CN105978011B - 用于电网调度的柔性分区互联装置稳态模型 - Google Patents

用于电网调度的柔性分区互联装置稳态模型 Download PDF

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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，尤其涉及一种用于电网调度的柔性分区互联装置稳态模型。两个背靠背连接的变流器构成柔性分区互联装置，实现装置两个端口有功功率和无功功率的控制；在装置功率安全边界条件下，电网调度软件给出有功功率和无功功率指令，柔性分区互联装置输出相应的有功功率和无功功率。本发明基于两个端口电压和装置额定功率，建立用于电网调度的有功功率和无功功率稳态模型，得到整流端和逆变端的功率调度的边界条件与区域，已知两个端口的无功功率，可以按照此调度模型有效地实现有功功率的调度。本发明为调度提供理论依据，方便确定有功和无功的调度范围。

Description

用于电网调度的柔性分区互联装置稳态模型
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，尤其涉及一种用于电网调度的柔性分区互联装置稳态模型。
背景技术
随着我国电力事业飞速发展，现代社会对电能质量的要求日益提高，提供安全、稳定、灵活的电能成为一种趋势。在我国，每个地区的配电网都有多个独立系统，系统间的能源分布和需求不平衡。现代电力网络不断发展，各区域电网需要互联支援来优化系统运行能力。针对分区互联装置，主要研究多个区域输电线路的互联，高压交流输电（HVAC）、基于晶闸管换流器的传统高压直流输电（LCC-HVDC）和基于可控通断器件的电压源换流器的柔性直流输电（VSC-HVDC）是常用的三种方法。柔性直流输电自1997年第一条柔性直流线路投运以来，已在城市、海岛等多种平台广泛应用，采用可控关断器件和PWM调制技术，不仅满足了负荷需求，而且可以对电网进行动态无功补偿、解决可再生能源并网问题、提高电网调度灵活性。
柔性分区互联装置是基于电力电子设备的分区互联装置，将两个区域配电网进行互联。应用柔性分区互联装置进行区域间互相协调控制，提高配电系统的可靠性和经济性，实现大范围的资源优化配置。目前在输电领域柔性直流输电设备已经得到应用，其建模方法和模型在很多文献中提及，例如已有技术[1]，见IEEE TRANSACTIONS ON POWERSYSTEMS, 第29 卷第1 期出版的“Modeling of Multi-Terminal VSC HVDC Systems WithDistributed DC Voltage Control”，已有技术[2]，见IEEE TRANSACTIONS ON POWERDELIVERY, 第28卷第3期出版的“Dynamic Averaged and Simplified Models for MMC-Based HVDC Transmission Systems”。目前，在输电领域，对柔性直流系统的建模方法和模型已经成熟。在配电网中用于调度的柔性分区互联装置稳态模型的是分区互联的基础。
发明内容
本发明的目的在于，建立柔性分区互联装置稳态模型，用于柔性分区互联装置的调度。
为了实现上述目的，本发明提出的技术方案是在装置功率安全边界条件下，电网调度软件给出有功功率和无功功率指令，柔性分区互联装置输出相应的有功功率和无功功率。其特征在于柔性分区互联装置由两个背靠背连接的变流器构成，共用一个直流侧，实现装置两个端口有功功率和无功功率的控制；两个端口无功功率由各自端口来控制，有功功率可以由一个端口经过直流侧流入到另一个端口，完成有功功率交换；基于两个端口电压和装置额定功率，建立用于电网调度的有功功率和无功功率稳态模型，得到整流端和逆变端的功率调度的边界条件与区域，已知两个端口的无功功率，可以按照此调度模型有效地实现有功功率的调度。
