CN103368180A - 分布式潮流控制器的时序优化控制方法及控制器 - Google Patents

分布式潮流控制器的时序优化控制方法及控制器 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种分布式潮流控制器的时序优化控制方法及控制器，其中DPFC装置连接在单机无穷大系统中，该单机无穷大系统两端连接Y-Δ型变压器；该DPFC装置用于分时段投切DPFC装置串联侧的变流器，每一时段投切的变流器数目根据相应公式计算得出。本发明通过控制DPFC装置串联侧单相变流器的投切时间，实时调节了输电线路有功潮流，同时防止了DPFC串联侧直流电容充电储能过程中输电线路的有功功率降落，避免了多个单相变流器引起的线路电流总谐波畸变，优化了DPFC无功补偿性能。

Description

分布式潮流控制器的时序优化控制方法及控制器
技术领域
本发明涉及一种分布式潮流控制器，尤其涉及一种分布式潮流控制器的时序优化控制方法及控制器。 
背景技术
现代电网的主要特征之一是采用电网互联，电网互联会形成越来越大的巨型电力系统，一方面为能源的远距离传输奠定了基础，提高了供电可靠性；另一方面又实现了电能资源的优化配置和规模效应。电力网络中，潮流控制正逐步成为电力系统发展的一项关键因素。这种发展趋势大部分归因于快速增长的电能消耗和电力市场发展的复杂性。其结果就是电力部门现在需要一种新技术来提高现有电力传输系统的输电能力。在柔性交流输电系统（Flexible Alternative Current Transmission System，FACTS）领域逐年增长的研究热潮下，多种潮流控制装置相继被研发出来。
分布式潮流控制器（Distributed Power Flow Controller，DPFC）是在统一潮流控制器（Unitied Power Flow Controller，UPFC）的基础上发展而来，利用3次谐波通过输电线路取代被去掉的公用直流电容实现串并联变流器间有功功率的交换。DPFC具有UPFC的所有功能，包括了对线路阻抗、电压相角和电压幅值进行调节可同时或独立地实现电力系统母线电压、线路有功功率潮流、无功功率潮流和系统稳定的控制。DPFC串联侧采用分布式串联补偿技术，利用多个小型的单相变流器来代替UPFC装置中大型的三相串联变流器，串联侧变流器同时投入系统运行会给输电线路性能，如线路谐波畸变、有功功率降落等带来很大的影响，使得系统稳定性下降。为了能够使DPFC装置在调控系统潮流方面发挥最大的效益，尤其是在DPFC串联侧变换器数量增多或是变换器之间距离缩短的情况下，寻求一种最合适的控制一组DPFC串联侧变换器时序投切方法是很必要的。
 
发明内容
本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中分布式潮流控制器串联侧变流器同时投入系统运行会给输电线路性能，如线路谐波畸变、有功功率降落等带来很大的影响，使得系统稳定性下降的缺陷，提供一种可以提高系统的运行稳定性和可靠性，对系统性能进行优化控制的分布式潮流控制器的时序优化控制方法及控制器。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
提供一种分布式潮流控制器的时序优化控制方法，包括以下步骤：
将DPFC装置接入单机无穷大系统中，该单机无穷大系统两端连接Y-Δ型变压器；
分时段投切DPFC装置串联侧的变流器，每一时段投切的变流器数目根据下式（1）计算得出：
Figure 2013103238411100002DEST_PATH_IMAGE002
           （1）；
其中，a为实时获取的倍乘系数，其为直流侧电容电压稳定后的单机无穷大系统补偿有功功率量
Figure 2013103238411100002DEST_PATH_IMAGE004
与直流侧电容充电时的系统有功功率降落量
Figure 2013103238411100002DEST_PATH_IMAGE006
的比值，a=
Figure 871548DEST_PATH_IMAGE004
/
Figure 788688DEST_PATH_IMAGE006
。
本发明所述的方法中，计算a的具体步骤包括：
DPFC装置接入单机无穷大系统后启动，串联侧接入的一个单相变流器经输电线路从单机无穷大系统中吸收有功功率为直流侧电容充电；
在直流侧电容充电过程中，线路传输有功功率减少，测量整个单机无穷大系统有功功率降落量
Figure 568425DEST_PATH_IMAGE006
；
直流侧电容的直流电压达到给定值并稳定后，串联侧单相变流器提供无功补偿，测量单机无穷大系统补偿有功功率量
Figure 901318DEST_PATH_IMAGE004
； 
计算补偿有功量与降落有功量的倍值关系，
