基于主从分裂的分布式输配全局潮流算法研究-北极星输配电网

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传统电网中, 输电网的能量管理(EMS)与配电网的能量管理(DMS)是分开运行的, 并由不同的运行人员独立调控。随着智能电网技术的快速发展, 输、配电网的相互作用也变得越来越显著, 传统输配割裂的能量管理模式也随之受到挑战。例如, 快速发展的分布式发电、负荷响应、电动汽车、分布式储能和配电自动化技术等, 增加了配电网的控制手段, 使得配电网运行方式呈现出更加灵活多变的趋势。这种多变的运行方式也使得配电网对输电网的影响变得更加显著。例如, 在美国加州地区, 2013年底光伏发电量已经达到1200万千瓦。随着光伏的大量接入, 美国加州的净负荷曲线在日出和日落时刻爬坡速率惊人, 3小时内负荷变化可达13000 MW之巨, 对输电网的经济调度造成挑战。而在2011年美国南加州大停电事故中, 事故时配电网恰好处于环网运行, 但是输电网安全分析程序中依然将之当成默认的辐射状运行状态, 从而导致了安全分析中的结果与输电网实际的潮流分布不符, 造成了调度员的错误操作, 使得事故扩大。由此可见, 如果缺乏对输配电网影响的合理评估, 缺乏对输配电网运行的协同管理, 电网运行的经济性、安全性就很难得到保证, 甚至可能出现十分严重的停电事故。

1.为什么要研究输配全局潮流?

众所周知, 一个实际电力系统的输、配电部分在物理上是通过变压器而紧密耦合的, 但为了方便管理, 目前的输、配电网几乎都是由不同的控制中心来进行调控。对于输电网, 通常由EMS软件进行管理, 而对于配电网, 通常由DMS软件进行管理。

潮流计算是EMS和DMS软件中的重要组成, 也是调控电网运行的必要工具。在上述管理模式下, 输、配潮流计算自然也是彼此独立的。具体来说, 计算输电网潮流时, 忽略配电网潮流细节, 仅将后者视为挂靠在输网母线上的负荷注入; 而在计算配电网潮流时, 忽略输电网潮流细节, 仅将后者视为根节点上的理想电压源。如图1所示。

这一输配割裂的潮流计算模式已延续多年。但是, 随着未来智能电网的发展, 配电网分布式电源和自动化装置的增多, 这一模式在潮流仿真时会出现问题, 尤其是在模拟分布式电源出力的间歇性变化, 模拟配电网重构等方面:

大规模分布式电源入网后, 出力的间歇性将会造成输电潮流和配电潮流在边界处的计算结果不匹配, 有明显的电压/功率偏差, 使得系统的真实状态难以通过仿真准确获知;

随着自动化装置增多, 未来配电网重构更加频繁, 甚至出现环网运行的状态, 为获得准确的潮流解, 必须为多馈线配电网指定根节点的合理参考电压, 但在输配割裂的计算模式下, 几乎无法实现这一目的;此外, 配电网中分布式电源的出力变化和有载变压器的档位调节势必对输电网的安全稳定造成影响, 而传统输配割裂的计算模式显然无法考虑这一点。而为了更好地协同输电网和配电网的发电和控制资源, 也需要进行输配全局潮流分析。

因此, 为了提供可靠有效的智能电网分析管理工具, 为输配协同能量管理技术打下牢固基础, 必须研究输配全局潮流。

图1 目前的输、配电网的管理模式和潮流计算模式

原标题：输配协同的电网能量管理技术基石——基于主从分裂的分布式输配全局潮流算法研究

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