微电网分布式电能质量治理系统多指标全局优化运行策略研究

Considering the decentralized and overspread characteristics of power quality (PQ) pollution, as well as the dispersed and multi-functional PQ control equipment in microgrids, this proposal introduces an optimizing coordinative operation idea for microgrid distributed PQ control equipment. And an optimization model and solution of coordinative operation of micro grid distributed PQ control equipment is established. The PQ sources emission description and pollution propagation equations are established. The power quality comprehensive optimization objective function that reflecting the index of voltage distortion, voltage unbalance and voltage deviation, are established. The equality and inequality constraints are built. The integrated constraints of power quality index are expressed with tolerance boundary in PQ state space. A bilevel programming model is introduced to describing the combined process of power quality optimization and active optimization. And a coordinate iteration solution is proposed for solving the bilevel programming problem. The robust optimization theory is used to solve the uncertainty of parameters in the PQ optimal dispatch model. The implementation of this proposal will provide a novel solution for achieving economical and high quality operation intention. Although the proposal is aimed at microgrid, the ideas are suitable as well for active power distribution networks.

针对微电网电能质量面临的污染源分散化、全网化问题和治理功能多元化、布局分布化状况，从寻求电能质量治理性能最优的目标出发，探索微电网分布式电能质量治理系统协同优化运行策略，建立全局多指标综合优化模型和方法。研究建立微电网电能质量污染源的污染排放特性模型和污染传播网络关系模型。以电压畸变、三相不平衡、电压偏差指标为优化目标，建立电能质量综合优化目标函数及等式和不等式约束条件；采用电能质量状态空间容许边界面表示电能质量指标限值综合约束条件。采用二层规划模型描述电能质量优化过程与有功优化过程的耦合性和独立性，研究建立电能质量优化和有功优化相结合的二层规划模型及其协调趋优迭代方法。采用鲁棒优化理论解决优化模型不确定性对微电网电能质量优化结果的影响。研究目标的达成，为微电网实现经济、优质兼顾的运行目标提供了一种全新的解决方案。项目虽以微电网为研究对象，但相关研究思路同样适用于新能源主动配电网。

随着国家大力推进微电网建设，微电网内电能质量治理问题愈发突出。电能质量染源分散化、全网化问题依旧突出，探索治理设备优化配置、协同运行、实现全网电能质量指标达到最优是本项目研究的主要目的。本项目主要开展了几个方面工作，首先构建了谐波、三相不平衡、电压缺口、纹波等电能质量污染源模型并分析了污染传播特性；其次针对微电网中谐波污染呈现高密度、分散化、全网化的特点，提出一种基于模态分析法与遗传算法相结合的优化APF容量和位置的谐波全局治理策略，实现微电网经济效益和滤波效果的最优化；在此基础上，提出一种基于APF的分布式全网谐波优化治理策略，采用全局优化与本地控制相结合的策略实现谐波分布式协同治理，可根据节点重要度权重系数对某些重要节点进行针对性治理，能够最优化分配APF容量，治理效果更理想；除利用专用的电能质量治理设备实现治理外，充分利用逆变器剩余容量，提出基于分布式光伏有功-无功协调控制的微电网电压偏差调节策略，在保证系统电压满足要求的前提下，实现逆变器有功功率最大化利用、无功功率最佳化输出，提高了光伏系统的发电效率和利用率；构建了基于二层规划的微电网有功-电能质量优化模型，以有功优化为上层决策，电能质量优化为下层决策，以逆变器剩余容量为纽带，在充分保证微电网经济性的基础上实现电能质量指标优化；提出基于二层规划的分布式光伏容量配置与电压指标的优化模型，兼顾了分布式光伏容量与微电网电压运行水平，在提高分布式光伏渗透率的同时，提升每个时段内微电网运行水平；最后考虑微电网内光伏发电有功出力和谐波源注入谐波电流的不确定性，建立了微电网两阶段谐波治理鲁棒优化模型。本项目针对不同优化模型，研究、设计、构造与之相匹配的优化算法，并验证优化算法的有效性和运算速度。本项目的研究成果不仅为微电网实现经济、优质运行提供了一种全新的解决方案，而且还可以扩展到其他领域。