CN106026102A - 双回线路统一潮流控制器及断面潮流控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及双回线路统一潮流控制器及断面潮流控制方法，同时监测远端断面和近端断面的输送功率；对于任一回线路：若远端断面功率越限，则使统一潮流控制器增加输送功率；若近端断面功率越限，则使统一潮流控制器减小输送功率。本发明的控制方法，简单实用且可靠性高，能同时监视并控制远端及近端断面、线路的功率，以保证线路输送功率不越限，并且有效抑制近端、远端断面潮流不平衡，以实现统一潮流控制器系统的最大效用。

Description

双回线路统一潮流控制器及断面潮流控制方法

技术领域

本发明涉及统一潮流控制器潮流控制领域，特别是断面潮流控制方法。

背景技术

随着电力系统的快速发展，其运行灵活性、可控性以及稳定性成为越来越迫切需要解决的问题；太阳能、风力发电等大规模的分布式能源接入电力系统，更加大了系统的潮流调节的复杂度。加之，我国长距离输电线路较多，电网结构相对薄弱，对提高现有线路的功率输送能力，最大化电网传输能力；提高电力系统的暂态稳定性、阻尼系统振荡；优化潮流，减少环流，降低网络损耗等提出了更高的要求。

统一潮流控制器(UPFC)是柔性交流输电系统中最具代表性和最多样化的装置，通常由通过直流侧连接的一台静止同步补偿器和一台或多台静止同步串联补偿器组成。能实现对交流输电系统的电压、阻抗、攻角的快速动态调节，扩大系统的输送能力，提高电力系统的稳定性。

目前，国内外对统一潮流控制器的断面潮流控制研究多偏重于近端断面，且针对统一潮流控制器的控制策略研究较多的是针对单回线路潮流控制器，而针对于双回线路且多断面的统一潮流控制器的断面潮流控制研究较少。

为了充分发挥统一潮流控制器优化潮流的特性，推动统一潮流控制器应用的工程进展，本发明提供一种适用于MMC-UPFC系统的断面潮流控制方法，简单实用且可靠性高，能同时监视并控制远端及近端断面、线路的功率。

发明内容

本发明的目的是提供一种适用于统一潮流控制器双回线路的断面潮流控制方法，用以填补双回线路断面潮流控制领域的空白。同时，本发明还提供了一种双回线路统一潮流控制器。

为实现上述目的，本发明的方案包括：

双回线路统一潮流控制器的断面潮流控制方法，包括如下步骤：

同时监测远端断面和近端断面的输送功率；

对于任一回线路：若远端断面功率越限，则使统一潮流控制器增加输送功率；若近端断面功率越限，则使统一潮流控制器减小输送功率。

进一步的，下面的三个控制量叠加后作为双回线路中一条线路最终所需参考值，即相应UPFC串联侧变流器的控制参考值，三个控制量为：远端断面总控制量、近端断面总控制量和对应受控线路功率设定值。

进一步的，所述远端断面潮流控制量为：远端断面潮流PI控制器输出与远端单回线路功率PI控制器的输出之和取反；

远端断面潮流PI控制器将断面潮流设定值P1_set与实测值P1_mean的差值，即P1_set-P1_mean作为PI控制器的输入进行调节，该PI调节器的上限设为0，下限设为负的UPFC系统中对应受控线路的传输功率限值；远端单回线路功率PI控制器取相应线路功率设定值与实测值的差值的最小值为输入，该PI调节器的上限设为0，下限设为负的UPFC系统中对应受控线路的传输功率限值；

所述近端断面总控制量为：近端断面潮流PI控制器输出与远端单回线路功率PI控制器的输出之和；

近端断面潮流PI控制器将断面潮流设定值P2_set与实测值P2_mean的差值，即P2_set-P2_mean作为PI控制器的输入进行调节，该PI调节器的上限设为0，下限设为负的UPFC系统中对应受控线路的传输功率限值；远端单回线路功率PI控制器取相应线路功率设定值与实测值的差值的最小值为输入，该PI调节器的上限设为0，下限设为负的UPFC系统中对应受控线路的传输功率限值。

