CN105262077A - 一种优化直流配电网潮流的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公布了一种优化直流配电网潮流的控制方法。针对两个电源端的柔性直流配电系统，采用一端工作于定直流电压方式，另一端工作于定直流功率方式，将定直流功率端功率划分为n个区段，依序设定定直流功率端的功率值为

Description

一种优化直流配电网潮流的控制方法

技术领域

本发明涉及一种优化直流配电网潮流的控制方法，尤其涉及一种用于优化带两个电源端的直流配电网潮流的控制方法。

背景技术

随着大功率电力电子器件、高压换流技术的高速发展，高压直流输电技术也得到了不断的完善。直流配电网是一个具有先进的能源管理系统的智能、稳定的交直流混合广域网络。与交流配电网相比，直流配电网存在着如下的明显优点：在绝缘水平相同的情况下，直流配电网的传输功率约为交流配电网的1.5倍；直流配电网能够方便各种分布式电源和电动汽车充电站的接入；不同于交流配电网，直流配电网并不存在涡流损耗以及线路的无功损耗，直流配电网的损耗仅为交流网络的15％～50％；理论上直流系统没有频率偏差、三相电压不平衡和无功补偿等问题，因此能够有效避免电压波动与闪变、频率偏移、谐波污染等问题，能够有效地改善电能质量，提高电网可靠性。

直流配电系统的主要控制目的是维持母线电压的稳定，目前有一种电压下垂式控制的控制策略。它指的是所有具备功率调节能力的变换器均运行于直流电压的控制方式。在这种控制模式下，电压调节和功率分配由多个换流站共同承担，根据换流站P-V特性曲线斜率，决定该节点功率分配和电压调节能力且其控制特性为非线性(双曲线)。当换流器端电压跌落时，其出力增加用以维持电压稳定，但是能否恢复到正常状态则得根据其特性曲线斜率判断。因此此种控制方式的不足之处在于存在电压静差，且随系统规模的扩大，其稳定运行区间将变窄，功率分配灵活性有所欠缺。此外，当系统检修或故障导致某一换流站退出运行、风力发电场输入功率波动等时，传统下垂控制策略仍然按照原有系数进行功率分配，无法根据系统运行的实际情况进行调节，使得换流站容量使用率较低、直流母线电压质量较差，甚至出现换流站功率超限显然，这样的控制策略不能很好的适用于对稳定性有高要求的直流配电网。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种优化直流配电网潮流的控制方法。该方法将定直流功率端功率划分为n个区段，依次进行潮流计算后求取最小网络损耗情况下对应的电压值和功率值，采用了功率值和电压值分开求解的方法，求解过程简化且计算速度较快，可以根据精度需求灵活选取功率划分总区段数n的值。使得有功功率分配更加合理，同时得到更宽的直流电压控制范围和更低的网损。

为实现上述发明的目的，本发明解决技术问题所采用的技术方案是：

将定直流功率端的功率划分为n个区段，按以下步骤求解第k个区段的直流网络损耗0≤k≤n,k∈N：

(1)获取配电网网络参数及节点功率注入信息，包括：母线编号、名称、负荷有功、输电线路的支路号、首端节点和末端节点编号、串联电阻；

(2)设定定直流电压端初始电压值为直流系统的额定电压U＝U_N，k的初始值为0；

(3)设定定直流功率端初始功率为其中其中P_N为定直流功率段额定功率，n为定直流功率端的功率划分的区段总数，k为此次计算中所取区段的对应序号；

(4)进行潮流计算，建立直流潮流方程并且迭代求解，获得各节点电压值和各支路电流值；

(5)检查各节点电压，分为以下三种情况考虑：

情况1、存在节点电压低于电压稳定下限值U_min，则令定直流电压端的电压U增加1％U_N，若此时存在节点电压高于电压稳定上限值U_max，则令直流网络损耗其中P_load为负荷端总功率，进入(6)；若此时不存在节点电压高于电压稳定上限值U_max，则返回(4)；

情况2、不存在节点电压低于电压稳定下限值U_min但存在其他节点电压高于电压稳定上限值U_max，则令定直流电压端的电压U减小1％U_N，若此时存在节点电压低于电压稳定下限值U_min，则令进入(6)；若此时不存在节点电压低于电压稳定下限值U_min，则返回(4)；

