CN105071401A - 适用于有源配电网的多端口统一电能质量控制器及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了适用于有源配电网的多端口统一电能质量控制器及方法，用于连接相邻母线的母线联络线处装设有动态电压补偿器；与母线相连的多个线路中，每个线路首端均串入对应的动态电压补偿器；每个动态电压补偿器均与一直流链电容相并联；其中一个母线接入有源滤波器，有源滤波器与动态电压补偿器相连，用于为每个动态电压补偿器提供有功支撑；线路处的动态电压补偿器综合补偿线路各节点电压跌落或暂升；变压器并供运行时，通过母线联络线处的动态电压补偿器均衡变压器的出力。多端口统一电能质量控制器可直接装设在变电站内部；该UPQC可有效实现线路各节点电压偏差的控制，并且实现变压器并供操作时功率的均衡，保证有效并供操作。

Description

适用于有源配电网的多端口统一电能质量控制器及方法

技术领域

本发明涉及电网领域，尤其涉及适用于有源配电网多端口统一电能质量控制器及其协调控制方法。

背景技术

我国长距离的配网输电线路长期存在线路损耗过大，用户电压偏差较大的问题。近年来，分布式电源在配电网的渗透率不断提高。分布式电源可有效缓解传统配电网存在的供电短缺以及线路损耗过大的问题。传统的配电网沿功率传输方向电压幅值递减，因而末端电压偏差最为严重。然而分布式电源的接入改变了原有配电网的结构，配电网存在双向潮流；分布式电源出力过大时配网的逆向潮流抬升了节点电压，造成用户电压暂升的情形。同时分布式电源出力以及负荷波动的随机性加剧了线路功率的波动，配电网潮流大小以及方向的频繁变化，导致负荷电压的偏差更为严峻。动态电压补偿器(dynamicvoltagerestorer，DVR)具有很强的电压调节能力，可有效补偿上述电压偏差问题。DVR通过并联有源滤波器(activepowerfilter，APF)可以维持直流链电容的稳定，从而形成背靠背结构的统一电能质量控制器(UPQC)。若各线路分别接入一个独立的UPQC可有效补偿所连接负荷的电压偏差，但线路间多个UPQC间的协调控制及经济性问题导致其很难应用在实际的有源配电网中。

我国现有的配网一般采用“开环设计，闭环运行”的原则。当进行负荷转移或者变压器检修时，需进行变压器并供操作以保证供电可靠性；并且正常运行时，变压器并供运行可有效解决短时停电问题以及有源配电网中因各线路分布式电源出力的变化导致的变压器间出力不均衡问题。研究者提出利用统一潮流控制器来控制变压器出力均衡，以避免并供操作时变压器出力严重不一致甚至发生功率倒送而导致并供失败。该方法能够有效避免并供操作时出现的逆功率，但未考虑因并供操作后变压器出力的变化造成母联电流过大，从而进一步引起相应的继电保护装置动作导致并供操作失败。而继电器动作引起并供操作失败的事故最多，因而合理调节变压器的出力是并供操作的关键。

发明内容

为解决现有技术存在的不足，本发明公开了一种新型的适用于有源配电网的多端口统一电能质量控制器以及优化协调控制方法。该多端口UPQC通过在各线路首端以及母联线路装设DVR，在实现多功能的补偿效果前提下，有效的节省成本，降低装备总体体积。本发明提出了适用于多端口UPQC的优化协调控制方法，有效保证UPQC系统的直流链电容电压的稳定和系统良好的运行性能。

为实现上述目的，本发明的具体方案如下：

适用于有源配电网的多端口统一电能质量控制器，包括：在用于连接相邻母线的母线联络线处装设有动态电压补偿器；与母线相连的多个线路中，每个线路首端均串入对应的动态电压补偿器；每个动态电压补偿器均与一公共直流链电容相并联；其中一个母线接入有源滤波器，有源滤波器与动态电压补偿器相连，用于为每个动态电压补偿器提供有功支撑；

线路处的动态电压补偿器综合补偿线路各节点电压跌落或暂升；变压器并供运行时，通过母线联络线处的动态电压补偿器均衡变压器的出力。

所述统一电能质量控制器直接装设在变电站内部。

所述母线为两个，分别为第一母线及第二母线。

所述有源滤波器接入第一母线，接入母线联络线的动态电压补偿器为DVR₀，接入线路k的动态电压补偿器定义为线路DVR_k，k＝1、2....n。

适用于有源配电网的多端口统一电能质量控制器的协调控制方法，包括：

通过线路动态电压补偿器DVR_k可综合补偿线路各节点电压跌落或暂升，有效改善有源配电网用户电压偏差问题；具体为：

通过控制线路动态电压补偿器串联补偿电压可优化节点电压偏差，则建立节点电压偏差评价函数为：

$\mathrm{\λ}=\frac{1}{m}\underset{i=1}{\overset{i=m}{\Σ}}{\left|V_i-V_N\right|}^2$

