CN108923418A - 一种三端智能软开关的功率控制方法 - Google Patents

一种三端智能软开关的功率控制方法 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，尤其涉及一种三端智能软开关的功率控制方法。本发明使用三端智能软开关连接三个不同的配电区域，采用直接电流控制策略对三端智能软开关进行控制，其中直接电流控制策略分为电压‑电流控制策略和功率‑电流控制策略，三端智能软开关根据实际运行状态分为一端整流、两端逆变和两端整流、一端逆变两种情况，调度系统根据不同配电区域装置容量需求，对三端智能软开关传输功率进行分配。本发明为三端智能软开关功率分配提供了理论依据，使电力电子装置三端智能软开关在配电网中得以更好地应用。

Description

一种三端智能软开关的功率控制方法
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，尤其涉及一种三端智能软开关的功率控制方法。
背景技术
新能源技术的快速发展促进了大量分布式电源接入配电网，使得未来配电网的网架结构和协调控制方式上变得更加复杂。传统配电网通过控制联络开关的通断，改变配电网拓扑结构，进而调控配电系统运行状态。但是实际操作中，联络开关存在开关损耗、合环电流等问题无法在短时间内进行频繁的操作，无法快速响应配电系统运行状态的改变，为电网的安全运行带来隐患，不适应未来智能配电网灵活控制潮流的要求。
三端智能软开关是代替传统线路中联络开关的电力电子装置，随着近年来电力电子技术的不断成熟，三端智能软开关的造价成本和运行损耗不断降低，在配电网中逐渐受到广泛应用。三端智能软开关存在诸多优点，其可以优化控制系统有功功率，合理规划城市配电网潮流，均衡配电网支路负荷，减少供电中断故障现象的发生，有效改善传统配电网“闭环设计、开环运行”的运行现状，支持配电区域的广泛互联。
目前，国内外学者在智能软开关控制方法、优化运行等方面的研究上已取得一系列成果，例如已有方法[1]，见中国电机工程学报，第36卷第9期出版的一种联络开关和智能软开关并存的配电网运行时序优化方法，该方法首先构建了联络开关和智能软开关并存的配电网数学模型，提出了一种基于模拟退火和锥优化的混合优化算法进行求解，已有方法[2]，见电力系统自动化，第39卷第9期出版的基于SNOP的配电网优化运行及分析，该论文详细介绍了SNOP的功能和运行原理，构建了含SNOP的配电网运行优化模型，证明了SNOP在节能降损、改善电压越限情况下的有效性。本发明针对一种三端智能软开关的功率控制方法，与其他情况不同。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，针对三端智能软开关提供一种功率控制方法，用于三端智能软开关功率分配控制，使其更好的应用于配电系统。
为了实现上述发明目的，本发明提出的技术方案是根据不同配电区域的功率需求，合理分配三端智能软开关各端提供的有功功率，从而优化系统运行。其特征在于利用三端智能软开关连接不同配电区域，采用直接电流控制策略进行控制，该控制策略为内外双环控制结构；根据不同配电区域装置容量需求，对三端智能软开关传输功率进行分配，实现配电系统优化运行，优化配电网潮流分配。
其中，所述的一种三端智能软开关的功率控制方法，三端智能软开关根据实际情况的不同分为一端为整流端，其余两端为逆变端或两端为整流端，剩下一端为逆变端。
所述的一种三端智能软开关的功率控制方法，直接电流控制策略分为电压-电流控制策略和功率-电流控制策略，其中整流端采用电压-电流控制策略，作用为维持直流侧电压稳定；逆变端采用功率-电流控制策略，作用为调节系统功率平衡。
所述的一种三端智能软开关的功率控制方法，整流端采用电压-电流控制策略，外环的作用是根据系统实际运行电压，为电流内环输出参考指令电流；电流内环接受指令电流后，调整电压基波分量，控制系统实际输出电压。
所述的一种三端智能软开关的功率控制方法，逆变端采用功率-电流控制策略，外环的作用是根据系统实际运行功率，分析系统运行目标状态，为电流内环输出指令参考值；内环根据电流参考值调节电压基波分量，进而控制实际输出电压。
所述的一种三端智能软开关的功率控制方法，三端智能软开关稳定运行需要满足的约束条件为：
其中，Pi表示端口i换流器传输的有功功率，Qi表示端口i换流器传输的无功功率，Si表示端口i换流器的容量。
所述的一种三端智能软开关的功率控制方法，传输容量分配原则为假设三端智能软开关A端整流，B、C端逆变，若B端或C端中一端需要有功功率，则A端提供的有功功率需等于B(C)单端所需有功功率；若B、C两端同时需要有功功率，则A端提供的有功功率等于B、C两端所需有功功率之和。
所述的一种三端智能软开关的功率控制方法，传输容量分配原则为假设A、B端整流，C端逆变，若C端所需有功功率小于A、B单端提供容量上限，则C端所需功率由A、B两端中某单端提供；若C端所需有功功率大于A、B单端提供容量上限，则C端所需功率由A、B两端共同提供。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明提供了一种三端智能软开关的功率控制方法，有利于三端智能软开关对配电网潮流的合理分配；通过仿真验证，为三端智能软开关功率分配提供了理论依据，使电力电子装置三端智能软开关在配电网中得以更好地应用，有利于未来智能配电系统的广泛互联。
附图说明
图1为本发明的三端智能软开关配电系统示意图；
图2为本发明的三端智能软开关拓扑结构图；
图3为本发明功率分配方法1流程图；
图4为本发明功率分配方法2流程图；
图5为本发明功率分配方法1仿真结果图；
图6为本发明功率分配方法2仿真结果图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
图1为本发明的三端智能软开关配电系统示意图，根据选定的配电系统输入线路参数，利用三端智能软开关连接不同配电区域，取代传统线路中的联络开关，实时监测配电系统功率需求，通过调控三端智能软开关输出的功率，柔性分配系统潮流，有效减小联络开关通断过程中产生的功率损耗，提高了配电系统的运行可靠性。
图2为本发明的三端智能软开关拓扑结构图，三端智能软开关由三个换流器VSC组成，每部分结构完全相同，直流环节将三个换流器相互连接，其中电容C的作用是提供直流侧电压支撑，减小直流侧电压波纹，换流器与交直流系统之间连接电阻R和电感L，电阻R代表交流线路与变流器之间的等效损耗，电感L是交流线路与变流器之间的能量交换枢纽，可以滤除交流线路谐波。若交流系统I输出电压向量E1，提供有功功率P1，提供无功功率Q1，换流器VSC1输出电压向量U1，设U1落后E1角度为θ1度，则P1、Q1的表示公式为
由上述公式可以看出交流系统I提供的有功功率P1、无功功率Q1可以通过调节θ1和向量U1的幅值来确定，当θ1＞0时，P1＞0，换流器吸收有功功率，工作在整流阶段；当θ1＜0时，P1＜0，换流器发出有功功率，工作在逆变阶段。三端智能软开关通过调节θ1和向量U1的幅值，进而控制各端输出有功功率、无功功率，可以实现有功、无功四象限的独立控制，使得三端智能软开关在配电系统中得以广泛应用。
图3为本发明功率分配方法1流程图，此时三端智能软开关A端整流，B、C端逆变，在保证电网安全运行的情况下，对三端智能软开关传输功率进行分配。假设此种方法已知无功功率Q，需确定各端传输有功功率P，首先由功率调度软件判断B端是否需要有功功率PB，若不需要则输出PA＝PC，若需要则进入下一步判断C端是否需要有功功率PC，若不需要则输出PA＝PB，若需要则输出PA＝PB+PC。
图4为本发明功率分配方法2流程图，此时三端智能软开关A、B端整流，C端逆变，在保证电网安全运行的情况下，对三端智能软开关传输功率进行分配。假设此种方法已知无功功率Q，需确定各端传输有功功率P，首先由功率调度软件判断C端所需有功功率PC是否超出A端所能提供功率容量上限，若没有超出则输出PA＝PC，若超出A端所能提供功率容量上限，则输出PA+PB＝PC。
图5为本发明功率分配方法1仿真结果图，此时三端智能软开关A端整流，B、C端逆变，设定系统功率流入换流器为正，由图可以看出，整流端A所提供的有功功率为10MW，逆变端B、C所接受的有功功率之和为10MW，整流端A所提供的有功功率等于逆变端B、C所接受的有功功率之和。仿真结果表明了本发明可以有效调节三端智能软开关的功率分配，验证了一种三端智能软开关的功率控制方法的正确性。
图6为本发明功率分配方法2仿真结果图，此时三端智能软开关A、B端整流，C端逆变，设定系统功率流入换流器为正，由图可以看出，整流端A、B所提供的有功功率之和为14MW，逆变端C所接受的有功功率为14MW，整流端A、B所提供的有功功率之和等于逆变端C所接受的有功功率。仿真结果表明了本发明可以有效调节三端智能软开关的功率分配，验证了一种三端智能软开关的功率控制方法的正确性。