情况3、既不存在节点电压高于电压稳定上限值U_max，也不存在其他节点电压低于电压稳定下限值U_min，计算此时的直流网络损耗进入(6)；

上述直流网络损耗为线路损耗ΔP_ij和换流器损耗ΔP_dc两部分之和，设直流配电网线路只存在电阻，则线路损耗计算公式如下：

${\mathrm{\ΔP}}_{ij}=I_b^2{R}_{ij}$

式中i，j为支路两端节点数编号，I_b为i节点到j节点的支路电流，R_ij为i节点到j节点的支路电阻。

换流器损耗的计算公式如下：

${\mathrm{\ΔP}}_{dc}=P_{con}\left(i\right)+E=P_{loss}=K_1\·\left|I_{ac}\right|+K_2\·\left|I_{dc}\right|+(K_3+R_T)\·I_{ac}^2+K_4\·I_{dc}^2$

式中P_con(i)为换流器通态损耗，E为换流器开关损耗，I_ac为换流器交流侧电流，I_dc为换流器直流侧电流，R_T为联结变压器和等效换流器电抗器的总电阻，K_1-4均为常数。

(6)令k增加1，如果k≤n，则返回步骤3，如果k>n，则进入(7)；

(7)将得出的n个直流网络损耗值进行排序，采用直流网络损耗最小时对应的功率值作为定直流功率端的功率值指令，此时对应的电压作为定直流电压端的电压指令值。

上述技术方案中，所述的将定直流功率端功率划分为n个区段，其取值可以为：2≤n≤1000。

本发明的有益效果是：本发明采用使两个电源端一端工作于定直流电压方式，另一端工作于定直流功率方式，将定直流功率端功率划分为n个区段后依次进行潮流计算后求取最小网络损耗情况下对应的电压值和功率值，保证了直流配电网的各节点电压不越限，满足静态稳定性的要求。在此基础上实现了配电网直流网络损耗最低的优化运行模式，满足了经济性的要求。根据系统控制需求合理地选取功率划分总区段数n，实现灵活控制。

附图说明

图1是本发明实施例中直流配电网的硬件示意图。

图2是本发明所述的直流配电网潮流优化控制方法的算法流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

参照图1，以该图表示的直流配电网为例：该直流配电网带两端电源和四个直流负荷，负荷侧接入电流传感器和电压传感器用以测量负荷侧电流值和电压值给测控终端，经由通信网传送给中央处理器，在中央处理器中进行运算得出计算结果后通过通信网下发控制命令至对应端的换流器。首先读入配电网网络参数以及节点注入功率信息。假定四个负荷LD1、LD2、LD3和LD4所需功率依次为P_LD1、P_LD2、P_LD3、P_LD4，母线上各支路电阻依次为R₁₂、R₂₃、R₃₄；VSC1、VSC2分别连接于节点1、4上。假定VSC1为定直流电压端且电压为U_VSC1，VSC2为定直流功率端且功率为P_VSC2，节点编号如图1所示。设定定直流电压端初始电压值为额定电压U_VSC1＝U_N，设定定直流功率端初始功率值为其中n(2≤n≤1000)为定直流功率端额定功率划分的区间总数，为便于说明，此处取n＝2。对图1所示配电网进行潮流计算，得到各节点电压分别为U₁、U₂、U₃、U₄、U_VSC1以及U_VSC2，各支路电流分别为I₁₂、I₂₃、I₃₄、I_VSC1、I_VSC2。检查各节点电压越限情况，：

情况1：假设此时节点2电压U₂低于最低稳定电压U_min，则令U_VSC1＝U_N+1％U_N后再进行潮流计算，得到一组新的节点电压后再进行检查节点电压越限情况。若依旧存在节点电压低于最低稳定电压U_min进一步令U_VSC1＝U_N+2％U_N后再次进行潮流计算得到一组新的节点电压。假定修改迭代m次后，得到的新的节点电压均满足节点电压稳定不越限的条件，保存此时的定直流电压端电压假设在修改迭代第i-1次得到的节点电压中仍存在节点电压低于最低稳定电压U_min，但在修改迭代第i次得到的节点电压中出现了节点电压高于最高稳定电压U_max，则在此设定的定直流功率端功率值下无法满足配电网电压稳定条件，直接将此功率设定值情况下的网损ΔP_loss＝P_load＝P_LD1+P_LD2+P_LD3+P_LD4。

情况2：假设此时节点2电压U₂高于最高稳定电压U_max，则令U_VSC1＝U_N-1％U_N后再进行潮流计算，得到一组新的节点电压后再进行检查节点电压越限情况。若依旧存在节点电压高于最高稳定电压U_max进一步令U_VSC1＝U_N-2％U_N后再次进行潮流计算得到一组新的节点电压。假定修改迭代m次后，得到的新的节点电压均满足节点电压稳定不越限的条件，保存此时的定直流电压端电压假设在修改迭代第i-1次得到的节点电压中仍存在节点电压高于最高稳定电压U_max，但在修改迭代第i次得到的节点电压中出现了节点电压低于最低稳定电压U_min，则在此设定的定直流功率端功率值下无法满足配电网电压稳定条件，直接将此功率设定值情况下的网损ΔP_loss＝P_load＝P_LD1+P_LD2+P_LD3+P_LD4。