本发明还提供了一种双回线路统一潮流控制器，包括如下模块：用于同时监测远端断面和近端断面的输送功率的模块；对于任一回线路：用于在远端断面功率越限，则使统一潮流控制器增加输送功率的模块；用于在近端断面功率越限，则使统一潮流控制器减小输送功率的模块。

进一步的，下面的三个控制量叠加后作为双回线路中一条线路最终所需参考值，即相应UPFC串联侧变流器的控制参考值，三个控制量为：远端断面总控制量、近端断面总控制量和对应受控线路功率设定值。

进一步的，所述远端断面潮流控制量为：远端断面潮流PI控制器输出与远端单回线路功率PI控制器的输出之和取反；

远端断面潮流PI控制器将断面潮流设定值P1_set与实测值P1_mean的差值，即P1_set-P1_mean作为PI控制器的输入进行调节，该PI调节器的上限设为0，下限设为负的UPFC系统中对应受控线路的传输功率限值；远端单回线路功率PI控制器取相应线路功率设定值与实测值的差值的最小值为输入，该PI调节器的上限设为0，下限设为负的UPFC系统中对应受控线路的传输功率限值；

所述近端断面总控制量为：近端断面潮流PI控制器输出与远端单回线路功率PI控制器的输出之和；

近端断面潮流PI控制器将断面潮流设定值P2_set与实测值P2_mean的差值，即P2_set-P2_mean作为PI控制器的输入进行调节，该PI调节器的上限设为0，下限设为负的UPFC系统中对应受控线路的传输功率限值；远端单回线路功率PI控制器取相应线路功率设定值与实测值的差值的最小值为输入，该PI调节器的上限设为0，下限设为负的UPFC系统中对应受控线路的传输功率限值。

本发明的方法简单实用且可靠性高，能同时监视并控制远端及近端断面、线路的功率，以保证线路输送功率不越限，并且有效抑制近端、远端断面潮流不平衡，以实现UPFC-MMC系统的最大效用。

附图说明

图1是本发明实施例的统一潮流控制器基本结构；

图2是本发明实施例的受控线路1断面潮流控制方法；

图3是本发明实施例的受控线路2断面潮流控制方法；

图4是另一种PI控制器结构。

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。

如图1所示为统一潮流控制器应用于双回线路的一种基本结构：并联侧连接交流母线，串联侧包括两组换流器，两组串联侧换流器分别连接双回线路中的一条。

关于统一潮流控制器应用于双回线路的结构，还可以采用《适用于双回线路的统一潮流控制器系统结构优化分析》(电力系统自动化2015年第21期)中介绍的其他结构。统一潮流控制器，可以采用基于模块化多电平技术的统一潮流控制器MMC-UPFC或三相全桥UPFC。

本发明的基本方案是：统一潮流控制器同时监测远端断面和近端断面的输送功率，若远端断面功率越限，则使统一潮流控制器增加输送功率；若近端断面功率越限，则使统一潮流控制器减小输送功率；其中，双回线路的控制方式是相同的。

上述近端断面、远端断面是以统一潮流控制器所在线路为基准而言的。

依据以上关键方案，下面给出一种具体实施方式。

下面以图1所示结构为例进行说明，统一潮流控制器同时监视并控制远端及近端断面、线路的功率。串联侧变流器1连接受控线路1，串联侧变流器2连接受控线路2；近端断面包括传输线路1和传输线路2，远端断面包括传输线路1和传输线路2。

本实施例中断面潮流控制包括受控线路1及受控线路2两回断面潮流控制，受控线路1断面潮流控制原理框图如图2所示，受控线路2断面潮流控制原理框图如图3所示。

受控线路1和受控线路2的断面潮流控制原理相同，如图2，受控线路1的断面潮流控制：

远端断面潮流PI控制器将断面潮流设定值P1_set与实测值P1_mean的差值，即P1_set-P1_mean作为PI控制器的输入进行调节，该PI调节器的上限设为0，下限设为负的UPFC系统中受控线路1的传输功率限值，即-PL1_max。

远端单回线路功率PI控制器取相应线路功率设定值与实测值的差值的最小值为输入，即min(PLR1_set-PLR1_mean,PLR2_set-PLR2_mean)作为PI控制器的输入进行调节，该PI调节器的上限设为0，下限设为负的UPFC系统中受控线路1的传输功率限值，即-PL1_max。

