羅金山,周泊宇,張 艷，艾 欣

(1.國網(wǎng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院有限公司，北京 102209；2.新能源電力系統(tǒng)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(華北電力大學(xué))，北京 102206)

0 引 言

由于傳統(tǒng)化石能源的消耗殆盡，以及燃燒化石能源帶來的環(huán)境問題，人們不斷探索使用風(fēng)電、太陽能作為新的電能形式。但由于風(fēng)電、光伏的出力具有很強(qiáng)的波動(dòng)性和不確定性，使得電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)[1]。近年來，為了提高新能源電源的可調(diào)度性，人們開始嘗試使用儲(chǔ)能設(shè)備來穩(wěn)定風(fēng)電場和光伏電站的功率波動(dòng)[2]。因此，對(duì)于如何控制和配置儲(chǔ)能，也成為目前研究的熱門方向。

目前較為常見的控制策略有，預(yù)先設(shè)定多個(gè)儲(chǔ)能系統(tǒng)的工作模式，通過實(shí)際功率或電壓值與參考值的比對(duì)，選擇進(jìn)入哪種工作模式。文獻(xiàn)[3]基于風(fēng)儲(chǔ)孤島系統(tǒng)，為儲(chǔ)能設(shè)備設(shè)定了5種工作模式，通過直流母線電壓值選擇儲(chǔ)能設(shè)備工作模式，達(dá)到對(duì)電網(wǎng)功率波動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié)的目的。文獻(xiàn)[4]使用混合儲(chǔ)能設(shè)備，根據(jù)不同的母線電壓，考慮設(shè)備的使用特性，選擇不同的工作模式，使得蓄電池或超級(jí)電容既可獨(dú)立工作，也可協(xié)調(diào)工作。文獻(xiàn)[5]以消納風(fēng)電資源為主要目標(biāo)，利用儲(chǔ)能設(shè)備平抑波動(dòng)，但只考慮了風(fēng)電功率的波動(dòng)，未考慮負(fù)荷的變化情況。由于儲(chǔ)能設(shè)備通常經(jīng)換流器接入電網(wǎng)，因此也可通過控制換流器，對(duì)儲(chǔ)能設(shè)備進(jìn)行控制。文獻(xiàn)[6]考慮光伏發(fā)電系統(tǒng)，通過換流器對(duì)輸送的有功或無功功率進(jìn)行控制，達(dá)到調(diào)節(jié)電網(wǎng)電壓、頻率的目標(biāo)。文獻(xiàn)[7]預(yù)先設(shè)定好幾種工作模式，根據(jù)風(fēng)電出力情況，利用儲(chǔ)能設(shè)備對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，通過換流器連接使出力穩(wěn)定持續(xù)。文獻(xiàn)[8]設(shè)計(jì)了一種分層控制策略，在傳統(tǒng)集中控制的基礎(chǔ)上，增加了分布控制，在故障時(shí)開啟，保持系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。文獻(xiàn)[9]將儲(chǔ)能設(shè)備與風(fēng)電機(jī)組配合使用，協(xié)同常規(guī)發(fā)電機(jī)組，共同承擔(dān)一次調(diào)頻任務(wù)，但主要考慮電網(wǎng)頻率問題，對(duì)電壓波動(dòng)關(guān)注不夠。文獻(xiàn)[10]考慮暫態(tài)情況時(shí)，因負(fù)荷下降導(dǎo)致系統(tǒng)頻率變化的情況，通過儲(chǔ)能設(shè)備保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。文獻(xiàn)[11]以有功損耗最小建立目標(biāo)函數(shù)，使用快速非支配排序遺傳算法求解，以此對(duì)儲(chǔ)能的工作方式進(jìn)行控制，但只考慮了日負(fù)荷變化情況，沒有考慮新能源電源接入電網(wǎng)后帶來更大的波動(dòng)。文獻(xiàn)[12]利用改進(jìn)粒子群算法對(duì)選址定容的優(yōu)化多目標(biāo)問題進(jìn)行求解，但未考慮儲(chǔ)能設(shè)備的控制策略。

