法;多端柔性直流
中图分类号:TM 721 文献标志码:A DOI:10.16081/j.epae.202004005
0 引言
受限于自然地理条件,传统的群岛交流电网通
常较为薄弱,在运行中面临着较为严峻的挑战,例
如:交流海底电缆的无功充电功率较大,电网结构和
运行方式的调整手段有限,系统状态接近极限,稳定
裕度较低;岛上负荷的峰谷特性明显,电网设备投切
频繁,系统损耗和设备损坏较为严重。多端柔性直
流输电(VSC-MTDC)作为新型直流输电技术,虽然
其目前仍存在容量较小、建设成本较高等限制因素,
但是与电网换相型(LCC)传统直流输电相比,其无
需交流提供电压支撑,适合接入较弱的交流电网;与
交流海底电缆相比,其没有无功充电功率问题。因
此,VSC-MTDC 较适用于负荷相对较小、电网较薄弱
的群岛特殊应用场景,构建交流/柔性直流混联的
群岛电网已逐步成为加强群岛电网结构和供电能力
的新思路
[1]
(例如浙江舟山电网已建立 ±200 kV五端
柔性直流示范工程)。同时,电压源换流器(VSC)的
可控输出特性,也为群岛电网的优化需求提供了可
行条件,借助 VSC-MTDC 实现弱交流/多端柔性直
流混联格局下群岛电网的最优运行成为可能。
在一定的约束条件下,VSC-MTDC 能够调节各
换流站中 VSC 的有功功率和无功功率输出。一方
面,交直流混联的群岛电网有别于传统直流跨区输
电。考虑到群岛较弱的网架结构,为了尽可能提高
供电可靠性,群岛间的直流与交流线路通常是并列
运行的,通过控制 VSC 与交流电网的有功功率交换,
可以间接改变系统潮流。另一方面,对于交流电网
而言,VSC-MTDC 各座换流站可被视为具备连续无
功补偿能力的系统节点,控制其无功输出有助于提
高交流系统电压运行的灵活度。此外,群岛电网的
交流电压等级普遍较低,在不满足电阻远小于电抗
的情况下,有功功率和无功功率的传输特性相互关
联,电压幅值差不只与无功传送有关,相角差也不仅
与有功传送相关。无论从安全性还是经济性的角
度,对于群岛电网均无法做到仅涉及有功或无功的
优化。若再考虑到群岛电网面临的特殊需求,群岛
电网的优化策略将明显有别于传统交直流混联电
网,呈现有功/无功耦合优化的特征。整体来看,弱
交流/多端柔性直流混联的群岛电网的最优运行,
在 VSC-MTDC 灵活输出控制的基础上,可转换为一
定约束条件下的多目标优化问题。如何联合调整
VSC-MTDC 的可控有功/无功输出,并结合交流电
网的传统优化措施,最大限度地提高系统的运行安
全性和经济性,值得深入探讨。
针对传统交流电网的运行优化,学者们已经开
展了较为深入和广泛的研究,其中仅以经济性为目
收稿日期:2019-06-09;修回日期:2020-02-10
基金项目:舟山海岛电网无功优化专题研究项目(12391723)
Project supported by the Research Program of Reactive
Power Optimization of Zhoushan Island Power Grid(1239-
1723)