计及分布式光伏随机性的主动配电网小干扰概率稳定性分析

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近年来,随着化石能源的逐渐枯竭和对环境保护的进一步重视,新能源正逐步渗透到电网发电、输电、配电、用电的各个层面。其中,新能源以分布式发电的形式大规模接入配电网,在缓解供电压力、提高新能源利用率的同时,也给配电网带来了各种挑战。分布式光伏等电源均以电力电子接口的形式接入配电网,其控制方式具有惯性小、响应速度快等特点,导致其抗扰动性能较差,在遭受扰动时容易失去稳定。进一步地,由于分布式光伏发电的随机特性,主动配电网常常工作于差别较大的稳态工作点,然而分布式光伏的PI控制器仅在某一特定的稳态工作点处设计,当稳态工作点偏离较大时可能诱发系统不稳定。因此,研究分布式光伏接入的主动配电网小干扰稳定性,尤其在考虑分布式光伏随机性情形下的稳定性,具有重要意义。然而目前的研究主要集中在确定性稳定性分析,在考虑随机稳定性问题时仅仅考虑了单机无穷大系统结构,虽结构简单易于分析,但忽略了多个分布式电源之间的发电相关性以及动态交互。针对该问题,本文对多分布式光伏接入的主动配电网随机稳定性进行了深入研究,主要工作如下:1、搭建了包含分布式光伏发电系统的33节点主动配电网仿真模型,并基于仿真模型拓扑建立了系统的非线性微分方程模型。对其线性化后建立了系统的小干扰状态空间模型,基于特征值分析法对系统进行了详细的确定性小干扰稳定性分析,找出了能够直接反映系统稳定性指标的关键特征值及其阻尼比,并通过灵敏度分析找出了与关键特征值主导相关的系统薄弱部位。2、所建主动配电网小干扰模型阶数较高,在特定工作点处进行确定性分析是可行的,但考虑随机性进行不确定性分析时计算量过大,因此需要对小干扰模型进行降阶以简化分析。本文从系统多时间尺度特性的角度出发,基于分布式光伏的控制带宽分析、网络时间常数分析,将主动配电网划分为三个时间尺度。由于1中所计算的关键特征值主要取决于直流电压控制时间尺度,因此推导出该时间尺度上的分布式光伏、线路和负荷各模块的简化模型,组合生成主动配电网直流电压控制时间尺度降阶模型。通过降阶模型和详细模型的仿真波形对比和特征值分布对比,验证了所提出的主动配电网直流电压控制时间尺度降阶模型的有效性。3、考虑到所建立的主动配电网小干扰降阶模型中分布式光伏的随机性特征,给主动配电网的稳态工作点带来较大程度的不确定性,在某些偏离较大的稳态工作点处可能产生稳定性问题,而此时采用确定性小干扰稳定性分析可能会带来不可靠的分析结果。针对该问题,提出了一种计及分布式光伏随机性的小干扰概率稳定性分析方法,用于高效准确地分析多个分布式光伏的随机性对主动配电网小干扰稳定性的影响。基于概率分配法将系统关键阻尼比建立为各光伏太阳辐照度的正交多项式模型,利用该模型评估出各分布式光伏的影响大小并计算得到系统不稳定的概率。通过33节点主动配电网仿真验证了所提方法的有效性。
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