2008年國際大電網(wǎng)會(huì)議首次提出了主動(dòng)配電網(wǎng)(active distribution network，ADN)的概念[13]，隨后各國都對(duì)主動(dòng)配電網(wǎng)的控制策略進(jìn)行了深入研究。文獻(xiàn)[14]提出一種分區(qū)分布式無功控制方法，利用二階錐松弛技術(shù)，對(duì)主動(dòng)配電網(wǎng)進(jìn)行建模，改善了傳統(tǒng)的無功電壓控制策略。但文中對(duì)有功功率波動(dòng)的問題，未做出太多研究。文獻(xiàn)[15]通過對(duì)分布式光伏電源、變壓器分接頭和電容器組等資源進(jìn)行分類處理，制定多級(jí)調(diào)壓策略，有效提高了調(diào)壓效果。但文中沒有充分考慮到，未來儲(chǔ)能設(shè)備在主動(dòng)配電網(wǎng)中的應(yīng)用情況。文獻(xiàn)[16]研究了未來主動(dòng)配電網(wǎng)中補(bǔ)償電容和儲(chǔ)能設(shè)備的選址定容問題，考慮了綜合成本、電網(wǎng)穩(wěn)定性和溫室氣體排放量。但對(duì)負(fù)荷波動(dòng)情況未作研究。文獻(xiàn)[17]對(duì)主動(dòng)配電網(wǎng)進(jìn)行區(qū)域劃分，建立區(qū)域控制器，實(shí)現(xiàn)了區(qū)域內(nèi)協(xié)調(diào)控制算法。文獻(xiàn)[18]使用啟發(fā)式策略的多目標(biāo)和聲搜索算法，對(duì)構(gòu)建的主動(dòng)配電網(wǎng)多目標(biāo)日前優(yōu)化調(diào)度模型進(jìn)行求解，使得可再生能源能夠?qū)崿F(xiàn)跨區(qū)域消納。

本文對(duì)含儲(chǔ)能系統(tǒng)和大規(guī)模新能源接入的地區(qū)電網(wǎng)的功率和電壓控制策略進(jìn)行研究，對(duì)電網(wǎng)有功功率波動(dòng)建立目標(biāo)函數(shù)，將儲(chǔ)能的出力作為控制變量，利用改進(jìn)粒子群算法進(jìn)行求解，減小電網(wǎng)的有功波動(dòng)。在此基礎(chǔ)上，應(yīng)用離散無功補(bǔ)償策略，減小新能源接入點(diǎn)的母線電壓波動(dòng)。引入荷電狀態(tài)(state of charge，SOC)反饋控制，有效避免儲(chǔ)能系統(tǒng)的過度充放電。最后，通過IEEE14節(jié)點(diǎn)的算例分析，驗(yàn)證這種聯(lián)合控制策略的有效性，達(dá)到同時(shí)調(diào)節(jié)功率和電壓的作用。

1 有功優(yōu)化模型及離散無功控制策略

1.1 優(yōu)化模型

隨著地區(qū)電網(wǎng)的發(fā)展，將有大量的分布式能源接入，與傳統(tǒng)的集中供電方式共同作為地區(qū)電網(wǎng)中電源。由于分布式電源存在較大的不確定性和間歇性，將給地區(qū)電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行帶來一定影響。隨著儲(chǔ)能設(shè)備的發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)儲(chǔ)能設(shè)備具有一定的調(diào)節(jié)電網(wǎng)功率、電壓波動(dòng)的能力，通過對(duì)儲(chǔ)能設(shè)備出力的控制，可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定地區(qū)電網(wǎng)功率、平抑電壓波動(dòng)的目的，有利于分布式電源接入電網(wǎng)。

1.1.1 目標(biāo)函數(shù)

在地區(qū)電網(wǎng)中，選定一個(gè)節(jié)點(diǎn)，此節(jié)點(diǎn)的輸出功率滿足全網(wǎng)的用電要求，通過潮流計(jì)算，即可算出此節(jié)點(diǎn)的輸出功率，計(jì)算公式如下所示：

