CN106329531B - 一种交直流混合微电网有功潮流控制方法和装置 - Google Patents
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- H02J3/06—Controlling transfer of power between connected networks; Controlling sharing of load between connected networks
Abstract
本发明涉及一种交直流混合微电网有功潮流控制方法和装置，所述方法包括：对于任意一个通过接口变换器接入直流系统的交流子网，采集其交流频率fka；由所述交流频率fka确定对应接口变换器的直流电压参考值Vdk.ref；其中，所述直流电压参考值Vdk.ref的大小还与所述接口变换器所对应的交流子网允许的频率范围以及直流系统允许的电压范围有关；根据所述直流电压参考值Vdk.ref并结合无功功率指令，对所述接口变换器进行PWM控制。本发明实现了各个子电网负荷按照子网容量和有功余量充分均匀分配，提高了能源的利用率。
Description
技术领域
本发明涉及一种交直流混合微电网有功潮流控制方法和装置，属于电力系统技术领域。
背景技术
多种类型的分布式电源和负荷通过微电网统一接入到电力系统中，由于现代配网都是交流系统，交流微电网仅需要操作母线处断路器就能实现并离网的转换，所以交流微电网仍然是目前微电网最可靠的形式。正如电力系统中系统互联可以提高系统的可靠性和稳定性，当区域内存在多个分布式微电网且距离较远时，考虑用直流系统将它们按一定的结构联络形成交直流混合型微网系统，能在减少线路损耗的基础上显著提高系统的可靠性和负荷分配的效率。在这种由直流连接的多交流微电网系统中，AC/DC接口变流器控制着直流线路和交流母线间的功率流动进而控制各个交流子网间的潮流转移，对稳定整个系统的电压及提高电能质量发挥着重要作用。
目前，已有相关文献和专利对多端直流接口变换器的控制进行了系统论述。在这些资料中，为了建立直流电压并保持稳定，需要在接口变换器中选择一个接口变换器采用恒直流电压控制，其他接口变换器采用电流源控制。然而，这种控制将本质相同的各子网人为地区分开，使得其中任一子网有功潮流改变时，不同子网的响应相差较大，不能充分利用整个系统的资源。
经多端直流连接的交直流混合微电网典型结构如图1所示，各交流微网经各接口变换器接入直流系统，直流系统内的小方块表示线路上的电阻，它与线路长度成正比。假设微电源和负荷分布在交流微网内，每个子网的微电源都采用下垂控制，同子网内的其他微电源共同分担负荷。在传统控制方法中，不妨选择接口变换器1采用恒电压控制，其他接口逆变器采用有功潮流控制。
若子网1内有负荷的波动发生，按照接口变换器的定电压控制原理，其直流侧电压不发生改变，直流侧潮流也不会发生改变，负荷波动将完全由子网1内的电源补偿，而其他子网不受影响。这表示，接口变换器没有达到相应的潮流控制要求。
若其他子网k内有负荷波动，子网k内电源首先响应并降低子网内频率。按照其接口变换器的功率控制方法，子网k的直流侧功率(电流)将首先改变，而其他接口变换器潮流不会改变，这时潮流变化只能由采用恒电压控制的子网1来响应。换句话说，在开始阶段负荷波动将首先影响子网k和子网1的电能质量，而其他子网的运行几乎不受影响，此时对系统中的资源利用是不充分的。虽然可以通过直流电压下垂控制使直流电压下降从而使其他子网潮流响应，但这个过程需要较长时间，对系统的稳定运行不利。
发明内容
本发明的目的是提供一种交直流混合微电网有功潮流控制方法和装置，用于解决在交流子网负荷波动的情况下，系统负荷分配不均衡以及能源利用效率不高的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种交直流混合微电网有功潮流控制方法，包括以下步骤：
步骤1，对于任意一个通过接口变换器接入直流系统的交流子网，采集其交流频率fka；
