© 2013唐青峰，张建华，黄林泽.由Elsevier B.V.出版.由美国应用科学研究所负责选择和/或同行评审可在www.sciencedirect.com在线获取ScienceDirectAASRI Procedia 7（2014）38 - 442013第二届AASRI电力与能源系统含分布式风能的配电网无功优化协调控制唐庆丰a，张建华a，黄林泽ba可再生能源发电系统国家重点实验室（华北电力大学），北京市昌平区，102206b中国南方电网广州供电局，广州市天河区，510075唐庆丰。联系电话：电话：15810551063邮箱：tangqingfeng523@163.com摘要分布式发电系统被认为是未来配电系统的重要组成部分。分布式发电机组的无功功率注入，被认为是一个具有成本效益的解决方案，配电系统的电压支持，节能，提高可靠性。提出了一种含分布式风能的配电网无功优化协调控制方法。优化模型中考虑了双馈感应发电机的无功容量限制。将可调补偿电容器和风电机组的无功输出/吸收问题作为约束条件，采用差分进化算法结合深度优先搜索，有效地获得最优解。该算法被应用到一个实际的测试系统和结果进行了比较和介绍。© 2014作者。出版社：Elsevier B. V.这是CC BY-NC-ND许可下的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/）。美国应用科学研究所关键词：风能，无功优化，配电系统1. 介绍分布式发电是未来电力工业的发展方向。风能是应用最广泛的清洁可再生能源。分布式风力发电机组作为分布式电源接入电网，对系统的潮流分布、电压水平和网损产生重大影响2212-6716 © 2014作者出版社：Elsevier B.诉 这是一篇基于CC BY-NC-ND许可证的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/）。美国应用科学研究所科学委员会负责的同行评审doi：10.1016/j.aasri.2014.05.026Qingfeng Tang等/ AASRI Procedia 7（2014）3839需要通过无功功率资源的适当调度来获得足够的电压稳定裕度[1]。异步风力发电机组结构简单，易于并网，但在运行状态下需要从系统中吸收无功功率，没有励磁装置和调压能力[2]。目前，最常用的技术是双馈感应发电机（DFIG），它能够提供无功功率支持。在双馈风力发电机作者在文献[3]中提出了一种风力发电机控制策略，其中网侧和转子侧变流器互为备用。在文献[4]中，提出了一种考虑网侧变流器无功功率限制的双馈风力发电机系统无功功率限制计算方法，并利用双馈风力发电机风电场进行无功补偿。[5]着重于将双馈风力发电机组的无功功率容量直接纳入优化公式中，并提出了风电机组和输电系统设备的多目标无功规划策略。本文重点研究了分布式风电场、异步风力发电机组、可调补偿电容器和双馈风力发电机（DFIG）技术的分布式系统的无功优化问题，并考虑了变流器的无功容量。命名法UstecsIeSRsxsxmPs Qs转子侧电压定子侧电流定子电阻转子侧漏抗励磁电抗科索RRRXRS功率因数转子电流转子侧电阻转子侧漏抗转差率定子侧Pr Qr 转子侧QG DFIG向系统发射的无功功率QAsy 异步WTPcPX1QC GSC从系统异步WT有功功率输出定子漏抗V异步WTx2转子漏抗2. 风力发电机组2.1 变速恒频风力发电机双馈风力发电机有两组绕组，包括转子绕组和定子绕组。定子绕组通过网侧变流器GSC直接与电网相连。直流侧电压由GSC控制，功率因数根据电网需求进行调节。当转子和定子产生有功功率和感应无功功率进入电网时，该值设置为正值。然后，由DFIG注入到系统的功率可以写为：P Ps PrQe Qs Qr（一）（二）双馈发电机有两种主要的工作方式：恒功率和恒电压。WhenereQr c可以忽略，那么我们有QeQs。当风电机组定子侧电压一定时，其无功调节范围受定、转子绕组热极限电流的影响，转换器的最大电流。 变换器的最大电流是主要的影响因素。转子40Qingfeng Tang等/ AASRI Procedia 7（2014）38Ustec2S3U2S3U2SRMaxXXP Q CUP x电流范围由转换器电流范围确定。设最大转换器电流为I，通常为额定电流的150%[6]，则我们有：P2 （Q（33）s s2党卫军定子侧无功功率范围可由（3）获得：QsminQsmax 2Xs 2Xs（43）2.2 GSC无功功率限值GSC的实质是一种电压型PWM整流器，其交流侧具有独特的可控电流源特性，可以四象限运行GSC通常在单位功率因数条件下运行，如果P c Q c 为系统输入的GSC有功功率和无功功率，则Qc 0，GSC只需考虑双馈风力发电机的最大转差有功功率根据风电系统最大滑差有功功率来设计GSC的功率大小，并考虑了线路损耗和断路器损耗。若Pcmax为GSC的最大有功功率，则其发射或吸收的无功功率按式（5）-（6）计算：QcminQcmax2 2 2C C Cmax（53（63）2.3 异步风力机模型异步WT系统的有功-无功功率关系如（7）V2QAsyf（V）M第二章V44P2×22x（七）其中，P为有功功率输出，V为输出电压，xx1x2。3. 含分布式风电机组的配电网无功优化模型3.1 数学模型无功优化模型的目标是降低系统的网损，无功优化定义为通过控制多个控制变量使系统的无功损耗最小化：24最小Q损失第一章1（八）Ustec2 x2 I2S MRMax（2XmU3XSrmaxsI）2个P2S（2XmU3XSrmaxsI）2个P2SP2Cmax [s/（1MECP2Cmax [s/（1MECQingfeng Tang等/ AASRI Procedia 7（2014）3841我我h（u，x），k$1，2，.