CN105977995B - 一种柔性环网装置的有功无功控制方法 - Google Patents
一种柔性环网装置的有功无功控制方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明属于电力电子装置在配电网中的应用领域，尤其涉及一种柔性环网装置的有功无功控制方法。本发明对于三端或四端柔性环网装置将三个或四个配电网相连形成环网，在功率调度安全区域内，明确了柔性环网装置在配电网中有功功率和无功功率的运行策略。本发明采用基本的电压电流双环控制，对不同情况下柔性环网装置的有功功率和无功功率的分配进行了分析说明。本发明根据装置容量分配有功和无功比例，实现各配电网之间有功功率交换和配电网内无功控制。
Description
技术领域
本发明属于电力电子装置在配电网中的应用领域，尤其涉及一种柔性环网装置的有功无功控制方法。
背景技术
柔性环网装置是应用电力电子变流器设备将多个配电网进行互联形成环网。柔性环网装置能够实现系统有功、无功功率的独立解耦控制，同时其动态性能相对于传统的直流技术有着明显的优势，可以有效提高系统运行的安全性，降低系统运行风险，减少系统故障率，降低电网运行维护成本。
柔性环网装置可实现短路电流抑制、潮流优化、无功功率支撑等功能，提高配电网的安全性、可靠性和经济性，为发展兼顾交直流优点的现代配电网奠定理论和实践基础，引领交直流混合配电网的技术发展。将能够为今后配电网的技术升级改造提供有效途径、积累运行经验，具有广阔的市场应用前景，能带来巨大的经济和社会效益。
现有城市配电网采用柔性环网装置进行多馈线闭环运行，除能够提供动态无功等优点外，当遇到设备过载或设备故障停电、设备检修时，能够经济、安全地实现负荷转供，大幅减少目前转供过程的短时供电中断。在配电网中增加柔性环网装置后，需要对功率运行策略进行修改，首先就要对柔性环网装置的有功无功控制进行分析。目前在输电领域柔性直流输电设备已经得到应用，多端高压直流输电系统应用柔性直流输电设备，其功率运行方法在很多文献中提及，例如已有方法[1]，见2011 IEEE Trondheim PowerTech 出版的“VSC MTDC Systems with a Distributed DC Voltage Control – A Power FlowApproach”，已有方法[2]，见2015 IEEE Power Systems 出版的“Sequential Algorithm-Based Model for the Study of AC/DC Power Flow in VSC-MTDC Systems”。在配电网中柔性环网装置的功率运行策略与多端高压直流输电中情况不同。
发明内容
本发明的目的在于，提出一种柔性环网装置的有功无功控制方法，用于柔性环网装置功率运行分配方面的控制。
为了实现上述目的，本发明提出的技术方案是在功率调度安全区域内，明确了柔性环网装置在配电网中有功功率和无功功率的运行策略。其特征在于三端或四端柔性环网装置将三个或四个配电网相连形成环网，采用基本的电压电流双环控制，对不同情况下柔性环网装置的有功功率和无功功率的分配进行了分析说明；根据装置容量分配有功和无功比例，实现各配电网之间有功功率交换和配电网内无功控制。
其中，所述的一种柔性环网装置的有功无功控制方法，三端是指任意一端为整流端，其余两端为逆变端，或任意一端为逆变端，其余两端为整流端。
所述的一种柔性环网装置的有功无功控制方法，四端是指任意一端为整流端，其余三端为逆变端，或任意两端为整流端，其余两端为逆变端，或任意一端为逆变端，其余三端为整流端。
所述的一种柔性环网装置的有功无功控制方法，在四端柔性环网装置中直流侧电压控制可由其中任意一端通过有功功率控制实现。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明明确了柔性环网装置的有功无功的运行策略，有利于装置在配电网中的功率分配；通过仿真验证，为柔性环网装置的功率运行提供了理论依据，确定了功率分配的方法策略；使柔性环网装置在配电网中能够准确的控制有功功率和无功功率。