其中，所述一种用于电网调度的柔性分区互联装置稳态模型，柔性分区互联装置两个端口，其中一个端口为整流端口，另外一个为逆变端口，有功功率由整流端口流入，由逆变端口流出，且可以双向流动。
所述的一种用于电网调度的柔性分区互联装置稳态模型，端口电压幅值为恒定值，功率的运行调度需在功率调度区域内进行。
所述的一种用于电网调度的柔性分区互联装置稳态模型，柔性分区互联装置直流侧为恒定值。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明应用调度软件提供数据，建立柔性分区互联装置稳态模型，为运行和调度提供理论依据，提高了电网调度的准确性；建立了柔性分区互联装置等效模型及边界条件，方便确定有功和无功的调度范围。
附图说明
图1为本发明的柔性分区互联装置示意图；
图2为本发明的柔性分区互联装置单相等效电路图；
图3为本发明的柔性分区互联装置容量图；
图4为本发明的柔性分区互联装置有功无功解耦控制框图；
图5为本发明的柔性分区互联装置功率流动示意图；
图6为本发明的输入端和输出端的功率仿真波形图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
图1为本发明的柔性分区互联装置示意图，如果A端向B端供电，A端通过三相桥式换流器连接直流侧，作为整流器工作，直流侧通过三相桥式换流器连接B端电网，三相桥式整流器作为逆变器工作，A端和B端网侧电压V sA和V sb恒定，相角为任意值。图1中R sA和R sB为线路阻抗。B端向A端供电时同理。
图2为本发明的柔性分区互联装置单相等效电路图，针对A端或者B端，柔性分区互联装置等效为电压源，电压幅值为V 1，Z 1代表阻抗。由单相等效电路可得出有功电流和无功电流，进而得到有功功率和无功功率。
下面进行A区（A端）有功和无功建模，功率满足下式：
（1）
交流侧电流表示为下式
（2）
令，，。
将式（1）带入式（2）可得A区域电网侧的有功无功的模型和柔性直流装置的有功无功模型：
（3）
如果不考虑线路损耗R sA，模型可简化为
（4）
同理可得B区域电网模型如下式所示：
（5）
如果不考虑线路损耗R sB，模型可简化为
（6）
如果不考虑柔性直流装置损耗，那么A区输入的有功与B区输出的有功相等；考虑柔性直流装置损耗，A区输入的有功和柔性直流装置的损耗（P LossA+P LossB）相减后与B区输出的有功相等：
（7）
（8）
综上所述,柔性直流装置模型如下式:
（9）
式（9）为柔性分区互联装置的功率模型，通过装置控制系统输入或者输出相应的有功功率和无功功率，下面给出模型的中有功无功在调度过程中的工作边界和区域。
为了使设备开关器件正常工作需要考虑三个限制条件，分别是柔性直流装置的容量、端口电压和电流。在柔性直流装置端口电压上限和下限已知情况下，容量和电压、电流有工作界限。
图3为本发明的柔性分区互联装置容量图，有功无功合成的视在功率需要小于装置的总容量，阴影部分为有功和无功运行的区域。其中功率方程如式（10）所示，将式（10）整理为式（11）和式（12）。
（10）
（11）
（12）
（13）
式（12），表示以为圆心，半径为的圆。柔性直流装置端口电压最大值和最小值分别为和。有功无功确定后可以由式（13）得出电压和相角。
图4为本发明的柔性分区互联装置有功无功解耦控制框图。柔性直流装置在P/Q控制下可以实现有功无功解耦控制，调度软件给出有功和无功的指令，柔性分区互联装置根据自身控制系统控制方法输出相对应的有功功率和无功功率，即跟踪调度指令。
图5为本发明的柔性分区互联装置功率流动示意图，有功功率在两个区域配电网之间流动，无功功率在各自区域端口输出。
根据以上方法，可以得出用于电网调度的柔性分区互联装置的模型和功率运行边界条件，需在给出的区域内进行调度。
图6为本发明的输入端和输出端的功率仿真波形图。有功功率具有参考方向，以发出为正，吸收为负，给予调度软件600MW的有功功率指令，-600MW表示输出端吸收600MW的有功功率，输出功率能正确跟踪调度软件给出的有功指令。

Claims (3)

