CN107463732B - 一种多端交直流主动配电网调度控制仿真系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种多端交直流主动配电网调度控制仿真系统及方法，包括：数字仿真模块、物理仿真试验模块、功率放大模块、信号放大模块、保护装置、通信管理单元、综合处理单元、数据总线及主站模块；其中数字仿真模块通过功率放大模块与物理仿真试验模块互连，形成数字和物理联合仿真试验环境。本发明为交直流混联配电的稳定分析、运行控制、优化调度等领域提供理论计算、仿真分析以及相应的实验测试功能，以大幅提高交直流主动配电网的效率。

Description

一种多端交直流主动配电网调度控制仿真系统及方法
技术领域
本发明涉及一种多端交直流主动配电网调度控制仿真系统及方法，属于交直流混联配电技术领域。
背景技术
直流输配电技术一方面能够节省分布式电源和直流负载接入的换流环节，减小设备成本和运行损耗，另一方面可以克服无功传输造成的电压降落和功率损耗等问题，系统可控性大大加强，因此得以快速发展。同时，由于交流设备目前是配电网的主要用电形式，未来将形成交直流设备长期共存的局面，交直流主动配电网符合配电网的发展需求，是未来电网结构的重要形式。
交直流主动配电网通常采用多端互联结构，构建多端交直流主动配电网调度控制仿真系统，可以为交直流混联配电的稳定分析、运行控制、优化调度等领域提供理论计算、仿真分析以及相应的实验测试等功能，可以大幅提高交直流主动配电网的研究效率，并可以对研究成果的有效性和可信度进行测试。
发明内容
本发明技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种多端交直流主动配电网调度控制仿真系统及方法，为交直流混联配电的稳定分析、运行控制、优化调度等领域提供理论计算、仿真分析以及相应的实验测试等功能，以大幅提高交直流主动配电网的研究效率。
本发明技术解决方案：一种多端交直流主动配电网调度控制仿真系统，包括：数字仿真模块、物理仿真试验模块、功率放大模块、信号放大模块、保护装置、通信管理单元、综合处理单元、数据总线及主站模块；其中数字仿真模块通过功率放大模块与物理仿真试验模块互连，形成数字和物理联合仿真试验环境；
所述数字仿真模块，包括在实时仿真环境下运行的实时仿真模块、在非实时仿真环境下运行的非实时仿真模块、仿真信息-通信数据交互接口和I/O板卡；实时仿真模块和非实时仿真模块根据不同的试验对象构建多端交直流主动配电网的数字仿真模型，实时仿真模块和非实时仿真模块运行在主机上；主机通过I/O板卡外接数字量及模拟量的输入输出，主机通过仿真信息-通信数据交互接口交互信息；所述不同的试验对象包括环网、星型、放射等多种结构的交直流主动配电网；
实时仿真模块通过仿真信息-通信数据交互接口，将所述数字仿真模型运行的实时数据发送出去，同时获取仿真信息-通信数据交互接口传输的实时数据，写入所述数字仿真模型；
非实时仿真模块完成离线的仿真计算，满足非实时仿真计算要求，通过仿真信息-通信数据交互接口，将所述数字仿真模型运行的数据发送出去，同时获取仿真信息-通信数据交互接口传输的数据，写入所述数字仿真模型；
仿真信息-通信数据交互接口，一方面获取实时仿真模块或非实时仿真模块中所述数字仿真模型运行过程中的遥测信息和遥信信息，并上传至通信管理单元，另一方面接收通信管理单元下达的遥调信息和遥控信息，并写入所述数字仿真模型；
I/O板卡，一方面，通过功率放大模块与物理仿真试验模块互联；数字仿真模型在运行过程中的实时输出数据通过I/O板卡形成模拟量或者数字量输出信号，再通过功率放大模块输出功率级的电压、电流，接入物理仿真试验模块中的动模装置与实际的热电设备；同时物理仿真试验模块中动模装置与实际的热电设备的运行数据反馈至I/O板卡形成数字仿真模块的模拟量或者数字量输入信号；另一方面，数字仿真模型故障运行时的电压波形、电流波形、开关状态等信息通过I/O板卡输出对应的数字量、模拟量，并经过信号放大模块输出保护装置能够识别的电压、电流信号，作为保护装置的输入信号，当保护装置检测到故障发生时输出保护开关动作信号，并经过I/O板卡反馈至数字仿真模型；
物理仿真试验模块，包括实际的热电设备和动模装置，所述动模装置用于模拟复杂的热电设备；所述数字仿真模型在运行过程中的实时输出数据通过I/O板卡形成模拟量或者数字量输出信号，再通过功率放大模块输出功率级的电压、电流，接入物理仿真试验模块中实际的热电设备和动模装置；
通信管理单元，负责接受数字仿真模块的仿真信息-通信数据交互接口上传的遥测、遥信信息，并转换至数据总线的标准化格式，发送至数据总线；并从数据总线获取相应的遥调、遥控信息，发送至仿真信息-通信数据交互接口；
综合处理单元，通过通信部件、采集部件获取物理仿真试验模块中动模装置与实际的热电设备上传的遥测、遥信信息，并转换至数据总线的标准化格式，发送至数据总线；并从数据总线获取相应的遥调、遥控信息，通过通信部件、控制部件调整物理仿真试验模块中相应的动模装置与实际的热电设备；
