1、主动配电网系统负荷控制与电能质量监测第卷第期年月电力科学与技术学报主动配电网系统负荷控制与电能质量监测曾祥君，罗莎，胡晓曦，王沾，喻锟（长沙理工大学智能电网运行与控制湖南省重点实验室，湖南长沙；）湖南常德湖南省电力公司常德供电局，摘要：主动配电网系统是适应分布式电源接入进行主动控制与管理的新型配电系统分析主动配电网系统的可中断负荷特性；基于智能计量技术和通信技术建立柔性负荷控制模型，提出负荷控制策略；并针对主动配电系统电研究基于负荷终端的电能质量在线监测技术，提出基于的电能质量检测方法；主动配电网能质量恶化问题，系统实例仿真分析结果验证了该负荷控制和电能质量监控技术的优越性关键词：主动配电网系
2、统；可中断负荷；负荷控制；电能质量（）中图分类号：文献标识码：文章编号：，（，；，），：）（，：；收稿日期：）；）基金项目：国家自然科学基金（湖南省科技重大专项（，：通讯作者：曾祥君（男，博士，教授，主要从事电力系统保护与控制的研究；）电力科学与技术学报年月传统能源紧缺形势随着电力需求的持续增长、以及环境问题的日益突出，分布式电源不断加深，（，尤其是可再生能源发）电技术的发展获得了广泛支持然而，由于分布式电不稳定性及发电间歇性，导致其并网后源的分散性、电网将出现负荷峰谷差加大、电能质量变差、运行稳微网技术及虚拟发电厂技术等在定性降低等问题，一定程度上为其提供了解决方案，但由于上述技术的容量制约
3、及控制目标不同，依然难以解决规模化制约了可再生能源的高度渗透的接入问题，为此，配电与年国际大电网会议（）小组的报告分布式发电（提出了主动配电网的概念，经过年多的讨论与研究，主动配电网改称为主动配电网系统（，），并被定义为具备组合控制各种分布式能源（可控负荷、储能、需求侧管理等）能力的配、其目的是加大配电网对于可再生能源的接电网络，纳能力、提升配电网资产的利用率、延缓配电网的升级投资以及提高用户的用电质量和供电可靠性可中断负荷是指那些在特定时段允许有条件停并给予一定补偿的特殊负荷一般说来，这些负电，在一定的经荷本身对供电可靠性的要求不是太高，济补偿下，对小概率的停电事故可以容忍传统的可阻塞管理中
4、断负荷研究主要集中于系统调峰备用、等方面，随着新技术的研发，其概念得到了外延与扩如温度负荷及移动负荷等应用于主动配电网系充，统中的可中断负荷特点如图所示实时分析快速响应与分布式能源协调发展多层次、多场合调用通信、计量智能化鲁棒性强频率稳定可中断负荷多选择多方博弈激励机制定价补偿图可中断负荷主要特性主动配电网系统是未来智能配电网的一种发展与微网以客户为中心不同，它是电力企业的公模式，由于分布式能源资源（用配电系统）实时分析，快速响应可中断负荷实时自检并上传运行参数，能量管理系统在线监测各部分运行状态的同时根据系统要求分析并获取最佳控制策略，可中断负荷接受控制命令后应能够快速响应）鲁棒性强，频率稳
5、定即使通过先进的量测技术，测得的实际值仍会在异常和危险情况下，微小的偏差可偏离其标称值，能会引起精准动态系统的误动可中断负荷应有较强鲁棒性，即便受到一定的参数摄动，仍能维持自身特性）多类型，多选择主动配电网系统中大规模接入分布式电源，需要多类型、有不同负荷特性的可中断负荷参与响应，如各类储能元件、空调负荷、电动汽车电池等等，负荷的多样性才能满足中断方案多选择性的要求）激励机制，定价补偿建立合理的激励机制是最行之有效的鼓励用于参与负荷控制、需求侧管理，实现电力动态平衡的手段，的大量接入，使主动配电）网系统从传统的被动单向供电配电网变为遍布中小电源用户的双向供电配电网，配电网络规模扩大及导致系统运
6、行时有功功率不平衡现象复杂性增加，加剧，需要各种电源与负荷协调优化，以实现配电网；系统的安全经济运行同时，主动配电网系统中仍然存在分布式电源接入后的电能质量问题，必须采用有效的检测手段及合理的治理措施，保证优质电能的供给主动配电网系统的可中断负荷文献提出，到中国的可再生能源消年，费量将达到能源消费总量的其中电力的，将来自于可再生能源然而，风电、光电出力的不可控性及可再生能源发电所占比重不断加大的要求，驱动着主动配电网系统必须寻求一种新的运行控制利用可控的负荷来平衡不可控的出力，思路让，可中断负荷（与风电、光电联）合应用，实现资源优化配置）通信、计量智能化要满足主动配电网电力动态平衡的要求，可中