(1)

式中：下標(biāo)1為電網(wǎng)總功率注入點(diǎn)編號(hào)；P1為1節(jié)點(diǎn)的有功功率；j為與1節(jié)點(diǎn)相連的節(jié)點(diǎn)編號(hào)，共有n個(gè)；R1j,X1j為1節(jié)點(diǎn)到j(luò)節(jié)點(diǎn)線路的阻抗；δj為j節(jié)點(diǎn)電壓相角，Uj為j節(jié)點(diǎn)電壓幅值。

由于分布式電源的功率不容易準(zhǔn)確預(yù)測，也就不容易直接考慮一個(gè)調(diào)度周期內(nèi)功率的波動(dòng)，所以可以使用濾波算法設(shè)定參考值，計(jì)算公式如下：

(2)

用實(shí)際值和參考值的差值實(shí)時(shí)表征功率波動(dòng)情況，設(shè)G為目標(biāo)函數(shù)，計(jì)算公式如下：

minG(t)=|P1(t)-P1ref(t)|

(3)

由于本文在調(diào)節(jié)電壓波動(dòng)方面，主要考慮離散無功補(bǔ)償策略，因此為了簡化計(jì)算，目標(biāo)函數(shù)只考慮有功功率。

1.1.2 約束條件

① 功率平衡約束

P1+Pwind+Pbess=Pload+Pline

(4)

式中：Pwind為風(fēng)力發(fā)電功率；Pbess為儲(chǔ)能出力，當(dāng)其大于零時(shí)為放電，小于零時(shí)為充電；Pload為全網(wǎng)負(fù)荷；Pline為線路損耗的有功功率。

② 不等式約束

Pmin≤Pbess≤Pmax

(5)

Umin≤Ui≤Umax

(6)

式中：Ui為節(jié)點(diǎn)電壓，不能超過電壓上限和下限；儲(chǔ)能出力也需在功率上下限以內(nèi)，通常，Pmin=-Pmax，數(shù)值等于額定功率，單位為MW。

1.1.3SOC反饋控制

為避免儲(chǔ)能設(shè)備過度充放電，并且不會(huì)超出額定容量，需考慮儲(chǔ)能設(shè)備的荷電狀態(tài)(SOC)，利用SOC進(jìn)行反饋控制。當(dāng)SOC較高時(shí)，儲(chǔ)能系統(tǒng)應(yīng)減小實(shí)際充電功率，當(dāng)SOC較低時(shí)，儲(chǔ)能系統(tǒng)應(yīng)減小實(shí)際放電功率，計(jì)算方式如下：

(7)

Pbess0=k×Pbess(Pbess>0)

(8)

Pbess0=l×Pbess(Pbess<0)

(9)

式中：Δt為時(shí)間間隔；E為儲(chǔ)能設(shè)備容量，單位為MWh；Pbess0為儲(chǔ)能實(shí)際出力的有功功率；k、l為充放電控制系數(shù)，與SOC有關(guān)，且考慮儲(chǔ)能系統(tǒng)壽命，不可使其過度充放電，SOC取值介于10%～90%區(qū)間，k、l取值如圖1。

圖1 k和l的取值Fig.1 Values of k and l

如圖可知，當(dāng)SOC小于50%時(shí)，k值隨SOC的減小而減小，放電功率減??；當(dāng)SOC大于50%時(shí)，l值隨SOC增大而減小，充電功率減小。通過SOC反饋控制將儲(chǔ)能系統(tǒng)荷電狀態(tài)維持在較為合理的區(qū)間，避免儲(chǔ)能設(shè)備過度充放電。

1.2 離散無功補(bǔ)償策略

在電網(wǎng)中常需要并聯(lián)電容器、電抗器來調(diào)節(jié)電壓，因?yàn)槠渚哂谐杀据^低且容量較大的特點(diǎn)，但電抗器或電容器需要分組投切，且需要消耗較多的時(shí)間進(jìn)行操作，單日動(dòng)作次數(shù)有限，因而被稱為離散無功補(bǔ)償設(shè)備[19]。這些設(shè)備被配置于匯集站中。

