采用有載調(diào)容調(diào)壓變和MPC技術(shù)的配電臺(tái)區(qū)低電壓治理

徐峰亮,王發(fā)義,趙建濤,張帥,趙鳳展

(1. 國(guó)網(wǎng)河南省電力公司信陽(yáng)供電公司,河南省信陽(yáng)市 464000; 2. 華北電力大學(xué)控制與計(jì)算機(jī)工程學(xué)院,北京市 102206;3. 中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院,北京市 100083)

0 引 言

隨著我國(guó)新農(nóng)村建設(shè)和鄉(xiāng)村電氣化建設(shè)的推進(jìn),鄉(xiāng)村地區(qū)的生產(chǎn)、生活和商業(yè)等領(lǐng)域用電量激增。在返鄉(xiāng)供暖、春季灌溉、炒茶制煙等時(shí)段的高峰負(fù)荷現(xiàn)象尤為嚴(yán)重,可以達(dá)到平時(shí)正常負(fù)荷的十幾倍[1],且一直以來(lái)鄉(xiāng)村電網(wǎng)建設(shè)相對(duì)落后,部分配電變壓器容量已無(wú)法滿足負(fù)荷需求,出現(xiàn)低電壓現(xiàn)象,系統(tǒng)線損過(guò)高等問(wèn)題[2-6],不符合清潔、低碳的新型電力系統(tǒng)的建設(shè)要求。如何綜合考慮供電能力、電壓質(zhì)量以及配電變壓器損耗等指標(biāo),實(shí)現(xiàn)必要時(shí)調(diào)整供電設(shè)備運(yùn)行參數(shù)解決農(nóng)村配電網(wǎng)供電質(zhì)量問(wèn)題,以適合季節(jié)性和峰谷差較大的負(fù)荷需求和低電壓治理、并兼顧配電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行具有重要意義。

現(xiàn)有研究已經(jīng)對(duì)峰谷差較大造成的時(shí)段性低電壓?jiǎn)栴}進(jìn)行了初步探究,文獻(xiàn)[7]結(jié)合實(shí)際運(yùn)行情況在分區(qū)內(nèi)優(yōu)化配置分布式電源(distributed generator,DG)進(jìn)行低電壓?jiǎn)栴}的治理;文獻(xiàn)[8]利用線路無(wú)功補(bǔ)償和調(diào)壓器調(diào)壓;文獻(xiàn)[9]基于模型預(yù)測(cè)控制理論,通過(guò)調(diào)節(jié)DG的無(wú)功出力、儲(chǔ)能充放電和有載分接開(kāi)關(guān)(on-load tap changer,OLTC)控制母線電壓;文獻(xiàn)[10]采用2臺(tái)或多臺(tái)配電變壓器并聯(lián)運(yùn)行供電,該方案能滿足高峰負(fù)荷供電,但若不能自動(dòng)調(diào)整設(shè)備的接入或退出,在負(fù)荷較小時(shí)經(jīng)濟(jì)性較差;文獻(xiàn)[11-12]運(yùn)用移動(dòng)儲(chǔ)能裝置補(bǔ)給功率缺額,該方案在容量較大時(shí)一般造價(jià)也偏高。