Figure 2013103238411100002DEST_PATH_IMAGE008
，得出倍乘系数
Figure 2013103238411100002DEST_PATH_IMAGE010
。
本发明所述的方法中，所述每一时段的时长为串联侧单个变流器直流电容充电时间
Figure 2013103238411100002DEST_PATH_IMAGE012
；每一时段内投切的变流器设定为后一个变流器滞后前一个变流器
Figure 2013103238411100002DEST_PATH_IMAGE014
，
Figure 653373DEST_PATH_IMAGE014
《
Figure 475836DEST_PATH_IMAGE012
，以防止同时投切的电流总谐波畸变。
本发明所述的方法中，关闭DPFC串联侧变流器停止工作时，变流器均以滞后
Figure 742869DEST_PATH_IMAGE014
依次关闭。
本发明还提供一种分布式潮流控制器， DPFC装置连接在单机无穷大系统中，该单机无穷大系统两端连接Y-Δ型变压器；
该DPFC装置用于控制分时段投切DPFC装置串联侧的变流器，每一时段投切的变流器数目根据下式（1）计算得出：
Figure 941769DEST_PATH_IMAGE002
           （1）；
其中，a为实时获取的倍乘系数，其为直流侧电容电压稳定后的单机无穷大系统补偿有功功率量
Figure 46866DEST_PATH_IMAGE004
与直流侧电容充电时的系统有功功率降落量
Figure 40230DEST_PATH_IMAGE006
的比值，a=
Figure 794559DEST_PATH_IMAGE004
/。
本发明所述的分布式潮流控制器中，所述有功功率降落量
Figure 54956DEST_PATH_IMAGE006
为DPFC装置接入单机无穷大系统启动后，在串联侧接入的一个单相变流器经输电线路从单机无穷大系统中吸收有功功率为直流侧电容充电后，所测量出的单机无穷大系统的有功功率降落量；
所述补偿有功功率量
Figure 422484DEST_PATH_IMAGE004
为在直流侧电容的直流电压达到给定值并稳定后，在串联侧单相变流器提供无功补偿后，所测量出的单机无穷大系统的补偿有功功率量。
本发明所述的分布式潮流控制器中，所述每一时段的时长为串联侧单个变流器直流电容充电时间
Figure 664109DEST_PATH_IMAGE012
；每一时段内投切的变流器设定为后一个变流器滞后前一个变流器
Figure 939233DEST_PATH_IMAGE014
，
Figure 582704DEST_PATH_IMAGE014
《
Figure 855553DEST_PATH_IMAGE012
，以防止同时投切的电流总谐波畸变。
本发明所述的分布式潮流控制器中，该DPFC装置在关闭DPFC串联侧变流器停止工作时，控制变流器均滞后
Figure 522158DEST_PATH_IMAGE014
依次关闭。
本发明产生的有益效果是：本发明通过控制DPFC装置串联侧单相变流器的投切时间，实时调节了输电线路有功潮流，同时防止了DPFC串联侧直流电容充电储能过程中输电线路的有功功率降落，避免了多个单相变流器引起的线路电流总谐波畸变，优化了DPFC无功补偿性能。 
 
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1为本发明实施例分布式潮流控制器时许优化控制拓扑图；
图2为本发明实施例分布式潮流控制器的时序优化控制方法的流程图。  
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明的分布式潮流控制器串联侧采用分布式串联补偿技术，携带多个小型的单相变流器，独立控制其投入系统的时间以达到优化系统性能的目的。
如图2所示，本发明实施例分布式潮流控制器的时序优化控制方法包括以下步骤：
S1、将DPFC装置接入单机无穷大系统中，该单机无穷大系统两端连接Y-Δ型变压器，具体如图1所示，DPFC装置串联侧接入多个小型的单相变流器。
S2、分时段投切DPFC装置串联侧的变流器，每一时段投切的变流器数目根据下式（1）计算得出：
Figure 600972DEST_PATH_IMAGE002
           （1）；
其中，a为实时获取的倍乘系数，其为直流侧电容电压稳定后的单机无穷大系统补偿有功功率量
Figure 98950DEST_PATH_IMAGE004
与直流侧电容充电时的系统有功功率降落量
Figure 870597DEST_PATH_IMAGE006
的比值，a=
Figure 257454DEST_PATH_IMAGE004
/
Figure 139959DEST_PATH_IMAGE006
。