其中，m为线路节点数，V_i为节点i的电压,V_N为线路额定电压，λ为电压偏差值，则动态电压补偿器补偿后的节点电压偏差值可表示为：

${\mathrm{\λ}}^{\′}=\underset{i=1}{\overset{i=m}{\Σ}}{\left|V_i+V_{dk}-V_N\right|}^2=\mathrm{\λ}+{\mathrm{mV}}_{dk}^2-2V_{dk}\underset{i=1}{\overset{i=m}{\Σ}}(V_N-V_i)$

其中，λ'为动态电压补偿器补偿后节点电压偏差值，V_dk为DVR_k的补偿电压d轴分量。动态电压补偿器的补偿应满足节点电压偏差取最小值，DVR_k的补偿电压d轴分量V_dk为：

$\left\{\begin{array}{c}{V}_{dk}=\min (\frac{\underset{i=1}{\overset{i=N}{\Σ}}(V_N-V_i)}{m},V_M),\frac{\underset{i=1}{\overset{i=N}{\Σ}}(V_N-V_i)}{m}\≥0\\ V_{dk}=\max (\frac{\underset{i=1}{\overset{i=N}{\Σ}}(V_N-V_i)}{m},-V_M),\frac{\underset{i=1}{\overset{i=N}{\Σ}}(V_N-V_i)}{m}\≤0\end{array}\right.$

通过控制动态电压补偿器与线路有功交换的大小和方向有效控制直流链的稳定并且优化APF输出有功电流，优化UPQC的无功支撑能力；具体为：

不同运行情形下，线路的动态电压补偿器以及母线联络线处的动态电压补偿器均存在向串联线路吸收或提供有功的运行情形，线路处的动态电压补偿器注入与V_dk正交的电压相量V_qk以控制线路处的动态电压补偿器与线路的有功交换大小，协调多端口统一电能质量控制器功率流动。

线路DVR_k需要的有功支撑最大值和最小值分别为：

$\left\{\begin{array}{c}{P}_{DVRk,min}=3/2(V_{dk}{I}_{dk}+\sqrt{V_M^2-V_{dk}^2}{I}_{qk})\\ P_{DVRk,max}=3/2(V_{dk}{I}_{dk}-\sqrt{V_M^2-V_{dk}^2}{I}_{qk})\end{array}\right.$

其中，I_dk，I_qk为线路k首端的电流有功、无功分量，V_M为线路处的动态电压补偿器的最大补偿电压。则多端口的统一电能质量控制器有功交换存在以下几种可能，其中P_DVR0母线联络线的动态电压补偿器需要的有功支撑：

1)P_DVR0+P_DVR1,min+P_DVR2,min+...+P_DVRn,min>0，即动态电压补偿器从线路中吸取的有功功率不能完全满足其他线路动态电压补偿器的有功支撑，有源滤波器正常运行以维持直流链的稳定，该情形定义为运行工况1，该运行工况下可通过提高V_q幅值以减少动态电压补偿器有功支撑同时增加线路动态电压补偿器向负荷提供的感性无功，则线路DVR_k补偿电压q轴分量为：

$V_{qk}=\sqrt{V_M^2-V_{dk}^2}$

2)P_DVR0+P_DVR1,max+P_DVR2,max+...+P_DVRn,max<0，即动态电压补偿器从线路吸收的有功之和大于零，通过运行APF将吸收的有功转移至第一母线，该情形定义为运行工况2，线路DVR_k补偿电压q轴分量为：

$V_{qk}=-\sqrt{V_M^2-V_{dk}^2}$

3)P_DVR0+P_DVR1,min+P_DVR2,min+...+P_DVRn,min<0并且P_DVR0+P_DVR1,max+P_DVR2,max+...+P_DVRn,max>0，即DVR之间的能量交替可满足直流链的稳定，有源滤波器退出工作以减少系统损耗，该情形定义为运行工况3，线路DVR_k的功率调节范围P_d,k为：

P_d,k＝P_DVRk,max-P_DVRk,min

且P_d,1、P_d,2...P_d,n的关系为：

P_d,1:P_d,2:....:P_d,n＝μ₁:μ₂:....μ_n

其中μ₁、μ₂...μ_n为比例系数，则DVR_k补偿电压的q轴分量为：

$V_{qk}=\frac{-{\mathrm{\&mu;}}_k(P_{DVR0}+\underset{k=1}{\overset{k=n}{\&Sigma;}}\frac{P_{DVRk,\max }+P_{DVRk,\min }}{2})}{I_{qk}\underset{k=1}{\overset{k=n}{\&Sigma;}}{\mathrm{\&mu;}}_k}$