Claims (8)

1.一种三端智能软开关的功率控制方法，其特征在于利用三端智能软开关连接不同交流配电区域，采用直接电流控制策略进行控制，该控制策略为内外双环控制结构；根据不同配电区域装置容量需求，对三端智能软开关传输功率进行分配，实现配电系统优化运行，优化配电网潮流分配。
2.根据权利1所述的一种三端智能软开关的功率控制方法，三端智能软开关根据实际情况的不同分为一端为整流端，两端为逆变端或两端为整流端，一端为逆变端。
3.根据权利1所述的一种三端智能软开关的功率控制方法，直接电流控制策略分为电压-电流控制策略和功率-电流控制策略，其中整流端采用电压-电流控制策略，作用为维持直流侧电压稳定；逆变端采用功率-电流控制策略，作用为调节系统功率平衡。
4.根据权利2所述的一种三端智能软开关的功率控制方法，整流端采用电压-电流控制策略，外环的作用是根据系统实际运行电压，为电流内环输出参考指令电流；电流内环接受指令电流后，调整电压基波分量，控制系统实际输出电压。
5.根据权利2所述的一种三端智能软开关的功率控制方法，逆变端采用功率-电流控制策略，外环的作用是根据系统实际运行功率，分析系统运行目标状态，为电流内环输出指令参考值；内环根据电流参考值调节电压基波分量，进而控制实际输出电压。
6.根据权利1所述的一种三端智能软开关的功率控制方法，三端智能软开关稳定运行需要满足的约束条件为：
其中，Pi表示端口i换流器传输的有功功率，Qi表示端口i换流器传输的无功功率，Si表示端口i换流器的容量。
7.根据权利1所述的一种三端智能软开关的功率控制方法，传输容量分配原则为假设三端智能软开关A端整流，B、C端逆变，若B端或C端中一端需要有功功率，则A端提供的有功功率等于B(C)单端所需有功功率；若B、C两端同时需要有功功率，则A端提供的有功功率等于B、C两端所需有功功率之和。
8.根据权利1所述的一种三端智能软开关的功率控制方法，传输容量分配原则为假设A、B端整流，C端逆变，若C端所需有功功率小于A、B单端提供容量上限，则C端所需功率由A、B两端中某单端提供；若C端所需有功功率大于A、B单端提供容量上限，则C端所需功率由A、B两端共同提供。
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