情况3：在各节点电压都满足了电压稳定条件的情况下，对配电网进行直流网络损耗计算。网络损耗分为两部分，其中线路损耗根据最后一次的潮流计算结果得到的各支路电流与网络参数中的各支路电阻为R₁₂、R₂₃、R₃₄可计算得线路损耗其中换流器损耗根据最后一次的潮流计算结果得到的换流器侧电流I_VSC1、I_VSC2可得换流器损耗将其加上线路损耗即可得到并且保存此时对应的定直流功率端功率设定值和定直流电压端电压设定值

然后重新设定定直流电压端电压为U_VSC1＝U_N，定直流功率端功率为重复上述潮流计算、检查节点电压稳定以及网络损耗计算，得到网络损耗最后设定定直流电压端电压为U_VSC1＝U_N，定直流功率端功率为得到网络损耗

进一步地，对所求得的网络损耗值进行排序，假定为三者中的最小值，则将其对应的定直流电压端电压值和定直流功率端功率值作为控制指令分别下发至VSC1和VSC2。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (3)

1.一种优化直流配电网潮流的控制方法，其特征在于，将定直流功率端的功率值划分为n个区段，依次进行潮流计算后求取最小网络损耗情况下对应的电压值和功率值，具体如下：

将定直流功率端的功率划分为n个区段，按以下步骤求解第k个区段的直流网络损耗0≤k≤n,k∈N，k的初始值为0：

步骤1：获取配电网网络参数及各节点功率注入信息；

步骤2：设定定直流电压端的电压为直流系统的额定电压值U＝U_N；

步骤3：设定定直流功率端的功率值为其中P_N为定直流功率段额定功率；

步骤4：进行潮流计算，获得各节点电压值和各支路电流值；

步骤5：检查各节点电压，分为以下三种情况考虑：

情况1、存在节点电压低于电压稳定下限值U_min，则令定直流电压端的电压U增加1％U_N，若此时存在节点电压高于电压稳定上限值U_max，则令直流网络损耗其中P_load为负荷端总功率，进入步骤6；若此时不存在节点电压高于电压稳定上限值U_max，则返回步骤4；

情况2、不存在节点电压低于电压稳定下限值U_min但存在其他节点电压高于电压稳定上限值U_max，则令定直流电压端的电压U减小1％U_N，若此时存在节点电压低于电压稳定下限值U_min，则令进入步骤6；若此时不存在节点电压低于电压稳定下限值U_min，则返回步骤4；

情况3、既不存在节点电压高于电压稳定上限值U_max，也不存在其他节点电压低于电压稳定下限值U_min，计算此时的直流网络损耗进入步骤6；

步骤6：令k增加1，如果k≤n，则返回步骤3，如果k>n，则进入步骤7；

步骤7：将得出的n个直流网络损耗值进行排序，采用直流网络损耗最小时对应的功率值作为定直流功率端的功率值指令，此时对应的电压作为定直流电压端的电压指令值。

2.根据权利要求1所述的优化直流配电网潮流的控制方法，其特征在于：所述的步骤5中情况3中的直流网络损耗是换流器损耗和线路损耗两部分之和，具体计算方法如下：

其中换流器损耗的计算公式为：

${\mathrm{\ΔP}}_{dc}=P_{con}\left(i\right)+E=P_{loss}=K_1\·\left|I_{ac}\right|+K_2\·\left|I_{dc}\right|+(K_3+R_T)\·I_{ac}^2+K_4\·I_{dc}^2$

式中P_con(i)为换流器通态损耗，E为换流器开关损耗，I_ac为换流器交流侧电流，I_dc为换流器直流侧电流，R_T为联结变压器和等效换流器电抗器的总电阻，K_1-4均为常数；

其中线路损耗的计算公式为：

${\mathrm{\ΔP}}_{ij}=I_b^2{R}_{ij}$

式中i，j为支路两端节点数编号，I_b为i节点到j节点的支路电流，R_ij为i节点到j节点的支路电阻。

3.根据权利要求1所述的优化直流配电网潮流的控制方法，其特征在于：所述的将定直流功率端的功率划分为n个区段，其中n的取值范围如下：

2≤n≤1000。