通过上述控制策略可满足APF的输出有功电流最小，从而优化UPQC的无功支撑能力。

变压器并供操作时，通过母线联络线处装设有动态电压补偿器调节变压器出力以均衡变压器的出力满足有效并供操作；

第一母线对应的第一电源及第二母线对应的第二电源输出的功率分别是：

$S_{t1}=\frac{E_1^{*}-E_2^{*}}{Z_{t1}^{*}+Z_{t2}^{*}}{V}_{PCC}+\frac{Z_{t2}^{*}}{Z_{t1}^{*}+Z_{t2}^{*}}(S_{L1}+S_{L2});$

$S_{t2}=\frac{E_2^{*}-E_1^{*}}{Z_{t1}^{*}+Z_{t2}^{*}}{V}_{PCC}+\frac{Z_{t1}^{*}}{Z_{t1}^{*}+Z_{t2}^{*}}(S_{L1}+S_{L2})$

其中，Z_t1，Z_t2分别为两电源的等值阻抗，E₁，E₂分别为两电源输出电压；S_L1，S_L2分别为第一母线及第二母线的输出总功率；V_PCC线路首端电压。

并供后经过联络线的功率S₀：

$S_0=\frac{E_1^{*}-E_2^{*}}{Z_{t1}^{*}+Z_{t2}^{*}}{V}_{PCC}+\frac{Z_{t2}^{*}{S}_{L2}-Z_{t1}^{*}{S}_{L1}}{Z_{t1}^{*}+Z_{t2}^{*}}.$

DVR₀在并供操作时具有很强的潮流调节作用，DVR₀通过改变变压器之间的电压差，调整变压器的循环功率，通过注入串联电压V_R，循环功率变化量ΔS为：

$\mathrm{\&Delta;}S=\frac{V_{PCC}}{Z_{t1}^{*}+Z_{t2}^{*}}{V}_R^{*}$

则母线联络线的DVR₀的串联电压为：

$\left\{\begin{array}{c}{V}_{R,d}=\frac{R_A\mathrm{\&Delta;}P+X_A\mathrm{\&Delta;}Q}{V_{PCC}}\\ V_{R,q}=\frac{X_A\mathrm{\&Delta;}P-R_A\mathrm{\&Delta;}Q}{V_{PCC}}\end{array}\right.;\left|V_R\right|=\frac{Z_A\mathrm{\&Delta;}S}{V}$

其中，V_R,d、V_R,q分别为电压V_R的d、q分量，其中R_A＝R_t1+R_t2，X_A＝X_t1+X_t2,Z_A＝Z_t1+Z_t2；R_t1,X_t1分别为第一电源的等值电阻和电抗；R_t2,X_t2分别为第二电源的等值电阻和电抗，ΔP、ΔQ分别为循环功率的有功、无功变化量。

母线联络线的动态电压补偿器调节的循环功率ΔS由下述优化方程确定：

$\left\{\begin{array}{c}min\{\left|\frac{\left|S_{t1}-\mathrm{\&Delta;}S\right|}{S_{N1}}\right|-\left|\frac{\left|S_{t2}-\mathrm{\&Delta;}S\right|}{S_{N1}}\right|\}\\ \left|S_0-\mathrm{\&Delta;}S\right|\&le;S_{th},V_R\&le;V_{HM}\end{array}\right.$

其中，S_th为可经过母线联络线的最大功率，V_HM为母联动态电压补偿器的最大补偿电压，S_N1，S_N2分别为第一变压器、第二变压器的额定容量。则根据上式确定的循环功率ΔS的调节量可控制DVR₀的串联电压从而均衡变压器的出力保证变压器有效并供操作。

本发明的新型的多端口的统一电能质量控制器接入结构，各线路首端以及母联线路装设DVR，DVR之间共用一直流链电容并仅有一台有源滤波器为系统提供有功支撑。该多端口结构可直接装设在变电站内部。

本发明的有益效果：

本发明提出的多端口统一电能质量控制器可直接装设在变电站内部；该UPQC可有效实现线路各节点电压偏差的控制，并且实现变压器并供操作时功率的均衡，保证有效并供操作。该多端口UPQC在实现多功能的前提下可有效节省储能装置以及有源滤波器的数量，具有良好的经济性。

本发明提出的新型多端口接入结构可综合改善线路各节点电压偏差并且通过母联DVR有效调节变压器出力，均衡变压器功率保证变压器有效并供操作。该接入结构可有效节省储能装置以及有源滤波器的数量，具有良好的经济性和实用性。

