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在上述分层分布式优化调度策略中,本文采用了基于分析目标级联的分布式优化方法,从而将交直流混合配电网的优化调度问题分解到交流配电网区域和直流配电网区域分别进行求解,见图4。
图4 交直流混合配电网的优化调度问题分解
3.2 交直流混合配电网的协调控制策略
多端柔性直流配电网将是构建交直流混合配电网的重要组成部分,其可靠的协调控制策略是交直流混合配电网能够正常运行的重要保障。多端柔性直流配电网的运行控制通常采用分层的形式,分为系统级控制以及换流站级控制,其中系统级控制实现直流电网的功率平衡和电压稳定,换流站级控制实现各个换流站快速跟随上级运行指令,并调整其运行点。系统级控制、换流站级控制与3.1节所述调度级控制共同构成了交直流混合配电网的调度控制系统,见图5。
对于系统级控制,可进一步分为一次和二次控制层。其中二次控制层通过快速优化控制,可消除一次控制误差,实现多端柔性直流系统的优化运行。加入二次控制层,还可以为系统级控制带来诸多好处,例如,可通过二次优化控制为系统级一次协调控制提供参考;或在二次控制层中通过N-1校核等手段提高系统运行的可靠性。系统级一次控制常通过设定各个换流站之间的控制模式实现,包括主从控制、电压偏差控制和下垂控制等。其中电压偏差控制模式以及下垂控制模式由于具有更高的可靠性和更宽的系统运行范围,因此更受到认可。相关研究多集中在对上述几种控制模式的改进,以获得更好的协调控制效果,研究思路包括将不同的控制模式加以结合,从而在系统运行点改变时选择合适的协调模式;或通过附加控制环以自适应地修正协调控制参数,从而获得更优的控制效果等。
对于换流站级控制,矢量控制是目前最常用的控制形式,通过坐标变换将abc坐标系转换至旋转的dq坐标系,从而实现对有功功率和无功功率的直接控制。最常见的矢量控制形式利用比例—积分(proportional-integral,PI)控制器进行设计。这种形式的控制器可能存在因运行点大范围变化而使控制效果变差的问题,因此,很多学者在其基础上进行了改进,以改善其控制效果。
本文研究了多端柔性直流系统的分散非线性控制策略,其“分散”的特性可以保证各换流站在较少通信的条件下仍可以自主协调运行,而“非线性”的特性可以保证在运行点大范围变化的条件下仍具有良好的控制性能,从而能够融合多端柔性直流系统的系统级一次控制和换流站级控制目标,获得更优的协调控制效果。
在交直流混合配电网中,间歇式分布式电源和负荷的功率波动会导致系统运行点在较大的范围内发生变化,也给多端柔性直流配电网的控制的鲁棒性和有效性提出了更高的要求。针对相关问题,有学者提出了“鲁棒优化”等新兴优化思想,其特点是可以保证运行点波动时结果的可行性和最优性,相关研究可为系统级二次控制层提供借鉴。此外,可进一步探索针对多端柔性直流系统的分散非线性控制方法,融合系统级一次控制与换流站级控制的功能,使多个换流站在分散、少通信的情况下,利用非线性控制保证在运行点大范围变化的情况下仍具有良好的控制效果。上述角度将是多端柔性直流配电网协调控制层面需持续研究的问题,其结构见图7。
图7 多端柔性直流配电网协调控制策略展望
4 交直流混合配电网经济性评估
经济性评估环节,是减少和避免交直流混合配电网建设项目决策失误并提高项目经济效益的重要手段。
传统的交直流混合经济性评估方法主要包括确定性评估方法及不确定性评估方法。确定性评估方法主要包括静态评估法和动态评估法:静态评估法在评价工程项目投资的经济效果时,不考虑资金的时间价值,比较简单直观,但也未考虑工程项目在使用期内收益和费用的变化及各方案使用寿命的差异;动态评估法考虑了资金的时间因素,比较符合资金的动态规律,因而给出的经济性评价更符合实际,主要包括净现值法、内部收益率法、动态投资回收期法和费用现值比较法。
在交直流混合配电网经济性评估中,可以采用静态评估对交直流混合配电网的经济性进行初步预估计,但其结果不能用于实际论证。动态评价法虽然考虑了资金的时间价值,但交直流混合配电网中技术经济变量的不确定性较大,动态评估法也不能保证评估结果的准确性。
不确定性评估方法主要包括盈亏平衡分析和基于区间的经济评价算法。盈亏平衡分析用来研究项目的产品产量与项目的成本及收入之间关系,进而确定项目的盈亏平衡分析。盈亏平衡分析针对当某一参数或原始数据完全无法确定时,通过分析该参数的取值范围,以确定该参数在什么范围内方案是经济可取的,在什么范围内方案是不经济的。基于区间的经济评价算法对现金流、利率和生命期等概念加以扩展,使之不再是一个确定的数值,而是一个区间数,进而基于区间分析对项目进行经济性评价。
在交直流混合配电网经济性评估中,基于区间的分析方法具有简单易行且能较好处理不确定性信息的特点,比较适合于不确定性经济评价。但是该方法虽然在一定程度上考虑了技术经济变量的不确定性,但是提供的评估结果是一个区间数,并不能提供区间上的概率分布信息。
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