无功电压控制

针对含分布式光伏配电网的电压越限问题，提出一种考虑分布式光伏集群划分的无功电压控制策略。首先提出了基于无功电压灵敏度的模块度指标，考虑集群内的无功平衡度及耦合度，得到改进模块度指标并以此进行集群划分；然后提出越限集群内的无功电压控制策略与集群间的协调控制策略，当越限集群无法恢复集群内电压至安全水平时，通过主导节点选取具有可调无功容量的安全集群向越限集群分配剩余无功可调容量；最后以IEEE 33节点配电网系统为例进行仿真，验证了所提无功电压控制策略的有效性。

针对含分布式光伏配电网的电压越限问题，提出一种考虑分布式光伏集群划分的无功电压控制策略。首先提出了基于无功电压灵敏度的模块度指标，考虑集群内的无功平衡度及耦合度，得到改进模块度指标并以此进行集群划分；然后提出越限集群内的无功电压控制策略与集群间的协调控制策略，当越限集群无法恢复集群内电压至安全水平时，通过主导节点选取具有可调无功容量的安全集群向越限集群分配剩余无功可调容量；最后以IEEE 33节点配电网系统为例进行仿真，验证了所提无功电压控制策略的有效性。

本项目涵盖风电场、光伏电站有功无功控制系统研究，消纳大规模间歇式能源的多时间尺度智能调度控制，消纳大规模间歇式能源的无功电压控制，基于时变停运模型的海南电网风险评估和检修决策方法，含大规模间歇式能源的电网安全稳定协调控制研究。

本项目结合南方电网在无功电压控制方面的实际需求，在交直流混联电网无功电压运行分析与控制、分布式发电接入配网的无功电压控制、电压暂降治理等方面进行了深入的研究。 获授权发明专利19项、实用新型4项、软件著作权3项，发表论文31篇。成果已在南方电网应用，为电网稳定运行和可靠供电提供了重要的技术支撑；理论与机理方面的成果推动了相关领域的技术进步。

项目围绕能源互联网和电力市场改革对配电网智能量测、物联通信及智能应用要求，在营配智能终端的模块化集成设计，低压集抄无线通信，终端状态监测与移动运维等方面开展了创新研究与示范应用，研究设计了营配一体化数据采集、物联通信和集成应用技术架构，解决了配电台区多源营配数据采集终端一体化集成、异构物联通信与故障运维问题，提升了南方电网电能计量装置智能化及低压集抄运维管理水平，为落实公司综合能源服务转型战略提供了坚实技术支撑。在营配信息量测方面，提出并研制了高集成、模块化的营配一体化智能终端，集成了配变监测计量终端、负荷管理终端、集中器、电压监测仪及无功电压控制终端等功能，实现了配电台区多源营配数据的一体化采集；在营配数据通信方面，研究适用于配用电的高效自构建、异构物联无线通信技术，设计了网路故障自定位及自修复机制，同时融合了 LoRa 和微功率无线技术，解决了传统微功率无线通信兼容性不够、传输效率低、覆盖能力不足的问题；设计了一套面向配用电的通信技术适应性综合测评方法，解决了多类型台区配用电通信技术适应性评估难题；在营配信息集成应用方面，研究提出了基于模糊神经网络的计量终端和智能电表自适应故障诊断方法，基于地址匹配和近邻聚类的营配终端地理定位与智能运维方法，构建了终端健康度评价模型及指标体系，实现了计量终端模块故障诊断预警、运行状态监测及远程移动运维。此外，通过营配一体化终端与通信集成应用仿真平台，低压集抄和智慧园区现场应用对上述研究成果进行了测试验证。 项目成果已经在广州、佛山供电局低压集抄系统，以及长沙、株洲智慧园区管理等方面进行了广泛应用。同时，项目成果在支撑南方电网公司智能电表和低压集抄“两个全覆盖”建设，满足能源互联网多业务场景智能量测和综合能源增值服务需求方面具有广阔的市场应用前景。