據(jù)統(tǒng)計(jì),全國(guó)配電變壓器上的損耗約占總發(fā)電量7%。降低配電變壓器的損耗特別是空載損耗具有十分重要的意義[13-16]。有載調(diào)容調(diào)壓變壓器(on-load capacity and voltage regulating transformer,CVRT)通過(guò)運(yùn)行容量的調(diào)節(jié),具有很大的節(jié)能潛力,適用于負(fù)荷峰谷差距大的配電臺(tái)區(qū)[17],采用CVRT可以緩解低電壓?jiǎn)栴},同時(shí)也要關(guān)注最佳調(diào)容點(diǎn)的確定問(wèn)題。文獻(xiàn)[18]對(duì)CVRT在目前電能替代背景下負(fù)荷激增的治理效果及其更換判據(jù)進(jìn)行了研究;文獻(xiàn)[19]研究表明選擇CVRT可以顯著降低系統(tǒng)損耗,同時(shí)在高容量工作模式下也能保證系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)電壓在規(guī)定范圍內(nèi);文獻(xiàn)[20]在以門(mén)限值確定調(diào)容點(diǎn)基礎(chǔ)上,在有載調(diào)容點(diǎn)附近設(shè)置了15 kV·A的緩沖區(qū)間避免調(diào)容變壓器頻繁動(dòng)作;文獻(xiàn)[21]引入了模糊決策方法,結(jié)合運(yùn)行損耗和調(diào)容次數(shù)建立優(yōu)選模型判斷調(diào)容點(diǎn);文獻(xiàn)[22]為避免調(diào)容變錯(cuò)過(guò)最佳調(diào)容時(shí)間而提出基于序電流的調(diào)容點(diǎn)判據(jù);文獻(xiàn)[23]分析了有載調(diào)容變壓器的性能參數(shù)和綜合損耗,發(fā)現(xiàn)用電負(fù)荷特性與有載調(diào)容變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行密切相關(guān)。

由此,本文在充分分析含高比例峰谷差負(fù)荷的供電臺(tái)區(qū)負(fù)荷特性的基礎(chǔ)上,采用CVRT治理時(shí)段性低電壓?jiǎn)栴},設(shè)計(jì)一套基于模型預(yù)測(cè)控制(model predictive control,MPC)的日前調(diào)度和日內(nèi)校正相結(jié)合的供電臺(tái)區(qū)低電壓治理及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行協(xié)調(diào)優(yōu)化控制策略,并用算例驗(yàn)證策略的有效性和經(jīng)濟(jì)性。

1 典型時(shí)段性負(fù)荷特性分析

受農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用電、迎冬度夏、春節(jié)返鄉(xiāng)等因素影響,農(nóng)村時(shí)段性大負(fù)荷現(xiàn)象比較嚴(yán)重。以某地區(qū)低壓配電臺(tái)區(qū)典型日灌溉負(fù)荷為例,灌溉高峰負(fù)荷一般集中出現(xiàn)2～3個(gè)月,日負(fù)荷高峰一般出現(xiàn)在05:00—10:00,其負(fù)荷值達(dá)到了其他用電時(shí)段的2～5倍,導(dǎo)致相關(guān)線路的一些節(jié)點(diǎn)出線嚴(yán)重低電壓現(xiàn)象。典型的灌溉日負(fù)荷曲線如圖1所示。

針對(duì)負(fù)荷峰谷差大的地區(qū),在選擇配電變壓器容量時(shí),如果按照最大負(fù)荷選擇,變壓器運(yùn)行不經(jīng)濟(jì);如果按照最小負(fù)荷選擇,高峰負(fù)荷期變壓器嚴(yán)重超負(fù)荷運(yùn)行,影響配電變壓器安全運(yùn)行和供電可靠性。因此迫切需要提出一種改善時(shí)段性低電壓?jiǎn)栴}同時(shí)降低變壓器損耗的方法。

2 調(diào)容調(diào)壓變壓器工作原理

2.1 調(diào)容變壓器調(diào)容原理

2.2 調(diào)容點(diǎn)選擇方法

調(diào)容點(diǎn)是保證CVRT工作在經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式的容量調(diào)整時(shí)刻,合理地選擇調(diào)容點(diǎn)可以使系統(tǒng)運(yùn)行更經(jīng)濟(jì)。變壓器綜合損耗曲線是一條與臺(tái)區(qū)負(fù)荷呈正相關(guān)的曲線,如圖2所示。

圖2 調(diào)容變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行曲線Fig.2 Economic operation curve of CVRT

當(dāng)CVRT大容量工作模式下的綜合損耗ΔPH與小容量工作模式下的綜合損耗ΔPL相等時(shí),其對(duì)應(yīng)的臺(tái)區(qū)負(fù)荷值即為調(diào)容變壓器臨界經(jīng)濟(jì)容量SC,在圖2中即為曲線交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的橫坐標(biāo)值。當(dāng)負(fù)荷值大于SC時(shí),CVRT調(diào)整到大容量工作模式;當(dāng)負(fù)荷值小于SC時(shí),CVRT調(diào)整到小容量工作模式。SC的計(jì)算式為[19]:

(1)

式中:POH、POL分別為變壓器大、小容量的空載損耗;PKH、PKL分別為變壓器大、小容量的負(fù)載損耗;SNH、SNL分別為變壓器大、小額定容量。

對(duì)變壓器容量進(jìn)行選擇時(shí),要以現(xiàn)有的負(fù)荷為依據(jù),適當(dāng)考慮負(fù)荷未來(lái)發(fā)展情況。CVRT在實(shí)際運(yùn)行中調(diào)容點(diǎn)的確定,在考慮理論調(diào)容點(diǎn)計(jì)算的基礎(chǔ)上,還需考慮實(shí)際運(yùn)行的各項(xiàng)指標(biāo)因素,包括系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)電壓要求,調(diào)容切換的開(kāi)關(guān)電氣壽命約束等。因此,實(shí)際最優(yōu)調(diào)容點(diǎn)會(huì)略大于理論計(jì)算值,同時(shí)結(jié)合《10 kV有載調(diào)容配電變壓器選型技術(shù)原則和檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》(Q/GDW 10731—2016)、《油浸式電力變壓器技術(shù)參數(shù)和要求》(GB/T 6451—2015)將1.1倍的理論調(diào)容臨界負(fù)荷值設(shè)定為實(shí)際調(diào)容限值[25],得到表1中的CVRT實(shí)際調(diào)容臨界負(fù)荷。

表1 S13型有載調(diào)容調(diào)壓變壓器綜合臨界負(fù)荷點(diǎn)Table 1 Model S13 integrated critical load point for CVRT

2.3 調(diào)壓點(diǎn)選擇方法

調(diào)壓點(diǎn)是保證CVRT工作在經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式的變壓器分接頭調(diào)整時(shí)刻。對(duì)于10 kV有載調(diào)容調(diào)壓變壓器的調(diào)壓范圍一般為±2×2.5%,有5個(gè)檔位供選擇。

[27]馮霞、楊勇：《中國(guó)特色社會(huì)主義城市治理研究中海外學(xué)者的觀點(diǎn)及政策建議》，《廣西社會(huì)科學(xué)》2015年第12期。

3 基于MPC的有載調(diào)容變壓器與電壓優(yōu)化控制的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行優(yōu)化調(diào)度

隨著越來(lái)越多戶用光伏就近接入低壓配電網(wǎng),一定程度上可緩解農(nóng)網(wǎng)線路低電壓?jiǎn)栴}和偏遠(yuǎn)地區(qū)用戶用電問(wèn)題,但是由于光伏存在不確定性、間歇性以及與部分高峰負(fù)荷曲線不匹配等問(wèn)題,使得時(shí)段性低電壓?jiǎn)栴}仍然存在。為了解決上述問(wèn)題,本文設(shè)計(jì)了一種基于模型預(yù)測(cè)控制[26-27]的CVRT的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行調(diào)度模型,流程如圖3所示。

圖3 基于調(diào)容調(diào)壓變壓器的農(nóng)網(wǎng)時(shí)段性低電壓治理方法流程Fig.3 Flow chart of rural power grid periodic low voltage governance method based on CVRT

圖3由步驟1和步驟2兩部分組成。步驟1進(jìn)行日前調(diào)度,根據(jù)日前日負(fù)荷及光伏預(yù)測(cè)曲線,確定CVRT調(diào)容點(diǎn)和調(diào)壓點(diǎn),得到下一日的基本調(diào)度計(jì)劃;步驟2進(jìn)行日內(nèi)校正,將步驟1得到的日前調(diào)度計(jì)劃下達(dá)至CVRT,日內(nèi)對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)反饋校正。日內(nèi)為避免由于配電網(wǎng)負(fù)荷及分布式電源出力的不確定性造成的調(diào)容開(kāi)關(guān)反復(fù)動(dòng)作,設(shè)計(jì)了調(diào)容閉鎖機(jī)制,同時(shí)對(duì)電壓調(diào)度模型進(jìn)行優(yōu)化校正。最終實(shí)現(xiàn)了農(nóng)網(wǎng)時(shí)段性低電壓?jiǎn)栴}的治理以及CVRT的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行優(yōu)化調(diào)度。