附图说明
图1为本发明的三端柔性环网装置情况一的结构示意图；
图2为本发明的功率运行策略一的流程图；
图3为本发明的三端柔性环网装置情况二的结构示意图；
图4为本发明的功率运行策略二的流程图；
图5为本发明的四端柔性环网装置的结构示意图；
图6为本发明的功率运行策略三的流程图；
图7为本发明的功率运动策略四的流程图；
图8为本发明的功率运行策略五的流程图；
图9为本发明的整流端主电路结构示意图；
图10为本发明的逆变端主电路结构示意图；
图11为本发明的有功无功控制和定直流电压控制框图；
图12为本发明的三端柔性环网装置情况一仿真结果图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
图1为本发明的三端柔性环网装置情况一的结构示意图，这里的三端是指任意一端为整流端，其余两端为逆变端。设A端为整流端，B、C端为逆变端。A端采用基本的电压电流双环控制，电流内环采用间接电流控制方法，电压外环采用有功无功控制和直流侧电压控制。有功功率给出的有功电流指令，是整流系统对系统内有功电流的调节，而直流侧电压给出的有功电流指令，是整流器对自身直流电压的调节。B、C端采用有功无功控制。
图2为本发明的功率运行策略一的流程图，在功率调度安全区域内，已知各端的无功功率Q，确定各端的有功功率P。当B、C端分别需要有功功率为P CB、P CC时，调度软件通过计算判断，使A端在安全区域内产生所提供的有功功率P CA，使得P CA=P CB+P CC。当B、C端只有一端需要有功功率为P CB或P CC时，调度软件通过计算判断，使A端在安全区域内产生所提供的有功功率P CA，使得P CA=P CB或P CA=P CC。
图3为本发明的三端柔性环网装置情况二的结构示意图，这里的三端是指任意一端为逆变端，其余两端为整流端。设A、B端为整流端，C端为逆变端。A、B端采用基本的电压电流双环控制，电流内环采用间接电流控制方法，电压外环采用有功无功控制和直流侧电压控制。有功功率给出的有功电流指令，是整流系统对系统内有功电流的调节，而直流侧电压给出的有功电流指令，是整流器对自身直流电压的调节。C端采用有功无功控制。
图4为本发明的功率运行策略二的流程图，在功率调度安全区域内，已知各端的无功功率Q，确定各端的有功功率P。当C端需要有功功率为P CC，调度软件通过计算判断，可以由一个整流器完成提供时，使A端或B端在安全区域内产生所提供的有功功率P CA或P CB，使得P CA=P CC或P CB=P CC。当C端需要有功功率为P CC，调度软件通过计算判断，超过了单个整流器所能提供的最大功率时，使A、B端在安全区域内产生所提供的有功功率P CA 、P CB，使得P CA+P CB=P CC。
图5为本发明的四端柔性环网装置的结构示意图，四端是指任意一端为整流端，其余三端为逆变端，或任意两端为整流端，其余两端为逆变端，或任意一端为逆变端，其余三端为整流端。
图6为本发明的功率运行策略三的流程图，设A、B、C端为整流端，D端为逆变端。A、B、C端采用基本的电压电流双环控制，电流内环采用间接电流控制方法，电压外环采用有功无功控制和直流侧电压控制。有功功率给出的有功电流指令，是整流系统对系统内有功电流的调节，而直流侧电压给出的有功电流指令，是整流器对自身直流电压的调节。D端采用有功无功控制。
在功率调度安全区域内，已知各端的无功功率Q，确定各端的有功功率P。当D端需要有功功率为P CD，调度软件通过计算判断，可以由一个整流器完成提供时，使A端、B端或C端在安全区域内产生所提供的有功功率P CA、P CB或P CC，使得P CA=P CD、P CB=P CD或P CC=P CD。当C端需要有功功率为P CC，调度软件通过计算判断，超过了单个整流器所能提供的最大功率时，使A、B端,B、C端或A、C端在安全区域内产生所提供的有功功率P CA、P CB，P CB、P CC或P CA、P CC，使得P CA+P CB=P CD，P CB+P CC=P CD或P CA+P CC=P CD。当C端需要有功功率为P CC，调度软件通过计算判断，超过了任意两个整流器所能提供的最大功率时，使A、B、C端在安全区域内产生所提供的有功功率P CA、P CB、P CC，使得P CA+P CB+P CC=P CD。