本项目源自国家自然科学基金、河北省和江苏省科技项目及国家电网公司科技项目，涉及控制科学与工程、通讯工程、计算机科学与工程、状态监测与故障诊断等多个专业领域，内容主要包括风电场/光伏电站统一集中监测与控制、智能运维、大数据平台建设、故障预测预警、运营优化等方面。 项目通过研究统一平台的一体化监控技术实现了各新能源发电设备的统一监测监控，实现了场站快速并发控制和无功电压控制，避免了发电设备频繁启停、工作时间不均衡等问题，降低了新能源场站功率波动。搭建了新能源场站运行管理一体化架构平台，提出了风电光伏核心KPI指标，提出了物资全寿命周期管控方式，实现了物资流向可追湖，实时动态监控物资库存。针对新能源发电设备类型多、分布广、维修可达性差的特点，开发了故障预测预警系统，实时监控设备的故障发生及演化趋势，合理制定故障维修策略，提高运维效率，实现鲁能新能源产业的精益化运营管控。

影响风/光发电功率预测精度的主要因素是风/光资源的风向、风速、温度、湿度、光照等关键数据。根据海南省的亚热带湿热气候特征，分析风/光发电特征及其时空互补特性，深入分析风/光资源的关键因素对新能源发电功率的影响，得到这些因素与风/光发电功率之间的相关性，在此基础上研究风力发电功率、光伏发电功率的短期和超短期预测模型和方法：针对现有风电/光电功率预测精度不足的问题，提出基于亚热带湿热气候特征的风电功率预测物理模型与统计适配模型相结合的风电功率预测方法，和基于不同风速段的连续时间段聚类的SVM风电功率模型；研究和给出适合海南省亚热带湿热气候特征的风力发电功率、光伏发电功率预测系统设计方案。海南现有的五个风电场，含沿海滩涂和丘陵地带。因此，本研究兼顾了山地丘陵地带的建模方法。 为解决多类型新能源并网下的绿色调度问题，提出了多时间尺度的鲁棒调度方法，该方法通过协调调度水电、火电、风电、气电等多种电源的开机出力，利用多个时间尺度（日前、日内、实时）逐级降低新能源的预测偏差给电网的冲击作用，并采用鲁棒调度方式保证了调度方案的鲁棒性。此外，新能源出力的不确定集直接影响鲁棒调度的经济性和鲁棒性。为解决经济性和鲁棒性的冲突问题，提出了一种不确定集的优化方法，该方法通过计算弃风和切负荷成本将鲁棒性转化为风险成本，优化出使得综合成本最小（发电成本、环境成本和风险成本之和）的最优不确定集。 针对新能源并网带来的无功电压控制方面的问题，并考虑到今后电网向大规模发展的趋势，提出了含多类型新能源的三级电压控制模式，按全网、区域和地区电网划分，分别充当第三、第二和第一级电压控制，各级电压控制之间在时空上相互协调，可根据实际电网规模和网络拓扑结构确定是否采用区域电压控制。在全网电压控制方面，考虑到运行成本和新能源并网点电压波动问题，以网损最小和电压质量最优为目标，建立了多目标无功优化模型，模型中采用了不同的节点类型对新能源机组进行建模；在区域电网电压控制方面，针对日前新能源机组并网引起的长期电压稳定问题，引入电压安全稳定约束，以与全网电压控制的电压偏差和控制成本为目标函数，建立了适应新能源并网的最优协调电压控制模型；在地区电压控制方面，针对新能源机组并网点无功不足的问题，提出了基于微分博弃理论的STATCOM动态无功补偿策略，克服了传统PI解耦控制中直流系统和交流系统的负交互作用，缩短了动态无功补偿后电压的镇定时间。针对目前海南电网AVC系统不能适应大规模新能源机组并网的情况，提出了基于混成电压控制的AVC控制方案。