智能配电系统分区电压控制技术研究综述

智能配电系统分区电压控制技术研究综述

田野缪荣真盖帅

（国网山东省电力公司广饶县供电公司山东广饶257300）

摘要：智能配电系统正经历由系统外单一电源供电向系统内多电源分布式供电的转变。分布式电源的大规模接入，形成了智能配电系统独特的“集中-分散”供电运行方式。本文对智能配电系统分区电压控制技术进行了分析探讨，仅供参考。

关键词：微网；分布式电源；分区电压控制

一、微网分区电压控制的研究

基于微网中大量分散接入的DG进行分区电压控制已经成为了目前主流的微网分区电压控制方案。一种分层电压控制方案，一级控制为基于DG的下垂控制，二级控制为修正第一级电压调节误差的分区控制，三级控制为调节微网和外部电网功率交换的优化控制。在文献[29]中，二级控制在一级控制结束后进行，通过修正DG下垂控制的参考值，实现区域电压二次恢复，具有良好的精度。目前微网控制系统的设计方案的异同，提出了一种基于IEC62246的微网分层电压控制系统，但其分区电压控制由于DG容量的限制，在响应速度上慢于一级控制。所提的分区电压控制均是针对三相平衡电压，难以应对电压不平衡问题，针对这个问题，一种基于DG阻抗重塑技术的不平衡电压控制策略，其核心是通过建立电压控制目标和DG输出导纳之间的联系，改变负序功率在微网中线路上的流动方向，以实现降低DG出口电压不平衡度的目标，但其电压控制环节中引入了扰动变量，导致电压调节的准确性大受影响。一种对DG接入点电压进行直接控制的方法，该方法有效的解决了电压控制环节中出现扰动的问题，并且由于直接对负序电压进行补偿，控制效果非常优异，但其问题是没有考虑多个DG之间的负序无功分配问题。

综上，目前微网分区电压控制主要存在以下问题。

(1)目前的微网基于DG的分区电压控制多是在DG本地电压控制结束之后相继进行的二次电压调整，虽然将DG纳入了微网分层电压控制体系中，但是没有真正的发挥DG快速响应的特点，制约了分区电压控制对更短时间尺度电压问题的有效抑制。因而有必要研究提升分区电压控制速度的方案。

(2)分区电压控制缺少对DG治理电压不平衡功能的研究，已有的研究成果没有很好的解决负序无功在多个DG之间的分配问题，缺少合理的多DG电压不平衡治理方案。

(3)国内外学者针对微网分区电压控制的研究，没有考虑分区电压控制和微网已有的安全防御体系的配合和共存问题。在研究微网安全防御体系时，主要围绕保护和紧急控制的设计，实现故障区域快速隔离并形成区域型孤岛，而未考虑此时可能出现的复杂电压波动问题；在研究微网分区电压控制时，仅将关注点聚集在如何进一步提高电压控制的效果和快速性，而未考虑微网故障时的快速电压控制对微网保护和紧急控制的影响。微网保护和紧急控制以维持全局安全为目标，电压控制以维持局部电压为目标，两者存在“点-面”矛盾。微网的保护和紧急控制、微网电压控制之间长期割裂开来的研究现状，给微网电压控制的实用化和推广带来巨大的障碍。因而，很有必要研究将微网分区电压控制纳入到微网安全防御体系的方案。

