研究背景
在“雙碳”目標(biāo)的推動下，我國電網(wǎng)正向以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)加速轉(zhuǎn)型。然而，新能源固有的間歇性和低慣量特征給電網(wǎng)的頻率安全帶來了挑戰(zhàn)。同時(shí)，隨著新能源占比的逐年提高，電網(wǎng)中以傳統(tǒng)火電機(jī)組為主導(dǎo)的發(fā)電側(cè)調(diào)頻資源逐漸減少，而新能源發(fā)電的不確定性導(dǎo)致其自身調(diào)頻能力相對有限。因此，僅依靠發(fā)電側(cè)的資源已難以完全滿足新型電力系統(tǒng)對調(diào)頻的要求，需求側(cè)的資源也能為頻率支撐提供重要的助力。
論文所解決的問題及意義
電壓敏感型負(fù)荷是需求側(cè)關(guān)鍵的調(diào)頻資源，此類負(fù)荷普遍存在于民用和工業(yè)領(lǐng)域，例如電熱負(fù)荷、電解鋁負(fù)荷、照明負(fù)荷等，其消耗的有功功率與其所在節(jié)點(diǎn)的電壓幅值密切相關(guān)。在此背景下，研究電壓敏感型負(fù)荷參與電網(wǎng)頻率的響應(yīng)具有重要意義。具體而言，通過控制電網(wǎng)中能夠快速響應(yīng)的無功補(bǔ)償設(shè)備，例如STATCOM等，可以迅速改變此類負(fù)荷所在的節(jié)點(diǎn)電壓，從而控制其消耗的有功功率，實(shí)現(xiàn)調(diào)頻的目的。
論文方法及創(chuàng)新點(diǎn)
1）本文提出一種考慮電壓敏感型負(fù)荷動態(tài)模型的分層調(diào)頻控制策略
該策略分為兩層：上層控制策略基于集中式MPC策略設(shè)計(jì)，計(jì)算頻率事件發(fā)生時(shí)電網(wǎng)中各個(gè)電壓敏感型負(fù)荷的有功功率參考值，并將參考值提供給下層；根據(jù)上層提供的負(fù)荷有功參考值，下層分散式MPC策略計(jì)算對應(yīng)無功設(shè)備的無功功率輸出，以此改變負(fù)荷所在的節(jié)點(diǎn)電壓，使得負(fù)荷消耗的有功功率達(dá)到上層所確定的參考值。
2）下層控制策略基于分散式MPC策略設(shè)計(jì)由多個(gè)互不通信的本地魯棒MPC控制器共同構(gòu)成，每個(gè)無功設(shè)備被一個(gè)本地控制器獨(dú)立控制，并采用基于管道的魯棒方法對通信缺失進(jìn)行補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)次優(yōu)控制，從而顯著減輕了通信負(fù)擔(dān)。
以修改后含高比例風(fēng)電的IEEE 39 節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)為例，假設(shè)系統(tǒng)中有三臺STATCOM，以節(jié)點(diǎn)的電壓靈敏度為基準(zhǔn)，系統(tǒng)被分為三個(gè)子控制區(qū)域，所提出的分層MPC策略的控制框圖如圖2所示。
3）下層策略的控制問題構(gòu)建中，包含了電壓敏感型負(fù)荷和節(jié)點(diǎn)電壓的動態(tài)模型，考慮了負(fù)荷功率和節(jié)點(diǎn)電壓的動態(tài)響應(yīng)過程，在不違反電壓約束的前提下，實(shí)現(xiàn)了有效的負(fù)荷有功功率控制。
結(jié)論
通過仿真算例驗(yàn)證，可以得到以下結(jié)論：
1）當(dāng)發(fā)生頻率事件后，本文所提的分層MPC策略使得無功設(shè)備的無功功率輸出迅速增加，控制整個(gè)電網(wǎng)的電壓幅值升高，使電網(wǎng)中電壓敏感型負(fù)荷的有功功率消耗變多，平抑了產(chǎn)生的有功盈余，有效減輕了頻率事件的嚴(yán)重性。
2）該分層MPC策略考慮了電壓敏感型負(fù)荷、電網(wǎng)頻率和節(jié)點(diǎn)電壓的動態(tài)模型，可以根據(jù)具體情況動態(tài)地調(diào)整無功設(shè)備的調(diào)節(jié)幅度，以實(shí)現(xiàn)對頻率的有效控制，傳統(tǒng)下垂控制策略則無法實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，因此其控制效果要差于分層MPC策略。
3）在頻率響應(yīng)過程中，即使在無功設(shè)備之間缺乏通信的情況下，分層MPC策略仍能有效地將電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)電壓限制在約束范圍內(nèi)。相比之下，傳統(tǒng)下垂控制策略下的節(jié)點(diǎn)電壓則出現(xiàn)了電壓越限的現(xiàn)象。
