基于先进分布式非线性算法的含间歇性电源智能电网无功优化研究

The massive integration of intermittent generations changes the unidirectional power flow of traditional power systems. It is very difficult to precisely predict their join and quit schedules, real and reactive power generation output, which poses great challenges to the operation and control of power grids. Several important issues include minimizing voltage deviations, transmission loss and reactive power control cost. Power grids with high penetration level of renewable generations contain a large number of dispersed and intermittent control units, which require frequent and timely control update. This project proposes an advanced distributed nonlinear optimal reactive power control algorithm to address the new features of the power grids. The proposed distributed algorithm only requires local and neighboring unit information, and it is flexible, reliable, adaptive, robust, and cost-effective. The scope of the project includes: design of the distributed nonlinear algorithm, improvement of the reactive power utilization rate of all distributed generators, analysis of the scalability and adaptivity in large complex system, stability analysis of the distributed algorithm with communication delay. This project is focus on fundamentals and key techniques of reactive power optimization for power grid with high penetration level of intermittent generations. It meets the requirement of improving renewable generation utilization in the long term, thus it is essential in theory and has great promising applications in future power grids.

大量间歇性电源的接入改变了传统电网功率的单向流动状况，其投入和退出时间，以及发出的有功功率和无功功率变化很难准确预测，这给电网运行和控制带来许多新的挑战。其中，需要解决的重要问题包括减小电网的节点电压偏差、降低电能传输损耗和无功优化的控制成本。本项目提出基于先进分布式非线性算法的无功优化方法来适应可再生电源渗透率高电网的新特点：控制单元的种类多而且分散，间歇性强，要求控制策略频繁更新等。该分布算法仅需要本地和相邻控制单元间的信息，灵活性强，可靠性高，适应性强，鲁棒性强，通讯成本较低。项目研究内容包括：分布式非线性算法设计、分布式电源无功功率的综合利用率提高、分布式算法在复杂大系统的收敛性和适应性、考虑通讯时延情况分布式算法的稳定性。本项目旨在研究高渗透率间歇式电源电网系统无功优化控制的基础理论和关键技术，符合可再生能源利用的长远战略发展需求，具有重要的理论意义和巨大的应用前景。

大量间歇性电源的接入改变了传统电网功率的单向流动状况，其投入和退出时间，以及发出的有功功率和无功功率变化很难准确预测，这给电网运行和控制带来许多新的挑战。本项目提出基于先进分布式非线性算法的无功优化方法来适应可再生电源渗透率高电网的新特点：控制单元的种类多而且分散，间歇性强，要求控制策略频繁更新等。项目研究内容包括：分布式非线性算法设计、分布式电源无功功率的综合利用率提高、分布式算法在复杂大系统的收敛性和适应性、考虑通讯时延情况分布式算法的稳定性。.基于研究结果发表了22篇高水平国际期刊论文、11篇国际会议论文，并在国内外相关学术活动上产生较大影响。本课题研究结论表明：针对含大量分布式电源电网的非凸非线性无功优化模型，本项目提出的无功优化控制策略可以缓解间歇式绿色电源对系统电压的不良影响，减小电能传输损耗同时降低分布式电源无功功率输出的机会成本。同时所提的分布式算法有效地降低了通讯成本，并使得复杂的计算分配到各个本地控制器，很大程度上减轻了中央控制器的负担。本项目的研究成果可以为解决大规模可再生电源接入电网系统后的相关控制与优化问题提供理论基础和技术帮助。