保护装置，负责对数字仿真模块与物理仿真试验模块运行时发生的各类故障进行保护，并将动作信号进行反馈；一方面，数字仿真模型故障运行时的电压波形、电流波形、开关状态等信息通过I/O板卡输出对应的数字量、模拟量，并经过信号放大模块输出保护装置能够识别的电压、电流信号，作为保护装置的输入信号；当保护装置检测到故障发生时将产生保护开关动作信号，通过I/O板卡反馈至所述数字仿真模型；另一方面，保护装置采集物理仿真试验模块中动模装置与实际的热电设备的电压、电流、开关状态等信息；当保护装置检测到故障发生时，输出保护开关动作信号，反馈至动模装置与实际的热电设备所配套的保护开关，进行异常或者故障情况下的保护；
主站模块，作为多端交直流主动配电网调度控制仿真系统的调度控制中心，通过数据总线获取数字仿真模块中的交直流主动配电网的数字仿真模型以及物理仿真试验模块中动模装置与实际的热电设备在运行过程中的遥测、遥信信息，进行分析计算和综合决策，并向数据总线下发对应生成的交直流主动配电网运行控制、优化调度的遥调、遥控信息。
所述主站模块包括：直流电网稳定分析模块、不间断转供控制模块、系统运行评估模块、安全转供控制模块、交直流最优潮流模块、日前优化调度模块、直流对交流支持模块、交流对直流支持模块；
直流电网稳定分析模块，负责分析不同换流站采用直流电压控制情况下的直流电网对应的最大负荷接入能力，并以最大负荷接入能力作为直流电网稳定边界的量化指标，输出最大负荷接入能力最强和次强两种情形下采用直流电压控制的换流站对应编号，作为不间断转供控制模块启动时快速选择的直流电压控制换流站；换流站典型的控制方式包含直流电压控制(即换流站控制直流电网母线电压)、非直流电压控制主要分为有功/无功功率控制(即换流站控制有功功率/无功功率)、交流侧电压/频率支撑控制(即换流站控制交流测电压幅值/频率)；
不间断转供控制模块，负责在某换流站交流侧故障情况下，快速切换该换流站的控制方式为交流侧电压/频率支撑控制，以提供对换流站交流侧重要负荷的不间断电力供应；同时依据直流电网稳定分析模块的输出结果，确定采用直流电压控制的换流站，支撑直流电网母线电压，在确保交流负荷不间断电力供应的同时保障直流电网电压的稳定；
系统运行评估模块，负责在获取系统信息，包括网络拓扑、线路阻抗、换流站控制方式、发电机参数、节点负荷参数等信息的基础上，调用交直流混合潮流计算程序，计算节点电压、线路潮流等关键指标是否越限值，如果没有越限情况则输出无运行预警，不需要执行特殊处理；如果有越限情况则输出运行预警，且需要执行相应的处理措施，如启动安全转供控制模块；
安全转供控制模块，在系统运行评估模块输出运行预警即多端交直流主动配电网调度控制仿真系统出现关键指标越限值、运行风险显著等情况下，负责通过反复调用交直流混合潮流计算程序，输出当前时段的馈线间联络开关、线路分段开关位置等信息，以及当前时段各换流站、分布式电源等的运行方式及功率大小；系统可以调整当前时段的馈线间联络开关、线路分段开关等进行网络拓扑结构的重构，将重载线路进行多分段供电，均衡线路负载率或改善电压水平；也可以调整当前时段重载线路上各换流站、分布式电源等的运行方式及功率大小，以提供对重载线路的功率支援，均衡线路负载率或改善电压水平，通过上述操作，使得关键指标回归正常值的同时系统能够优化运行；
交直流最优潮流模块，负责通过反复调用交直流混合潮流计算程序，输出当前时段各换流站、分布式电源等的运行方式及功率大小，实现多端交直流主动配电网调度控制仿真系统的优化运行，优化运行的目标有多种，包括经济性最佳、系统网损最小；根据系统运行要求来确定优化运行目标；
日前优化调度模块，负责在获取第二天的负荷预测、可再生能源功率预测等信息的基础上，通过反复调用交直流混合潮流计算程序，输出第二天各时段的各换流站、分布式电源等的运行方式及功率大小，实现多端交直流主动配电网调度控制仿真系统的优化运行日前计划，优化运行的目标有多种，包括经济性最佳、系统网损最小，根据系统运行要求来确定优化运行目标；
直流对交流支持模块，负责在某换流站交流侧低电压时，控制该换流站向交流侧网络提供无功支援，以恢复交流侧电压至正常值。由于换流站输出无功功率受到其当前时段有功功率、额定容量的物理极限约束，在一定条件下需要降低换流站的有功功率，来提高无功功率输出能力；调整完毕后，模块输出当前时段各换流站的有功、无功功率数值为调度指令；
交流对直流支持模块，负责在某换流站直流侧低电压时，控制该换流站从交流侧网络吸收有功功率向直流侧网络提供有功支援，以恢复直流侧电压至正常值；由于换流站吸收有功功率受到其当前时段无功功率、额定容量的物理极限约束，在一定条件下需要降低换流站的无功功率，来提高有功功率吸收能力；调整完毕后，模块输出当前时段各换流站的有功、无功功率数值为调度指令。
一种多端交直流主动配电网调度控制仿真方法，主站模块实现步骤如下：
(1)启动主站模块，置全局标志位FLAG＝0，执行步骤(2)；
(2)主站模块通过数据总线获取数字仿真模块中的交直流主动配电网的数字仿真模型以及物理仿真试验模块中动模装置与实际的热电设备在运行过程中的遥测、遥信信息，更新多端交直流主动配电网调度控制仿真系统信息，包括网络拓扑、线路阻抗、换流站控制方式、发电机参数、节点负荷参数等信息，启动直流电网稳定分析模块，结束后执行步骤(3)；
(3)判断各换流站交流侧电压是否越下限，是则执行步骤(4)，否则执行步骤(5)；
(4)启动不间断转供控制模块，结束后置FLAG＝1，执行步骤(2)；
