CN105896587B - 一种多端口upfc拓扑及其适用的配置与控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种多端口UPFC拓扑及其适用的配置与控制方法。多端口UPFC拓扑结构并联侧包含多个电压源型换流器首先可以共同支撑直流电压保持稳定，为UPFC串联侧VSC提供良好的运行条件，其次可实现交流电网的柔性分区与互联，再次可为交流电网提供动态无功补偿；串联侧包含多个VSC，可对多回输电线路进行潮流优化调配、振荡阻尼抑制和暂态稳定控制。该多端口UPFC通过直流电压协调控制，具有运行方式灵活、控制能力强和系统可靠性高的显著优点，具有广阔的产业推广前景。
Description
技术领域
本发明属于高压交流输电领域，具体涉及一种多端口UPFC拓扑，以及该多端口UPFC适用的配置与控制策略。
背景技术
改革开放以来，我国经济增长迅速，电力作为经济增长的能源支撑，得到了快速发展，电网架构由于电力的大规模高速增长变得越来越复杂，带来的突出问题为：潮流分布不均且调控困难，交流电网N-1以后部分线路存在过载失稳风险。
另一方面，交流电网也存在解合环运行的突出矛盾，为提高电网供电可靠性和潮流互供，交流电网需要合环运行；但为限制短路电流和故障分区隔离，交流电网又需要解环运行；在交流电网自身技术范畴内，这个矛盾不可能得到妥善解决。
基于背靠背VSC(Back to Back VSC，BTB-VSC)结构的柔性环网控制器是交流电网解合环矛盾的有效解决方案，通过控制手段可以实现交流电网的柔性分区和潮流互供，同时隔离交流故障传播；但是其并不适用于输电线路的潮流控制。
在现有的技术解决方案中，UPFC作为FACTS家族功能强大的成员之一，由于其拥有并联补偿和串联补偿的双重作用，运行方式非常灵活，具有良好的潮流控制能力，同时在交流系统振荡抑制和阻尼补偿方面也具有得天独厚的优势；但是UPFC并不适用于解决交流电网解合环矛盾。
那么是否能够将UPFC和BTB-VSC功能进行整合，以解决上述输电线路潮流控制和电网柔性分区互联的矛盾呢？本发明即针对这一问题展开了相关研究，并提出了基于多端口UPFC的解决方案和实施方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种多端口统一潮流控制器拓扑及其直流电压协调控制方法，用以解决输电线路潮流控制和电网柔性分区互联的矛盾的问题。
为实现上述目的，本发明的方案包括：
多端口UPFC拓扑，并联侧包括n个并联侧VSC换流器，所述n个并联侧VSC换流器的一端通过对应的换流变压器用于分别连接n个交流电网；串联侧包括m个串联侧VSC换流器，所述m个串联侧VSC换流器的一端通过对应的换流变压器用于分别串入m个交流输电回路；所述n个并联侧VSC换流器的另一端与m个串联侧VSC换流器的另一端均连接在直流母线上；所述n、m均大于1。
上述多端口UPFC拓扑，融合了BTB-VSC与UPFC，因此可以兼顾UPFC和BTB-VSC，实现输电线路潮流控制和电网柔性分区互联的矛盾的双重功能，能够达到运行方式灵活、控制能力强和系统可靠性高的良好效果，具有广阔的产业推广前景。并联侧包含多个VSC，首先可以共同支撑直流电压保持稳定，为UPFC串联侧VSC提供良好的运行条件，其次可实现交流电网的柔性分区与互联，再次可为交流电网提供动态无功补偿；串联侧包含多个VSC，可对多回输电线路进行潮流优化调配、振荡阻尼抑制和暂态稳定控制。该多端口UPFC通过直流电压协调控制，具有运行方式灵活、控制能力强和系统可靠性高的显著优点。
进一步的，串联侧VSC换流器与并联侧VSC为三相全桥结构、多电平结构或者MMC结构。
通过串并联侧多个VSC的组合，辅以直流电压协调控制策略，实现协调控制。本发明还提供了一种应用于上述多端口UPFC拓扑的配置方法，包括步骤如下：开展电力系统机电建模仿真计算，分析交流输电断面需要进行串联控制的交流输电线路回数和控制范围，分析并联控制的交流电网柔性分区数需求和动态无功补偿需求；根据仿真计算结果，确定串并联侧VSC换流器数量和容量；再次基于串并联侧VSC换流器配置情况，校核并联侧容量是否能够满足串联侧电压支撑的需求；基于串并联VSC换流器容量，结合功率器件通流水平确定多端口UPFC直流母线的电压等级。