本发明的一个实施例中，倍乘系数a的值可通过外部测算出来，通过DPFC装置的控制中心再将该值以相应的控制指令形式发送给串联侧，外部计算a的具体步骤包括： 
S21、DPFC装置接入单机无穷大系统后，启动DPFC装置，向系统投入一个串联侧单相变流器，该单相变流器经输电线路从单机无穷大系统中吸收有功功率为直流侧电容充电；
S22、在直流侧电容充电过程中，线路传输有功功率减少，串联侧单相变流器可等效看成是一个串连在线路上的无功阻抗，当电容电压达到给定电压值后，变流器向系统注入正交于线路电流的基波电压为系统提供无功补偿，有效地调节线路末端的有功功率传输。
S23、测量直流电容充电时的线路有功功率降落量和电容电压稳定后的补偿有功功率量
Figure 434991DEST_PATH_IMAGE004
。
S24、计算补偿有功量与降落有功量的倍值关系，
Figure 810609DEST_PATH_IMAGE008
，得出倍乘系数
Figure 231226DEST_PATH_IMAGE010
。一个串联侧变流器补偿有功功率量能够抵消
Figure 703795DEST_PATH_IMAGE010
个变流器消耗的有功功率量，为了避免输电线路有功功率大幅度降落，因此需要分时段投切DPFC装置串联侧的变流器。
本发明实施例中，在计算a时，可测量单个变流器直流电容的充电时间，并将该充电时间作为投切DPFC装置串联侧的变流器的每一时段的时长；每一时段内投切的变流器设定为后一个变流器滞后前一个变流器
Figure 680159DEST_PATH_IMAGE014
，
Figure 904467DEST_PATH_IMAGE014
《
Figure 965964DEST_PATH_IMAGE012
，这样可以防止同时投切的电流总谐波畸变。一般充电时间
Figure 250314DEST_PATH_IMAGE012
的数量级为秒，
Figure 600524DEST_PATH_IMAGE014
的数量级为毫秒，
Figure 628523DEST_PATH_IMAGE014
不易过大，否则会延长响应时间。
由于关闭单相变流器，DPFC装置停止工作时也会产生线路电流总谐波畸变，因此，在本发明的时序优化控制方法中，还包括步骤：S3、关闭DPFC串联侧变流器停止工作时，串联侧变流器均以滞后
Figure 810106DEST_PATH_IMAGE014
依次关闭。
每一时段投入的变流器数目不同且同一时段内的单相变流器又是以
Figure 999779DEST_PATH_IMAGE014
的滞后时间依次投入输电线路运行的，从而避免了串联侧变流器直流电容充电完成对系统进行无功补偿时引起输电线路电流总谐波畸变叠加。
本发明的实施例中，在启动DPFC获取了倍乘系数
Figure 899602DEST_PATH_IMAGE010
后，再次启动DPFC装置，第一时段投入一个单相变流器，当其直流电容充电完成，开始第二时段投切，依次以
Figure 901930DEST_PATH_IMAGE014
的滞后时间投切
Figure 203599DEST_PATH_IMAGE010
个变流器，第三时段投入
Figure 2013103238411100002DEST_PATH_IMAGE016
个单相变流器，依上式（1）类推下一时段的变流器数目。
综上，本发明的分布式潮流控制器的时序优化控制方法是将图1中DPFC装置串联侧变流器分时段依次滞后
Figure 564173DEST_PATH_IMAGE014
投入系统提供无功补偿，在装置停止工作时，再依次间隔
Figure 888975DEST_PATH_IMAGE014
切除串联侧变流器。
本发明实施例分布式潮流控制器中，如图1所示，DPFC装置连接在单机无穷大系统中，该单机无穷大系统两端连接Y-Δ型变压器；
该DPFC装置用于控制分时段投切DPFC装置串联侧的变流器，每一时段投切的变流器数目根据上述公式（1）计算得出，在此不赘述。
进一步地，所述每一时段的时长为串联侧单个变流器直流电容充电时间
Figure 258776DEST_PATH_IMAGE012
；每一时段内投切的变流器设定为后一个变流器滞后前一个变流器
Figure 149372DEST_PATH_IMAGE014
，
Figure 946427DEST_PATH_IMAGE014
《
Figure 555263DEST_PATH_IMAGE012
，以防止同时投切的电流总谐波畸变。
本发明通过控制DPFC装置串联侧单相变流器的投切时间，实时调节了输电线路有功潮流，同时防止了DPFC串联侧直流电容充电储能过程中输电线路的有功功率降落，避免了多个单相变流器引起的线路电流总谐波畸变，优化了DPFC无功补偿性能。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种分布式潮流控制器的时序优化控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