图7为本发明的功率运动策略四的流程图，设A、B、C端为逆变端，D端为整流端。D端采用基本的电压电流双环控制，电流内环采用间接电流控制方法，电压外环采用有功无功控制和直流侧电压控制。有功功率给出的有功电流指令，是整流系统对系统内有功电流的调节，而直流侧电压给出的有功电流指令，是整流器对自身直流电压的调节。A、B、C端采用有功无功控制。
在功率调度安全区域内，已知各端的无功功率Q，确定各端的有功功率P。当A、B、C端分别需要有功功率为P CA、P CB、P CC时，调度软件通过计算判断，使D端在安全区域内产生所提供的有功功率P CD，使得P CD=P CA+P CB+P CC。当A、B、C端中任意两端需要有功功率为P CA、P CB，P CB、P CC或P CA、P CC时，调度软件通过计算判断，使D端在安全区域内产生所提供的有功功率P CD，使得P CD=P CA+P CB，P CD=P CB+P CC或P CD=P CA+P CC。当A、B、C端中只有一端需要有功功率为P CA、P CB或P CC时，调度软件通过计算判断，使D端在安全区域内产生所提供的有功功率P CD，使得P CD=P CA，P CD=P CB或P CD=P CC。
图8为本发明的功率运行策略五的流程图，设A、B端为整流端，C、D端为逆变端。A、B端采用基本的电压电流双环控制，电流内环采用间接电流控制方法，电压外环采用有功无功控制和直流侧电压控制。有功功率给出的有功电流指令，是整流系统对系统内有功电流的调节，而直流侧电压给出的有功电流指令，是整流器对自身直流电压的调节。C、D端采用有功无功控制。
在功率调度安全区域内，已知各端的无功功率Q，确定各端的有功功率P。当C、D端分别需要有功功率为P CC、P CD，调度软件通过计算判断，可以由一个整流器完成提供时，使A端或B端在安全区域内产生所提供的有功功率P CA或P CB，使得P CA=P CC+P CD或P CB=P CC+P CD。当C、D端需要有功功率为P CC、P CD，调度软件通过计算判断，超过了单个整流器所能提供的最大功率时，使A、B端在安全区域内产生所提供的有功功率P CA、P CB，使得P CA+P CB=P CC+P CD。当C、D端只有一端需要有功功率为P CC或P CD，调度软件通过计算判断，可以由一个整流器完成提供时，使A端或B端在安全区域内产生所提供的有功功率P CA或P CB，使得P CA=P CC，P CA=P CD，P CB=P CC或P CB=P CD。当C、D端只有一端需要有功功率为P CC或P CD，调度软件通过计算判断，超过了单个整流器所能提供的最大功率时，使A、B端在安全区域内产生所提供的有功功率P CA、P CB，使得P CA+P CB=P CC或P CA+P CB=P CD。
图9为本发明的整流端主电路结构示意图，系统三相电压U a、U b、U c经过坐标变换后得到电压有功分量U d、电压无功分量U q，变流器侧三相电流I a、I b、I c经过坐标变换后得到电流有功分量I d、电流无功分量I q。U d、U q和有功功率参考值P ref、无功功率参考值Q ref，直流电压参考值U dcref、直流电压测量值U dc构成电压外环，形成有功电流参考值I dref、无功电流参考值I qref。I dref、I qref、I d、I q、U d、U q构成电流内环，形成有功电压参考值U dref、无功电压参考值U qref，经过坐标反变换后得到三相正弦调制波，和三角波发生器进行比较，形成脉宽矩形波，来触发IGBT工作。