1.一种用于电网调度的柔性分区互联装置稳态模型，其特征在于:
柔性分区互联装置由两个背靠背连接的变流器构成，共用一个直流侧，实现装置两个端口有功功率和无功功率的控制；两个端口无功功率由各自端口来控制，有功功率可以由一个端口经过直流侧流入另一个端口，完成有功功率交换；基于两个端口电压和装置额定功率，建立用于电网调度的有功功率和无功功率稳态模型，得到整流端和逆变端的功率调度的边界条件与区域，已知两个端口的无功功率，可以按照此调度模型有效地实现有功功率的调度；
柔性分区互联装置两个端口，其中一个端口为整流端口，另外一个为逆变端口，有功功率由整流端口流入，由逆变端口流出，且可以双向流动，有功功率在两个区域配电网之间流动，无功功率在各自区域端口输出；
所述建立用于电网调度的有功功率和无功功率的稳态模型，具体包括：
当柔性分区互联装置一端A端向另一端B端供电，A端通过第一三相桥式换流器连接直流侧，第一三相桥式换流器作为整流器工作，直流侧通过第二三相桥式换流器连接B端电网，第二三相桥式换流器作为逆变器工作，A端和B端网侧电压VsA和VsB恒定，相角为任意值；RsA和RsB为线路电阻；当B端向A端供电时，B端通过第二三相桥式换流器连接直流侧，第二三相桥式换流器作为整流器工作，直流侧通过第一三相桥式换流器连接A端电网，第一三相桥式换流器作为逆变器工作，B端和A端网侧电压VsB和VsA恒定，相角为任意值；RsB和RsA为线路电阻；
当针对A端时，柔性分区互联装置等效为电压源，电压幅值为V1，Z1代表阻抗；由柔性分区互联装置单相等效电路可得出有功电流和无功电流，进而得到有功功率和无功功率，下面进行A端有功和无功建模，功率满足下式：
交流侧电流表示为下式
令δsA＝θsA-θcA，
将式(1A)带入式(2A)可得A端侧的有功无功的模型和柔性分区互联装置的有功无功模型：
如果不考虑线路电阻损耗RsA，模型可简化为
当针对B端时，柔性分区互联装置等效为电压源，电压幅值为V1，Z1代表阻抗；由柔性分区互联装置单相等效电路可得出有功电流和无功电流，进而得到有功功率和无功功率，下面进行B端有功和无功建模，功率满足下式：
交流侧电流表示为下式：
令δsB＝θcB-θsB，
将式(1B)带入式(2B)可得B端侧的有功无功的模型和柔性分区互联装置的有功无功模型：
如果不考虑线路电阻损耗RsB，模型可简化为：
如果不考虑柔性分区互联装置损耗，那么A端输入的有功与B端输出的有功相等；
考虑柔性分区互联装置损耗，A端输入的有功和柔性分区互联装置的损耗(PLossA+PLossB)相减后与B端输出的有功相等：
PcA＝PcB+PLossA+PLossB (8)
综上所述，考虑柔性分区互联装置损耗的柔性分区互联装置模型如下式:
式(9)为柔性分区互联装置的功率模型；
所述得到整流端和逆变端的功率调度的边界条件与区域，具体包括：
为了使设备开关器件正常工作需要考虑三个限制条件，分别是柔性分区互联装置的容量、端口电压和电流；在柔性分区互联装置端口电压上限和下限已知情况下，容量和端口电压、电流有工作界限；
有功无功合成的视在功率需要小于装置的总容量；其中功率方程如式(10)所示，将式(10)整理为式(11)和式(12)：
式(12)，表示以为圆心，半径为的圆；柔性分区互联装置端口电压最大值和最小值分别为VcAmax和VcAmin；有功无功确定后可以由式(13)得出电压和相角；
所述实现有功功率的调度，具体包括：柔性分区互联装置在P/Q控制下可以实现有功无功解耦控制，调度软件给出有功和无功的指令，柔性分区互联装置根据自身控制系统控制方法输出相对应的有功功率和无功功率，即跟踪调度指令。
2.根据权利要求1所述的一种用于电网调度的柔性分区互联装置稳态模型，两个端口电压幅值为恒定值，功率的运行调度需在功率调度区域内进行。
3.根据权利要求1所述的一种用于电网调度的柔性分区互联装置稳态模型，柔性分区互联装置直流侧电压值为恒定值。
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