7、第卷第期曾祥君，等：主动配电网系统负荷控制与电能质量监测断负荷的计量与通信组件应具备实时准确、双向互动的特点）与分布式能源协调发展紧急调峰等手段，协助系统快速恢复频率稳定和电压稳定可中断负荷控制目标函数基于主动配电网系统中可中断负荷的特点，将在主动配电网系统中获得广泛应用通过建立合理的控制目标函数，调用合适的可中断负荷，可实现实时、经济地平衡电网运行状态以中断的总补偿费用最小和尽量低的中断频率为目标函数：主动配电网系统负荷控制技术主动配电网系统的核心价值体现在对系统的主动管理，即通过系统内多种可控资源与的协调控制实现可再生能源的高渗透率，提高已有资产的利用率其中，可控资源包含了柔性负载、无功补
8、偿主动配电网系统能量管理系统实及需求侧管理等收集储能单元时监测电网运行状态，运行工况、荷电状态、柔性负荷运行参数及可中断负荷的启停状态等信息，通过全局优化算法获得系统协调运行的负荷控制策略主动配电网系统的能量管理系统如图所示储能装置的荷电状态，），（，）（）式中为补偿费用；为中断次数；为总时间段，）为中断决策变量（数；为数量；（变；）为可中断负荷容量（；）为补偿单量）（）（）元价（系统在第时段需要中断的负荷量，该数值（）由能量管理系统综合全网状态信息得出（容量平衡约束条件为实时测量开关状态网络拓扑可控无功补偿装置DG的运行工况输入约束条件：DG输出约束无功补偿容量约束储能单元荷电状态约束主动配
9、电网能量管理系统输出有功功率控制：DG单元有功出力储能单元有功出力可控负载调节运行方式调整约束条件：电力平衡支路电流约束节点电压约束尽量利用可再生能源，）（）（）考虑如冷、热负荷自身的负荷特性及状态，一般有最长连续停电时间限制及最短复电间隔时间限制，考虑电动汽车电池使用寿命设置电池最小容量限制等，从而判断该负荷此时是否可中断最长连续停电时间限制：无功功率控制：DG单元无功出力储能单元无功出力无功补偿装置的调节策略OLTC分接头位置，），其中，（，），（）图主动配电网系统的能量管理系统，（）式中为停电的开始时刻，最长可中断时间为个单位时间段最短复电间隔时间限制：）（负荷控制策略主动配电网系统中负
10、荷作为系统瞬时平衡的主动方，其负荷特性、可中断负荷调度及用户负荷需求等都影响着系统的安全稳定运行在既有的有序用可进一步考虑通过改善负荷的时间特电的基础上，；性、频率特性和电压特性等来柔性控制负荷利用，其中，），（），（）式中最短复电的间隔时间为复电的起始时刻，为个单位时间对于可充放电的储能设备，其荷电状态必须满足：可控负荷及储能装置联合追踪光电、风电出力变化；调度电动汽车等移动储能设备参与主动配电网系统（）电力科学与技术学报年月式中和分别为电池可用容量的上、下限负荷中断总时间约束条件：仿真采用粒子群优化算法（，求解，各时段可中断负荷启停方案）如表所示，）（）（）表可中断负荷启停关系时段中断负荷
11、，时段中断负荷，主动配电网系统可中断负荷仿真假设主动配电网系统已预测每个时段的中断负为简化仿真设定荷需求量如表所示，个可中断负荷，其中包括个由电动汽车电池组成的充放电储能设备可中断负荷的中断容量、中断总时段数、中断的最大时段数、中断最小间隔时段数（以为单位时及中断补偿价格的参数设置如表所示，其中可间）中断负荷为由个容量为的电动汽车电池组成，其最大充放电功率分别为在和，实际情况下其可中断量是可变的，在技术（，电动汽车与电网互动）中已研究较深入，该文假定其在仿真中第的时间段可参与调度，且按最小可中断量为进行仿真表中断负荷需求量时段中断量时段中断量负荷控制终端的电能质量监测技术分布式电源并网运行会给
12、主网带来一系列电能质量问题，包括电压暂降、电压偏差、电压波动、三相不平衡以及谐波等，在主动配电网系统中，分布式电源的高渗透率将导致上述电能质量问题更为突出电能质量问题直接影响着电力系统的供电安全，因此，符合电网发展趋势的高效、准确的电能质量在线监测技术是实现主动配电网系统安全、经济、高质量运行的基础，同时利用集成化、网络化、实时性、开放采用柔性控制技术，并结合灵活输电、式应用平台，电网规划、需求侧管理技术，有望从根源上治理谐波防止电能质量的恶化来源，电能质量问题中有其导是电压跌落问题，电压跌落又致的事故率是供电完全中断的倍表可中断负荷特性可中断负荷编号可中断量中断总时段数最大连续中断时间最小停