在投切的時(shí)間段內(nèi)，可利用靈敏度法計(jì)算離散無功補(bǔ)償量，計(jì)算公式如下：

(10)

當(dāng)ΔQ大于零時(shí)，說明無功功率不足，需要投入電容器，退出電抗器；當(dāng)ΔQ小于零時(shí)，說明無功功率過多，需要投入電抗器，退出電容器。使用前，需提前根據(jù)負(fù)荷特性及風(fēng)電出力情況，設(shè)定投切時(shí)段，選擇電壓波動(dòng)較大的時(shí)段，進(jìn)行離散無功補(bǔ)償。如發(fā)現(xiàn)ΔQ值超過設(shè)定的容量，按照額定容量進(jìn)行補(bǔ)償。其控制策略流程圖如圖2。

圖2 離散無功補(bǔ)償策略流程圖Fig.2 Flow chart of discrete reactive power compensation

2 模型求解

2.1 改進(jìn)粒子群算法

粒子群優(yōu)化(particle swarm optimizer, PSO) 算法是Kennedy和Eberhart于1995年提出的一種隨機(jī)進(jìn)化算法[21]，其原理來自于鳥類飛行覓食的自然行為。由于這種算法編程簡單，參數(shù)較少，收斂速度較快，因此被廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)優(yōu)化計(jì)算方面。在該算法中，每個(gè)粒子的位置都可看成需要求解的目標(biāo)函數(shù)的一個(gè)解，通過吸收自身和其他粒子的速度向量和位置向量的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)自身的狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整，獲得全局最優(yōu)解[22]。

在粒子群算法的實(shí)際應(yīng)用中，常會(huì)對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)，使其具有很好的收斂性能。主要做法為引入慣性因子，并設(shè)計(jì)慣性因子的計(jì)算方法。本文考慮粒子和種群最優(yōu)之間的差值，根據(jù)差值來控制慣性因子w的取值。當(dāng)差值較小時(shí)，說明該粒子與種群最優(yōu)粒子的差距較大，此時(shí)應(yīng)增大w值，增強(qiáng)其搜索能力；當(dāng)二者差距較小時(shí)，說明其搜索能力相對(duì)較好，此時(shí)w應(yīng)減小。慣性權(quán)重具體計(jì)算公式如下：

(11)

式中：zbest為種群最優(yōu)粒子；pj為第j個(gè)粒子的值；pmax、pmin為粒子最大值、最小值；wj為慣性權(quán)重；ws、we為慣性權(quán)重初始值、結(jié)束值。

2.2 求解流程

首先，將電網(wǎng)的各項(xiàng)參數(shù)錄入，包括各節(jié)點(diǎn)負(fù)荷、線路阻抗等；然后調(diào)整粒子群算法中的各項(xiàng)參數(shù)，包括初始速度、種群規(guī)模、迭代次數(shù)等；計(jì)算無儲(chǔ)能時(shí)地區(qū)電網(wǎng)的潮流，得到功率注入節(jié)點(diǎn)的功率及風(fēng)電接入母線的電壓波動(dòng)，并計(jì)算參考值；然后利用改進(jìn)粒子群算法計(jì)算考慮儲(chǔ)能調(diào)節(jié)的電網(wǎng)潮流，得到目標(biāo)函數(shù)值，計(jì)算出功率注入節(jié)點(diǎn)的功率波動(dòng)，以及新能源接入母線的電壓波動(dòng)；根據(jù)電壓波動(dòng)幅度，設(shè)置離散無功補(bǔ)償時(shí)段，在相應(yīng)時(shí)段進(jìn)行離散無功補(bǔ)償，根據(jù)前文計(jì)算方法，算出無功補(bǔ)償量。在儲(chǔ)能出力的基礎(chǔ)上，加入離散無功補(bǔ)償量，進(jìn)一步對(duì)電網(wǎng)電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，計(jì)算出控制后的電壓波動(dòng)；循環(huán)求解整個(gè)調(diào)度周期內(nèi)的全部有功波動(dòng)和電壓波動(dòng)，直到調(diào)度周期結(jié)束。求解流程圖如圖3。

