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计及IGBT结温约束的光伏高渗透配电网无功电压优化控制策略

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admin 发表于 2024-12-14 11:14 | 查看全部 阅读模式

文档名:计及IGBT结温约束的光伏高渗透配电网无功电压优化控制策略
摘要:光伏电源参与配电网无功电压调节是提升光伏高渗透配电网运行经济性和可靠性的有效手段,但光伏电源提供无功支撑会使得光伏电源IGBT最大结温升高、结温波动加剧,进而影响光伏电源和配电网的安全稳定运行.为此,该文提出一种计及IGBT结温约束的光伏高渗透配电网无功电压优化控制策略.首先,利用CatBoost算法计算IGBT结温,提高了IGBT结温计算效率,避免了传统结温算法对IGBT热模型参数的依赖;然后,建立考虑IGBT结温约束的有源配电网多目标无功优化模型,利用二分法求解IGBT结温约束下的光伏电源最大输出功率,实现了IGBT结温约束向二阶锥约束的转换;最后,利用IEEE33节点典型配电系统验证了所提策略在光伏高渗透配电网无功电压优化、光伏电源运行可靠性提升方面的有效性,并提出了综合考虑配电网网损、光伏电源可靠性的光伏电源IGBT结温限值整定原则.

Abstract:Theparticipationofphotovoltaicinvertersinreactivevoltageregulationofthedistributionnetworkisaneffectivemethodtoimprovetheeconomyandreliabilityofphotovoltaichigh-permeabilitydistributionnetworkoperation.However,thereactivepowersupportprovidedbyphotovoltaicinverterswillincreasethemaximumjunctiontemperatureofIGBTinphotovoltaicinvertersandincreasethefluctuationofjunctiontemperature,whichwillaffectthesafeandstableoperationofphotovoltaicinvertersanddistributionnetwork.Therefore,theinfluenceofreactivepoweroutputofphotovoltaicpowersupplyontheoperationreliabilityandlifetimeofphotovoltaicinvertershouldbeconsideredwhenreactivepowerandvoltagecontroliscarriedout.Firstly,thispaperproposesanIGBTreliabilityevaluationmethodbasedonCatBoostalgorithm.Thismethodusesdata-drivenmethodtocalculateIGBTjunctiontemperature,whichshortensthecalculationtimeofIGBTjunctiontemperatureandreducesthedependenceofjunctiontemperaturecalculationresultsonIGBTthermalmodelparameters.Secondly,thereactivepowerandvoltageoptimizationcontrolstrategyofactivedistributionnetworkconsideringIGBTjunctiontemperatureconstraintisproposed.TheIGBTjunctiontemperatureconstraintisintroducedintothereactivepowerandvoltageoptimizationconstraintofdistributionnetwork,andthemulti-objectivereactivepoweroptimizationmodelofactivedistributionnetworkconsideringIGBTjunctiontemperatureconstraintisestablished.Finally,consideringthedistributionnetworkloss,IGBTreliabilityandlifetime,theIGBTjunctiontemperaturelimitsettingprincipleofphotovoltaicpowersupplyisproposed.TheeffectivenessoftheproposedstrategyinreactivepowerandvoltageoptimizationandoperationreliabilityimprovementofPVpowersupplyisverifiedbyIEEE33-bustypicaldistributionsystem.Accordingtothereliabilityevaluationprocessofphotovoltaicpowersupplybasedonmissionprofile,theIGBTfailurerateofphotovoltaicpowersupplyinallaccesspointsissignificantlyreducedcomparedwiththatwithoutjunctiontemperaturelimit,whichverifiestheeffectivenessoftheproposedstrategyinimprovingtheoperationreliabilityofphotovoltaicpowersupply.Atthesametime,whentheIGBTjunctiontemperaturelimitsare80℃,70℃and60℃,thecorrespondingminimumlifetimeofallphotovoltaicpowerIGBTsare8,16and41years,respectively,andtheaveragelifetimeofallphotovoltaicpowerIGBTsare14,25and65years,respectively.ItcanbeseenthatthejunctiontemperaturelimitcontrolcanimprovetheminimumlifetimeandaveragelifetimeofallphotovoltaicpowerIGBTs.ConsideringallaccesspointphotovoltaicpowerIGBTminimumlifetimeanddistributionnetworkloss,inthispaper,theexampleset60℃junctiontemperaturelimit,canmeettheIGBTreplacementcyclerequirements,andcanensurethatthetotallossofdistributionnetworkisnothigh.Thefollowingconclusionscanbedrawnfromthesimulationanalysis:(1)TheIGBTjunctiontemperatureiscalculatedbydata-drivenmethod,whichimprovesthecalculationefficiencyofIGBTjunctiontemperature,reducesthedependenceofjunctiontemperaturecalculationresultsonIGBTthermalmodelparameters.(2)Thereactivepoweroptimizationmodelistransformedintoasecond-orderconeprogrammingmodelbylinearizationandsecond-orderconerelaxation,whichimprovesthespeedofmodelsolution.(3)ThesettingprincipleofIGBTjunctiontemperaturelimitconsideringthetotallossofdistributionnetworkandIGBTreliabilityisproposed,whichprovidesatheoreticalbasisforphotovoltaicpowersupplytoparticipateinthedesignofreactivevoltageregulationcontrolstrategyandcoreparametersettingofdistributionnetwork.

作者:张波   高远   李铁成   胡雪凯   贾焦心 Author:ZhangBo   GaoYuan   LiTiecheng   HuXuekai   JiaJiaoxin
作者单位:华北电力大学河北省分布式储能与微网重点实验室保定071003国网河北省电力有限公司电力科学研究院石家庄050021
刊名:电工技术学报
Journal:TransactionsofChinaElectrotechnicalSociety
年,卷(期):2024, 39(5)
分类号:TM73
关键词:CatBoost机器学习算法  IGBT结温  无功电压控制  IGBT可靠性  多目标优化  
Keywords:CatBoostmachinelearningalgorithm  IGBTjunctiontemperature  reactivevoltagecontrol  IGBTreliability  multi-objectiveoptimization  
机标分类号:TM744TM615TM914.4
在线出版日期:2024年3月19日
基金项目:国家自然科学基金,河北省自然科学基金,国网河北省电力有限公司电力科学研究院科技项目计及IGBT结温约束的光伏高渗透配电网无功电压优化控制策略[
期刊论文]  电工技术学报--2024, 39(5)张波  高远  李铁成  胡雪凯  贾焦心光伏电源参与配电网无功电压调节是提升光伏高渗透配电网运行经济性和可靠性的有效手段,但光伏电源提供无功支撑会使得光伏电源IGBT最大结温升高、结温波动加剧,进而影响光伏电源和配电网的安全稳定运行.为此,该文提出...参考文献和引证文献
参考文献
引证文献
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