CN105978012B - 基于调度的三端柔性环网装置的建模方法 - Google Patents

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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，尤其是涉及一种用于调度的三端柔性环网装置的建模方法。应用三端柔性环网装置将三个配电网相连形成环网，实现装置端口有功功率和无功功率的控制，本发明采用定系统电压的方法画出功率调度范围，得到整流端和逆变端的功率调度区域，再通过理想化模型得到工程实践中所需的功率调度区域，建立了考虑综合安全边界条件的三端柔性环网装置的功率调度方法。本发明为三端柔性环网装置的功率调度提供了理论依据。从仿真结果可以看到，本发明能够为三端柔性环网装置提供有效的功率调度区域。

Description

基于调度的三端柔性环网装置的建模方法
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，尤其涉及一种用于调度的三端柔性环网装置的建模方法。
背景技术
随着我国城市化建设的不断推进，电力电子装置在配电系统中的应用已经日益广泛。配电网的损耗及无功补偿，过电压及其保护措施，供电可靠性和电能质量，以及配电网的继电保护等都需要用到电力电子装置。但是随着社会对供电可靠性、电能质量等要求不断提高，配电网面临向高可靠性、高效率、低耗能转型，为满足城市供电发展的新需求，基于柔性直流技术的交直流混合配电网是一种崭新的解决方案，能够增强城市配电网应对故障风险能力，并提高运行效率和灵活性。
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。三端柔性环网装置，是一种具有灵活的拓扑结构，可根据负荷需求分别构成三线路辐射式结构、任意两线路联络式结构、三线路联络式结构，从而有效调节各个母线之间的潮流分配、实现潮流优化的电力电子装置。
在10kV配电网中，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。同时通过柔性环网装置可灵活控制系统潮流，实现多馈线负荷均衡，最大化电网供电能力，显著提高供电可靠性和设备利用率。在现有配电网中增加三端柔性环网装置后，需要对调度策略及软件进行修改，建立三端柔性环网装置的模型是工作基础。目前在输电领域柔性直流输电设备已经得到应用，高压直流输电系统应用柔性直流输电设备，其建模方法和模型在很多文献中提及，例如已有技术[1]，见IEEETRANSACTIONS ON POWER SYSTEMS,第26卷第2期出版的“Modeling and Control of VSC-HVDC Links Connected to Island Systems”，已有技术[2]，见IEEE TRANSACTIONS ONPOWER SYSTEMS,第31卷第1期出版的“Generic Model of MMC-VSC-HVDC for InteractionStudy With AC Power System”。在配电网中柔性环网装置的建模方法和模型与高压直流输电情况不同，用于调度的建模方法和模型也不同。
发明内容
本发明的目的在于，提出一种三端柔性环网装置的建模方法，用于调度方面的功率控制。
为了实现上述目的，本发明提出的技术方案是考虑综合安全边界条件得出三端柔性环网装置的功率调度区域，建立基于调度的三端柔性环网装置的模型。其特征在于，三端柔性环网装置将三个配电网相连形成环网，实现装置端口有功功率和无功功率的控制；采用定系统电压的方法画出功率调度范围，得到整流端和逆变端的功率调度区域，再通过理想化模型得到工程实践中所需的功率调度区域，建立了用于调度的模型；在确定好功率调度边界条件的前提下，已知三端的无功功率，可以按照此调度模型有效地实现有功功率的调度。
其中，所述的一种基于调度的三端柔性环网装置的建模方法，三端是指任意一端为整流端，其余两端为逆变端。
所述的一种基于调度的三端柔性环网装置的建模方法，功率的运行调度需在功率调度区域内进行。
所述的一种基于调度的三端柔性环网装置的建模方法，电压有效值确定，各端口电压相角不同。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明建立了基于调度的三端柔性环网装置的模型，有利于装置在配电网中的调度；通过稳态建模，为三端柔性环网装置的功率调度提供了理论依据，确定了功率调度的范围；使柔性环网装置在已知各端无功功率的情况下，快速准确地调用有功功率。
附图说明
图1为本发明的三端柔性环网装置的结构示意图；
图2为本发明的定系统电压下的有功和无功范围图；
图3为本发明的ABC三端的功率边界范围图；
图4为本发明的ABC三端的无功功率Q与角度θ关系示意图；
图5为本发明的角度θ取值范围图；
图6为本发明的简化后功率调度示意图；
图7为本发明的A端整流端的功率调度区域图；
图8为本发明的有功功率仿真示意图。
