大规模新能源集中并网输电系统的AVC时空协调概率决策理论

The large-scale renewable energy centralized integration affects the performance of Automatic Voltage Control (AVC) in power system, and presents challenges in traditional AVC which is formulated as a deterministic static optimal reactive power dispatch. To guarantee the security and economic, it is a key issue in dealing with the stochastic, intermittent behavior and low controllability of renewable energy, and achieving the spatio-temporal coordination of different kinds of control devices. This project proposes a novel theory and method of transmission AVC system with large-scale renewable energy integration, which differs from the existing research focused on the voltage control in distribution network with renewable energy decentralized integration. Based on the stochastic behavior of the spatio-temporal distribution of source-load, and a novel hierarchical partitioning coordination mechanism of transmission AVC system, this project focus on probability optimization of transmission network partitioning, probabilistic decision method of tertiary voltage control based on stochastic dynamic optimal reactive power dispatch, probabilistic decision method of coordinated secondary voltage control based on stochastic static optimal reactive power dispatch. The project studies and establishes a basic theory and system method of spatio-temporal coordination probabilistic decision theory on transmission AVC system, which explores a novel method of fundamentally solution in transmission voltage control with large-scale renewable energy centralized integration. It is expected to give a breakthrough on optimization decision theory of transmission AVC system.

大规模新能源的集中接入给电力系统的自动电压控制（AVC）带来了深刻影响，传统以确定性静态无功优化为基础的AVC面临着严峻挑战。如何应对新能源的随机性、间歇性和低可控性，实现各类调压设备的时空协调控制，成为保障电力系统安全经济运行的关键问题。与现有研究大多着眼解决新能源分散接入配电网的电压无功问题不同，本项目提出对大规模新能源集中接入输电系统AVC的新理论和新方法进行研究。项目拟以源荷功率时空分布的随机波动规律为出发点，以输电网AVC分级分区协调的新机制为主线，重点研究输电网的无功分区概率优化方法、基于随机动态无功优化的三级电压控制概率决策方法，以及考虑源荷功率随机性的协调二级电压控制概率决策方法。本项目以研究和构建输电网AVC时空协调概率决策的基础理论和系统方法为目标，探索从根本上解决大规模新能源集中接入输电系统电压无功问题的新途径，有望在输电系统AVC的优化决策理论和方法上取得重大突破。

大规模新能源的集中接入给电力系统的自动电压控制（AVC）带来了深刻影响，传统以确定性静态无功优化为基础的AVC面临着严峻挑战。如何应对新能源的随机性、间歇性和低可控性，实现各类调压设备的时空协调控制，成为保障电力系统安全经济运行的关键问题。为此，项目提出对大规模新能源集中接入输电系统AVC的新理论和新方法进行研究。主要研究内容包括：源-荷功率的概率预测方法以及无功分区、二级和三级电压控制的概率决策方法。在概率预测方面， 提出了基于因子分析和神经网络分位数回归的负荷及风电日时序功率的概率预测方法。在无功分区方面，提出了交流和交直流系统的无功分区概率优化方法。在二级电压控制方面，针对交流分区电网，提出了考虑风电随机性的协调二级电压控制概率决策方法；针对交直流分区电网，提出了考虑暂态电压安全与直流设备投切影响的协调二级电压控制方法；在三级电压控制方面，针对小时决策周期的三级电压控制，提出考虑离散设备AVC控制决策要求的随机静态无功优化方法以及考虑换流站独立控制约束的交直流系统静态无功优化方法。针对日决策周期的三级电压控制，提出了考虑换流站结构和直流系统控制要求的交直流系统动态无功优化方法，提出了考虑极限场景约束及场景/时段解耦的随机动态无功优化方法。另外，针对互联子网的AVC系统外网静态等值问题，提出了基于改进支路开断模拟直流法/灵敏度法的两/三端口黑箱外网静态等值方法。结合项目研究，培养硕士8名，博士3名，在国际学术期刊、国际会议及国内核心期刊上发表论文11篇，被SCI论文收录6篇，EI收录4篇，中文核心期刊1篇。结合基金项目的理论研究，争取到电网企业的2项相关科研项目支持，同时获得2019年度重庆市科学技术自然科学奖二等奖1项（排名第二）。课题组完成并扩展了项目计划的研究内容，推进了项目理论成果的工程实践，理论成果比较突出，成果的进一步完善有很大的推广应用前景。