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关键词：分布式风电；储能；二级电压控制分区；仿真
一、研究背景及意义
近年来，风力发电技术因其资源丰富、经济环保等优点，已成为新能源发电技术中较为成熟的发电技术，为了克服风能随机性对配电网电能质量的影响，更好地满足电力用户对电能质量的要求，储能技术应运而生。
在系统中引入储能环节实际上就是在发电设备和用电负荷之间装设一个起到解耦和缓冲作用的设备。该设备在一定程度上维持系统发电设备与用电负荷之间的平衡关系并进一步保证系统电压和频率的稳定。
但是，随着分布式电源和储能装置在配电网中容量的不断增加，使得配电网的拓扑结构和运行模式都发生了一定的变化，从而对配电网的电能质量和电能效益也产生了一定的影响。如何高效、经济地实现电网的实时调控，保证良好的电能质量和供电可靠性已成为国内外研究人员日益关注的课题。
二、二级电压控制基本原理
每一个无功源对负荷节点的电气距离都可作为电气距离矩阵的一个列向量，依次求取各功源对负荷节点的电气距离，即可得到一个m阶的电气距离矩阵。
数学模型：
假设模糊子集的数量为c，以 表示c个模糊子集，设各样本的隶属函数满足下式：
同理可求得模糊划分Ef的取值范围
从而可以构造出一个对象与对象之间的模糊相似矩阵
随着?在[0,1]外围内取值的变化，相应得到的分类结果也会发生变化。由此可见，模糊聚类分析可以更加清晰的体现事物之间的内在联系。
五、风机出力数学模型
通过获取的风速和风力发电机输出功率与风速之间的函数关系来计算求得的风机输出功率的时间序列
式中，PW为风力发电机组的额定容量；vci为风力发电机组的切入风速；vco为风力发电机组的切出风速；vr为风力发电机组的额定风速；t表示时间。
六、储能装置数学模型
本文以储能装置充放电状态的不同将其分为充电状态、放电状态、充满电无法再充电状态以及电量全部耗尽四种状态，并依次求取这四种状态出现的概率，再依据公式求取储能装置输入输出功率的期望值。通过潮流计算，得到该状态下系统的相关参数，从而得出期望场景的所有元素。
八、仿真及算例分析
本文釆用MATLAB的PSAT工具箱对IEEE 33节点配电系统进行仿真分区计算，并进行时域仿真，分析储能装置对其周围节点电压的影响。
a)
各节点风机输出有功功率
对应的，四台风机输出功率波动情况如下图所示。其中a)、b)、c)、d)分别对应7节点、14节点、25节点和32节点的风机。
各节点风机出力波动情况
根据单台风机的出力情况可以得到四台风机的合成出力情况以及储能装置充放电情况如图所示。
b)
c)
d)
图5-4 风机合成出力情况以及储能装置充放电情况
图中，a)为四台风机合成有功输出曲线；b)为四台风机功率波动曲线；c)为四台风机对储能装置的动作量；d)储能装置带电状态。
下图为系统运行过程中，距离储能装置最近的10节点电压随时间变化的波动曲线。
系统10节点电压随时间波动曲线
从图中可以看出，在系统中未接入风机节点和储能节点的情况下，由于系统内无功不够充足，导致系统内各节点电压普遍偏低。随着风机节点的加入，系统内各节点电压有了明显的抬升。当加入储能装置后，该节点电压波动更趋平稳，但是由于储能装置的带电状态受其容量限制，因而在初始时刻，由于储能装置中没有足够的电能，因而对节点电压影响不大，在接下来一段时间内，储能装置通过充放电使节点电压变动的幅度有所减小，但是在曲线末端，由于风速突然增大，而储能装置又已充满电，因而在曲线最后的一段时间内，储能装置无法继续充电，即相当去不起作用。
以储能装置工作状态的不同将系统运行状态划分为40个时段，依次求取各时段内四台风机和储能装置离散化之后的有功出力期望值，从而确定系统各个时段的期望场景。再依据求得的40个期望场景参数求取系统最具代表性的期望场景。
作为二级电压控制策略实施的关键，需要对电网进行合理的区域划分。本文综合考虑配电网运行的实际情况，为更好的提高配电网的电能质量，提出了一种适用于含有分布式风机和储能装置的配电网二级电压控制分区方法，最终得出以下结论：
1 所提出的含分布式风机和储能装置的配电网电压控制分区方法具有一定的可行性和适应性。在基于灵敏度的二级电压控制分区方法的基础上，综合考虑风机出力随机性和储能装置双向潮流特性对电网运行的影响，建立了包含全网电源节点和负荷节点电压、无功信息的综合电压/无功灵敏度矩阵，为分区提供了必要的前提。
2 基于统计学的相关理论，将风机出力和储能装置充放电情况进行离散化处理，得到其离散化概率分布情况，并以此求取期望场景参与分区计算，同时对分区结果的适应度展开分析，确保分区结果充分考虑风机出力特性和储能装置充放电特性，使分区结果更贴近实际情况。
3 采用模糊聚类算法对系统进行二级电压控制分区，并在初步得出分区结果的基础上引入F统计量对分区结果进行调整，从而确保分区结果没有孤立节点，同时也保证各区域内的电源分布更为合理。由仿真结果对比可以看出，本文所得到的分区结果较传统分区方法得出的结果更为合理。
论文作者:候婉桥,吴大清
论文发表刊物:《电力设备》2016年第22期
论文发表时间:2017/1/17
标签：节点论文; 风机论文; 储能论文; 装置论文; 电压论文; 分区论文; 系统论文; 《电力设备》2016年第22期论文;