(5)判断定时第一周期是否到达，是则执行步骤(6)，否则执行步骤(3)；
(6)启动系统运行评估模块，结束后执行步骤(7)；
(7)判断如有运行预警，启动安全转供控制模块，结束后置FLAG＝1，执行步骤(2)；无运行预警则执行步骤(8)；
(8)判断定时第二周期是否到达，是则执行步骤(9)，否则执行步骤(3)；
(9)判断如果FLAG＝1则执行步骤(10)；否则执行步骤(11)；
(10)启动交直流最优潮流模块，结束后执行步骤(12)；
(11)读取前一天经日前优化调度模块生成的本日各时段的各换流站、分布式电源等的控制与调整指令，执行步骤(12)；
(12)校核当前时段各换流站、分布式电源等的控制与调整指令，判断换流站交流侧电压越限则执行步骤(13)，判断换流站直流侧电压越限则执行步骤(14)，否则执行步骤(15)；
(13)启动直流对交流支持模块，结束后执行步骤(12)；
(14)启动交流对直流支持模块，结束后执行步骤(12)；
(15)主站模块向数据总线下发各换流站、分布式电源等的控制与调整指令，并判断定时第三周期是否到达，是则执行步骤(16)，否则执行步骤(3)；
(16)启动日前优化调度模块，结束后执行步骤(3)。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明提出的一种多端交直流主动配电网调度控制仿真系统及方法，为交直流混联配电的稳定分析、运行控制、优化调度等领域提供理论计算、仿真分析以及相应的实验测试等功能，以大幅提高交直流主动配电网的仿真试验效率。
(2)本发明的主站模块构建了直流电网稳定分析、不间断转供控制、系统运行评估、安全转供控制、最优潮流、日前优化调度、直流/交流互支持等功能模块，并形成一整套流程，为交直流混联配电稳定分析、运行控制、优化调度等多个领域提供理论计算、仿真分析以及实验测试等有效、快捷的方法与手段。
(3)交直流主动配电网是未来电网结构的重要形式，本发明的多端交直流主动配电网调度控制仿真系统及方法能够为交直流主动配电网技术的发展提供有利的研究条件与平台支撑，提高交直流主动配电网关键技术的研究效率，填补相关领域的技术空白，具有广阔的发展与应用前景。
附图说明
图1为本发明系统的组成框图；
图2为本发明实施例中某个交直流主动配电网数字仿真模型；
图3为本发明主站模块的组成框图；
图4为本发明主站模块的工作流程图。
具体实施方式
如图1所示，本发明提出的一种多端交直流主动配电网调度控制仿真系统，包括：数字仿真模块、物理仿真试验模块、功率放大模块、信号放大模块、保护装置、通信管理单元、综合处理单元、数据总线及主站模块。其中：数字仿真模块主要构建多端交直流主动配电网调度控制仿真系统的交直流主动配电网数字仿真模型，包含实时仿真模块与非实时仿真模块。实时仿真模块采用RT-LAB、RTDS等，非实时仿真模块采用MATLAB等。实时仿真模块可以通过I/O板卡外接数字量、模拟量等输入输出；
物理仿真试验模块包括动模装置与实际的热电设备，其中动模装置主要针对复杂设备或系统实际测试程序繁琐、工作量大、购置费用高等特点，利用电气元件、电力电子器件以及模拟控制软件等，模拟分布式电源、电动汽车等设备以及交流、直流电网等系统的物理或者运行特性，替代部分实际物理设备；实际的热电设备包括发、储、用电或者发、储、用热设备，如蓄电池储能、热泵等。
数字仿真模块的I/O板卡可以通过功率放大模块与物理仿真试验模块互连，形成数字和物理联合仿真试验环境。一方面，数字仿真模块中的交直流主动配电网数字仿真模型在运行过程中其输出数据通过I/O板卡形成模拟量或者数字量输出信号，再通过功率放大模块输出功率级的电压、电流等，接入物理仿真试验模块中的动模装置与实际的热电设备；另一方面，物理仿真试验模块中某一动模装置与实际的热电设备的运行数据，也可以反馈至I/O板卡形成数字仿真模块的模拟量或者数字量输入信号，写入交直流主动配电网数字仿真模型。
通信管理单元主要负责接受数字仿真模块的仿真信息-通信数据交互接口上传的遥测、遥信信息，并转换至数据总线的标准化格式，发送至数据总线；并从数据总线获取相应的遥调、遥控信息，发送至仿真信息-通信数据交互接口。
仿真信息-通信数据交互接口，一方面获取实时仿真模块或非实时仿真模块中交直流主动配电网数字仿真模型运行过程中的遥测信息和遥信信息，并上传至通信管理单元，另一方面接收通信管理单元下达的遥调信息和遥控信息，并写入交直流主动配电网数字仿真模型。
综合处理单元，通过通信部件、采集部件获取物理仿真试验模块中动模装置与实际的热电设备上传的遥测、遥信信息，并转换至数据总线的标准化格式，发送至数据总线；并从数据总线获取相应的遥调、遥控等信息，通过通信部件、控制部件调整物理仿真试验模块中相应的动模装置与实际的热电设备。
保护装置主要负责对数字仿真模块与物理仿真试验模块运行时发生的各类故障进行保护，并将动作信号进行反馈。一方面，数字仿真模块中的交直流主动配电网数字仿真模型其故障运行时的电压波形、电流波形、开关状态等信息通过I/O板卡输出对应的数字量、模拟量，并经过信号放大模块输出保护装置能够识别的电压、电流等信号，保护装置检测到故障发生时将产生保护开关动作信号，通过I/O板卡反馈至数字仿真模块中的交直流主动配电网数字仿真模型。另一方面，保护装置采集物理仿真试验模块中动模装置与实际的热电设备的电压、电流、开关状态等信息，当检测到故障发生时输出保护开关动作信号，反馈至动模装置与实际的热电设备所配套的保护开关，进行异常或者故障情况下的保护。
