燕山大學(xué)電氣工程學(xué)院的研究人員孫玲玲、趙美超等，在2018年第7期《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》上撰文，針對(duì)光伏發(fā)電并網(wǎng)輸出功率隨機(jī)性及相關(guān)性導(dǎo)致配電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)電壓越限的不確定性，提出基于電壓偏差機(jī)會(huì)約束的分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)準(zhǔn)入容量規(guī)劃方法。

首先，建立考慮光伏相關(guān)性的配電網(wǎng)概率潮流計(jì)算模型，將Nataf變換與基于矩法的三階多項(xiàng)式正態(tài)變換相結(jié)合處理光伏的相關(guān)性，采用多重積分理論和Gram-Charlier級(jí)數(shù)展開(kāi)得到配電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)電壓分布；然后，以最大化光伏發(fā)電并網(wǎng)準(zhǔn)入容量為規(guī)劃目標(biāo)，電網(wǎng)電壓不越限為機(jī)會(huì)約束，建立基于電壓偏差機(jī)會(huì)約束的光伏并網(wǎng)準(zhǔn)入容量計(jì)算模型，利用改進(jìn)的隨機(jī)權(quán)重粒子群算法對(duì)模型進(jìn)行求解。

仿真算例結(jié)果表明該方法能夠提高光伏并網(wǎng)容量，使配電網(wǎng)運(yùn)行滿足電壓偏差不越限。

基于電壓偏差機(jī)會(huì)約束的分布式光伏發(fā)電準(zhǔn)入容量研究

近年來(lái)，光伏發(fā)電在國(guó)家政策支持及新能源技術(shù)驅(qū)動(dòng)下迅猛發(fā)展。隨著光伏發(fā)電在電網(wǎng)中滲透率的不斷提高，其并網(wǎng)準(zhǔn)入容量逐漸成為電網(wǎng)規(guī)劃中關(guān)注的新熱點(diǎn)[1,2]。然而，分布式光伏發(fā)電輸出功率受外界環(huán)境影響，具有隨機(jī)波動(dòng)性，且同一地區(qū)的光照強(qiáng)度存在很強(qiáng)的相關(guān)性，其大規(guī)模的并網(wǎng)使得整個(gè)配電系統(tǒng)潮流發(fā)生復(fù)雜的隨機(jī)變化，導(dǎo)致某些節(jié)點(diǎn)電壓越限，造成光伏并網(wǎng)容量受到限制[3,4]。因此，需要探究一種基于配電網(wǎng)電壓質(zhì)量約束的光伏發(fā)電并網(wǎng)準(zhǔn)入容量規(guī)劃方法。

目前，針對(duì)分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)準(zhǔn)入容量的規(guī)劃研究主要有兩種思路。一種思路是基于確定性的約束條件。文獻(xiàn)[5-7]在光伏輸出功率恒定的前提下，建立滿足電能質(zhì)量限值的光伏發(fā)電并網(wǎng)極限容量計(jì)算模型，利用確定性潮流計(jì)算其準(zhǔn)入容量，而沒(méi)有考慮光伏發(fā)電出力隨機(jī)性對(duì)配電網(wǎng)電壓的影響。由于約束條件表述不合理，造成光伏并網(wǎng)準(zhǔn)入容量計(jì)算結(jié)果不夠準(zhǔn)確，這也是采用確定性約束條件計(jì)算光伏并網(wǎng)準(zhǔn)入容量的局限性。

另一種思路是對(duì)含有隨機(jī)因素的規(guī)劃問(wèn)題采用基于機(jī)會(huì)約束條件，并利用概率潮流法處理隨機(jī)性問(wèn)題。文獻(xiàn)[8]提出一種基于機(jī)會(huì)約束規(guī)劃的主動(dòng)配電網(wǎng)風(fēng)光雙層優(yōu)化配置模型，采用系統(tǒng)靜態(tài)安全機(jī)會(huì)約束，并利用蒙特卡洛法處理機(jī)會(huì)約束條件。

文獻(xiàn)[9]提出一種適用于考慮負(fù)荷和太陽(yáng)輻射隨機(jī)變化的并網(wǎng)光伏電站極限容量計(jì)算方法，采用遺傳算法和蒙特卡羅模擬的混合算法進(jìn)行求解。然而，沒(méi)有考慮光伏出力相關(guān)性對(duì)并網(wǎng)容量的影響，而實(shí)際光伏出力相關(guān)性會(huì)對(duì)系統(tǒng)潮流特性產(chǎn)生影響。文獻(xiàn)[10]提出基于拉丁超立方采樣的光伏發(fā)電置信容量評(píng)估方法，采用秩相關(guān)系數(shù)描述光伏發(fā)電出力相關(guān)性，但對(duì)于容量評(píng)估沒(méi)有設(shè)置相關(guān)約束條件。