本发明还提供了一种应用于上述多端口UPFC拓扑的直流电压协调控制方法，包括：全部或部分的并联侧VSC换流器支撑多端口UPFC直流电压，在并联侧VSC局部故障或者并联交流母线电压跌落导致直流电压支撑能力受限时，直流电压控制权逐步向串联侧VSC换流器转移。
本发明的直流电压协调控制方法能够对多回输电线路进行潮流优化调配、振荡阻尼抑制和暂态稳定控制，具有运行方式灵活、控制能力强和系统可靠性高的显著优点，具有广阔的产业推广前景。
进一步的，并联侧VSC直流电压控制方法包括：确定需要进行功率支援的交流电网分区数x，与这些交流电网连接的并联侧VSC换流器转入功率控制模式，以对这些交流电网分区进行功率支援，其余n-x个并联侧VSC换流器采用直流电压控制模式，共同支撑系统直流电压保持稳定。
进一步的，将有功电流指令根据换流器容量配比k分配到相应n-x个并联侧VSC换流器；Pi表示参与直流电压控制的VSCi的容量。
进一步的，串联侧VSC直流电压控制方法包括：首先进行输电线路有功潮流裕度和串联侧VSC换流器有功控制能力比较，然后进行直流电压控制权的综合排序：以串联侧VSC换流器实际有功输出能力进行比较，实际能够输出的有功越大，则排序优先权越高，优先参与直流电压控制，但串联侧VSC直流电压控制能力不足时，将控制串联侧VSC换流器逐步转入SSSC控制模式。
进一步的，当直流电压大于设定上限Udc_refH或者小于设定下限Udc_refL时，串联侧VSC参与直流电压控制，否则退出直流电压控制。
进一步的，当直流电压大于上限Udc_refH或者小于下限Udc_refL时，直流电压控制器输出有功电流控制指令值，当该指令不为零时，将根据优先权执行有功电流控制指令分配，从而完成直流电压控制，如果分配到最后还有有功电流控制指令值不为零，即此时串联侧没有剩余VSC分担该电流指令值时，将触发串联侧VSC逐步转SSSC运行命令。
附图说明
图1是多端口UPFC拓扑结构；
图2为多端口UPFC系统配置流程；
图3为并联侧VSC直流电压控制流程；
图4为并联侧VSC直流电压控制器框图；
图5为串联侧VSC直流电压控制流程；
图6为串联侧VSC直流电压控制器框图；
图7为串并联侧VSC直流电压控制权转移流程。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
图1给出了多端口UPFC拓扑结构：并联侧包含n个并联侧VSC换流器，分别连接n个交流分区电网；串联侧包含m个串联侧VSC换流器，分别串联接入m回交流输电线路回数，并联侧VSC换流器和串联侧VSC换流器通过直流母线进行联接。
其中n、m表示数量，均大于1。下文中，VSC换流器也简称为VSC。
另外，串联侧VSC换流器与并联侧VSC可以采用传统的三相全桥结构、多电平结构或者MMC结构。
并联侧包含多个VSC，首先可以共同支撑直流电压保持稳定，为UPFC串联侧VSC提供良好的运行条件，其次可实现交流电网的柔性分区与互联，再次可为交流电网提供动态无功补偿；串联侧包含多个VSC，可对多回输电线路进行潮流优化调配、振荡阻尼抑制和暂态稳定控制。该多端口UPFC通过直流电压协调控制，具有运行方式灵活、控制能力强和系统可靠性高的显著优点。
下面对该多端口UPFC拓扑涉及的配置方法、控制方法进行介绍。
图2给出了多端口UPFC系统配置流程：首先开展电力系统机电建模仿真计算，分析交流输电断面需要进行串联控制的交流输电线路回数和控制范围，分析并联控制的交流电网柔性分区数需求和动态无功补偿需求；其次根据仿真计算结果，确定串并联侧VSC数量和容量；再次基于串并联侧VSC配置情况，校核并联侧容量是否能够满足串联侧电压支撑的需求；最后基于串并联VSC容量，结合功率器件通流水平确定多端口UPFC直流母线的电压等级。