本发明提出的功率协调控制算法可有效维持直流链的稳定，满足UPQC系统最大化无功支撑能力。

本发明提出的一种新型的多端口统一电能质量控制器的接入结构，适用于中低压有源配电网实现用户节点电压偏差补偿以及变压器潮流控制。

该多端口UPQC通过在各线路首端以及母联线路装设DVR可综合实现以下功能：各线路首段DVR改善该线路各节点电压偏差，改善用户电压质量；母联DVR有效调节变压器的出力，避免并供操作时某变压器出现功率倒送或者联络线电流过大引起保护动作而导致并供操作失败。同时该UPQC通过DVR间通过共用的直流链电容形成多端口结构，并仅由一台APF为其提供功率支撑。该新型结构可直接装设在变电站内部，有效解决UPQC选址问题，具有装设简单可行，实用性较高的优势；同时多端口UPQC可以节省直流链电容和APF的设计数量，在实现多功能的补偿效果前提下，有效的节省成本，降低装备总体体积。本发明提出了适用于多端口UPQC的优化协调控制方法，有效保证UPQC系统的直流链电容电压的稳定和系统良好的运行性能。

附图说明

图1：多端口有源配电网统一电能质量控制器；

图2：线路等值电路图；

图3：双电源并联供电示意图。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明进行详细说明：

一种新型的适用于有源配电网的多端口统一电能质量控制器，各线路首端以及母联接入动态电压补偿器，且各动态电压补偿器共用直流链电容，并且仅由一台有源滤波器为其提供有功支撑。线路动态电压补偿器可综合补偿线路各节点电压跌落/暂升，有效改善有源配电网用户电压偏差问题；变压器并供运行时，通过多端口UPQC的母联动态电压补偿器有效均衡变压器的出力。

本发明还提供了一种适用于有源配电网的多端口统一电能质量控制器的功率协调控制方法，通过控制动态电压补偿器与线路有功交换的大小和方向有效控制直流链的稳定并且减小统一电能质量控制器自身损耗。

进一步地，检测各节点电压V_i(V_i为节点i的电压，其中i＝1,2...m),通过各线路DVR注入的电压补偿相量以综合改善各节点电压偏差，线路DVR注入的与线路首端电压V_PCC同方向的d轴分量V_dk；

进一步地，变压器并供操作时，通过母联DVR调节变压器出力以均衡变压器的出力满足有效并供操作。

各馈线节点电压波动的不一致使得DVR与各线路的有功交换的大小和方向均存在差异。不同运行情形下，线路DVR以及母联DVR均存在向串联线路吸收/提供有功的运行情形。进一步地，线路DVR注入与V_dk正交的电压相量V_qk以控制线路DVR与线路的有功交换大小，协调多端口统一电能质量控制器功率流动，维持直流链电压的稳定有效降低UPQC的自身损耗。

更为详细实施例子：

图1所示为本申请提出的适用于有源配电网的多端口统一电能质量控制器。其中APF接入母线1，母线联络线DVR均衡变压器并供操作时各变压器出力；各线路首侧分别串入DVR以综合补偿各线路节点电压偏差。接入母线联络线的DVR为DVR₀，接入线路k(k＝1、2....n)的DVR定义为线路DVR_k。线路DVR补偿电压包含与线路首端电压V_PCC同向和垂直的两个分量，由于DVR补偿容量较小，因此其补偿电压垂直分量对各节点电压幅值的改变可忽略不计。

如图2所示为线路DVR的等值电路图，以线路首端电压V_PCC为参考量，DVR的补偿电压的d轴分量为V_dk，则补偿后节点电压为：

V_i′＝V_i+V_dk

其中V_i、V'_i分别为DVR_k补偿前后节点i处的电压。线路节点电压总体偏低时，线路DVR补偿电压的d轴分量V_dk大于零，即与V_PCC同向；同理分布式电源出力较大时，部分节点电压偏高，线路DVR补偿电压d轴分量V_dk与V_PCC反向。通过控制线路DVR串联补偿电压可优化节点电压偏差，则建立节点电压偏差评价函数为：

$\mathrm{\&lambda;}=\frac{1}{m}\underset{i=1}{\overset{i=m}{\&Sigma;}}{\left|V_i-V_N\right|}^2$

其中m为线路节点数，λ为电压偏差值，V_N为额定电压。则DVR补偿后的节点电压偏差值可表示为：

${\mathrm{\&lambda;}}^{\&prime;}=\underset{i=1}{\overset{i=m}{\&Sigma;}}{\left|V_i+V_{dk}-V_N\right|}^2=\mathrm{\&lambda;}+{\mathrm{mV}}_{dk}^2-2V_{dk}\underset{i=1}{\overset{i=m}{\&Sigma;}}(V_N-V_i)$