3.1 日前調(diào)度階段

由于CVRT對(duì)容量的調(diào)整會(huì)影響系統(tǒng)整體電壓情況,因此日前調(diào)度階段根據(jù)日前負(fù)荷和光伏出力預(yù)測(cè)曲線首先確定調(diào)容方案,再確定調(diào)壓方案。調(diào)容方案即確定CVRT調(diào)容時(shí)刻,調(diào)壓方案即建立調(diào)壓最優(yōu)調(diào)度模型并確定CVRT調(diào)壓分接頭的最優(yōu)位置。

1)日前調(diào)容方案。

首先,分析日前負(fù)荷預(yù)測(cè)曲線和日前光伏出力預(yù)測(cè)曲線耦合后的系統(tǒng)總凈負(fù)荷曲線,按照表1中實(shí)際調(diào)容臨界負(fù)荷值設(shè)置閾值對(duì)曲線進(jìn)行時(shí)段劃分,如圖4所示,凈負(fù)荷曲線位于實(shí)際調(diào)容臨界負(fù)荷值上方,共有2個(gè)高負(fù)荷時(shí)段,分別為T(mén)1(圖4中t1～t2)與T2(圖4中t3～t4)。由于CVRT在每個(gè)時(shí)段會(huì)動(dòng)作2次,即一次升容動(dòng)作、一次降容動(dòng)作,若假設(shè)總負(fù)荷曲線中有n個(gè)需要調(diào)容的時(shí)段,每個(gè)時(shí)段記為T(mén)i(i=1,2,3, …),則一共需要進(jìn)行2n次調(diào)容動(dòng)作。按照設(shè)備從投運(yùn)到退出運(yùn)行20年計(jì)算,同時(shí)滿足《10 kV有載調(diào)容調(diào)壓變壓器技術(shù)導(dǎo)則》(DL/T 1853—2018)中對(duì)CVRT調(diào)容次數(shù)的限制,每24 h調(diào)容不超過(guò)12次以保證其設(shè)備可靠性,所以n<6。

圖4 光伏和常規(guī)負(fù)荷耦合后系統(tǒng)凈負(fù)荷曲線Fig.4 Net load curve of the system after coupling PV and conventional load

針對(duì)負(fù)荷曲線中有多個(gè)峰值的情況,為限制調(diào)容次數(shù),對(duì)每個(gè)調(diào)容時(shí)段進(jìn)行功率損耗計(jì)算,并對(duì)各時(shí)段的功率損耗進(jìn)行從大至小的排序,選取前m(m<6)個(gè)時(shí)段作為調(diào)容時(shí)段。功率損耗計(jì)算方法為:

(2)

式中:ΔPTi為T(mén)i(i=1,2,3,…,m)時(shí)段的總功率損耗;St為t時(shí)刻系統(tǒng)總負(fù)荷;ΔPL(St)、ΔPH(St)分別為CVRT在低容量工作模式下和高容量工作模式下,負(fù)荷為St時(shí)的總功率損耗。

2)日前調(diào)壓最優(yōu)調(diào)度模型。

minF(t)=CCB,t+COLTC,t+ctPLoss,t

(3)

式中:F(t)為t時(shí)刻系統(tǒng)總運(yùn)行成本;CCB,t為t時(shí)刻電力電容器投切的動(dòng)作成本;COLTC,t為t時(shí)刻CVRT分接頭投切動(dòng)作成本;PLoss,t為當(dāng)前系統(tǒng)網(wǎng)損;ct為t時(shí)刻分時(shí)電價(jià)。

