為應(yīng)對能源枯竭以及環(huán)境惡化問題，分布式發(fā)電（Distributed Generation, DG）技術(shù)成為智能電網(wǎng)的發(fā)展方向。大量DG并入配電網(wǎng)，在提高清潔能源比例的同時，也會帶來電壓質(zhì)量、系統(tǒng)穩(wěn)定性等方面的問題。主動配電網(wǎng)（Active Distribution Network, ADN）技術(shù)可適應(yīng)分布式電源接入配電網(wǎng)的發(fā)展趨勢，通過靈活調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹⒅鲃觾?yōu)化控制無功補(bǔ)償裝置，ADN可達(dá)到改善系統(tǒng)無功電壓水平的目的。

由于DG出力的隨機(jī)性，加劇了ADN電壓波動，使得系統(tǒng)的無功電壓特性變得越來越復(fù)雜，呈現(xiàn)出變量多、維度高、范圍廣等特點(diǎn)。為了靈活控制系統(tǒng)電壓、提升電能質(zhì)量、降低電能損耗，亟待研究適用于ADN的電壓控制策略。

目前，關(guān)于ADN電壓調(diào)節(jié)策略研究主要有以下四種：

• ①采用具有無功調(diào)節(jié)能力的DG進(jìn)行調(diào)壓，由于DG輸出有功會在配電網(wǎng)線路產(chǎn)生電壓損耗，因此通過削減DG的有功輸出可達(dá)到調(diào)壓目的；
• ②利用饋線自動調(diào)壓器（Step Voltage Regulator, SVR）及投切電容器（Shunt Capacitor, SC）進(jìn)行調(diào)壓，該類補(bǔ)償器可有效提高電網(wǎng)電壓穩(wěn)定性、補(bǔ)償不平衡負(fù)荷、抑制母線電壓閃變，但響應(yīng)速度和調(diào)節(jié)速度較慢；
• ③采用有載調(diào)壓變壓器（On-Load Tap Changer, OLTC），由于OLTC的可不斷電操作以及設(shè)計(jì)簡單特性，使其成為了配電網(wǎng)穩(wěn)態(tài)電壓調(diào)節(jié)領(lǐng)域最常用的調(diào)節(jié)方法。但是OLTC分接頭調(diào)壓不適用于長距離輻射狀配電網(wǎng)調(diào)壓，且動態(tài)響應(yīng)能力差，需DG和OLTC協(xié)調(diào)控制；
• ④線路管理調(diào)壓，由于配電網(wǎng)線路電壓損耗與線路阻抗關(guān)系非常大，因此可通過對配電網(wǎng)線路改造來提升電壓質(zhì)量，但該方法改造范圍廣、成本高。

微電網(wǎng)可有效協(xié)調(diào)分布式電源，增強(qiáng)ADN的互動性、可控性和可靠性，進(jìn)而提升電力系統(tǒng)的綜合能效。隨著ADN中微電網(wǎng)數(shù)量的增長，微電網(wǎng)可操作性越來越強(qiáng)，為ADN調(diào)壓提供了新的途徑。如何保證系統(tǒng)動態(tài)能量平衡和提升電壓質(zhì)量仍然亟待研究。

目前，ADN中的微電網(wǎng)運(yùn)行主要考慮自身能量平衡，通過變流器并網(wǎng)，以保證微電網(wǎng)的電壓頻率穩(wěn)定。微電網(wǎng)中雙向變流器的運(yùn)行控制方法主要有P-Q控制、V-F控制及下垂控制，P-Q控制是指微電網(wǎng)控制DG單元輸出的有功功率與無功功率與其參考功率相等；V-F控制是指DG單元維持輸出的電壓與頻率不變，而輸出的有功和無功功率由負(fù)荷決定；下垂控制適用于多機(jī)組網(wǎng)運(yùn)行的微電網(wǎng)變流器，可以自動實(shí)現(xiàn)有功與無功功率的精準(zhǔn)分配。

當(dāng)前，鮮有文獻(xiàn)研究微電網(wǎng)對ADN主動電壓支撐，而事實(shí)上，隨著變流器的容量逐漸增大，ADN為更好地利用微電網(wǎng)主動電壓支撐能力提供了可能。

為了提升系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性，本文提出了一種微電網(wǎng)參與的ADN電壓分區(qū)與自動控制策略。首先基于電壓靈敏度指標(biāo)對ADN節(jié)點(diǎn)進(jìn)行聚類分區(qū)，分區(qū)后，微電網(wǎng)應(yīng)能滿足所屬區(qū)域的無功補(bǔ)償需求，且不影響其他區(qū)的節(jié)點(diǎn)電壓水平，實(shí)現(xiàn)較好的區(qū)域無功補(bǔ)償。當(dāng)配電網(wǎng)內(nèi)無功潮流波動引起網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)電壓變化時，自動電壓控制系統(tǒng)（Automatic Voltage Control, AVC）通過監(jiān)視電壓的變化，控制微電網(wǎng)進(jìn)行無功出力以平抑電壓波動。

圖4 考慮微電網(wǎng)參與的AVC系統(tǒng)

圖5 基于實(shí)時分區(qū)的AVC系統(tǒng)流程

圖6 IEEE 33節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)圖

結(jié)論

本文提出一種考慮微電網(wǎng)無功出力的ADN分區(qū)自動電壓控制策略，該策略基于V-Q靈敏度和聚類分析方法，并通過DIgSILENT/PowerFactory仿真平臺進(jìn)行驗(yàn)證。仿真結(jié)果表明，分區(qū)后的微電網(wǎng)能滿足該區(qū)的無功補(bǔ)償需求，且不影響其他區(qū)的節(jié)點(diǎn)電壓水平，可實(shí)現(xiàn)較好的區(qū)域無功補(bǔ)償水平，提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

本文為含微電網(wǎng)的ADN電壓控制提供了新的思路，所提策略可優(yōu)化微電網(wǎng)調(diào)度以及協(xié)調(diào)傳統(tǒng)無功補(bǔ)償裝置的運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)有效的ADN自動電壓控制，提升電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行水平。