其中λ'为DVR补偿后节点电压偏差值，DVR的补偿应满足节点电压偏差取最小值，线路DVR的补偿电压d轴分量V_dk为：

$\left\{\begin{array}{c}{V}_{dk}=\min (\frac{\underset{i=1}{\overset{i=m}{\&Sigma;}}(V_N-V_i)}{m},V_M),\frac{\underset{i=1}{\overset{i=m}{\&Sigma;}}(V_N-V_i)}{m}\&GreaterEqual;0\\ V_{dk}=\max (\frac{\underset{i=1}{\overset{i=m}{\&Sigma;}}(V_N-V_i)}{m},-V_M),\frac{\underset{i=1}{\overset{i=m}{\&Sigma;}}(V_N-V_i)}{m}\&le;0\end{array}\right.$

其中V_M为线路DVR的最大补偿电压。DVR补偿电压的d轴分量用以调整节点电压偏差，而DVR在其补偿容量范围内仍可提供与V_PCC正交的q轴分量V_qk以减小其需要的有功支撑。线路DVR的Vq分量具体补偿策略将在下文阐述。图3所示的双电源并联供电等效图，电源1、2输出的功率分别为：

$S_{t1}=\frac{E_1^{*}-E_2^{*}}{Z_{t1}^{*}+Z_{t2}^{*}}{V}_{PCC}+\frac{Z_{t2}^{*}}{Z_{t1}^{*}+Z_{t2}^{*}}(S_{L1}+S_{L2});$

$S_{t2}=\frac{E_2^{*}-E_1^{*}}{Z_{t1}^{*}+Z_{t2}^{*}}{V}_{PCC}+\frac{Z_{t1}^{*}}{Z_{t1}^{*}+Z_{t2}^{*}}(S_{L1}+S_{L2})$

其中Z_t1，Z_t2分别为两电源的等值阻抗，E₁，E₂分别为两电源输出电压；S_L1，S_L2分别为母线1，2的输出总功率；V_bus为线路首端电压。如上式所述，变压器的潮流由两部分组成：1)循环功率，其大小由于电源电压以及等值阻抗决定；2)供载功率，负荷以及电源等值阻抗决定了供载功率的大小。因此并供后电源间电路参数的不一致造成其出力的不均衡，各电源输出功率在并供操作前后均发生较大变化，并供后经过联络线的功率S₀：

$S_0=\frac{E_1^{*}-E_2^{*}}{Z_{t1}^{*}+Z_{t2}^{*}}{V}_{PCC}+\frac{Z_{t2}^{*}{S}_{L2}-Z_{t1}^{*}{S}_{L1}}{Z_{t1}^{*}+Z_{t2}^{*}}$

母线1，2的功率S_L1，S_L2差异较大会导致并供后联络线功率过大，严重时会使联络线电流达到继电器的动作值，进而联络线保护动作跳开致使并供失败。DVR₀在并供操作时具有很强的潮流调节作用，DVR₀通过改变变压器之间的电压差，调整变压器的循环功率。通过注入串联电压V_R，循环功率变化量ΔS为:

$\mathrm{\&Delta;}S=\frac{V_{PCC}}{Z_{t1}^{*}+Z_{t2}^{*}}{V}_R^{*}$

则母联DVR₀的串联电压为：

$\left\{\begin{array}{c}{V}_{R,d}=\frac{R_A\mathrm{\&Delta;}P+X_A\mathrm{\&Delta;}Q}{V_{PCC}}\\ V_{R,q}=\frac{X_A\mathrm{\&Delta;}P-R_A\mathrm{\&Delta;}Q}{V_{PCC}}\end{array}\right.;\left|V_R\right|=\frac{Z_A\mathrm{\&Delta;}S}{V}$

其中V_R,d、V_R,q分别为电压V_R的d、q分量，其中R_A＝R_t1+R_t2，X_A＝X_t1+X_t2,Z_A＝Z_t1+Z_t2；R_t1,X_t1为电源1的等值电阻和电抗；R_t2,X_t2为电源2的等值电阻和电抗，ΔP、ΔQ分别为循环功率的有功、无功变化量。母联DVR的补偿应满足：1)母联电流不过流；2)变压器出力均衡。则母联DVR调节的循环功率ΔS由下述优化方程确定：

$\left\{\begin{array}{c}\min \{\left|\frac{\left|S_{t1}-\mathrm{\&Delta;}S\right|}{S_{N1}}\right|-\left|\frac{\left|S_{t2}-\mathrm{\&Delta;}S\right|}{S_{N1}}\right|\}\\ \left|S_0-\mathrm{\&Delta;}S\right|\&le;S_{th},V_R\&le;V_{HM}\end{array}\right.$