目前，對(duì)于光伏發(fā)電并網(wǎng)準(zhǔn)入容量規(guī)劃的研究，尚缺少一種能夠準(zhǔn)確計(jì)及光伏出力隨機(jī)性及相關(guān)性的方法。

光伏發(fā)電的隨機(jī)性和相關(guān)性會(huì)對(duì)配電網(wǎng)電壓產(chǎn)生影響，在規(guī)劃過(guò)程中需充分考慮。為使光伏準(zhǔn)入容量計(jì)算結(jié)果更加準(zhǔn)確合理，本文提出利用概率潮流方法計(jì)算得出配電網(wǎng)電壓的統(tǒng)計(jì)信息作為機(jī)會(huì)約束條件，進(jìn)而求得光伏并網(wǎng)準(zhǔn)入容量。然而，常用的概率潮流法，如半不變量法、點(diǎn)估計(jì)法等，不能直接處理隨機(jī)變量相關(guān)性[11]。因此，還需探求一種能夠準(zhǔn)確處理光伏出力相關(guān)性的概率潮流計(jì)算方法。

針對(duì)光伏出力隨機(jī)性及相關(guān)性對(duì)配電網(wǎng)電壓的影響，提出一種基于電壓偏差機(jī)會(huì)約束的光伏發(fā)電并網(wǎng)準(zhǔn)入容量計(jì)算方法。將Nataf變換與基于矩法的三階多項(xiàng)式正態(tài)變換相結(jié)合處理光伏相關(guān)性，采用多重積分法和Gram-Charlier級(jí)數(shù)展開(kāi)得到配電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)電壓分布作為機(jī)會(huì)約束條件；建立基于電壓機(jī)會(huì)約束的光伏并網(wǎng)準(zhǔn)入容量計(jì)算模型，采用人工智能優(yōu)化算法對(duì)模型進(jìn)行求解。以IEEE 33節(jié)點(diǎn)配電網(wǎng)模型為例，驗(yàn)證所提方法的有效性。

圖1 光伏并網(wǎng)準(zhǔn)入容量計(jì)算模型

基于電壓偏差機(jī)會(huì)約束的分布式光伏發(fā)電準(zhǔn)入容量研究

圖2 IEEE 33節(jié)點(diǎn)配電系統(tǒng)

基于電壓偏差機(jī)會(huì)約束的分布式光伏發(fā)電準(zhǔn)入容量研究
結(jié)論

本文針對(duì)分布式光伏發(fā)電隨機(jī)性及相關(guān)性對(duì)配電網(wǎng)電壓的影響，提出基于電壓偏差機(jī)會(huì)約束的光伏發(fā)電準(zhǔn)入容量計(jì)算方法。將Nataf變換及TPNP相結(jié)合處理光伏相關(guān)性，采用多重積分法求解配電網(wǎng)概率潮流方程，得到配電網(wǎng)電壓分布和越限概率。

建立基于電壓機(jī)會(huì)約束的光伏準(zhǔn)入容量計(jì)算模型，采用人工智能算法進(jìn)行求解。得到如下結(jié)論：

1）光伏發(fā)電出力隨機(jī)性及相關(guān)性會(huì)增加配電網(wǎng)電壓越限的概率，因此對(duì)光伏發(fā)電并網(wǎng)準(zhǔn)入容量進(jìn)行規(guī)劃時(shí)，需計(jì)及光伏出力隨機(jī)性及相關(guān)性。

2）本文提出的基于機(jī)會(huì)約束的規(guī)劃模型與確定性規(guī)劃模型相比較，可有效避免小概率事件的負(fù)面影響，光伏準(zhǔn)入容量得到明顯提升。

3）與忽略光伏出力相關(guān)性的規(guī)劃模型相比，本文所提模型計(jì)及光伏相關(guān)性對(duì)配電網(wǎng)電壓影響，模型計(jì)算結(jié)果能夠降低配電網(wǎng)電壓越限概率，使配電網(wǎng)運(yùn)行電壓符合要求。