約束條件除了需要滿足電力系統(tǒng)潮流和線路約束外,還需滿足CVRT分接頭位置和投切次數(shù)的約束:

kmin≤kt≤kmax

(4)

(5)

由于CVRT分接頭位置是離散變量,因此調(diào)壓最優(yōu)調(diào)度模型本質(zhì)上是一個(gè)混合整數(shù)非線性規(guī)劃問(wèn)題。本文參考文獻(xiàn)[28]首先采用內(nèi)點(diǎn)法求解得到不考慮設(shè)備調(diào)節(jié)次數(shù)約束條件下的理想可投切變壓器變比曲線;再利用最小二乘法對(duì)該曲線進(jìn)行階梯化擬合[28],使其滿足調(diào)節(jié)次數(shù)不超過(guò)12次的約束限制,最終得到CVRT調(diào)壓變比整數(shù)解,形成變壓器分接頭位置控制的最終解。

3.2 日內(nèi)校正階段

為了避免配電網(wǎng)負(fù)荷及分布式電源不確定性導(dǎo)致的日內(nèi)調(diào)容、調(diào)壓檔位反復(fù)切換,影響安全穩(wěn)定運(yùn)行,本文在日內(nèi)校正階段,對(duì)日前下達(dá)至CVRT的調(diào)度計(jì)劃提出了基于實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)的調(diào)容開(kāi)關(guān)閉鎖機(jī)制進(jìn)行調(diào)容校正,以及以日前、日內(nèi)預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)差值為模型輸入的調(diào)壓校正。

1)調(diào)容校正。

為保證調(diào)容開(kāi)關(guān)動(dòng)作在最優(yōu)調(diào)容點(diǎn)附近,調(diào)容校正的具體策略如下:首先校驗(yàn)t時(shí)刻是否為日前確定的調(diào)容時(shí)刻,若不是,則跳過(guò)調(diào)容階段進(jìn)入調(diào)壓校正調(diào)度階段;若是調(diào)容時(shí)刻,則判斷其是升容動(dòng)作點(diǎn)還是降容動(dòng)作點(diǎn)。對(duì)于升容動(dòng)作點(diǎn),校驗(yàn)下一控制時(shí)刻的負(fù)荷與PV出力相耦合的預(yù)測(cè)值是否大于當(dāng)前時(shí)刻真值,若是則給出指令進(jìn)行調(diào)容,否則執(zhí)行閉鎖,在下一時(shí)刻繼續(xù)校驗(yàn)直至尋找到最佳調(diào)容點(diǎn)。對(duì)于降容動(dòng)作點(diǎn),則校驗(yàn)預(yù)測(cè)值是否小于當(dāng)前時(shí)刻值并實(shí)施對(duì)應(yīng)的降容或閉鎖。

2)調(diào)壓校正。

調(diào)壓校正具體策略為:在t時(shí)刻觀測(cè)下一控制時(shí)刻(控制時(shí)間間隔為15 min)的各節(jié)點(diǎn)負(fù)荷及PV出力的預(yù)測(cè)值[29],同日前調(diào)度階段的預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較,得到的差值作為模型輸入,在線求解15 min內(nèi)的分接頭電壓控制的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行策略,并執(zhí)行當(dāng)前調(diào)度結(jié)果;在下一采樣時(shí)刻,根據(jù)前一時(shí)刻調(diào)度后的系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài),重復(fù)以上過(guò)程,解決由于配電網(wǎng)負(fù)荷及分布式電源不確定性造成的電壓偏差問(wèn)題。