将DPFC装置接入单机无穷大系统中，该单机无穷大系统两端连接Y-Δ型变压器；
分时段投切DPFC装置串联侧的变流器，每一时段投切的变流器数目根据下式（1）计算得出：
Figure 837150DEST_PATH_IMAGE001
           （1）；
其中，a为实时获取的倍乘系数，其为直流侧电容电压稳定后的单机无穷大系统补偿有功功率量
Figure 2013103238411100001DEST_PATH_IMAGE002
与直流侧电容充电时的系统有功功率降落量的比值，a=
Figure 72139DEST_PATH_IMAGE002
/
Figure 450906DEST_PATH_IMAGE003
。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，计算a的具体步骤包括：
DPFC装置接入单机无穷大系统后启动，串联侧接入的一个单相变流器经输电线路从单机无穷大系统中吸收有功功率为直流侧电容充电；
在直流侧电容充电过程中，线路传输有功功率减少，测量整个单机无穷大系统有功功率降落量
Figure 888840DEST_PATH_IMAGE003
；
直流侧电容的直流电压达到给定值并稳定后，串联侧单相变流器提供无功补偿，测量单机无穷大系统补偿有功功率量
Figure 309458DEST_PATH_IMAGE002
；
计算补偿有功量与降落有功量的倍值关系，
Figure 2013103238411100001DEST_PATH_IMAGE004
，得出倍乘系数
Figure 782027DEST_PATH_IMAGE005
。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述每一时段的时长为串联侧单个变流器直流电容充电时间；每一时段内投切的变流器设定为后一个变流器滞后前一个变流器
Figure 833160DEST_PATH_IMAGE007
，《
Figure 982698DEST_PATH_IMAGE006
，以防止同时投切的电流总谐波畸变。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，关闭DPFC串联侧变流器停止工作时，变流器均以滞后
Figure 44195DEST_PATH_IMAGE007
依次关闭。
5.一种分布式潮流控制器，其特征在于，DPFC装置连接在单机无穷大系统中，该单机无穷大系统两端连接Y-Δ型变压器；
该DPFC装置用于控制分时段投切DPFC装置串联侧的变流器，每一时段投切的变流器数目根据下式（1）计算得出：
Figure 328546DEST_PATH_IMAGE001
           （1）；
其中，a为实时获取的倍乘系数，其为直流侧电容电压稳定后的单机无穷大系统补偿有功功率量
Figure 678756DEST_PATH_IMAGE002
与直流侧电容充电时的系统有功功率降落量
Figure 706755DEST_PATH_IMAGE003
的比值，a=
Figure 888338DEST_PATH_IMAGE002
/
Figure 78010DEST_PATH_IMAGE003
。
6.根据权利要求5所述的分布式潮流控制器，其特征在于，所述有功功率降落量
Figure 977833DEST_PATH_IMAGE003
为DPFC装置接入单机无穷大系统启动后，在串联侧接入的一个单相变流器经输电线路从单机无穷大系统中吸收有功功率为直流侧电容充电后，所测量出的单机无穷大系统的有功功率降落量；
所述补偿有功功率量
Figure 543944DEST_PATH_IMAGE002
为在直流侧电容的直流电压达到给定值并稳定后，在串联侧单相变流器提供无功补偿后，所测量出的单机无穷大系统的补偿有功功率量。
7.根据权利要求5所述的分布式潮流控制器，其特征在于，所述每一时段的时长为串联侧单个变流器直流电容充电时间；每一时段内投切的变流器设定为后一个变流器滞后前一个变流器
Figure 143870DEST_PATH_IMAGE007
，
Figure 530989DEST_PATH_IMAGE007
《
Figure 900790DEST_PATH_IMAGE006
，以防止同时投切的电流总谐波畸变。
8.根据权利要求5所述的分布式潮流控制器，其特征在于，该DPFC装置在关闭DPFC串联侧变流器停止工作时，控制变流器均滞后
Figure 791386DEST_PATH_IMAGE007
依次关闭。
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