主站模块作为多端交直流主动配电网调度控制仿真系统的调度控制中心，其通过数据总线获取数字仿真模块中的交直流主动配电网的数字仿真模型以及物理仿真试验模块中动模装置与实际的热电设备在运行过程中的遥测、遥信信息，进行分析计算和综合决策，并向数据总线下发对应生成的交直流主动配电网运行控制、优化调度的遥调、遥控信息。
数字仿真模块的实时仿真模块和非实时仿真模块根据不同的试验对象构建多端交直流主动配电网调度控制仿真系统的交直流主动配电网数字仿真模型，所述不同的试验对象包括环网、星型、放射等多种结构的交直流主动配电网。如图2为本发明实施构建的某一具体结构的多端交直流主动配电网(包括交流系统、直流电网以及换流站等；每个交流系统通过换流站接入直流电网，多个交流系统通过直流电网互联；换流站的交流侧网络接入交流系统，直流侧网络接入直流电网；所述直流电网包括：直流负载、直流断路器及直流线路，直流线路接入换流站的直流侧，直流负载通过直流断路器与直流线路连接；所述每个交流系统包括：交流线路、交流断路器、交流负载、交流变压器和交流母线；交流母线通过交流线路接入交流变压器，交流负载通过交流断路器与交流线路接入交流母线，并通过交流断路器与交流线路接入换流站的交流侧)，其中，交直流主动配电网数字仿真模型运行在数字仿真模块；数字仿真模块通过功率放大模块接入物理仿真试验模块(由实际的换流站、模拟线路等组成)。
由于试验对象不同，因此每个交直流主动配电网数字仿真模型以及物理仿真试验模块根据所仿真试验的对象构建，这为本领域技术人员知晓的。
如图3所示，本发明的主站模块包括：直流电网稳定分析模块、不间断转供控制模块、系统运行评估模块、安全转供控制模块、交直流最优潮流模块、日前优化调度模块、直流对交流支持模块、交流对直流支持模块；
如图4所示，本发明主站模块的工作过程如下：
(1)启动主站模块，置全局标志位FLAG＝0，执行步骤(2)；
(2)主站模块通过数据总线获取数字仿真模块中的交直流主动配电网的数字仿真模型以及物理仿真试验模块中动模装置与实际的热电设备在运行过程中的遥测、遥信信息，更新多端交直流主动配电网调度控制仿真系统信息，包括网络拓扑、线路阻抗、换流站控制方式、发电机参数、节点负荷参数等信息，启动直流电网稳定分析模块，结束后执行步骤(3)；
(3)判断各换流站交流侧电压是否越下限，是则执行步骤(4)，否则执行步骤(5)；
(4)启动不间断转供控制模块，结束后置FLAG＝1，执行步骤(2)；
(5)判断定时第一周期是否到达，是则执行步骤(6)，否则执行步骤(3)；
(6)启动系统运行评估模块，结束后执行步骤(7)；
(7)判断如有运行预警，启动安全转供控制模块，结束后置FLAG＝1，执行步骤(2)；无运行预警则执行步骤(8)；
(8)判断定时第二周期是否到达，是则执行步骤(9)，否则执行步骤(3)；
(9)判断如果FLAG＝1则执行步骤(10)；否则执行步骤(11)；
(10)启动交直流最优潮流模块，结束后执行步骤(12)；
(11)读取前一天经日前优化调度模块生成的本日各时段的各换流站、分布式电源等的控制与调整指令，执行步骤(12)；
(12)校核当前时段各换流站、分布式电源等的控制与调整指令，判断换流站交流侧电压越限则执行步骤(13)，判断换流站直流侧电压越限则执行步骤(14)，否则执行步骤(15)；
(13)启动直流对交流支持模块，结束后执行步骤(12)；
(14)启动交流对直流支持模块，结束后执行步骤(12)；
(15)主站模块向数据总线下发各换流站、分布式电源等的控制与调整指令，并判断定时第三周期是否到达，是则执行步骤(16)，否则执行步骤(3)；
(16)启动日前优化调度模块，结束后执行步骤(3)。
下面对各个模块再详细说明。
1.直流电网稳定分析模块，负责分析不同换流站采用直流电压控制情况下的直流电网对应的最大负荷接入能力，并以最大负荷接入能力作为直流电网稳定边界的量化指标，输出最大负荷接入能力最强和次强两种情形下采用直流电压控制的换流站对应编号，作为不间断转供控制模块启动时快速选择的直流电压控制换流站；
直流电网稳定分析模块工作流程如下：
(1)将第i个换流站采用直流电压控制(总换流站数量为N)，其他换流站采用有功/无功功率控制，继续执行步骤(2)；
(2)结合直流电网内换流站、分布式电源以及负荷等单元构建状态空间小信号数学模型，获取当前系统等效的输出、输入阻抗比表达式，继续执行步骤(3)；
(3)设定直流电网负荷功率为各换流站中的最小额定容量值的50％，继续执行步骤(4)；
(4)更新负荷功率值，设定采用有功/无功功率控制的各换流站满负荷运行，利用阻抗匹配、禁止域稳定性判据、奈奎斯特稳定判据等方法分析输出、输入阻抗比相应的稳定裕度，继续执行步骤(5)；
(5)判断如果失稳，则记录当前负荷功率值为Pi，继续执行步骤(6)；如果未失稳，按照一定步长增加负荷功率值，继续执行步骤(4)；
(6)判断如果i>N，继续执行步骤(7)；否则i增加1，并重复步骤(1)-(5)；
(7)挑选出P1至PN中的最高值Pm和次高值Ps，并记录对应的第m个和第s个换流站，退出此模块。