4 算例分析

4.1 算例概況

本文采用改進(jìn)的28節(jié)點(diǎn)低壓配電網(wǎng)算例進(jìn)行仿真驗(yàn)證,拓?fù)淙鐖D5所示,線路、負(fù)荷具體信息見(jiàn)附錄表A1、A2所示。CVRT型號(hào)為S13-315(100)kV·A,變比為10 kV/0.4 kV。根據(jù)負(fù)荷特點(diǎn)在節(jié)點(diǎn)1處配置90 kvar的固定無(wú)功補(bǔ)償。CVRT分接頭投切動(dòng)作成本為50元/次[30]。負(fù)荷節(jié)點(diǎn)具體情況為第18、22、23、25、26共5處為灌溉負(fù)荷節(jié)點(diǎn),其他為正常生活負(fù)荷節(jié)點(diǎn)。應(yīng)用參考文獻(xiàn)[31]的有功-電壓靈敏度矩陣方法在節(jié)點(diǎn)17、18、13、15、14、11共計(jì)6個(gè)節(jié)點(diǎn)設(shè)置實(shí)際最大發(fā)電功率為8 kW的屋頂分布式光伏電站,此時(shí)系統(tǒng)光伏滲透率為10%。運(yùn)用MATLAB仿真平臺(tái)(R2019a版本),以某典型日灌溉負(fù)荷為例,采用圖3所示的計(jì)算流程驗(yàn)證本文所提策略的有效性。同時(shí)為驗(yàn)證所提方法對(duì)新型電力系統(tǒng)發(fā)展的適應(yīng)性,對(duì)光伏滲透率為20%、50%的情況也進(jìn)行了仿真驗(yàn)證,光伏功率曲線如圖6所示。

圖5 28節(jié)點(diǎn)低壓配電網(wǎng)拓?fù)銯ig.5 Low-voltage distribution network topology of 28 node

圖6 不同滲透率下的光伏功率曲線Fig.6 PV power curves under different permeability

4.2 計(jì)算結(jié)果分析

1)調(diào)容降損效果分析。

圖7給出了典型灌溉日24個(gè)時(shí)段不同光伏滲透率下的系統(tǒng)凈負(fù)荷曲線。

圖7 不同光伏滲透率下的系統(tǒng)凈負(fù)荷曲線Fig.7 Net load curves of the system under different PV permeabilities

根據(jù)第3節(jié)設(shè)計(jì)的日前調(diào)度階段調(diào)容方案確定調(diào)容時(shí)段,以表1中S13-315(100)kV·A調(diào)容調(diào)壓變壓器的實(shí)際綜合臨界負(fù)荷值58.3 kW作為調(diào)容閾值,對(duì)系統(tǒng)凈負(fù)荷曲線進(jìn)行調(diào)容時(shí)段劃分,同時(shí)定義調(diào)整為大容量時(shí)為升容時(shí)刻,調(diào)整為小容量時(shí)為降容時(shí)刻,從而得到不同光伏滲透率下的調(diào)容結(jié)果和調(diào)容調(diào)壓變壓器與配置固定容量(S13型315 kV·A、100 kV·A)普通配電變壓器(下文稱(chēng)普通變)的損耗比較值,如表2、表3所示。

表2 不同光伏滲透率下的調(diào)容結(jié)果Table 2 Volume adjustment results under different PV permeabilities

表3 S13型調(diào)容調(diào)壓變壓器與固定容量配電變壓器不同光伏滲透率下?lián)p耗值Table 3 LOSS values of S13 type CVRT and fixed capacity distribution transformer under different PV permeabilities

從表3可以看出,在光伏滲透率不斷提高的大背景下,315 kV·A和100 kV·A普通變壓器損耗值逐漸上升,而315(100)kV·A的CVRT損耗逐漸降低,有利于未來(lái)新型電力系統(tǒng)的節(jié)能建設(shè)。其原因主要是接入普通變壓器的線路隨著光伏滲透率提高,節(jié)點(diǎn)電壓升高或出現(xiàn)潮流返送現(xiàn)象,進(jìn)一步增加了變壓器的損耗。而CVRT采用容量的適時(shí)切換,從而降低了系統(tǒng)輕載時(shí)的空載損耗,降損效果更明顯。以光伏滲透率10%為例,在典型灌溉負(fù)荷日,CVRT較2種普通變壓器損耗分別降低了58.8%和29.2%;若電價(jià)按照0.6元/(kW·h)進(jìn)行估算,相比于全年都用大容量和全年都用小容量變壓器而言,每臺(tái)CVRT配變年節(jié)約費(fèi)用約為3 744.9元和1 861.5元。