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的结构示意图，XSA、XSB和XSC为线路阻抗，变流器内部损耗等效为柔性环网装置自身的交流侧的电阻，通常情况下柔性环网装置的损耗PLossA、PLossB和PLossC用柔性环网装置视在功率的百分比进行估计。
本发明通过搭建用于调度的三端柔性环网装置的模型，得到其功率关系式，然后对功率调度的边界条件进行了理论分析，得到定系统电压VSA时的有功功率和无功功率范围图。以整流和逆变电路的功率特性为基础，以A为整流端，B、C为逆变端为例，得出无功功率已知时有功功率调度的表达式。最后，在数学运算的基础上，结合实际工程的情况，给出简化的功率调度范围，并通过仿真验证了方法的正确性。
以A端a相为例进行有功功率和无功功率建模，功率满足式(1)。
交流侧电流如式(2)所示。
令δCA＝θSA-θCA， 将式(1)带入式(2)可得A端电网侧的a相有功功率和无功功率的调度模型和柔性环网装置的有功功率和无功功率模型，如式(3)所示。
如果不考虑线路损耗RSA，模型可简化为式(4)。
同理可得B端和C端的有功功率和无功功率模型分别如式(5)和式(6)所示。
如果不考虑线路损耗RSB、RSC，模型可简化为式(7)和式(8)。
如果不考虑柔性环网装置损耗，那么A端输入的有功功率与B端和C端输出的有功功率总和相等；考虑柔性环网装置损耗，A端输入的有功和柔性环网装置的损耗(PLossA+PLossB+PLossC)相减后与B端和C端输出的有功功率总和相等。可得式(9)和式(10)。
PCA＝PCB+PCC+PLossA+PLossB+PLossC (10)
综上所述，用于调度的三端柔性环网装置模型如式(11)所示。
图2为本发明的定系统电压下的有功和无功范围图，限制流过变流器的电流以保护开关器件。电流最大值的轨迹在有功功率和无功功率图中是一个圆心在原点，半径为的圆，如式(12)所示。
变流器端口电压VCA取决于式(13)和式(14)。
整理消去sinδCA和cosδCA后可得式(15)。
这样，在PQ图中就产生了一段以为圆心，为半径的圆弧，如式(16)所示。
而变流器端口电压VCA本身也有最大值和最小值，其中VCAmax是为了避免过调压，VCAmin是为了防止欠压。
图3为本发明的ABC三端的功率边界范围图，A端为整流端，系统发出有功功率，注入变流器，所以A端变流器的功率范围表示为(a)中阴影部分。B、C端为逆变端，有功功率由逆变器向系统注入，所以B、C端变流器的功率范围表示为(b)中阴影部分(以C端为例)。
图4为本发明的ABC三端的无功功率Q与角度θ关系示意图，在各端无功功率Q已知的情况下，如果不考虑损耗，则有功功率表示成式(17)。
其中，θB和θC的取值范围是(π/2,3π/2)，θA的取值范围是(-π/2,π/2)。考虑系统容量问题，B、C端所需的有功功率总和不能超过A端可以提供的最大值，即
综上所述，三端柔性环网装置在各端口无功功率已知的前提下，有功功率的调度运行表达式为：
图5为本发明的角度θ取值范围图，以C端为例，分为①、②、③三段确定。其中：
交点一由圆和圆弧所确定,交点二由圆和圆弧所确定。
设系统总容量为50MW，均分为每端约为16MW，系统电压为10kV，得系统电流约为0.924kA。
圆弧段②：QCC已知，则由可以得到PCCmax，则所以这段θC的取值范围是
圆弧段①象限二部分：由圆所确定，半径R＝VSCISC,得所以这段θC的取值范围是
圆弧段①象限三部分：由圆所确定，半径R＝VSCISC,得所以这段θC的取值范围是
阴影部分：
由圆和圆弧所确定，这段θC的取值范围是
图6为本发明的简化后功率调度示意图，若交点1和弧段②在Q轴上的差值，以及交点2和弧段③在Q轴上的差值非常小(可忽略不计)，则弧段②和③可趋于直线。设系统总容量为50MW，均分为每端约为16MW，系统线电压为10kV，相电压有效值为5.77kV，系统电流为0.924kA，系统连接阻抗X＝ωL＝314×0.002＝0.628Ω。令VCCmax和VCCmin为VCC，推导两交点的纵坐标Q，解方程组(20)可得式(21)。
化简得
令P＝0，求解圆弧与Q轴的交点：
所以
设VCCmax＝1.1VSC，VCCmin＝0.9VSC，则：
该差值远小于Q0，所以可以忽略不计，这样就得到了简化的功率调度图。交点1的纵坐标Q1＝5.286Mvar，交点2的纵坐标Q2＝-5.314Mvar，则各端的无功功率取值范围是(15.858，-15.942)Mvar。
简化后的θ角范围确定如下：
B、C端圆弧段①象限二部分：θ的取值范围是圆弧段①象限三部分：θ的取值范围是A端圆弧段①象限一部分：θ的取值范围是圆弧段①象限四部分：θ的取值范围是
图7为本发明的A端整流端的功率调度区域图，阴影部分为A端整流端的有功功率PCA的调度区域。由上面过程可知，已知三端柔性环网装置各端口无功功率已知，本发明专利给出了有功功率调度的范围，即给出了调度模型。
图8为本发明的有功功率仿真示意图，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。仿真已知三个变流器的无功功率Q和角度θ来确定各自所需的有功功率P,通过仿真结果可以看出本发明能够有效的在三端柔性环网装置中进行功率调度。