13、电间隔时间补偿（费用元（）称电压暂降、电压凹陷，是指在某一时刻供电系统电压的幅值突然偏离正常工作范围，经很短的一段时间后又恢复到正常水平的现象其次，主动配电网系将导致统中电力电子元件的大量应用及频繁操作，电压、电流的畸变，造成电网谐波污染加重电能质量在线监测算法的负荷终端电能质量监测算法应要求算法具有实时性强、计算准确、适应性强的特点国内外提取电能质量扰动信号特征量的方法主要有傅里叶变换、小波变换等，但均存在局限变换、（变换法广泛用于非线）性非平稳信号的分析，能够快速、精确检测电能质量第卷第期曾祥君，等：主动配电网系统负荷控制与电能质量监测，中电压跌落和谐波问题为主动配电网的电能质量在线监测提
14、供了一种有效的解决方案变换由经验模态分解（和）变换构成经验模态分解（）用方法从原信号中提取固有模态函数），使原信号的局部特（征信息得以凸显该方法的特点在于：极值点和过零点的数目之差应为或；分别连接其局部极大值和局部极小值所形成的条包络线的均值在任一点处为零（）的局部极大值和极小值，找到信号并根据）和）的平下包络线极值求出该信号上、（均值）（）（）（）（）（）（）（）（）为瞬时幅值；）为相位式中（）（）（）（）（对进行希尔伯特变换就能得到信号的时频图，能够准确找到信号突变发生的时间瞬时频率定义为）（）（）分解和与其相应的希尔伯特变换一起被）来定位电该方案用瞬时频率（称为变换压跌落的准确时间电能质
15、量监测仿真为验证该监测方法的正确性和可行性，在工频、幅值有效值为分别进行电的条件下，压暂降谐波、电压暂升谐波、多谐波的定位及幅值、频率的检测的仿真验证暂降谐波检测仿真电压暂升、仿真输入波形如图所示，于之间向一次正弦波加入有效幅值为的次谐波分量；随后，在时输入有效值幅值为电压暂降信号，直到上述时停止暂降信号输入波形的分解示意如图所示变换后获得的电压暂降时率关系如图所示，扰动信号瞬时幅值如图所示，二者显示的结果与输入信号的扰动时间及扰动频率相符，可见变换能够实时准确地检测谐波入侵及电压暂降问题同样的方法可以检测电压暂升复合扰动（）（）与令考察该差值的差值为，（）（）（），若则令重复上述步骤，为新的
16、次，（）（）式中次筛选所得数据；为第（）为第次筛选所得数据；下包络线的为信号（）上、平均值当令时，）（）视为第个将然后，（）（）（），重复上述步骤，依次得到将视作新的），），）当（时测量停止（）中于是，通过分解，可以将一个信号不同频率的信号分离出来：（）（）（）5004003002001000-100-200-300-400-500）为残余函数；），）为式中，（分解出来的不同频段的信号）变换希尔伯特（）的信号（变换定义为正变换：）（反变换：幅值/V00.10.20.30.40.50.60.7时间/s0.80.91.0（）（）图电压扰动信号电力科学与技术学报年月图目标信号分解图多次谐波的时频关系
17、图中清晰地显示了在不同时刻加入不同谐波，信号，次谐波出现的时间为引入次谐波，次谐波扰动的时，这与输入信号的情况基本间为相符由仿真可见，变换能够比较准确地检测出电能信号异常、谐波干扰及突变，获取异常信号的多次谐波频率的检测在不同时间分别加入，次工频电压信号进行仿真分析，其仿真输入电压谐波信号如图所示，谐波信号分析如图所示5004003002001000-100-200-300-400-500频率和幅值等信息，且多次测试的平均误引入时间、差很小，能满足负荷终端电能质量在线监测的要求结语）主动配电网系统（的推广应用不仅能延缓电力建设投资，还将极大地提升可再生能源的兼容是未来配电网系统智能化发展的必然
18、趋势笔者性，利用多种柔性负荷和储能设备的可控性来平衡幅值/V00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.0时间/s分析了可中中不可控分布电源的波动性出力，提出了负荷控制控制策略，采断负荷应具有的特点，用粒子群算法获得了多种约束条件下的可中断负荷启停方案；并提出了基于算法的电能质量在图电压谐波信号第卷第期曾祥君，等：主动配电网系统负荷控制与电能质量监测线监测技术，仿真分析验证了该负荷控制和电能质量监控技术的优越性参考文献：杨帆分布式能源接入的主动配电网典型系统构建与分北京：中国电力科学研究院，析尤毅，刘东，于文鹏，等主动配电网技术及其进展（）：电力系统自动化，：，（）李同智灵活互动智能用电的技术内涵及发展方向（）：电力系统自动化，（）：向月，刘俊勇，魏震波，等可再生能源接入下新型可中断负荷发展研究电力系统保护与控制，（）：，（）：，唐捷，肖园园，李欣然，等分布式风力发电对综合负：荷特性的影响