其中S_th为可经过母线联络线的最大功率，V_HM为母联DVR的最大补偿电压，S_N1，S_N2分别为变压器1、2的额定容量。则母联DVR需要的有功支撑为：

$P_{DVR0}=-\frac{(P_0^{\&prime;}{R}_A-Q_0^{\&prime;}{X}_A)\mathrm{\&Delta;}P+(P_0^{\&prime;}{X}_A+Q_0^{\&prime;}{R}_A)\mathrm{\&Delta;}Q}{{V_{bus}}^2}$

其中P'₀、Q'₀分别为母联DVR补偿后母线联络线的有功和无功功率，上式P_DVR0值为负时，DVR₀从母联吸收有功并且可以向线路DVR或者APF转移。并且线路DVR补偿节点电压偏差需要向线路吸收/提供有功功率，一般运行情形下线路DVR可提供电压q轴分量来控制DVR与线路交换的有功大小。DVR_k的补偿电压d轴分量为V_dk,则线路DVR_k需要的有功支撑最大值和最小分别为：

$\left\{\begin{array}{c}{P}_{DVRk,\min }=3/2(V_{dk}{I}_{dk}+\sqrt{V_M^2-V_{dk}^2}{I}_{qk})\\ P_{DVRk,\max }=3/2(V_{dk}{I}_{dk}-\sqrt{V_M^2-V_{dk}^2}{I}_{qk})\end{array}\right.$

其中I_dk，I_qk为线路k首端的电流有功、无功分量，则多端口的UPQC有功交换存在以下几种可能：

1)P_DVR0+P_DVR1,min+P_DVR2,min+...+P_DVRn,min>0，即DVR从线路中吸取的有功功率不能完全满足其他线路DVR的有功支撑，APF正常运行以维持直流链的稳定，该情形定义为运行工况1。该运行工况下可通过提高V_q幅值以减少DVR有功支撑同时增加线路DVR向负荷提供的感性无功。则线路DVR_k补偿电压q轴分量为：

$V_{qk}=\sqrt{V_M^2-V_{dk}^2}$

2)P_DVR0+P_DVR1,max+P_DVR2,max+...+P_DVRn,max<0,即DVR从线路吸收的有功之和大于零，通过运行APF将吸收的有功转移至母线1，该情形定义为运行工况2。同理，线路DVR_k补偿电压q轴分量为：

$V_{qk}=-\sqrt{V_M^2-V_{dk}^2}$

3)P_DVR0+P_DVR1,min+P_DVR2,min+...+P_DVRn,min<0并且P_DVR0+P_DVR1,max+P_DVR2,max+...+P_DVRn,max>0,即DVR之间的能量交替可满足直流链的稳定，APF退出工作以减少系统损耗，该情形定义为运行工况3。线路DVR_k的功率调节范围P_d,k为：

P_d,k＝P_DVRk,max-P_DVRk,min

且P_d,1、P_d,2...P_d,n的关系为：

P_d,1:P_d,2:....:P_d,n＝μ₁:μ₂:....μ_n

其中μ₁、μ₂...μ_n为比例系数,则DVR_k补偿电压的q轴分量为：

$V_{qk}=\frac{-{\mathrm{\&mu;}}_k(P_{DVR0}+\underset{k=1}{\overset{k=n}{\&Sigma;}}\frac{P_{DVRk,max}+P_{DVRk,min}}{2})}{I_{qk}\underset{k=1}{\overset{k=n}{\&Sigma;}}{\mathrm{\&mu;}}_k}$

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (6)

1.适用于有源配电网的多端口统一电能质量控制器，其特征是，包括：用于连接相邻母线的母线联络线处装设有动态电压补偿器；与母线相连的多个线路中，每个线路首端均串入对应的动态电压补偿器；每个动态电压补偿器均与一公共直流链电容相并联；其中一个母线接入有源滤波器，有源滤波器与动态电压补偿器相连，用于为每个动态电压补偿器提供有功支撑；线路处的动态电压补偿器综合补偿线路各节点电压跌落或暂升；变压器并供运行时，通过母线联络线处的动态电压补偿器均衡变压器的出力。