圖3 聯(lián)合控制策略流程圖Fig.3 Flow chart of joint control strategy

3 算例分析

本文設(shè)定一整天為一個(gè)完整的調(diào)度周期，時(shí)間間隔為15min，因此將調(diào)度周期劃分為96個(gè)時(shí)間間隔；選擇IEEE14節(jié)點(diǎn)電網(wǎng)進(jìn)行算例分析，電壓等級(jí)為23kV，其結(jié)構(gòu)如圖4所示。1節(jié)點(diǎn)為電網(wǎng)功率注入節(jié)點(diǎn)，電壓標(biāo)幺值為1.05∠0°；選擇8節(jié)點(diǎn)作為風(fēng)電和儲(chǔ)能設(shè)備接入點(diǎn)，并且設(shè)置匯集站，站內(nèi)裝設(shè)電容器和電抗器，進(jìn)行離散無功補(bǔ)償，其容量為0.5Mvar，其中風(fēng)電各個(gè)時(shí)段出力如圖5所示；儲(chǔ)能設(shè)備額定功率為3MW，容量為18MWh，初始SOC狀態(tài)為50%，儲(chǔ)能設(shè)備負(fù)責(zé)調(diào)解電網(wǎng)的功率波動(dòng)；設(shè)該電網(wǎng)功率基準(zhǔn)值為100MVA，電網(wǎng)中各點(diǎn)負(fù)荷及線路參數(shù)標(biāo)幺值如表1、表2所示，總負(fù)荷的有功功率為28MW，無功功率為17.3Mvar，同時(shí)考慮到電網(wǎng)一天當(dāng)中負(fù)荷的波動(dòng)情況，實(shí)際負(fù)荷/額定負(fù)荷曲線如圖6所示。

圖4 IEEE14節(jié)點(diǎn)電網(wǎng)圖Fig.4 Diagram of IEEE14 bus network

圖5 風(fēng)電出力曲線Fig.5 The curve of wind power

編號(hào)負(fù)荷/MVA編號(hào)負(fù)荷/MVA1085+3j24+2.7j94.5+2j32+1.6j100.6+0.1j4 1+0.9j111+0.9j52+0.8j121+0.7j63+1.5j131+0.9j71.5+1.2j142.1+1j

表2 線路參數(shù)

圖6 負(fù)荷曲線Fig.6 The curve of loads

3.1 儲(chǔ)能系統(tǒng)不工作

首先，分析不考慮儲(chǔ)能系統(tǒng)工作時(shí)，系統(tǒng)的功率波動(dòng)及風(fēng)電接入點(diǎn)的電壓波動(dòng)情況。在整個(gè)調(diào)度周期內(nèi)，考慮各時(shí)段風(fēng)電出力及一天內(nèi)負(fù)荷的波動(dòng)情況，進(jìn)行潮流計(jì)算，算出一個(gè)完整調(diào)度期間內(nèi)的功率波動(dòng)和電壓波動(dòng)情況，如圖7、圖8所示。

圖7 儲(chǔ)能不工作時(shí)電網(wǎng)有功功率Fig.7 Active power of network without the energy storage

圖8 儲(chǔ)能不工作時(shí)8節(jié)點(diǎn)電壓Fig.8 Voltage of the bus 8 without the energy storage

通過圖7可以看出，由于考慮了風(fēng)電出力及負(fù)荷波動(dòng)情況，1節(jié)點(diǎn)的功率波動(dòng)較大，特別是在44-53這個(gè)時(shí)間段內(nèi)，由于用電需求較大，而風(fēng)力發(fā)電有限，導(dǎo)致1節(jié)點(diǎn)的功率迅速增長；在18-34時(shí)間段內(nèi)，由于負(fù)荷處于低谷狀態(tài)，而風(fēng)電出力較高，導(dǎo)致1節(jié)點(diǎn)功率下降。如果未來的地區(qū)電網(wǎng)中，新能源滲透率繼續(xù)升高，用電需求變化更大，較大的功率波動(dòng)將會(huì)威脅電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。因此隨著地區(qū)電網(wǎng)的發(fā)展，對(duì)于功率的調(diào)節(jié)是非常有必要的。