2.不间断转供控制模块，负责在某换流站交流侧故障情况下，快速切换该换流站的控制方式为交流侧电压/频率支撑控制，以提供对换流站交流侧重要负荷的不间断电力供应；同时依据直流电网稳定分析模块的输出结果，确定采用直流电压控制的换流站，支撑直流电网母线电压，在确保交流负荷不间断电力供应的同时保障直流电网电压的稳定；
不间断转供控制模块工作流程如下：
(1)当主站模块需要执行不间断转供控制时，判断对应转供的换流站的控制方式，继续执行步骤(2)；
(2)如果该换流站采用非直流电压控制，则直接切换控制方式为交流侧电压/频率支撑控制，退出此模块；否则继续执行步骤(3)；
(3)判断该换流站是否为第m个换流站，如果是，则该换流站切换控制方式为交流侧电压/频率支撑控制，同时第s个换流站切换控制方式为直流电压控制，退出此模块；否则继续执行步骤(4)；
(4)该换流站切换控制方式为交流侧电压/频率支撑控制，同时第m个换流站切换控制方式为直流电压控制，退出此模块。
3.系统运行评估模块，负责在获取系统信息，包括网络拓扑、线路阻抗、换流站控制方式、发电机参数、节点负荷参数等信息的基础上，调用交直流混合潮流计算程序，计算节点电压、线路潮流等关键指标是否越限值，如果没有越限情况则输出无运行预警，不需要执行特殊处理；如果有越限情况则输出运行预警，且需要执行相应的处理措施，如启动安全转供控制模块。
系统运行评估模块工作流程如下：
(1)建立系统元件风险概率模型，确定静态、动态安全风险评估场景；
(2)利用蒙特卡洛模拟方法，进行运行数据抽样；
(3)更新多端交直流主动配电网调度控制仿真系统信息，包括网络拓扑、线路阻抗、换流站控制方式、发电机参数、节点负荷参数等信息，并调用交直流混合潮流计算程序计算系统概率潮流；
(4)分析系统风险指标，评估节点电压、线路潮流等关键指标是否越限，如越限则输出运行预警，否则输出无运行预警。
4.安全转供控制模块，在系统运行评估模块输出运行预警即多端交直流主动配电网调度控制仿真系统出现关键指标越限值、运行风险显著等情况下，负责通过反复调用交直流混合潮流计算程序，输出当前时段的馈线间联络开关、线路分段开关位置等信息，以及当前时段各换流站、分布式电源等的运行方式及功率大小；系统可以调整当前时段的馈线间联络开关、线路分段开关等进行网络拓扑结构的重构，将重载线路进行多分段供电，均衡线路负载率或改善电压水平；也可以调整当前时段重载线路上各换流站、分布式电源等的运行方式及功率大小，以提供对重载线路的功率支援，均衡线路负载率或改善电压水平，通过上述操作，使得关键指标回归正常值的同时系统能够优化运行。
安全转供控制模块工作流程如下：
(1)根据系统运行要求确定当前时段的安全转供优化目标(如馈线负荷平衡、电压改善或多目标优化等)，结合当前时段的系统运行约束条件，形成安全转供优化模型；
(2)利用遗传算法、粒子群算法等智能方法，多轮次调用交直流混合潮流计算程序，直至收敛至全局最优；
(3)根据输出的优化结果，调整当前时段的馈线间联络开关、线路分段开关等以更新网络拓扑结构，或调整当前时段的各换流站、分布式电源等的运行方式及功率大小。
5.交直流最优潮流模块，负责通过反复调用交直流混合潮流计算程序，输出当前时段各换流站、分布式电源等的运行方式及功率大小，实现多端交直流主动配电网调度控制仿真系统的优化运行，优化运行的目标有多种，包括经济性最佳、系统网损最小；根据系统运行要求来确定优化运行目标。
交直流最优潮流模块工作流程如下：
(1)根据系统运行要求确定当前时段的的全局运行优化目标(如经济性最佳、系统网损最小或多目标优化等)，合当前时段的系统运行约束条件，形成交直流最优潮流模型；
(2)利用遗传算法、粒子群算法等智能方法，多轮次调用交直流混合潮流计算程序，直至收敛至全局最优；
(3)根据输出的优化结果，调整当前时段的各换流站、分布式电源等的运行方式及功率大小。
6.日前优化调度模块，负责在获取第二天的负荷预测、可再生能源功率预测等信息的基础上，通过反复调用交直流混合潮流计算程序，输出第二天各时段的各换流站、分布式电源等的运行方式及功率大小，实现多端交直流主动配电网调度控制仿真系统的优化运行日前计划，优化运行的目标有多种，包括经济性最佳、系统网损最小，根据系统运行要求来确定优化运行目标。
日前优化调度模块工作流程如下：
(1)根据系统运行要求确定系统第二天未来96个时段的全局运行优化目标(如经济性最佳、系统网损最小或多目标优化等)，结合未来96个时段的负荷预测、可再生能源功率预测等信息更新系统运行约束条件，形成日前优化调度模型；
(2)利用遗传算法、粒子群算法等智能方法，多轮次调用交直流混合潮流计算程序，直至收敛至全局最优；
(3)根据输出的优化结果，确定未来一天96个时段各换流站、分布式电源等的运行方式及功率大小。
7.直流对交流支持模块，负责在某换流站交流侧低电压时，控制该换流站向交流侧网络提供无功支援，以恢复交流侧电压至正常值。由于换流站输出无功功率受到其当前时段有功功率、额定容量的物理极限约束，在一定条件下需要降低换流站的有功功率，来提高无功功率输出能力；调整完毕后，模块输出当前时段各换流站的有功、无功功率数值为调度指令。
直流对交流支持模块工作流程如下：
(1)获取需要支持的换流站的控制方式，继续执行步骤(2)；