步骤2，由所述交流频率fka确定对应接口变换器的直流电压参考值Vdk.ref；其中，所述直流电压参考值Vdk.ref的大小还与所述接口变换器所对应的交流子网允许的频率范围以及直流系统允许的电压范围有关：所述交流频率fka越大，所述交流子网允许的频率范围以及该频率范围的均值越小，所述直流系统的电压范围以及该直流系统的电压范围的均值越大，所述直流电压参考值Vdk.ref越大；
步骤3，根据所述直流电压参考值Vdk.ref并结合无功功率指令，对所述接口变换器进行PWM控制。
进一步地，步骤2中由所述交流频率fka确定对应接口变换器的直流电压参考值Vdk.ref的计算公式为：
其中，fmax和fmin分别为所述交流子网允许频率的最大值和最小值，Vdc.max和Vdc.min分别为所述直流系统允许电压的最大值和最小值。
进一步地，步骤1中根据所述接口变换器的交流侧电压经锁相环获取其对应交流子网的交流频率fka。
进一步地，步骤3中所述无功功率指令为0。
进一步地，步骤3中所述无功功率指令根据所述交流子网的无功缺额确定。
本发明还提供了一种交直流混合微电网有功潮流控制装置，包括：
用于对于任意一个通过接口变换器接入直流系统的交流子网，采集其交流频率fka的单元；
用于由所述交流频率fka确定对应接口变换器的直流电压参考值Vdk.ref的单元；其中，所述直流电压参考值Vdk.ref的大小还与所述接口变换器所对应的交流子网允许的频率范围以及直流系统允许的电压范围有关：所述交流频率fka越大，所述交流子网允许的频率范围以及该频率范围的均值越小，所述直流系统的电压范围以及该直流系统的电压范围的均值越大，所述直流电压参考值Vdk.ref越大；
用于根据所述直流电压参考值Vdk.ref并结合无功功率指令，对所述接口变换器进行PWM控制的单元。
进一步地，由所述交流频率fka确定对应接口变换器的直流电压参考值Vdk.ref的计算公式为：
其中，fmax和fmin分别为所述交流子网允许频率的最大值和最小值，Vdc.max和Vdc.min分别为所述直流系统允许电压的最大值和最小值。
进一步地，根据所述接口变换器的交流侧电压经锁相环获取其对应交流子网的交流频率fka。
进一步地，所述无功功率指令为0。
进一步地，所述无功功率指令根据所述交流子网的无功缺额确定。
本发明的有益效果是：根据各个接口变换器对应交流子网的交流频率获取各个交流子网的直流电压参考值，根据该直流电压参考值并结合无功功率指令实现对各个接口变换器的控制。在该方法中，各个接口变换器独立控制各自潮流，从而能够实现各个子电网负荷按照子网容量和有功余量充分均匀分配，提高了能源的利用率；各交流子网相对扰动在稳态和动态上完全等效，能共同分担负荷扰动，降低了负荷变化对每个子网的影响。
附图说明
图1是多端直流连接的交流微电网的典型结构；
图2是交直流混合微电网有功潮流控制方法的接口变换器控制策略方块图；
图3交直流混合微电网有功潮流控制方法的微电网系统等效电路。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细的介绍。
微电网系统典型结构如图1所示，其中包括若干交流子网、连接各交流子网的多端直流系统以及用于连接交直流系统的接口变换器。每个交流子电网内可以含有若干分布式微电源和本地负荷，子电网内的微电源可以采用P-f下垂控制或虚拟同步机控制。接口变换器通过测量交流频率获知交流有功裕度，通过一定的映射关系反应在直流电压上，再经过直流系统进行潮流的自然调节，进而将一个子网的有功负荷按各子网容量分配给系统内的其他子网。
交直流混合微电网有功潮流控制方法的实施例，包括以下步骤：
步骤1，对于任意一个通过接口变换器接入直流系统的交流子网，采集其交流频率fka；