通過圖8可以看出，8節(jié)點(diǎn)的電壓波動(dòng)在23-31，41-53，84-90這3個(gè)時(shí)間段內(nèi)峰谷差較大。

3.2 儲(chǔ)能系統(tǒng)工作

考慮儲(chǔ)能設(shè)備工作時(shí)，應(yīng)用改進(jìn)粒子群算法對(duì)儲(chǔ)能設(shè)備進(jìn)行控制。設(shè)定粒子群算法的迭代次數(shù)為30，種群規(guī)模為50，最大、最小速度分別為0.3、-0.3；濾波系數(shù)為0.05；慣性權(quán)重初始值和結(jié)束值分別為0.9、0.4?？紤]儲(chǔ)能設(shè)備工作時(shí)的功率波動(dòng)和電壓波動(dòng)曲線如圖9、圖10，其SOC如圖11。

圖9 儲(chǔ)能工作時(shí)電網(wǎng)有功功率Fig.9 Active power of network with the energy storage

圖10 儲(chǔ)能工作時(shí)8節(jié)點(diǎn)電壓Fig.10 Voltage of the bus 8 with the energy storage

圖11 儲(chǔ)能系統(tǒng)SOC變化情況Fig.11 Changes of SOC

由圖可知，相比于儲(chǔ)能系統(tǒng)不工作的情況，本節(jié)通過改進(jìn)粒子群算法對(duì)儲(chǔ)能設(shè)備進(jìn)行控制，使電網(wǎng)的功率波動(dòng)有了很大改善，有效降低了功率波動(dòng)峰值。電壓的波動(dòng)情況也有改善，但在24-31,46-53,82-92這3個(gè)時(shí)段內(nèi)仍存在較大峰谷差。

通過圖11可以看出，在21-34時(shí)間段內(nèi)，由于SOC反饋控制，使得SOC增長速率減緩，避免了儲(chǔ)能系統(tǒng)充電過多。在76-84時(shí)間段內(nèi)，由于SOC反饋控制，使得SOC下降速率緩慢，避免了儲(chǔ)能系統(tǒng)過度放電。儲(chǔ)能系統(tǒng)的SOC在整個(gè)調(diào)度周期內(nèi)，均保持在0.1～0.9之間，有效避免了儲(chǔ)能系統(tǒng)的過度充放電。

3.3 聯(lián)合控制策略

由于改進(jìn)粒子群算法控制儲(chǔ)能設(shè)備，對(duì)電壓波動(dòng)情況的改善較小，因此考慮1.2節(jié)提到的離散無功補(bǔ)償策略。通過前面的計(jì)算，可以看出在24-31,46-53,82-92這3個(gè)時(shí)段內(nèi)電壓波動(dòng)較大，因此在儲(chǔ)能設(shè)備工作的基礎(chǔ)上，選擇在這3個(gè)時(shí)段進(jìn)行離散無功補(bǔ)償，補(bǔ)償后的電壓波動(dòng)如圖12所示。

圖12 聯(lián)合控制策略8節(jié)點(diǎn)電壓Fig.12 Voltage of the bus 8 using joint control strategy

通過上圖可以看出，考慮離散無功補(bǔ)償之后，電壓波動(dòng)情況比只考慮儲(chǔ)能設(shè)備工作時(shí)，得到了進(jìn)一步改善，起到了調(diào)節(jié)電壓波動(dòng)的作用。由于其余時(shí)段的電壓波動(dòng)不大，因此只選擇這3個(gè)時(shí)段進(jìn)行離散無功補(bǔ)償。在上文提到的24-31,46-53,82-92這三個(gè)時(shí)間段對(duì)電壓的峰谷值進(jìn)行了調(diào)節(jié)，使得電壓更加平穩(wěn)。