(2)按照一定步长增加该换流站向交流侧网络输出的无功功率，继续执行步骤(3)；
(3)判断交流侧电压，如果已经恢复，则退出此模块，输出当前时刻各换流站的有功、无功功率数值；如果未恢复，判断该换流站输出无功功率值是否已经到达运行点容量约束上限，如未到达，则执行步骤(2)，否则执行步骤(4)；
(4)如果该换流站采用有功/无功功率控制，则按照同等步长减少其有功功率绝对值，继续执行步骤(2)；如果采用直流电压控制，则其他采用有功/无功功率控制的换流站中有功功率绝对值最高的换流站按照同等步长减少有功功率绝对值，继续执行步骤(2)。
8.交流对直流支持模块，负责在某换流站直流侧低电压时，控制该换流站从交流侧网络吸收有功功率向直流侧网络提供有功支援，以恢复直流侧电压至正常值；由于换流站吸收有功功率受到其当前时段无功功率、额定容量的物理极限约束，在一定条件下需要降低换流站的无功功率，来提高有功功率吸收能力；调整完毕后，模块输出当前时段各换流站的有功、无功功率数值为调度指令。
交流对直流支持模块工作流程如下：
(1)获取需要支持的换流站的控制方式，继续执行步骤(2)；
(2)如果该换流站采用有功/无功功率控制，按照一定步长增加该换流站向交流侧网络吸收的有功功率，继续执行步骤(3)；如果采用直流电压控制，则其他采用有功/无功功率控制的换流站按照同等步长增加吸收的有功功率或者减少输出的有功功率，继续执行步骤(3)；
(3)判断换流站直流侧电压，如果已经恢复，则退出此模块，输出当前时刻各换流站的有功、无功功率数值；如果未恢复，判断该换流站有功功率值是否已经到达运行点容量约束上限，如未到达，则执行步骤(2)，否则执行步骤(4)；
(4)按照同等步长减少本换流站无功功率绝对值，继续执行步骤(2)。
提供以上实施例仅仅是为了描述本发明的目的，而并非要限制本发明的范围。本发明的范围由所附权利要求限定。不脱离本发明的精神和原理而做出的各种等同替换和修改，均应涵盖在本发明的范围之内。

Claims (8)

1.一种多端交直流主动配电网调度控制仿真系统，其特征在于包括：数字仿真模块、物理仿真试验模块、功率放大模块、信号放大模块、保护装置、通信管理单元、综合处理单元、数据总线及主站模块；其中数字仿真模块通过功率放大模块与物理仿真试验模块互连，形成数字和物理联合仿真试验环境；
所述数字仿真模块，包括在实时仿真环境下运行的实时仿真模块、在非实时仿真环境下运行的非实时仿真模块、仿真信息-通信数据交互接口和I/O板卡；实时仿真模块和非实时仿真模块根据不同的试验对象构建多端交直流主动配电网的数字仿真模型，实时仿真模块和非实时仿真模块运行在主机上；主机通过I/O板卡外接数字量及模拟量的输入输出，主机通过仿真信息-通信数据交互接口交互信息；
实时仿真模块通过仿真信息-通信数据交互接口，将所述数字仿真模型运行的实时数据发送出去，同时获取仿真信息-通信数据交互接口传输的实时数据，写入所述数字仿真模型；
非实时仿真模块完成离线的仿真计算，满足非实时仿真计算要求，通过仿真信息-通信数据交互接口，将所述数字仿真模型运行的数据发送出去，同时获取仿真信息-通信数据交互接口传输的数据，写入所述数字仿真模型；
仿真信息-通信数据交互接口，一方面获取实时仿真模块或非实时仿真模块中所述数字仿真模型运行过程中的遥测信息和遥信信息，并上传至通信管理单元，另一方面接收通信管理单元下达的遥调信息和遥控信息，并写入所述数字仿真模型；
I/O板卡，一方面，通过功率放大模块与物理仿真试验模块互联；数字仿真模型在运行过程中的实时输出数据通过I/O板卡形成模拟量或者数字量输出信号，再通过功率放大模块输出功率级的电压、电流，接入物理仿真试验模块中的动模装置与实际的热电设备；同时物理仿真试验模块中动模装置与实际的热电设备的运行数据反馈至I/O板卡形成数字仿真模块的模拟量或者数字量输入信号；另一方面，数字仿真模型故障运行时的电压波形、电流波形、开关状态信息通过I/O板卡输出对应的数字量、模拟量，并经过信号放大模块输出保护装置能够识别的电压、电流信号，作为保护装置的输入信号，当保护装置检测到故障发生时输出保护开关动作信号，并经过I/O板卡反馈至数字仿真模型；
物理仿真试验模块，包括实际的热电设备和动模装置，所述动模装置用于模拟复杂的热电设备；所述数字仿真模型在运行过程中的实时输出数据通过I/O板卡形成模拟量或者数字量输出信号，再通过功率放大模块输出功率级的电压、电流，接入物理仿真试验模块中实际的热电设备和动模装置；
通信管理单元，负责接受数字仿真模块的仿真信息-通信数据交互接口上传的遥测、遥信信息，并转换至数据总线的标准化格式，发送至数据总线；并从数据总线获取相应的遥调、遥控信息，发送至仿真信息-通信数据交互接口；
综合处理单元，通过通信部件、采集部件获取物理仿真试验模块中动模装置与实际的热电设备上传的遥测、遥信信息，并转换至数据总线的标准化格式，发送至数据总线；并从数据总线获取相应的遥调、遥控信息，通过通信部件、控制部件调整物理仿真试验模块中相应的动模装置与实际的热电设备；