二、主动配电网分区电压控制的研究

大量DG分散接入给ADN的电压控制带来极大的困难，目前的研究成果表明，有效的区域自治电压调节、充分发挥DG的灵活控制优势是解决这个难题的两个关键思路，对ADN进行分区电压控制尽管给中央控制系统带来了海量数据分析处理的压力，但它创造了电压弱耦合区域分散自治的局面，极大的提高了电压控制的效果。在ADN电压控制分区划分方面，不同于输电网经常使用的按照电气距离和无功耦合程度进行的电压控制分区划分方法，ADN一般按照物理结构进行分区。如针对含有多微网的ADN，提出一种分层分区电压控制方案，将每个微网作为一个电压控制分区，并在其中装设分区控制器，实现微网内部的电压控制，各个微网分区的电压控制相互解耦，由中央控制执行统一协调。文献[47]提出一种将ADN中的用户和负荷根据所在位置以及接线情况进行电压控制分区划分的方法，一般的每个ADN上的母线及其所挂DG和负荷为一个单独分区，如果某一个母线上连接的DG和负荷较少，可以将其并入临近母线的分区，最终形成各个分区的DG、负荷容量基本一致的分区方案，类似分区方案也在文献[48]提到。文献[43]提到一种在ADN馈线上按照有载调压变压器OLTC或SVR进行天然分段的电压控制分区划分方案。按照物理结构对ADN进行电压控制分区划分的方法满足分区控制的需求且可操作性强，得到了广泛应用。

对ADN进行电压控制分区后，还可利用自适应的分区合并提高ADN运行灵活性。提出一种分层分区电压控制策略，依据电压敏感系数以及DG的无功储备进行自适应分区，确保各个分区之间的低无功交换水平，实现各分区独立完成电压控制。文献[43]提出一种考虑了不同设备的特点、优先级以及局限性的通用电压控制分区划分和自适应合并的方法，适用于各种配电网拓扑。文献[43]提出的电压控制分区是固定的，避免了实时分区调整带来的复杂性，但是在相邻两个或多个分区出现类似的电压波动时，这几个分区可以自适应合并成为一个新的分区，而各个子分区的控制依然是独立的，这就将电压问题限制在ADN一个较大的分区内，仅需要对这个大分区内的设备进行控制。ADN电压控制分区的自适应合并兼具易操作性和灵活性，需要注意的主要是分区合并之后各子分区主电压调节设备的配合问题。

对DG进行灵活控制是解决ADN电压控制难题的重要手段。文献[44]的研究发现增加DG在ADN中的接入数量，并充分利用DG的无功输出能力，可以有效的抑制电压暂降程度。通过在ADN中控制DG输出的功率因数实现了多DG协调对关键母线电压进行控制，但是该方案响应速度慢，缺少动态电压控制的能力。文献[45]提出一种利用DG进行ADN电压跌落支撑的控制方案。由于DG容量有限，因而仅利用DG进行ADN分区电压控制往往难以取得最好的效果，因此一些学者提出了将DG联合传统电压控制装置如有载调压变压器OLTC，SVR，SC等进行综合分区电压控制的方案。文献[50]提出一种使用DG，OLTC和SVR进行在线分区电压控制的ADN电压控制策略，并应用在一个实际的ADN中。该策略通过对设备投入优先级进行控制减小了调压设备之间的冲突，同时最大限度发挥DG的调压作用。文献[18]提出一种OLTC和DG联合进行的分区电压控制的策略。该策略是只需要本地测量量就可通过估计器得到节点电压控制参考值，无需远端信号测量设备和通信设备，相比较传统的基于全网测量量的全局无功优化方法，经济性更好。

综上，目前主动配电网分区电压控制主要存在以下问题：(1)目前ADN的分区电压控制一般基于全区域电气量信息，通过无功优化得到分区内各个设备的控制参考值进行控制，响应速度慢，难以满足动态电压控制的要求。(2)大多数的ADN的分区电压控制是基于OLTC，SVR，DG等不同响应速度的设备，各种设备在动态性能上的差异会引起在进行电压控制时的相互影响，虽然已有文献提出通过综合配合避免各个设备之间的影响，但是这些控制策略由于过于复杂，在实际应用中有难度。

结束语

未来的研究还应充分利用DG大量“集中-分散”接入智能配电系统的供电结构对DG采取主动控制，研究集成动态电压控制功能的智能配电系统分区电压控制方案，这对提升系统电压控制速度，进一步提高DG渗透率有重要的意义。

参考文献

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[2]胡竞竞.直流配电系统故障分析与保护技术研究[D].浙江大学,2014.

[3]赵令杰.智能配网在高密电网的应用研究[D].山东大学,2014.

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