Claims (2)

1.一种基于调度的三端柔性环网装置的建模方法，其特征在于，三端柔性环网装置将三个配电网相连形成环网，实现装置端口有功功率和无功功率的控制；采用定系统电压的方法画出功率调度范围，在三端中的一端电网电压为恒定值时计算对应的电网的有功功率的平方和无功功率的平方，获得对应的视在功率，建立以有功功率为横坐标，以无功功率为纵坐标的坐标系，所述视在功率呈圆形，以为圆心，分别以和为半径作圆弧，获得两个圆弧，其中，VCAmax和VCAmin分别为端口电压最大值和端口电压最小值，X为系统连接阻抗，所述两个圆弧与呈圆形的所述视在功率重合的部分为功率调度范围，得到整流端和逆变端的功率调度区域，再通过理想化模型得到工程实践中所需的功率调度区域，所述理想化模型为在短路阻抗极小时所述两个圆弧等效为两条直线，一端为整流端，另两端为逆变端，任意一端的有功功率和无功功率满足对应的端的视在功率限制，任意一端的有功功率等于另两端的有功功率之和的调度模型，建立了用于调度的模型；所述工程实践中所需的功率调度区域为所述两条直线之间的区域；在确定好功率调度边界条件的前提下，已知三端的无功功率，按照此调度模型有效地实现有功功率的调度；三端是指任意一端为整流端，其余两端为逆变端，功率的运行调度需在功率调度区域内进行。
2.根据权利要求1所述的一种基于调度的三端柔性环网装置的建模方法，其特征在于，所述三个配电网的电压有效值确定，所述三个配电网的三个端口电压相位角不同。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN106786761A (zh) * 2017-01-10 2017-05-31 华北电力大学 基于下垂控制的柔性环网装置的供电运行方法
CN112398159B (zh) * 2020-11-12 2023-02-28 南方电网科学研究院有限责任公司 柔性直流输电交流化运行方法、装置、设备及存储介质

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009065778A (ja) * 2007-09-06 2009-03-26 Tokyo Electric Power Co Inc:The 電力系統監視制御システム

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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VSC-MTDC故障特征分析与保护策略研究;史迪锋;《中国优秀硕士学位论文全文数据库工程科技II辑》;20141119;第8、20-22页

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