图10为本发明的逆变端主电路结构示意图，系统三相电压U a、U b、U c经过坐标变换后得到电压有功分量U d、电压无功分量U q，变流器侧三相电流I a、I b、I c经过坐标变换后得到电流有功分量I d、电流无功分量I q。U d、U q和有功功率参考值P ref、无功功率参考值Q ref，构成电压外环，形成有功电流参考值I dref、无功电流参考值I qref。I dref、I qref、I d、I q、U d、U q构成电流内环，形成有功电压参考值U dref、无功电压参考值U qref，经过坐标反变换后得到三相正弦调制波，和三角波发生器进行比较，形成脉宽矩形波，来触发IGBT工作。
图11为本发明的有功无功控制和定直流电压控制框图，有功电流指令I dref由两部分构成，一部分是由有功功率参考值P ref和电压有功分量U d相除得到，一部分是由直流电压参考值U dcref和直流电压测量值U dc相减后，经过PI调节器1得到。无功电流参考值I qref是由无功功率参考值Q ref和电压有功分量U d的相反数相除得到。电流内环中，电流有功分量I d和I dref相减后经过PI调节器2，和电压前馈U d、电流解耦一起构成有功电压参考值U dref。电流无功分量I q和I qref相减后经过PI调节器2，和电压前馈U q、电流解耦一起构成无功电压参考值U qref。
图12为本发明的三端柔性环网装置情况一仿真结果图，以电流流入变流器为电流正方向，P1为整流端A所提供的有功功率6MW，P2_P3为逆变端B、C所接收的有功功率总和6MW。通过仿真结果可以看出本发明能够有效的在柔性环网装置中进行有功无功的运行分配。
Claims (4)
1.一种柔性环网装置的有功无功控制方法，其特征在于三端或四端柔性环网装置将三个或四个配电网相连形成环网，根据各配电网有功无功的需求进行有功无功的调度；在三端柔性环网装置中，功率运行策略为其中一端作为整流，其他两端作为逆变，整流端控制柔性环网装置直流侧电压；设A端为整流端，B、C端为逆变端；A端采用电压电流双环控制，电流内环采用间接电流控制方法，电压外环采用有功无功控制和直流侧电压控制；由有功功率生成的有功电流指令，是整流系统对系统内有功电流的调节，由直流侧电压控制的有功电流指令，是整流器对自身直流电压的调节；B、C端采用有功无功控制；
有功电流指令Idref由两部分构成，一部分是由有功功率参考值Pref和电压有功分量Ud相除得到，一部分是由直流电压参考值Udcref和直流电压测量值Udc相减后，经过PI调节器1得到；无功电流参考值Iqref是由无功功率参考值Qref和电压有功分量Ud的相反数相除得到；电流内环中，电流有功分量Id和Idref相减后经过PI调节器2，和电压前馈Ud、电流解耦一起构成有功电压参考值Udref；电流无功分量Iq和Iqref相减后经过PI调节器2，和电压前馈Uq、电流解耦一起构成无功电压参考值Uqref；
在功率调度安全区域内，已知各端的无功功率，确定各端的有功功率；当B、C端分别需要有功功率为PCB、PCC时，调度软件通过计算判断，使A端在安全区域内产生所提供的有功功率PCA，使得PCA＝PCB+PCC；当B、C端只有一端需要有功功率为PCB或PCC时，调度软件通过计算判断，使A端在安全区域内产生所提供的有功功率PCA，使得PCA＝PCB或PCA＝PCC；
在四端柔性环网装置中，功率运行策略分为三种情况，第一种情况为一端作为整流三端作为逆变，第二种情况为两端作为整流两端作为逆变，第三种情况是三端作为整流一端作为逆变，柔性环网装置直流侧电压由整流端控制；根据装置容量分配有功和无功比例，实现各配电网之间有功功率交换和配电网内无功控制。
2.根据权利要求1所述的一种柔性环网装置的有功无功控制方法，三端是指任意一端为整流端，其余两端为逆变端，或任意一端为逆变端，其余两端为整流端。
3.根据权利要求1所述的一种柔性环网装置的有功无功控制方法，四端是指任意一端为整流端，其余三端为逆变端，或任意两端为整流端，其余两端为逆变端，或任意一端为逆变端，其余三端为整流端。
4.根据权利要求1所述的一种柔性环网装置的有功无功控制方法，在四端柔性环网装置中直流侧电压控制可由其中任意一端通过有功功率控制实现。
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