摘要：伴随新能源、分布式电源发电、储能和电力电子技术的进步，配网潮流在电网与用户以及各等级电网之间的双向互动需求不断提高。电力电子变电站可连接主网的中压交流、新电源的中压直流、低压的交流负荷和直流负荷，成为交直流配网多种电力资源的管控点。中压直流侧可接入集中式光伏、风能等。负荷侧可接入储能设备，还可实现分布式电源（distributed generation，DG）如屋顶光伏的即插即用。相比常规变电站，电力电子变电站具备潮流精确灵活控制的功能。
关键词：电力电子；变电站；交直流配网；调度优化；分析
引言：随着变电站智能化、自动化、可靠性的不断提高以及越来越多的数字变电站和智能变电站的投运，智能化变电站要求实现变电站与电网的数据共享、能够满足各种一次设备和二次设备终端相互操作性、满足整个变配电系统联合调配工作，常规站用电源系统已不适应新型变电站发展的需要。智能化站用一体化电源系统是将变电站站用交流电源系统、直流电源系统、逆变电源系统、通信电源等系统，统一设计、监控、生产、调试、服务，通过网络通信、设计优化、系统联动方法，实现站用电源安全化、网络智能化和数字化。
1.传统交直流电源系统类型及状况
一般传统变电站交直流控制电源分为４类：直流电源；交流电源；交流不停电电源；通讯电源。变电站中的操作电源分为两种电源系统，分别为直流电源系统和交流电源系统。各电源系统采用分散设计，独立组屏，设备由不同的供应商生产、安装、调试，供电系统也分配不同的专业人员进行管理，这种模式在站用电源自动化程度不高、安装服务协调较难以及运行维护不方便等问题，供电系统可靠性得不到保障。传统的直流系统都是采用高频开关电源＋蓄电池组的配置方式，正常情况下直流电源由高频开关电源整流提供，事故情况下由蓄电池组放电提供。
2.直流电源
智能一体化电源系统是将交流电源、直流电源、UPS和通信用直流变换电源（DC/DC）等装置组合，共享直流电源的蓄电池组，并统一监控的成套设备。一体化电源系统既能满足高压开关分合闸、过程控制、事故状态下的继电保护、照明负荷等电源需要，又能为变电站后台计算机及48V通信电源集中供电。当交流输入电源故障停电时，由蓄电池组不间断给直流负荷供电，蓄电池组是直流系统的独立后备电源。
3.电力电子变电站源-荷-储模型
3.1分时电价
分时电价（time-of-use price，TOU）是一种可以有效反应系统不同时段供电成本差别的电价机制，峰谷电价是其常见的一种形式。为了降低区域内的供需峰谷差，基于电力电子变电站区域内的新能源和负荷预测，将一天中的时段分为Tv谷时段、Tf平时段、Tp峰时段，不同时段实施不同的电价。日前离线经济调度一天按小时划为24个区间。本文采用基于模糊聚类等价关系的传递闭包方法，用隶属度函数划分时段。根据消费者心理学模型，实施峰谷电价后，部分负荷将会响应于电价，从高电价时段转移到低电价时段。假设峰平谷电价分别为pfvx、x、x。定义负荷转移率α为转移负荷与高电价时段的负荷之比。
3.2基于峰谷分时的储能充放电模型
储能装置可在主网发生故障时作为备用电源，也可发挥削峰填谷的作用。适用于功率型和能量型的储能电池有全钒和钠硫电池。其中，全钒蓄电池技术成熟，投资成本低，响应速度快，且污染较低，储能容量适宜适合低压配网对储能的要求，因此本文采用全钒蓄电池进行研究。
基于峰谷分时电价的储能充放电策略为：蓄能设备仅在峰时段放电，仅在谷时段充电，且一天中储能充放总电量保持一致。储能装置的综合成本计算，将其投资成本折算到每一次充放电。
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4.优化调度模型
4.1电力电子变电站控制方式
当含电力电子变的交直流配网内的新能源和分布式电源出力供给负荷有余量时，结合电力电子变电站的控制方式，对该部分电量的处理有以下几种处理方式：一是全部接纳分布式电源出力，电力电子变电站采用高压交流端口定电压控制模式。二是定额接纳分布式电源出力，电力电子变电站采用高压交流端口定功率控制模式。在第2种方式下，分布式电源的出力被部分主网接收，而剩余部分则被放弃。为了提高新能源消纳率，减少区域内与主网的交换功率，本文对调度控制方式的决策，以区域内电能供需峰谷差最低，以及包括弃风、弃光、弃DG惩罚成本、传统机组调峰成本、储能电池成本的运行成本最小化为目标，建立含电力电子变电站的多目标调度优化运行模型。
4.2目标函数及约束条件
优化调度的目标函数为区域内的电能供需峰谷差最低和调度成本最低。决策变量为日前计划的新能源运行曲线、储能运行曲线、峰谷分时电价。根据所得到的计划运行曲线，选择电力电子变电站的控制方式。
5算法流程
5.1基于分解的PSO算法
粒子群算法（particle swarm optimization，PSO）可用于本文所建模型的非线性多元优化问题的求解。PSO算法在求解过程中没有交叉、变异的行为，参数较少，便于操作，结构简单，能快速收敛。在处理本文的多目标问题时，需要寻找一组帕累托（Pareto）最优解集。应用基于分解的PSO算法进行优化，将目标问题分解为若干个子问题。
5.2算例分析
以某示范工程的电力电子变电站区域电网为例进行算例分析。该区域电力电子变电站连接了一座集中式光伏电站，光伏容量为5000kW，一座风电站，风电容量为2000kW。储能单元容量为5000kWh，充放电上下限为20%-80%。直流负荷侧有屋顶光伏接入，总容量共500kWh。原始电价为0.59元/（kWh）。未进行调度优化的情况下，电力电子变电站电力电子变压器最大功率跟踪的控制方式，不进行负荷与储能调控，在不超过主网预留调峰能力的情况下接纳新能源全部出力，满足配网区域内负荷后有余量的向上级电网输送，不满足则由上级电网向配网补充电能供应。此时，由于上级电网调峰能力有限，造成一定的新能源弃用量，叠加曲线最大峰谷差为7330kW，新能源和DG的消纳率为90.62%，调度成本为1.74万元。
总结：本文分析电力电子变电站及交直流配网的实际调度需求，制定源-荷-储优化调度策略。本文采用的电力电子变电站日前调度策略综合集中式新能源、分布式电源、储能、DR负荷，采用源-荷预测叠加方法得到功率曲线作为峰谷分时的基础，对负荷进行基于价格的需求响应，同时优化运行储能单元，降低电力电子变电站区域电网的电能供需峰谷差，并且实现了一定经济效益，为实际的源-荷-储调度运行提供了参考。
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论文作者:张莹
论文发表刊物:《基层建设》2019年第11期
论文发表时间:2019/9/16
标签：变电站论文; 电源论文; 电价论文; 电力电子论文; 负荷论文; 系统论文; 储能论文; 《基层建设》2019年第11期论文;