高密度分布式光伏的主动式动态集群协调控制研究

To meet the great demand for high-density distributed photovoltaic (PV) power friendly integration and develop its coordinated control capability with distribution networks, the proposal is to develop a novel dynamic zonal clustering voltage control frame work to address the overvoltage caused by high PV penetration. The proposed framework gives full play to the PV units for voltage regulation capability and realizes the active voltage coordination control of distributed photovoltaic clusters. The local voltage control regions are partitioned dynamically depending on the critical load nodes, and the optimal partition for active distribution networks is based on the principle of global minimum economic control cost. The comprehensive reactive-active voltage control strategy for PV unit and coordinated control for partitioned clusters are also need to be explored in this proposal. At the same time, the communication delay and failure model is established to evaluate the robustness on regional clusters coordinated control. Based on the analysis, the self-healing control method and adaptive phase compensator design method will be proposed, which will improve the robustness of the system. The final validation of the proposed method is performed by real-time digital simulation platform (RTDS) in an actual case. The final outcomes of the proposed project will provide an important theoretical and technical support to form the coordinated control framework of the active distribution network with high density PV systems integration.

为适应目前高密度分布式光伏的接入，发挥分布式光伏与配电网的互动及协调能力，解决高密度分布式光伏接入对配电网电压安全稳定性带来的问题，本项目提出一种新型分布式光伏区域动态集群电压协调控制的框架，充分发挥光伏发电自身的电压调控能力，实现分布式光伏集群的主动式电压协调控制。采用基于关键节点选取的区域集群动态划分原则，实现以全局经济性最优控制为目标的含分布式光伏的主动配电网最优分区；探索基于分布式光伏的无功/有功电压综合调节的控制策略及分布式光伏区域集群协调控制体系的构成；建立通讯时延及通讯故障模型，分析其对区域集群协调控制鲁棒性的影响，并提出光伏集群的自愈控制方法和自适应相位补偿器设计方法，提高集群控制的鲁棒性；最终通过实时数字仿真平台及实际案例对所提方法进行验证，为建立含高密度分布式光伏的主动配电网协调控制体系提供重要理论支撑和技术支持。

随着国家能源局整县分布式光伏试点的推进，我国分布式光伏已进入井喷式发展阶段。2021年，全国光伏新增装机5488万千瓦，其中55%为分布式光伏，同比增长速度超过传统光伏电站的33倍。大规模分布式光伏并网后，配电网中潮流方向不再单一、过电压问题日渐突出，导致光伏限发停发现象频繁发生，原有的配电网顺控模式已无法适应，突破分布式光伏规模化消纳的关键技术是实现国家清洁能源转型的迫切需求。.然而现有配电系统的控制方式均是“被动接纳”去适应分布式光伏的发展，并没有充分发挥分布式光伏的自身调节能力来主动支撑配电网，同时很多地区已经出台法规要求分布式光伏配置储能，如何发挥分布式光伏多机协调功率控制以及与配电网的互动响应能力，如何发挥现有的“光伏+储能”的应用调控潜力是实现分布式光伏规模化消纳的关键技术问题。.本项目聚焦高密度分布式光伏接入下的配电网协调优化控制研究，致力于突破：分布式光伏功率预测以及动态集群分区方法、光伏集群优化控制方法、考虑通讯延时情况下的光伏控制方法以及分布式光储的规划运行协调优化方法。项目发明了一种基于XGBoost的双层协同实时校正超短期光伏预测方法，有效提高了分布式光伏的预测精度；提出了一种基于改进分区模块度函数的动态集群社团分区方法，提高了集群区域中的自愈控制能力；提出了一种计及源-荷与集群划分多重不确定性的配电网分层集群鲁棒优化控制方法，有效解决了配电网的过电压问题；创新性的提出将高密度分布式光伏逆变器的电压控制问题转化为单输入单输出(SISO)的系统控制问题，提供了基于通讯延时相位补偿的光伏电压控制器设计方法；提出了基于目标割约束的分布式光储规划运行联合优化方法，有效提高了分布式光伏的消纳能力；最终项目通过搭建实时数字仿真平台及实际配网应用案例对所提方法进行验证，为建立含高密度分布式光伏的主动配电网协调控制体系提供重要理论支撑，为规模化分布式光伏的消纳以及国家双碳目标的实现提供了有力的技术支持。