同理，近端断面潮流PI控制器将断面潮流设定值P2_set与实测值P2_mean的差值，即P2_set-P2_mean作为PI控制器的输入进行调节，该PI调节器的上限设为0，下限设为负的UPFC系统中受控线路1的传输功率限值，即-PL1_max。

近端单回线路功率PI控制器取相应线路功率设定值与实测值的差值的最小值为输入，即min(PLN1_set-PLN1_mean,PLN2_set-PLN2_mean)作为PI控制器的输入进行调节，该PI调节器的上限设为0，下限设为负的UPFC系统中受控线路1的传输功率限值，即-PL1_max。

下面的三个控制量叠加后作为受控线路1最终所需参考值PCL1_ref，即UPFC串联侧变流器的控制参考值，三个控制量为：

远端断面潮流PI控制器输出与远端单回线路功率PI控制器的输出之和取反；近端断面潮流PI控制器输出与近端单回线路功率PI控制器的输出之和；受控线路1设定值PCL1_set。

如图3，受控线路2的断面潮流控制：

远端断面潮流PI控制器将断面潮流设定值P1_set与实测值P1_mean的差值，即P1_set-P1_mean作为PI控制器的输入进行调节，该PI调节器的上限设为0，下限设为负的UPFC系统中受控线路2的传输功率限值，即-PL2_max。

远端单回线路功率PI控制器取相应线路功率设定值与实测值的差值的最小值为输入，即min(PLR1_set-PLR1_mean,PLR2_set-PLR2_mean)作为PI控制器的输入进行调节，该PI调节器的上限设为0，下限设为负的UPFC系统中受控线路2的传输功率限值，即-PL2_max。

同理，近端断面潮流PI控制器将断面潮流设定值P2_set与实测值P2_mean的差值，即P2_set-P2_mean作为PI控制器的输入进行调节，该PI调节器的上限设为0，下限设为负的UPFC系统中受控线路2的传输功率限值，即-PL2_max。

近端单回线路功率PI控制器取相应线路功率设定值与实测值的差值的最小值为输入，即min(PLN1_set-PLN1_mean,PLN2_set-PLN2_mean)作为PI控制器的输入进行调节，该PI调节器的上限设为0，下限设为负的UPFC系统中受控线路2的传输功率限值，即-PL2_max。

下面的三个控制量叠加后作为受控线路2最终所需参考值PCL2_ref，即UPFC串联侧变流器的控制参考值，三个控制量为：

远端断面潮流PI控制器输出与远端单回线路功率PI控制器的输出之和取反；近端断面潮流PI控制器输出与近端单回线路功率PI控制器的输出之和；受控线路2设定值PCL2_set。

以上实施例中，由于采用的PI控制器输出均为负，为了使“远端断面功率越限，则使统一潮流控制器增加输送功率”，远端断面潮流PI控制器输出与远端单回线路功率PI控制器的输出之和需要取反。同理，近端断面潮流PI控制器输出与近端单回线路功率PI控制器的输出之和不需要取反。

作为其他实施方式，图2、图3中控制结构图中的PI控制器均可以按照图4方式进行调整。

以上实施例中，近端与远端线路功率控制采用最小函数min的意义在于；(以近端为例)当PLN1_set-PLN1_mean为正数时，说明近端线路1的给定值大于实测值，此时线路不过载，不需要PI控制器起作用，故PI控制器需要限制到0；当PLN1_set-PLN1_mean为负数时，说明近端线路1的给定值小于实测值，此时线路过载，需要PI控制器起作用，减少线路1的输出功率，故PI控制器需要输出负值；由于PLN1_set-PLN1_mean或PLN2_set-PLN2_mean为负数时PI控制器起作用，故小的负值表示过载更严重，同时UPFC不能分开控制近端线路1和线路2，故使用min来选择PI控制器的输入为优选方式。

以上实施例中，三个控制量叠加后作为受控线路最终所需参考值，即UPFC串联侧变流器的控制参考值。三个控制量实际上，分别是：远端断面总控制量、近端断面总控制量和对应受控线路功率设定值。以上实施例中给出的远端、进端潮流控制量的一种具体形式，作为其他实施方式，也可以采用不同的线路、潮流运算形式。