按相關(guān)部門(mén)統(tǒng)計(jì),每節(jié)約1 kW·h電能,就相應(yīng)節(jié)約了0.357 kg標(biāo)準(zhǔn)煤,同時(shí)減少排放0.270 68 kg的CO2、0.008 03 kg的SO2、0.006 9 kg的氮氧化物[32],本文策略的經(jīng)濟(jì)和環(huán)保效益如表4所示?？煽闯霰疚奶岢龅牟呗栽诃h(huán)保效益方面,可以顯著節(jié)約煤,減少CO2、SO2及氮氧化物等有害氣體的排放,降低了對(duì)大氣環(huán)境的污染。這對(duì)于我國(guó)構(gòu)建節(jié)能減排、綠色高效的社會(huì)具有積極意義。

表4 每臺(tái)S13型315(100)kV·A CVRT全年環(huán)保效益Table 4 Annual environmental protection benefit of each S13 315(100)kV·A CVRT

2)調(diào)壓控制效果分析。

經(jīng)本策略調(diào)控后控制日內(nèi)變壓器分接頭位置離散化后的結(jié)果如圖8所示。從圖8中可以看出,經(jīng)過(guò)最小二乘法對(duì)變壓器分接頭調(diào)整進(jìn)行理想化曲線擬合,分別將不同光伏滲透率下的分接頭調(diào)節(jié)次數(shù)控制在4次、3次、0次以及1次,有效減少了變壓器分接頭動(dòng)作次數(shù),可以延長(zhǎng)變壓器使用壽命。調(diào)控前后系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)電壓如圖9所示,由圖9可見(jiàn),經(jīng)過(guò)優(yōu)化調(diào)控可保證系統(tǒng)整體電壓在±7%合格范圍內(nèi)。

圖8 CVRT分接頭投切情況Fig.8 Switching status of tap of CVRT

圖9 治理前后系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)電壓Fig.9 Voltage at each node of the system before and after governance

雖然本文使用的S13型CVRT成本較S13型普通變壓器成本要高些,但是超過(guò)部分的投資費(fèi)用一方面可以用節(jié)省的電費(fèi)補(bǔ)償,另一方面通過(guò)使用本文的電壓優(yōu)化控制策略,減少了變壓器分接頭調(diào)整次數(shù),延長(zhǎng)變壓器使用壽命進(jìn)行補(bǔ)償。通過(guò)計(jì)算,本文所用CVRT預(yù)計(jì)4～5年之內(nèi)收回成本,在此以后每年所節(jié)省的運(yùn)行費(fèi)用則為純收益。

5 結(jié) 論

本文針對(duì)配電網(wǎng)高比例時(shí)段性大負(fù)荷供電區(qū)域的低電壓現(xiàn)象,在充分分析其負(fù)荷特征的基礎(chǔ)上,提出了基于模型預(yù)測(cè)控制技術(shù)并計(jì)及調(diào)容調(diào)壓變壓器的有載調(diào)容和調(diào)壓能力的配電臺(tái)區(qū)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行調(diào)度策略。為適應(yīng)新型電力系統(tǒng)發(fā)展需要,采用了不同分布式光伏滲透率條件下的算例,驗(yàn)證了本文所提策略可以充分利用有載調(diào)容調(diào)壓變壓器的容量和電壓調(diào)節(jié)特性,具有很好的時(shí)段性低電壓治理效果和節(jié)能降損與環(huán)保效果。

本文方法可用于南方應(yīng)用炒茶爐地區(qū)、北方含電采暖負(fù)荷、夏季空調(diào)負(fù)荷等日負(fù)荷峰谷差較大的配電臺(tái)區(qū),通過(guò)合理地配置有載調(diào)容調(diào)壓變壓器,可以有效改善電壓和節(jié)能降損,適應(yīng)新型電力系統(tǒng)建設(shè)的需要。

附錄A

表A1 28節(jié)點(diǎn)拓?fù)渚€路參數(shù)Table A1 28-node topology line parameters