保护装置，负责对数字仿真模块与物理仿真试验模块运行时发生的各类故障进行保护，并将动作信号进行反馈；一方面，数字仿真模型故障运行时的电压波形、电流波形、开关状态信息通过I/O板卡输出对应的数字量、模拟量，并经过信号放大模块输出保护装置能够识别的电压、电流信号，作为保护装置的输入信号；当保护装置检测到故障发生时将产生保护开关动作信号，通过I/O板卡反馈至所述数字仿真模型；另一方面，保护装置采集物理仿真试验模块中动模装置与实际的热电设备的电压、电流、开关状态信息；当保护装置检测到故障发生时，输出保护开关动作信号，反馈至动模装置与实际的热电设备所配套的保护开关，进行异常或者故障情况下的保护；
主站模块，作为多端交直流主动配电网调度控制仿真系统的调度控制中心，通过数据总线获取数字仿真模块中的交直流主动配电网的数字仿真模型以及物理仿真试验模块中动模装置与实际的热电设备在运行过程中的遥测、遥信信息，进行分析计算和综合决策，并向数据总线下发对应生成的交直流主动配电网运行控制、优化调度的遥调、遥控信息；
所述主站模块包括：直流电网稳定分析模块、不间断转供控制模块、系统运行评估模块、安全转供控制模块、交直流最优潮流模块、日前优化调度模块、直流对交流支持模块、交流对直流支持模块；
直流电网稳定分析模块，负责分析不同换流站采用直流电压控制情况下的直流电网对应的最大负荷接入能力，并以最大负荷接入能力作为直流电网稳定边界的量化指标，输出最大负荷接入能力最强和次强两种情形下采用直流电压控制的换流站对应编号，作为不间断转供控制模块启动时快速选择的直流电压控制换流站；
不间断转供控制模块，负责在某换流站交流侧故障情况下，快速切换该换流站的控制方式为交流侧电压/频率支撑控制，以提供对换流站交流侧重要负荷的不间断电力供应；同时依据直流电网稳定分析模块的输出结果，确定采用直流电压控制的换流站，支撑直流电网母线电压，在确保交流负荷不间断电力供应的同时保障直流电网电压的稳定；
系统运行评估模块，负责在获取系统信息，包括网络拓扑、线路阻抗、换流站控制方式、发电机参数、节点负荷参数信息的基础上，调用交直流混合潮流计算程序，计算节点电压、线路潮流关键指标是否越限值，如果没有越限情况则输出无运行预警，不需要执行特殊处理；如果有越限情况则输出运行预警，且需要执行相应的处理措施，如启动安全转供控制模块；
安全转供控制模块，在系统运行评估模块输出运行预警即多端交直流主动配电网调度控制仿真系统出现关键指标越限值、运行风险显著情况下，负责通过反复调用交直流混合潮流计算程序，输出当前时段的馈线间联络开关、线路分段开关位置信息，以及当前时段各换流站、分布式电源的运行方式及功率大小；系统可以调整当前时段的馈线间联络开关、线路分段开关进行网络拓扑结构的重构，将重载线路进行多分段供电，均衡线路负载率或改善电压水平；也可以调整当前时段重载线路上各换流站、分布式电源的运行方式及功率大小，以提供对重载线路的功率支援，均衡线路负载率或改善电压水平，通过上述操作，使得关键指标回归正常值的同时系统能够优化运行；
交直流最优潮流模块，负责通过反复调用交直流混合潮流计算程序，输出当前时段各换流站、分布式电源的运行方式及功率大小，实现多端交直流主动配电网调度控制仿真系统的优化运行，优化运行的目标有多种，包括经济性最佳、系统网损最小；根据系统运行要求来确定优化运行目标；
日前优化调度模块，负责在获取第二天的负荷预测、可再生能源功率预测信息的基础上，通过反复调用交直流混合潮流计算程序，输出第二天各时段的各换流站、分布式电源的运行方式及功率大小，实现多端交直流主动配电网调度控制仿真系统的优化运行日前计划，优化运行的目标有多种，包括经济性最佳、系统网损最小，根据系统运行要求来确定优化运行目标；
直流对交流支持模块，负责在某换流站交流侧低电压时，控制该换流站向交流侧网络提供无功支援，以恢复交流侧电压至正常值，由于换流站输出无功功率受到其当前时段有功功率、额定容量的物理极限约束，在一定条件下需要降低换流站的有功功率，来提高无功功率输出能力；调整完毕后，模块输出当前时段各换流站的有功、无功功率数值为调度指令；
交流对直流支持模块，负责在某换流站直流侧低电压时，控制该换流站从交流侧网络吸收有功功率向直流侧网络提供有功支援，以恢复直流侧电压至正常值；由于换流站吸收有功功率受到其当前时段无功功率、额定容量的物理极限约束，在一定条件下需要降低换流站的无功功率，来提高有功功率吸收能力；调整完毕后，输出当前时段各换流站的有功、无功功率数值为调度指令。
2.根据权利要求1所述的一种多端交直流主动配电网调度控制仿真系统，其特征在于：所述不同的试验对象包括环网、星型、放射多种结构的交直流主动配电网。
3.根据权利要求1所述的一种多端交直流主动配电网调度控制仿真系统，其特征在于：所述直流电网稳定分析模块工作流程如下：
(1)将第i个换流站采用直流电压控制，总换流站数量为N，其他换流站采用有功/无功功率控制，继续执行步骤(2)；
(2)结合直流电网内换流站、分布式电源以及负荷单元构建状态空间小信号数学模型，获取当前系统等效的输出、输入阻抗比表达式，继续执行步骤(3)；
(3)设定直流电网负荷功率为各换流站中的最小额定容量值的50％，继续执行步骤(4)；
(4)更新负荷功率值，设定采用有功/无功功率控制的各换流站满负荷运行，利用阻抗匹配、禁止域稳定性判据、奈奎斯特稳定判据方法分析输出、输入阻抗比相应的稳定裕度，继续执行步骤(5)；
(5)判断如果失稳，则记录当前负荷功率值为Pi，继续执行步骤(6)；如果未失稳，按照一定步长增加负荷功率值，继续执行步骤(4)；
