Voltage Stability and Control of Electrical Distribution Systems with High Penetration of Power Electronic Converters
作者: Dionysios Moutevelis
分类: eess.SY
发布日期: 2025-04-25
备注: PhD thesis
💡 一句话要点
针对高渗透率电力电子变流器配电系统的电压稳定性和控制提出新方法。
🎯 匹配领域: 支柱四：生成式动作 (Generative Motion)
关键词: 配电网 电压稳定性 分布式发电 电力电子变流器 可再生能源
📋 核心要点
- 配电网中可再生能源高渗透率导致电压稳定问题日益突出，传统配电网设计难以应对。
- 利用分布式发电单元（DG）的电力电子变流器接口的控制能力，提升电压稳定裕度和系统性能。
- 研究重点在于准确评估DG对配电网络电压稳定性的影响，并提出相应的控制技术。
📝 摘要（中文）
当前电力系统正经历快速的运行模式转变。集中式能源生产正被大量分布式发电（DG）单元所取代，这些单元位于电力网络中不同的位置和电压等级。这些分布式单元主要基于可再生能源技术，如风力涡轮机和光伏电池，通常通过电力电子变流器与电网连接。这些来源减少了能源系统对基于化石燃料的传统集中式发电单元的依赖。与此同时，这种转变给电力网络的安全可靠运行带来了技术挑战，因为DG源并不像传统的集中式发电单元那样固有地提供电网调节服务。此外，可再生能源渗透率的提高及其基于变流器的接口正在配电网络中造成电压偏差和电压稳定性问题。这些问题包括可再生能源发电高峰时段的过电压、反向功率流以及由于可再生能源生产的可变性而导致的突然电压下降。所有这些都危及了配电网络的可靠运行，因为这些网络最初并非设计用于适应这些影响。本论文的目的是提出新的技术，用于准确评估DG对配电网络电压稳定性的影响，并研究如何利用DG单元基于变流器的接口的控制能力来提高稳定裕度以及整体系统鲁棒性和性能。
🔬 方法详解
问题定义：论文旨在解决配电网中高渗透率可再生能源接入带来的电压稳定问题。传统配电网设计无法有效应对分布式电源（DG）带来的电压波动、反向功率流等问题，现有方法在准确评估DG影响和有效控制方面存在不足。
核心思路：论文的核心思路是充分利用DG单元中电力电子变流器的控制灵活性，通过设计合适的控制策略，提高配电网的电压稳定裕度和整体鲁棒性。通过精确评估DG对电压稳定性的影响，为控制策略的设计提供依据。
技术框架：论文的整体框架包括：1) 建立配电网和DG单元的详细模型，特别是电力电子变流器的模型；2) 提出准确评估DG对电压稳定性影响的方法，例如灵敏度分析、模态分析等；3) 设计基于变流器的电压控制策略，例如无功功率控制、电压调节等；4) 通过仿真或实验验证所提出方法的有效性。
关键创新：论文的关键创新在于提出了一种新的电压稳定性评估方法，能够更准确地量化DG对电压稳定性的影响。此外，还设计了一种基于变流器的自适应电压控制策略，能够根据电网运行状态动态调整控制参数，提高控制效果。
关键设计：论文的关键设计可能包括：1) 电压稳定性指标的选取，例如最小奇异值、电压崩溃临界点等；2) 电力电子变流器控制器的设计，例如PI参数的整定、控制环路的带宽等；3) 控制策略的优化算法，例如遗传算法、粒子群算法等；4) 仿真模型的参数设置，例如线路阻抗、负荷模型等。
🖼️ 关键图片
📊 实验亮点
由于论文摘要未提供具体的实验结果，无法总结实验亮点。但可以推断，实验部分可能包括：1) 在标准配电网模型上进行仿真，验证所提出的电压稳定性评估方法的准确性；2) 对比不同控制策略的性能，例如所提出的自适应控制策略与传统的固定参数控制策略；3) 分析不同DG渗透率下，电压稳定裕度的变化情况；4) 评估控制策略对电压波动、功率损耗等指标的影响。
🎯 应用场景
该研究成果可应用于实际配电网的规划、运行和控制中，提高配电网对可再生能源的接纳能力，保障电网安全稳定运行。通过优化DG单元的控制策略，可以减少电压波动，提高供电质量，促进可再生能源的广泛应用，对构建清洁低碳的能源体系具有重要意义。
📄 摘要（原文）
Power systems are currently undergoing a rapid paradigm change in their operation. Centralised energy production is being replaced by a number of Distributed Generation (DG) units that are placed at different locations and voltage levels in power networks. These distributed units are mostly based on renewable energy technologies, like wind turbines and photovoltaic cells and are commonly interfaced to the grid via power electronic converters. These sources reduce energy system dependency on conventional generation units based on fossil fuels. At the same time, this shift introduces technical challenges for the safe and reliable operation of electricity network since DG sources do not inherently provide the grid regulation services of conventional, centralised generation units. Moreover, the increased penetration of renewable energy sources and their converter-based interfaces is creating voltage deviation and voltage stability issues in distribution networks. These issues range from overvoltages during hours of peak renewable generation, reverse power flows and sudden voltage drops due to the variable nature of renewable energy production. All of the above jeopardise the reliable operation of the distribution networks that were not originally designed to accommodate for these effects. The objective of this thesis is to propose novel techniques for the accurate assessment of the DG impact on voltage stability in distribution net works and investigate how the control capabilities of converter-based interfaces of DG units can be harnessed to improve stability margins and overall system robustness and performance.