原文发表在《电瓷避雷器》2024年第6期。
https://www.chndoi.org/Resolution/Handler?doi=10.16188/j.isa.1003-8337.2024.6.007
寒旱地区分布式新能源配电网过电压控制方法
曹志刚1，丁仁杰1，崔旭东1，王伟2，吕世高1，葛宁1
(1.国网内蒙古东部电力有限公司通辽供电公司，内蒙古 通辽 028100；2.国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司，武汉 430074)
一 内容简介
寒旱地区灌溉负荷的随机变化以及分布式风光能源的非线性动态变化，带来了高混淆式的复合型暂态过电压。以蒙东某农业区域典型日含两段高峰负荷线路为案例，搭建了考虑灌溉负荷和新能源接入的配电网系统模型，对比分析了多种方式调节电压幅值分布特点。仿真结果来看，分布式新能源可以缓解灌溉高峰负荷的电力需求，但会产生过电压问题；增加储能系统可缓解电压幅值，但在末端电压处理上，集中储能系统不如分布式储能系统。在蒙东典型农业区域进行了应用，缓解了灌溉高峰时段的电压难题，相关结论为高渗透率分布式新能源提供了技术参考。
二 主要内容
我国北方寒旱地区分布广阔，这些区域也是我国旱地农业基地。以内蒙古为例，内蒙古东部地区的农业面积占东部地区的56.2%，耕地面积超过6×1010 m2。人工灌溉逐步成为这些农业的主要水源，但是灌溉用水持续供应一直是个难题，引发这个问题主要是持续水源和稳定电源。中西部地区距离长远的配网末端电压问题不利于大量灌溉用电源的接入，为了解决该问题，协调分布式风光能、主网电网和灌溉用能成为研究的技术重点。
将分布式微网视为配网主网的支撑系统，已经成为研究热点，这里需要协调大量灌溉用能以及风光分布能源的接入。这种灌溉负荷的随机变化以及分布式风光能源的非线性动态变化，带来了高混淆式的复合型暂态过电压。
分布式电网逐步成为智能配电系统的关键组成，可以充分吸纳光伏发电、余热发电和风力发电等多种能源形式，以交流微网负荷和直流电网负荷输出。大量研究者从系统稳定性角度出发进行大量研究，从系统稳态参数和控制参数出发，提出虚拟阻抗设计方法、改进鲁棒下垂控制方法、自适应控制方法以及逐步优化控制方法等，这些方法关注系统负荷、频率和电压等关键指标，来达到消弭微网这些关键指标的结构性扰动问题。三相孤岛分布式微网系统，负载、电压和频率容易出现不平衡，加上线路参数的差异，直接影响系统的正常工作，采用虚拟同步控制策略和负荷下控制策略，来减小微源的传输阻抗，减少系统的不平衡度，来保证三相微网的正常运行。也有研究者将主网的控制策略引入孤岛微网中，达到控制系统负荷、频率和电压等关键指标的目的。从优化微网结构出发，大量学者引入了储能系统和柴油发电系统，来改善系统的稳定性，综合考虑新能源的电源随机性以及系统元件可能性故障，研究的重点包括控制方式、网架结构改善策略等。有关孤岛微网运行的可靠性，涉及新能源电源和储能电源，以及多种负荷高密度的接入/离网，也是研究者关注的重点，基本从用电负荷指标和电源指标，即用电和发电的关键角度来评估孤岛的可靠性。也有从包含多种电源和负荷的微网的能量管理策略出发，通过实时监测分析关键设备装置的数据，结合净负荷功率和净发电功率，优化调度策略，为实际工程中分布式新能源的应用提供依据。
高渗透率的分布式新能源接入主网系统时，暂态过电压的情况难以避免，针对暂态过电压问题，可采用母线优化、逆变器调控、通信延迟调节和多节点综合能量储能控制等系列手段。采用分摊方法属于典型管理方法，配合多级储能技术，是个较为稳定的技术。分布式新能源大量接入配电系统的影响，一定限度内可视为与其的合作博弈模型，建立合作博弈的过电压进行分摊方法；或者根据新能源系统的暂态过电压故障来进行过电压分摊；或者对功率或者负荷进行责任分摊，建立自适应分配方法；或者采用分布式电网区域储能共享模式的协同调度策略，来分摊微网并入的过电压过程。
中西部寒旱地区长距离的配网末端电压问题不利于大量灌溉用电源的接入，加上大量分布式能源的并网，这种无序灌溉负荷的随机变化以及非线性分布式风光能源的动态变化，给系统带来了高混淆式的复合型暂态过电压。本研究以蒙东某农业区域典型日含两段负荷线路为案例，拟结合分布式接入主网系统的情况，采用分布式新能源分别与集中储能系统和分布式储能系统来调节这种灌溉负荷和新能源接入引发的电压幅值。
1模型搭建
2仿真结果与分析
2.1系统计划
2.2结果与分析
三 结论
以内蒙古东部农业区域典型日含两段负荷线路为案例，搭建了考虑灌溉负荷和新能源接入的配电网系统模型，对比分析了多种方式调节电压幅值分布特点，主要结论如下。
1）分布式新能源可以缓解灌溉高峰时段9:00~13:00以及入夜高峰时段18:00~20:00的电力需求，但是会在16:00左右产生过电压问题；
2）在分布式新能源系统基础上，增加储能系统可缓解电压幅值，但在末端电压幅值处理来看，集中储能系统不如分布式储能系统；3）采用高渗透率分布式新能源和储能系统，在蒙东典型农业区域进行了应用，缓解了灌溉高峰时段高峰时段的电压问题，效果良好。
作者简介
曹志刚（1980—），男，高级工程师，长期从事新能源系统方面的研究工作。E-mail:76186819@qq.com。
王伟（1982—），男，高级工程师，长期从事储能技术及应用研究工作。E-mail:18372503597@163.com。
本文索引
曹志刚，丁仁杰，崔旭东，等. 寒旱地区分布式新能源配电网过电压控制方法[J]. 电瓷避雷器，2024(6)：53-60.
CAO Zhigang，DING Renjie，CUI Xudong，et al. Overvoltage control method of distributed new energy distribution network in cold and dry areas[J]. Insulators and Surge Arresters， 2024(6)：53-60.
《电瓷避雷器》国际标准刊号： ISSN1003-8337， CODEN DBIIA4。国内统一刊号： CN61-1129/TM，《电瓷避雷器》由西安电瓷研究所主办，双月刊， 1958 年创刊， 2009年元月起改制后，由西安高压电器研究院有限责任公司主管。《电瓷避雷器》是我国绝缘子、避雷器行业唯一的一本国内外公开发行的期刊。主要报道国内外绝缘子、避雷器和相关行业的最新理论、科研成果及技术创新等方面的论文。2019年《电瓷避雷器》入选《能源电力领域高质量科技期刊分级目录》电工理论与装备专业T3级。
《电瓷避雷器》连续多年被评为中文核心期刊，是“中国学术期刊综合评价数据库”和“中国科学引文数据库”来源期刊。被美国《化学文摘》、《剑桥科学文摘：材料信息》以及波兰《哥白尼索引》收录。
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