2.如权利要求1所述的适用于有源配电网的多端口统一电能质量控制器，其特征是，所述母线为两个，分别为第一母线及第二母线；

所述有源滤波器接入第一母线，接入母线联络线的动态电压补偿器为DVR₀，接入线路k的动态电压补偿器定义为线路DVR_k，k＝1、2....n。

3.如权利要求1所述的适用于有源配电网的多端口统一电能质量控制器的协调控制方法，其特征是，包括：

通过线路动态电压补偿器DVR_k可综合补偿线路各节点电压跌落或暂升；

通过控制动态电压补偿器与线路有功交换的大小和方向有效控制直流链的稳定并且优化APF输出有功电流，优化UPQC的无功支撑能力；

变压器并供操作时，通过母线联络线处装设有动态电压补偿器调节变压器出力以均衡变压器的出力满足有效并供操作。

4.如权利要求3所述的适用于有源配电网的多端口统一电能质量控制器的协调控制方法，其特征是，通过线路动态电压补偿器DVR_k综合补偿线路各节点电压跌落或暂升；具体为：

通过控制线路动态电压补偿器串联补偿电压优化节点电压偏差，则建立节点电压偏差评价函数为：

$\mathrm{\&lambda;}=\frac{1}{m}\underset{i=1}{\overset{i=m}{\&Sigma;}}|V_i-V_N{|}^2$

其中，m为线路节点数，V_i为节点i的电压，V_N为线路额定电压，λ为电压偏差值，则动态电压补偿器补偿后的节点电压偏差值可表示为：

${\mathrm{\&lambda;}}^{\&prime;}=\underset{i=1}{\overset{i=m}{\&Sigma;}}|V_i+V_{dk}-V_N{|}^2=\mathrm{\&lambda;}+{\mathrm{mV}}_{dk}^2-2V_{dk}\underset{i=1}{\overset{i=m}{\&Sigma;}}(V_N-V_i)$

其中，λ'为动态电压补偿器补偿后节点电压偏差值，V_dk为DVR_k的补偿电压d轴分量，动态电压补偿器的补偿应满足节点电压偏差取最小值，DVR_k的补偿电压d轴分量V_dk为：

$\left\{\begin{array}{c}{V}_{dk}=\min \left(\frac{\underset{i=1}{\overset{i=N}{\mathrm{\&Sigma;}}}\left(V_N-V_i\right)}{m},V_M\right),\frac{\underset{i=1}{\overset{i=N}{\mathrm{\&Sigma;}}}\left(V_N-V_i\right)}{m}\&GreaterEqual;0\\ V_{dk}=\max \left(\frac{\underset{i=1}{\overset{i=N}{\mathrm{\&Sigma;}}}\left(V_N-V_i\right)}{m},-V_M\right),\frac{\underset{i=1}{\overset{i=N}{\mathrm{\&Sigma;}}}\left(V_N-V_i\right)}{m}\&le;0\end{array}\right..$

5.如权利要求3所述的适用于有源配电网的多端口统一电能质量控制器的协调控制方法，其特征是，通过控制动态电压补偿器与线路有功交换的大小和方向有效控制直流链的稳定并且优化APF输出有功电流，优化UPQC的无功支撑能力；具体为：

不同运行情形下，线路的动态电压补偿器以及母线联络线处的动态电压补偿器均存在向串联线路吸收或提供有功的运行情形，线路处的动态电压补偿器注入与V_dk正交的电压相量V_qk以控制线路处的动态电压补偿器与线路的有功交换大小，协调多端口统一电能质量控制器功率流动，多端口的统一电能质量控制器有功交换存在以下几种情形，其中，P_DVR0母线联络线的动态电压补偿器需要的有功支撑：

1)P_DVR0+P_DVR1,min+P_DVR2,min+...+P_DVRn,min>0，即动态电压补偿器从线路中吸取的有功功率不能完全满足其他线路动态电压补偿器的有功支撑，有源滤波器正常运行以维持直流链的稳定，该情形定义为运行工况1，该运行工况下可通过提高V_q幅值以减少动态电压补偿器有功支撑同时增加线路动态电压补偿器向负荷提供的感性无功，V_M为线路处的动态电压补偿器的最大补偿电压，则线路DVR_k补偿电压q轴分量为：

$V_{qk}=\sqrt{V_M^2-V_{dk}^2};$

P_DVR1,min、P_DVR2,min、、、P_DVRn,min分别为线路DVR_1、DVR_2、、、DVR_n需要的有功支撑最小值；

2)P_DVR0+P_DVR1,max+P_DVR2,max+...+P_DVRn,max<0，即动态电压补偿器从线路吸收的有功之和大于零，通过运行APF将吸收的有功转移至第一母线，该情形定义为运行工况2，线路DVR_k补偿电压q轴分量为：