步骤2，由所述交流频率fka确定对应接口变换器的直流电压参考值Vdk.ref；其中，所述直流电压参考值Vdk.ref的大小还与所述接口变换器所对应的交流子网允许的频率范围以及直流系统允许的电压范围有关，符合下面的规律：所述交流频率fka越大，所述交流子网允许的频率范围以及该频率范围的均值越小，所述直流系统的电压范围以及该直流系统的电压范围的均值越大，所述直流电压参考值Vdk.ref越大；
步骤3，根据所述直流电压参考值Vdk.ref并结合无功功率指令，对所述接口变换器进行PWM控制。
对于步骤1，通过接口变换器k接入到直流系统的交流子网k，根据该接口变换器k的交流侧电压经锁相环获取该交流子网k的交流频率fka，其中k是交流子电网和接口变换器的编号。当然，也可以通过直接测量或者是其他计算方法来获取该交流子网k的交流频率。
对于步骤2，根据接口变换器k处的交流频率fka获取所该接口变换器的直流电压参考值Vdk.ref，具体计算公式为：
其中，fmax和fmin分别为交流子网k所允许频率的最大值和最小值，fka为交流子网k在接口变换器k处的频率测量值，Vdc.max和Vdc.min是直流系统电压允许的最大值和最小值。
其中，直流电压参考值Vdk.ref的表达式并不局限于公式(1)，还包括在符合上述规律的公式(1)的各种变形。
对于步骤3，接口变换器k的无功功率指令根据交流子网k的无功缺额来确定。为了降低控制复杂度，也可直接令无功功率指令为0，即对接口变换器k的控制只考虑在交直系统之间交换有功功率。
按照上述步骤，可以得到如图2所示的接口变换器的控制方框图。对于任一交流子网k，通过对应的接口变化器k接入直流系统，采集接口变化器k的交流电压uk，经过PLL锁相得到交流频率fka，经过公式(1)确定直流电压参考值Vdk.ref，与反馈的直流系统电压Vdc比较，经过PI生成有功电流指令id.ref；交流子网k的接口变换器k的交流侧电流ik经过abc/dq变换得到有功电流反馈idk和无功电流反馈iqk，有功电流指令id.ref与idk进行比较，无功电流直流iq.ref与iqk进行比较，再经过dq/abc变换，产生调制波，对接口变化器k进行PWM控制。关于PWM控制，属于现有技术，在此不再赘述。
考虑一个由三个交流子网经直流系统连接的混合微电网系统，对网络中所有接口变换器均采用本发明的控制方法，系统的等效电路如图3所示。其中，f1a、f2a和f3a分别为交流子网等效电源ACMG1、ACMG2和ACMG3的频率，Vd1.ref、Vd2.ref和Vd3.ref分别为交流子网等效电源ACMG1、ACMG2和ACMG3对应接口变换器的直流电压参考值，Id1、Id2和Id3分别为对应接口变换器的直流侧电流，rl1、rl2和rl3分别为对应接口变换器的直流侧的线路电抗。
假设开始时所有子网的运行频率均为50Hz，三个接口直流端电压相等，直流线路中没有电流流过。若交流子网等效电源ACMG1发生ΔPa1的负荷扰动，该子网内电源的下垂控制使得其频率变化Δfa1，经过公式(1)计算可得交流子网等效电源ACMG1的接口变换器的直流电压变化量为ΔVd1，按图3所示的等效电路解得电流初期变化量约为：
其中，ΔI1(0+)、ΔI2(0+)和ΔI3(0+)分别表示交流子网等效电源ACMG1、ACMG2和ACMG3的电流初期变化量。从ΔI1(0+)、ΔI2(0+)和ΔI3(0+)的计算公式可知，交流子网等效电源ACMG1的直流电压变化ΔVd1能够引起等效电源ACMG2和ACMG3的输出电流按比例变化，进而改变其输出至子网等效电源ACMG1的有功功率，从而可以分担子子网等效电源ACMG1的功率波动。
在本实施例中，所有接口变换器使用相同控制策略，不需要额外电源支撑直流电压，能使一个交流子网内的负荷波动时，其他子网按照可用有功容量进行响应，提高了系统的负荷分配能力和能源利用效率。并且各接口变换器之间也不需要进行通讯，独立进行控制。
交直流混合微电网有功潮流控制装置的实施例，包括：
用于对于任意一个通过接口变换器接入直流系统的交流子网，采集其交流频率fka的单元；