(6)判断如果i>N，继续执行步骤(7)；否则i增加1，并重复步骤(1)-(5)；
(7)挑选出P1至PN中的最高值Pm和次高值Ps，并记录对应的第m个和第s个换流站，退出此模块。
4.根据权利要求3所述的一种多端交直流主动配电网调度控制仿真系统，其特征在于：所述不间断转供控制模块工作流程如下：
(1)当主站模块需要执行不间断转供控制时，判断对应转供的换流站的控制方式，继续执行步骤(2)；
(2)如果该换流站采用非直流电压控制，则直接切换控制方式为交流侧电压/频率支撑控制，退出此模块；否则继续执行步骤(3)；
(3)判断该换流站是否为第m个换流站，如果是，则该换流站切换控制方式为交流侧电压/频率支撑控制，同时第s个换流站切换控制方式为直流电压控制，退出此模块；否则继续执行步骤(4)；
(4)该换流站切换控制方式为交流侧电压/频率支撑控制，同时第m个换流站切换控制方式为直流电压控制，则退出。
5.根据权利要求1所述的一种多端交直流主动配电网调度控制仿真系统，其特征在于：所述系统运行评估模块工作流程如下：
(1)建立系统元件风险概率模型，确定静态、动态安全风险评估场景；
(2)利用蒙特卡洛模拟方法，进行运行数据抽样；
(3)更新多端交直流主动配电网调度控制仿真系统信息，包括网络拓扑、线路阻抗、换流站控制方式、发电机参数、节点负荷参数信息，并调用交直流混合潮流计算程序计算系统概率潮流；
(4)分析系统风险指标，评估节点电压、线路潮流关键指标是否越限，如越限则输出运行预警，否则输出无运行预警。
6.根据权利要求1所述的一种多端交直流主动配电网调度控制仿真系统，其特征在于：所述直流对交流支持模块工作流程如下：
(1)获取需要支持的换流站的控制方式，继续执行步骤(2)；
(2)按照一定步长增加该换流站向交流侧网络输出的无功功率，继续执行步骤(3)；
(3)判断交流侧电压，如果已经恢复，则退出此模块，输出当前时刻各换流站的有功、无功功率数值；如果未恢复，判断该换流站输出无功功率值是否已经到达运行点容量约束上限，如未到达，则执行步骤(2)，否则执行步骤(4)；
(4)如果该换流站采用有功/无功功率控制，则按照同等步长减少其有功功率绝对值，继续执行步骤(2)；如果采用直流电压控制，则其他采用有功/无功功率控制的换流站中有功功率绝对值最高的换流站按照同等步长减少有功功率绝对值，继续执行步骤(2)。
7.根据权利要求1所述的一种多端交直流主动配电网调度控制仿真系统，其特征在于：所述交流对直流支持模块工作流程如下：
(1)获取需要支持的换流站的控制方式，继续执行步骤(2)；
(2)如果该换流站采用有功/无功功率控制，按照一定步长增加该换流站向交流侧网络吸收的有功功率，继续执行步骤(3)；如果采用直流电压控制，则其他采用有功/无功功率控制的换流站按照同等步长增加吸收的有功功率或者减少输出的有功功率，继续执行步骤(3)；
(3)判断换流站直流侧电压，如果已经恢复，则退出此模块，输出当前各换流站的有功、无功功率数值；如果未恢复，判断该换流站有功功率值是否已经到达运行点容量约束上限，如未到达，则执行步骤(2)，否则执行步骤(4)；
(4)按照同等步长减少本换流站无功功率绝对值，继续执行步骤(2)。
8.一种多端交直流主动配电网调度控制仿真方法，其特征在于：主站模块实现步骤如下：
(1)启动主站模块，置全局标志位FLAG＝0，执行步骤(2)；
(2)主站模块通过数据总线获取数字仿真模块中的交直流主动配电网的数字仿真模型以及物理仿真试验模块中动模装置与实际的热电设备在运行过程中的遥测、遥信信息，更新多端交直流主动配电网调度控制仿真系统信息，包括网络拓扑、线路阻抗、换流站控制方式、发电机参数、节点负荷参数信息，启动直流电网稳定分析模块，结束后执行步骤(3)；
(3)判断各换流站交流侧电压是否越下限，是则执行步骤(4)，否则执行步骤(5)；
(4)启动不间断转供控制模块，结束后置FLAG＝1，执行步骤(2)；
(5)判断定时第一周期是否到达，是则执行步骤(6)，否则执行步骤(3)；
(6)启动系统运行评估模块，结束后执行步骤(7)；
(7)判断如有运行预警，启动安全转供控制模块，结束后置FLAG＝1，执行步骤(2)；无运行预警则执行步骤(8)；
(8)判断定时第二周期是否到达，是则执行步骤(9)，否则执行步骤(3)；
(9)判断如果FLAG＝1则执行步骤(10)；否则执行步骤(11)；
(10)启动交直流最优潮流模块，结束后执行步骤(12)；
(11)读取前一天经日前优化调度模块生成的本日各时段的各换流站、分布式电源的控制与调整指令，执行步骤(12)；
(12)校核当前时段各换流站、分布式电源的控制与调整指令，判断换流站交流侧电压越限则执行步骤(13)，判断换流站直流侧电压越限则执行步骤(14)，否则执行步骤(15)；
(13)启动直流对交流支持模块，结束后执行步骤(12)；
(14)启动交流对直流支持模块，结束后执行步骤(12)；
(15)主站模块向数据总线下发各换流站、分布式电源的控制与调整指令，并判断定时第三周期是否到达，是则执行步骤(16)，否则执行步骤(3)；
(16)启动日前优化调度模块，结束后执行步骤(3)。
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