$V_{qk}=-\sqrt{V_M^2-V_{dk}^2};$

P_DVR1,max、P_DVR2,max、、、P_DVRn,max分别为线路DVR_1、DVR_2、、、DVR_n需要的有功支撑最大值；

3)P_DVR0+P_DVR1,min+P_DVR2,min+...+P_DVRn,min<0并且P_DVR0+P_DVR1,max+P_DVR2,max+...+P_DVRn,max>0，即DVR之间的能量交替可满足直流链的稳定，有源滤波器退出工作以减少系统损耗，该情形定义为运行工况3，线路DVR_k的功率调节范围P_d,k为：

P_d,k＝P_DVRk,max-P_DVRk,min

且P_d,1、P_d,2...P_d,n的关系为：

P_d,1:P_d,2:....:P_d,n＝μ₁:μ₂:....μ_n

其中μ₁、μ₂...μ_n为比例系数，则DVR_k补偿电压的q轴分量为：

$V_{qk}=\frac{-{\mathrm{\&mu;}}_k(P_{DVR0}+\underset{k=1}{\overset{k=n}{\&Sigma;}}\frac{P_{DVRk,max}+P_{DVRk,\min }}{2})}{I_{qk}\underset{k=1}{\overset{k=n}{\&Sigma;}}{\mathrm{\&mu;}}_k}.$

6.如权利要求3所述的适用于有源配电网的多端口统一电能质量控制器的协调控制方法，其特征是，变压器并供操作时，通过母线联络线处装设有动态电压补偿器调节变压器出力以均衡变压器的出力满足有效并供操作；

第一母线对应的第一电源及第二母线对应的第二电源输出的功率分别是：

$S_{t1}=\frac{E_1^{*}-E_2^{*}}{Z_{t1}^{*}+Z_{t2}^{*}}{V}_{PCC}+\frac{Z_{t2}^{*}}{Z_{t1}^{*}+Z_{t2}^{*}}\left(S_{L1}+S_{L2}\right);$

$S_{t2}=\frac{E_2^{*}-E_1^{*}}{Z_{t1}^{*}+Z_{t2}^{*}}{V}_{PCC}+\frac{Z_{t1}^{*}}{Z_{t1}^{*}+Z_{t2}^{*}}\left(S_{L1}+S_{L2}\right)$

其中，Z_t1，Z_t2分别为两电源的等值阻抗，E₁，E₂分别为两电源输出电压；S_L1，S_L2分别为第一母线及第二母线的输出总功率；V_PCC线路首端电压；

并供后经过联络线的功率S₀：

$S_0=\frac{E_1^{*}-E_2^{*}}{Z_{t1}^{*}+Z_{t2}^{*}}{V}_{PCC}+\frac{Z_{t2}^{*}{S}_{L2}-Z_{t1}^{*}{S}_{L1}}{Z_{t1}^{*}+Z_{t2}^{*}};$

DVR₀在并供操作时具有很强的潮流调节作用，DVR₀通过改变变压器之间的电压差，调整变压器的循环功率，通过注入串联电压V_R，循环功率变化量ΔS为：

$\mathrm{\&Delta;}S=\frac{V_{PCC}}{Z_{t1}^{*}+Z_{t2}^{*}}{V}_R^{*}$

则母线联络线的DVR₀的串联电压为：

$\left\{\begin{array}{c}{V}_{R,d}=\frac{R_A\mathrm{\&Delta;}P+X_A\mathrm{\&Delta;}Q}{V_{PCC}}\\ V_{R,q}=\frac{X_A\mathrm{\&Delta;}P-R_A\mathrm{\&Delta;}Q}{V_{PCC}}\end{array}\right.;\left|V_R\right|=\frac{Z_A\mathrm{\&Delta;}S}{V}$

其中，V_R,d、V_R,q分别为电压V_R的d、q分量，其中R_A＝R_t1+R_t2，X_A＝X_t1+X_t2,Z_A＝Z_t1+Z_t2；R_t1,X_t1分别为第一电源的等值电阻和电抗；R_t2,X_t2分别为第二电源的等值电阻和电抗，ΔP、ΔQ分别为循环功率的有功、无功变化量；

母线联络线的动态电压补偿器调节的循环功率ΔS由下述优化方程确定：

$\left\{\begin{array}{c}min\{\left|\frac{|S_{t1}-\mathrm{\&Delta;}S|}{S_{N1}}\right|-\left|\frac{|S_{t2}-\mathrm{\&Delta;}S|}{S_{N1}}\right|\}\\ |S_0-\mathrm{\&Delta;}S|\&le;S_{th},V_R\&le;V_{HM}\end{array}\right.$

其中，S_th为可经过母线联络线的最大功率，V_HM为母联动态电压补偿器的最大补偿电压，S_N1，S_N2分别为第一变压器、第二变压器的额定容量，则根据上式确定的循环功率ΔS的调节量可控制DVR₀的串联电压从而均衡变压器的出力保证变压器有效并供操作。