用于由所述交流频率fka确定对应接口变换器的直流电压参考值Vdk.ref的单元；其中，所述直流电压参考值Vdk.ref的大小还与所述接口变换器所对应的交流子网允许的频率范围以及直流系统允许的电压范围有关：所述交流频率fka越大，所述交流子网允许的频率范围以及该频率范围的均值越小，所述直流系统的电压范围以及该直流系统的电压范围的均值越大，所述直流电压参考值Vdk.ref越大；
用于根据所述直流电压参考值Vdk.ref并结合无功功率指令，对所述接口变换器进行PWM控制的单元。
该装置实际上基于上述交直流混合微电网有功潮流控制方法的一种计算机解决方案，即一种软件构架，该软件可以运行于交直流混合微电网的设备中。由于对上述交直流混合微电网有功潮流控制方法的介绍已经足够清楚完整，故不再详细进行描述。
Claims (10)
1.一种交直流混合微电网有功潮流控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，对于任意一个通过接口变换器接入直流系统的交流子网，采集其交流频率fka；
步骤2，由所述交流频率fka确定对应接口变换器的直流电压参考值Vdk.ref；其中，所述直流电压参考值Vdk.ref的大小还与所述接口变换器所对应的交流子网允许的频率范围以及直流系统允许的电压范围有关：所述交流频率fka越大，所述交流子网允许的频率范围以及该频率范围的均值越小，所述直流系统的电压范围以及该直流系统的电压范围的均值越大，所述直流电压参考值Vdk.ref越大；
步骤3，根据所述直流电压参考值Vdk.ref并结合无功功率指令，对所述接口变换器进行PWM控制。
2.根据权利要求1所述的交直流混合微电网有功潮流控制方法，其特征在于，步骤2中由所述交流频率fka确定对应接口变换器的直流电压参考值Vdk.ref的计算公式为：
其中，fmax和fmin分别为所述交流子网允许频率的最大值和最小值，Vdc.max和Vdc.min分别为所述直流系统允许电压的最大值和最小值。
3.根据权利要求1所述的交直流混合微电网有功潮流控制方法，其特征在于，步骤1中根据所述接口变换器的交流侧电压经锁相环获取其对应交流子网的交流频率fka。
4.根据权利要求1所述的交直流混合微电网有功潮流控制方法，其特征在于，步骤3中所述无功功率指令为0。
5.根据权利要求1所述的交直流混合微电网有功潮流控制方法，其特征在于，步骤3中所述无功功率指令根据所述交流子网的无功缺额确定。
6.一种交直流混合微电网有功潮流控制装置，其特征在于，包括：
用于对于任意一个通过接口变换器接入直流系统的交流子网，采集其交流频率fka的单元；
用于由所述交流频率fka确定对应接口变换器的直流电压参考值Vdk.ref的单元；其中，所述直流电压参考值Vdk.ref的大小还与所述接口变换器所对应的交流子网允许的频率范围以及直流系统允许的电压范围有关：所述交流频率fka越大，所述交流子网允许的频率范围以及该频率范围的均值越小，所述直流系统的电压范围以及该直流系统的电压范围的均值越大，所述直流电压参考值Vdk.ref越大；
用于根据所述直流电压参考值Vdk.ref并结合无功功率指令，对所述接口变换器进行PWM控制的单元。
7.根据权利要求6所述的交直流混合微电网有功潮流控制装置，其特征在于，由所述交流频率fka确定对应接口变换器的直流电压参考值Vdk.ref的计算公式为：
其中，fmax和fmin分别为所述交流子网允许频率的最大值和最小值，Vdc.max和Vdc.min分别为所述直流系统允许电压的最大值和最小值。
8.根据权利要求6所述的交直流混合微电网有功潮流控制装置，其特征在于，根据所述接口变换器的交流侧电压经锁相环获取其对应交流子网的交流频率fka。
9.根据权利要求6所述的交直流混合微电网有功潮流控制装置，其特征在于，所述无功功率指令为0。
10.根据权利要求6所述的交直流混合微电网有功潮流控制装置，其特征在于，所述无功功率指令根据所述交流子网的无功缺额确定。
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