為了更直觀對(duì)比優(yōu)化前后功率波動(dòng)和電壓波動(dòng)的情況，可分別計(jì)算相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)差，結(jié)果如表3。

由于聯(lián)合控制策略是建立在儲(chǔ)能設(shè)備對(duì)有功功率波動(dòng)調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行離散無功補(bǔ)償，因此其標(biāo)準(zhǔn)差不發(fā)生變化。通過標(biāo)準(zhǔn)差分析可以看出，聯(lián)合控制策略的優(yōu)化效果較好，既減小了功率波動(dòng)，又通過離散無功補(bǔ)償策略改善了電壓波動(dòng)，且優(yōu)化效果較為明顯。本算例的離散無功補(bǔ)償時(shí)間段是根據(jù)前文的分析得出的，如果風(fēng)電出力及負(fù)荷曲線發(fā)生變化，可調(diào)整補(bǔ)償時(shí)間段，增強(qiáng)系統(tǒng)的可調(diào)度性。

表3 標(biāo)準(zhǔn)差比較

4 結(jié) 論

本文提出了一種儲(chǔ)能的聯(lián)合控制策略，用以調(diào)節(jié)含新能源的地區(qū)電網(wǎng)中，由于新能源出力的不確定性而引起的功率波動(dòng)和電壓波動(dòng)。主要結(jié)論如下：

① 以電網(wǎng)功率波動(dòng)最小為優(yōu)化目標(biāo)，建立數(shù)學(xué)模型。在完整的調(diào)度周期內(nèi)，同時(shí)考慮分布式電源出力波動(dòng)和負(fù)荷波動(dòng)，使用粒子群算法求解目標(biāo)函數(shù)，通過控制儲(chǔ)能設(shè)備的充放電功率，達(dá)到調(diào)節(jié)電網(wǎng)功率波動(dòng)的目的，此優(yōu)化算法求解過程簡單易行。并且考慮儲(chǔ)能設(shè)備不能過度充放電，因此引入SOC反饋控制，有利于保護(hù)儲(chǔ)能設(shè)備。

② 對(duì)粒子群算法進(jìn)行改進(jìn)，通過計(jì)算種群最優(yōu)值與粒子的差值，對(duì)慣性權(quán)重進(jìn)行控制，有效提高了粒子群算法的搜索能力和收斂性。同時(shí)引入離散無功補(bǔ)償策略，對(duì)電網(wǎng)電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)。在新能源接入點(diǎn)接入離散無功補(bǔ)償裝置，提前設(shè)定好補(bǔ)償時(shí)段，對(duì)該時(shí)段內(nèi)電網(wǎng)電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，使其電壓波動(dòng)較小。此種補(bǔ)償方法的針對(duì)性較強(qiáng)且效果較好。

③ 利用IEEE14節(jié)點(diǎn)進(jìn)行算例分析，在8節(jié)點(diǎn)接入風(fēng)電和儲(chǔ)能設(shè)備，同時(shí)在此處設(shè)置離散無功補(bǔ)償設(shè)備。首先在儲(chǔ)能不工作情況下，通過潮流計(jì)算，得到電網(wǎng)的功率波動(dòng)和電壓波動(dòng)，以此作為對(duì)比參考；然后以電網(wǎng)有功功率波動(dòng)最小為目標(biāo)函數(shù)，通過儲(chǔ)能設(shè)備工作調(diào)節(jié)電網(wǎng)的有功功率，使得有功波動(dòng)減小，但電壓仍存在較大的峰谷差；針對(duì)三個(gè)峰谷差較大的時(shí)段，考慮離散無功補(bǔ)償策略，進(jìn)一步調(diào)節(jié)新能源接入母線電壓，使得電壓峰谷差減小。最后通過分析功率波動(dòng)和電壓波動(dòng)的標(biāo)準(zhǔn)差，可以看出結(jié)合了離散無功補(bǔ)償?shù)穆?lián)合控制策略較為有效。