本发明的双回线路统一潮流控制器实施例，包括如下模块：用于同时监测远端断面和近端断面的输送功率的模块；对于任一回线路：用于在远端断面功率越限，则使统一潮流控制器增加输送功率的模块；用于在近端断面功率越限，则使统一潮流控制器减小输送功率的模块。

上述模块，实际上是一种根据以上断面潮流控制方法进行编程，与方法步骤对应的软件进程。因此，下面不再进行详细介绍。

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.双回线路统一潮流控制器的断面潮流控制方法，其特征在于：包括如下步骤：

同时监测远端断面和近端断面的输送功率；

对于任一回线路：若远端断面功率越限，则使统一潮流控制器增加输送功率；若近端断面功率越限，则使统一潮流控制器减小输送功率。

2.根据权利要求1所述的双回线路统一潮流控制器的断面潮流控制方法，其特征在于：

下面的三个控制量叠加后作为双回线路中一条线路最终所需参考值，即相应UPFC串联侧变流器的控制参考值，三个控制量为：

远端断面总控制量、近端断面总控制量和对应受控线路功率设定值。

3.根据权利要求2所述的双回线路统一潮流控制器的断面潮流控制方法，其特征在于：

所述远端断面总控制量为：远端断面潮流PI控制器输出与远端单回线路功率PI控制器的输出之和取反；

远端断面潮流PI控制器将断面潮流设定值P1_set与实测值P1_mean的差值，即P1_set-P1_mean作为PI控制器的输入进行调节，该PI调节器的上限设为0，下限设为负的UPFC系统中对应受控线路的传输功率限值；远端单回线路功率PI控制器取相应线路功率设定值与实测值的差值的最小值为输入，该PI调节器的上限设为0，下限设为负的UPFC系统中对应受控线路的传输功率限值；

所述近端断面总控制量为：近端断面潮流PI控制器输出与远端单回线路功率PI控制器的输出之和；

近端断面潮流PI控制器将断面潮流设定值P2_set与实测值P2_mean的差值，即P2_set-P2_mean作为PI控制器的输入进行调节，该PI调节器的上限设为0，下限设为负的UPFC系统中对应受控线路的传输功率限值；近端单回线路功率PI控制器取相应线路功率设定值与实测值的差值的最小值为输入，该PI调节器的上限设为0，下限设为负的UPFC系统中对应受控线路的传输功率限值。

4.双回线路统一潮流控制器，其特征在于：包括如下模块：

用于同时监测远端断面和近端断面的输送功率的模块；

对于任一回线路：用于在远端断面功率越限，则使统一潮流控制器增加输送功率的模块；用于在近端断面功率越限，则使统一潮流控制器减小输送功率的模块。

5.根据权利要求4所述的双回线路统一潮流控制器，其特征在于：

下面的三个控制量叠加后作为双回线路中一条线路最终所需参考值，即相应UPFC串联侧变流器的控制参考值，三个控制量为：

远端断面总控制量、近端断面总控制量和对应受控线路功率设定值。

6.根据权利要求5所述的双回线路统一潮流控制器，其特征在于：

所述远端断面总控制量为：远端断面潮流PI控制器输出与远端单回线路功率PI控制器的输出之和取反；

远端断面潮流PI控制器将断面潮流设定值P1_set与实测值P1_mean的差值，即P1_set-P1_mean作为PI控制器的输入进行调节，该PI调节器的上限设为0，下限设为负的UPFC系统中对应受控线路的传输功率限值；远端单回线路功率PI控制器取相应线路功率设定值与实测值的差值的最小值为输入，该PI调节器的上限设为0，下限设为负的UPFC系统中对应受控线路的传输功率限值；

所述近端断面潮流控制量为：近端断面潮流PI控制器输出与近端单回线路功率PI控制器的输出之和；

近端断面潮流PI控制器将断面潮流设定值P2_set与实测值P2_mean的差值，即P2_set-P2_mean作为PI控制器的输入进行调节，该PI调节器的上限设为0，下限设为负的UPFC系统中对应受控线路的传输功率限值；近端单回线路功率PI控制器取相应线路功率设定值与实测值的差值的最小值为输入，该PI调节器的上限设为0，下限设为负的UPFC系统中对应受控线路的传输功率限值。