经过以上过程，能够确定串并联侧VSC的数量和容量，以及直流母线电压。以上过程中的建模、计算所利用的具体手段均属于现有技术，因此不再对这些具体手段进行介绍。
多端口UPFC的直流电压控制方案是：并联侧VSC可以共同参与直流电压控制，最大限度支撑串联侧UPFC运行；也可局部VSC参与直流电压控制，为交流电网柔性分区互联提供技术条件。并联侧VSC支撑多端口UPFC直流电压，在并联侧VSC局部故障或者并联交流母线电压跌落导致直流电压支撑能力受限时，直流电压控制权逐步向串联侧VSC转移。
图3给出了并联侧VSC直流电压控制流程：首先分析需要进行功率支援的交流电网分区数x，与这些交流电网连接的并联侧VSC转入功率控制模式，以对这些交流电网分区进行精确的功率支援，其余n-x个VSC采用直流电压控制模式，共同支撑系统直流电压保持稳定。并联侧功率控制方式涉及的具体手段属于常规技术，因此，关于并联侧的功率控制，在此不再赘述。
对于其中并联侧采用直流电压控制的n-x个VSC，即图中从VSC1到VSCn-x，图4给出了直流电压控制器框图：由UPFC系统控制器进行直流电压整体控制，根据直流电压支撑的VSC数量将有功电流指令根据各换流器容量配比k分配到相应VSC控制器中。图中，换流器容量配比：
上式中：Pi表示参与直流电压控制的VSCi的容量。。
图5给出了串联侧VSC直流电压控制流程：首先进行输电线路有功潮流裕度和串联侧VSC有功控制能力比较，然后进行直流电压控制权的综合排序：以串联侧VSC实际有功输出能力进行比较，实际能够输出的有功越大，则排序优先权越高，优先参与直流电压控制，但串联侧VSC直流电压控制能力不足时，将控制串联侧VSC逐步转入SSSC控制模式。
其中，输电线路有功潮流裕度：本处是指在输电线路潮流允许变化的范围，对应串联侧VSC可以输出的有功功率大小。
其中，串联侧VSC有功控制能力：是指在满足串联线路控制需求的前提下，串联侧VSC剩余的有功功率输出能力，即上述实际有功输出能力。
图6给出了串联侧VSC直流电压控制器框图：通过直流电压上下限值控制器，当直流电压大于上限Udc_refH或者小于下限Udc_refL时，直流电压控制器输出有功电流控制指令值，当该指令不为零时，将根据优先权执行有功电流控制指令分配，从而完成直流电压控制，如果分配到最后还有有功电流控制指令值不为零，即此时串联侧没有剩余VSC分担该电流指令值时，将触发串联侧VSC逐步转SSSC运行命令。
此处，id_ordL1、id_ordL2一直到id_ordLm分别是串联侧参与直流电压控制的m个VSC允许运行电流的下限值，id_ordH1、id_ordH2一直到id_ordHm分别是串联侧参与直流电压控制的m个VSC允许运行电流的上限值，id_ord1、id_ord2一直到id_ordm分别是串联侧参与直流电压控制的m个VSC运行电流的指令值。
图7给出了串并联侧VSC直流电压控制权转移流程：当直流电压大于设定上限或者小于设定下限时(所述设定上限、设定下限即图6中上限Udc_refL、下限Udc_refL)，串联侧VSC参与直流电压控制，否则退出直流电压控制。
以上给出了本发明涉及的具体实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。在本发明给出的思路下，采用对本领域技术人员而言容易想到的方式对上述实施例中的技术手段进行变换、替换、修改，并且起到的作用与本发明中的相应技术手段基本相同、实现的发明目的也基本相同，这样形成的技术方案是对上述实施例进行微调形成的，这种技术方案仍落入本发明的保护范围内。
Claims (6)
1.应用于多端口UPFC系统的配置方法，其特征在于，所述多端口UPFC系统的并联侧包括n个并联侧VSC换流器，所述n个并联侧VSC换流器的一端通过对应的换流变压器用于分别连接n个交流电网；串联侧包括m个串联侧VSC换流器，所述m个串联侧VSC换流器的一端通过对应的换流变压器用于分别串入m个交流输电回路；所述n个并联侧VSC换流器的另一端与m个串联侧VSC换流器的另一端均连接在直流母线上；所述n、m均大于1；
