基于分布储能系统的有源配网功率均衡控制

吴万军

基于分布储能系统的有源配网功率均衡控制

吴万军

国家电网山西省电力公司计量中心 山西 太原 030000

为探索适用于有源配电网的分布式储能系统优化调度控制策略，本文分析了分布式电源，储能系统的数学模型，建立了功率不平衡度、网损、最大供电负荷的多目标优化控制模型。通过该模型，优化分布式储能系统充放电控制策略，实现有源配电网优化调度控制，并通过具有光伏电源、分布式储能系统的IEEE13节点测试系统验证了所提方法应用于有源配电网综合调度控制的有效性和可行性。

有源配电网; 分布式储能系统; 均衡控制

新一代电力系统的主要特征之一为可再生能源接入，而可再生能源以分布式形式接入电网可有效提高供电可靠性、降低供电成本[1-4]。然而，分布式电源在有源配网中的渗透率不断提高也对配网的运行和调度带来挑战；分布式能源以单相形式接入系统加剧了配网的三相功率的不平衡度[5-7]。

随着储能电池、电力电子变换器成本的不断降低，储能系统广泛应用于配电系统中[8,9]。储能变换系统以小容量、分布式形式接入配网可实现配网削峰填谷、网损优化等多目标优化控制[10-13]。本文提出了利用分布式储能系统以实现有源配网能量均衡控制。本文建立了功率不平衡的有源配网多时间尺度模型，并提出通过分布式储能系统的充放电优化控制策略以实现有源配网功率平衡、网损等多目标优化控制。最后，通过IEEE-13节点系统测试了所提方案的可行性。

1 模型建立

1.1 分布式储能系统

分布式储能系统可等效为受控电流源电路，储能系统（ESS）可向电网吸收或提供有功功率。储能系统的模型包括储能电池的能量平衡方程以及储能变换器（PCS）模型，储能电池的荷电状态（SOC）满足下述约束方程：

其中q为储能变换器输出无功功率，p为储能变换器充放电功率。p为正时表示储能变换器处于放电状态；反之，则处于充电状态。v、i分别为储能系统相时刻输出电压、电流。上标、分别表征电压相量的实部和虚部。在配网最优潮流优化模型中，ESS等效成并联补偿装置。

1.2 光伏模型

其中为光伏系统输出电流的共轭值，v为光伏并网逆变器时刻相输出电压。在配网最优潮流优化模型中，光伏系统也可等效成输出功能恒定的并联装置。

1.3 三相不平衡系统模型

一般配网系统由各类串并联装置组成，如输电线/电缆、变压器、有载调压装置、电容器组、机械开关等。配网串联型元器件输出端、输入端电压和电流可由下述ABCD矩阵表达：

并联型元器件包括电容器组、负荷，本文采用恒阻抗模型，即：v=Z,i,(8)

其中Z为负荷或者电容器组相阻抗（=,,）。

由KCL方程可求解出下述时刻相输出电流平衡方程：

2 多目标优化求解算法

为实现有源配网功率平衡等多目标优化功能，本节建立了配网系统优化运行模型。

2.1 功率平衡优化

本文提出的优化模型可有效补偿配网三相功率不平衡，优化目标为最小化PCC处三相功率不平衡度，该优化目标也可减少三相电流不平衡度，避免三相不平衡电流造成变压器过流现象。三相不平衡功率满足：

功率平衡优化目标方程为：1=Vp(14)

2.2 配网损耗优化

在本模型中，通过管理系统统一调度优化配网系统损耗。时刻，系统损耗为：

2.3 峰值负荷优化

则目标优化函数为：3=p(19)

3 仿真分析

3.1 系统描述

本文采用图1所示的IEEE-13节点系统[14]进行仿真，该测试模型为三相功率不平衡系统，节点650为PCC点，分布式储能系统分别安装于节点632、节点675处，分布式储能的相关参数如表I所示，24 h负荷信息采用文献[15]所示的IEEE可靠性测试系统（RTS）的负荷情形；假设RTS测试系统的原始负荷数据即为峰值负荷；节点电压的上下限定为1.07 p.u.以及0.95 p.u.。各节点均由光伏电源接入，且渗透率为20%；则光伏电源接入后，系统最大可供电符合提升了20%；24 h光照强度信息如图2所示。

图 1 具有光伏电源和分布式储能的IEEE-13节点测试系统

图 2 光照强度

3.2 仿真结果与分析

3.2.1 不平衡功率优化控制 图3、图4仿真了基于最小化三相功率不平衡度的电池充放电功率，基于本文提出的方法可将三相不平衡功率由186 kW优化至103 kW。

图 3 基于三相功率不平衡优化的节点632电池充放电功率

图 4 基于三相功率不平衡优化的节点675电池充放电功率

图5、图6所示的为基于最大供电负荷优化的电池充放电功率。本文提出的电池充放电优化调度可将PCC最大供电负荷由3280 kW有效降低至2905 kW。

图 5 基于最大供电负荷优化的节点632电池充放电功率

图 6 基于最大供电负荷优化的节点675电池充放电功率

类似地，本文测试了基于最小化网损的仿真情形。通过优化电池充放电功率，可将系统总损耗由2802 kWh降低至2357.12 kWh，改善效果较为明显。

4 结论

本文提出了一种利用分布式储能系统实现有源配网优化调度控制的方法。本文建立了功率不平衡有源配网多时间尺度模型，并详述了基于PCC处功率不平衡度、网络损耗、最大供电负荷多目标优化模型，并通过具有光伏电源、分布式储能系统的IEEE-13节点测试系统验证了多目标优化调度算法。由仿真结果可知，储能电池充放电优化控制策略由电池安装位置和优化目标共同决定的。

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Balanced Control for the Active Distribution Network Power Based on the Distributed Energy Storage System

WU Wan-jun

030000,

To explore an optimal dispatch control strategy being suitable for the distributed energy storage system of the active distribution network, the Mathematical models of distributed power and energy storage system was analyzed to establish the multi-objective optimization model including unbalanced Distribution Optimal Power Flow (DOPF), network losses and maximum power supply load and it was used to optimize the charge-discharge strategy and then the optimal dispatch control of active power distribution network was realized. IEEE-13 nodes test system with multiple solar photovoltaic power and distributed storage system verified the effectiveness and feasibility of the model for the active power distribution network integrated dispatching.

Active distributed network; distributed energy storage system; balanced control

TM762

A

1000-2324(2019)03-0482-04

10.3969/j.issn.1000-2324.2019.03.027

2018-05-10

2018-06-03

吴万军(1965-),男,硕士,副主任,研究方向是力系统及自动化. E-mail:xf5888@126.com