，nS. t. g（u，x），k$1，2，.，n（九）其中h为等式约束，即潮流方程，g为不等式约束，包括支路功率约束、节点电压约束和控制变量的上下限;u和x分别代表控制变量和状态变量3.2 基于深度搜索的配电网潮流模型基于深度搜索的潮流计算方法的优点在于可以忽略辐射状拓扑中的具体网络，只需要知道节点结构和支路结构的基本信息。本文选取电压偏差作为潮流计算的终止条件max（UjUj 1）（十）其中，λ是常数，λ=10- 5。然后根据电平属性分段计算非端节点的注入电流，更多细节见[7]。节点属性包括：infi {i，pi，qi，l，lmax，a}（十一）其中i是节点编号，pi 是节点有功功率，qi为节点无功功率，l为层级数，lmax 是最大层次数，a是节点类型。3.3 基于差分进化算法的求解过程经典的差异进化包括两个阶段：初始化和进化。生成一个初始种群P0.然后P0演变为P1，P1演变为P2，很满足在从Pn进化到Pn≠1的过程中，依次执行差分变异、交叉和选择三种进化操作。Q损耗图1分布式风电无功优化协调控制方法终止条件：当Q损耗 小于阈值，算法终止。 整个解程序如图1所示。无功损耗的阈值采用无功功率变换时网络的平均无功损耗，考虑到不能满足终止条件，设置最大迭代次数以避免死循环，最大迭代次数为500次。42Qingfeng Tang等/ AASRI Procedia 7（2014）384. 配电网4.1 分配的存取形式本文选择了一个配电系统作为测试案例，母线电压为1.05（p.u.），参考功率为100 MVA，参考电压为10 KV。所选网络为放射状拓扑，包括三条包含424个节点，其中线路1有224个节点，线路2有119个节点，线路3有81个节点。共有6个接入点，均位于边界节点，如表1所示。由于WT输出功率波动较大，在给定风速随机的情况下，根据风电功率特性曲线来保证WT的输出。表1. WT接入点DFIG接入点组合接入点线1091391232239235535934.2 含分布式风能的配电网无功优化协调控制1 ~ 244节点属于1号线，225-343属于2号线，344-424属于3号线，图2（a）为不含分布式风能的全网电压水平，图2（b）为无功优化后的节点电压状态。10.980.960.940.920.9225 3441.0151.011.00510.9950.990.9850.980.9750 50 100 150 200 250 300 350 400 450图2（a）无分布式风能的电压水平图2（b）无分布式风能的电压水平由上图可知，在无功补偿和风能接入的情况下，1号线节点电压处于较低状态，2号线和3号线节点电压同时较高。考虑风电机组无功功率限制的无功优化效率如图所示。（3）-（5），左边是优化前的接入点电压状态，右边是优化后。0.960.940.920.90.880.860 5 10 15 20251.0210.980.960.940.920.90 5 10 15 20 25图3节点109Qingfeng Tang等/ AASRI Procedia 7（2014）3843十一点零五0.99510.990.9950.9850.990.980.9850.9750 5 10 15 20250.980 5 10 15 20 25图4节点23210.9980.9960.9941.0151.011.00510.9920.9950.990 5 10 15 20250.990 5 10 15 20 25图5节点3551号线节点电压水平明显上升，所有低电压节点的电压上升均在允许范围内。图（3）-（5）示出了在接入WT和接入前一天之间24小时内的电压变化。在WT存取之后，全部存取点的电压改善，其中节点109是最重要的。可调补偿电容器投切时刻优化结果如表2所示，总无功损耗由1.951MWh降低到1.678MWh。表2.可调补偿电容器可调补偿电容器接入点线合闸时间关断11391513223927153359310225. 结论提出了一种考虑双馈发电机无功容量和异步风电机组的配电网无功优化方法。本文着重分析了双馈风力发电机的无功能力，包括GSC的无功功率限制。确认本工作得到了国家自然科学基金（51277067）的资助引用[1] Alizadeh Mousavi O，Bozorg M，Cherkaoui R.提高电压稳定裕度的预防性无功管理[J].电力系统研究，2013，96：36-46.44Qingfeng Tang等/ AASRI Procedia 7（2014）38[2] 陈健，陈宏，段晓.风电并网系统多时段动态最优潮流[J].中国电机工程学会学报，2006，26（3）：31.[3] 贾军，刘军，张勇.双馈感应风力发电系统无功优化控制新策略[J].中国电机工程学报，2010，30：015.[4] 郎永庆，张晓刚，徐德刚，等。双馈异步风力发电机无功功率分析与控制[C]。中国电机工程学会学报2007，27（9）：77-82.[5] 放大图片作者：Alonso M，Amaris H，Alvarez-Ortega C.含风力发电的电网无功规划多目标方法[J].可再生能源，2012，37（1）：180-191.[6] 沈宏，王文生，戴海中.变速恒频风力发电机的无功功率极限[J][J].电力系统技术，2003，11[7] 陆晓琴，吴春宁。含分布式电源配电网潮流计算的改进方法[J].电力系统保护与控制，2012，40（21）：48-51.