所述配置方法包括步骤如下：
开展电力系统机电建模仿真计算，分析交流输电断面需要进行串联控制的交流输电线路回数和控制范围，分析并联控制的交流电网柔性分区数需求和动态无功补偿需求；
根据仿真计算结果，确定串并联侧VSC换流器数量和容量；再次基于串并联侧VSC换流器配置情况，校核并联侧容量是否能够满足串联侧电压支撑的需求；
基于串并联VSC换流器容量，结合功率器件通流水平确定多端口UPFC直流母线的电压等级。
2.应用于多端口UPFC系统的直流电压协调控制方法，其特征在于，所述多端口UPFC系统的并联侧包括n个并联侧VSC换流器，所述n个并联侧VSC换流器的一端通过对应的换流变压器用于分别连接n个交流电网；串联侧包括m个串联侧VSC换流器，所述m个串联侧VSC换流器的一端通过对应的换流变压器用于分别串入m个交流输电回路；所述n个并联侧VSC换流器的另一端与m个串联侧VSC换流器的另一端均连接在直流母线上；所述n、m均大于1；
所述协调控制方法包括：全部或部分的并联侧VSC换流器支撑多端口UPFC直流电压，在并联侧VSC换流器局部故障或者并联交流母线电压跌落导致直流电压支撑能力受限时，直流电压控制权逐步向串联侧VSC换流器转移；
并联侧VSC直流电压控制方法包括：确定需要进行功率支援的交流电网分区数x，与这些交流电网连接的并联侧VSC换流器转入功率控制模式，以对这些交流电网分区进行功率支援，其余n-x个并联侧VSC换流器采用直流电压控制模式，共同支撑系统直流电压保持稳定。
3.根据权利要求2所述的直流电压协调控制方法，其特征在于，将有功电流指令根据换流器容量配比k分配到相应n-x个并联侧VSC换流器；Pi表示参与直流电压控制的一个并联侧VSC换流器VSCi的容量。
4.根据权利要求2所述的直流电压协调控制方法，其特征在于，串联侧VSC直流电压控制方法包括：首先进行输电线路有功潮流裕度和串联侧VSC换流器有功控制能力比较，然后进行直流电压控制权的综合排序：以串联侧VSC换流器实际有功输出能力进行比较，实际能够输出的有功越大，则排序优先权越高，优先参与直流电压控制，但串联侧VSC换流器直流电压控制能力不足时，将控制串联侧VSC换流器逐步转入SSSC控制模式。
5.根据权利要求4所述的直流电压协调控制方法，其特征在于，当直流电压大于设定上限Udc_refH或者小于设定下限Udc_refL时，串联侧VSC换流器参与直流电压控制，否则退出直流电压控制。
6.根据权利要求5所述的直流电压协调控制方法，其特征在于，当直流电压大于上限Udc_refH或者小于下限Udc_refL时，直流电压控制器输出有功电流控制指令值，当该指令不为零时，将根据优先权执行有功电流控制指令分配，从而完成直流电压控制，如果分配到最后还有有功电流控制指令值不为零，即此时没有剩余串联侧VSC换流器分担该电流指令值时，触发串联侧VSC换流器逐步转入SSSC运行模式。
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| Title |
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| Multiterminal Unified Power Flow Controller;Bakari Mwinyiwiwa等;《IEEE TRANSACTIONS ON POWER ELECTRONICS》;20001130;第15卷(第6期);1-2、4 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN105896587A (zh) | 2016-08-24 |
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Legal Events
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