CN108923437A - 一种基于自适应控制的多支路统一潮流控制器 - Google Patents

一种基于自适应控制的多支路统一潮流控制器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于自适应控制的多支路统一潮流控制器，该多支路统一潮流控制器包括连接到一共同直流母线上的多个串联换流器和并联换流器，每个串联换流器交流侧分别与对应的线路连接，每个并联换流器分别与对应的母线连接，所述的串联换流器和并联换流器均为DC‑AC换流器。与现有技术相比，本发明具有统一能量交换、主从控制、多重控制切换目标等优点。

Description

一种基于自适应控制的多支路统一潮流控制器
技术领域
本发明涉及电力输配技术领域，尤其是涉及一种基于自适应控制的多支路统一潮流控制器。
背景技术
为了满足社会生产发展和人民生活的需要，就必须高质量，大容量，安全和经济的输送电能。因此，开发设计安全、高效的先进电力输配技术迫在眉睫。柔性交流输电系统(FACTS)是综合了电力电子技术、微处理和微电子技术、通信技术和控制技术等多门学科技术的用于控制交流输电的新技术，能够大幅度提高输电线路的输送能力和电力系统的安全稳定水平，大大提高系统的可靠性、运行灵活性。作为FACTS装置家族最强大的成员之一，典型的统一潮流控制器装置，一般由两台DC-AC换流器构成，直流侧背靠背连接，一侧交流端口并联接入母线，另一交流端口串联接入线路中，通过对换流器的协调控制，能够实现并联和串联的同时补偿，有效调控单条输电线路或多条输电线路的潮流，从而使电网传输能力得到最大利用。
目前，针对UPFC的研究主要是围绕线路潮流控制基础上的UPFC装置的数学建模问题、选址定容问题、最优潮流求解计算问题，以及对应的故障穿越方案等展开。少量涉及UPFC扩展结构的研究，也主要集中于通过断路器、刀闸开关的合理配置，实现换流器之间的复用。上述研究所涉及的UPFC装置本身，一般采用给定潮流控制定值的双闭环控制策略，除了少量的振荡抑制和阻尼补偿研究外，基本不涉及其他控制目标。现有研究的应用场景相对单一，不能够充分发掘UPFC装置强大灵活的控制功能，也难以满足运行方式日益复杂的现代电网的多样化需求。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于自适应控制的多支路统一潮流控制器。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种基于自适应控制的多支路统一潮流控制器，该多支路统一潮流控制器包括连接到一共同直流母线上的多个串联换流器和并联换流器，每个串联换流器交流侧分别与对应的线路连接，每个并联换流器分别与对应的母线连接，所述的串联换流器和并联换流器均为DC-AC换流器。
所述的串联换流器设置潮流控制、线路阻抗控制、线路电流控制、出口电压控制和电能质量控制的控制方式，按照安装位置划分具体为：
安装在关键潮流断面线路上的串联换流器以潮流控制为目标，线路电流控制、线路阻抗控制为后备控制目标，所述的关键潮流断面为对系统潮流分布影响最大的潮流断面；
安装在多回输电线路上的串联换流器以线路电流控制为目标，潮流控制、线路阻抗控制为后备控制目标，所述的多回输电线路为连接同一电压等级环网中两个变电站之间的线路；
安装在枢纽站下级出线上的串联换流器以出口电压控制为目标，以线路电流控制、电能质量控制为后备控制目标，所述的下级出线为向下一电压等级供电的非环网线路；
安装在重要工业负荷出线上的串联换流器以电能质量控制为目标，以出口电压控制、线路电流控制为后备控制目标，所述的重要工业负荷出线上装设串联换流器，重要工业负荷包括敏感负荷出线或电能质量要求较高的负荷；
各串联换流器均采用自适应控制，当主要控制目标无法实现时，转换为后备控制目标。
所述的并联换流器设置直流母线电压控制、交流母线电压控制、无功补偿控制和电能质量控制的控制方式，按照安装位置划分具体为：
安装在上级电源所在母线上的并联换流器，以直流母线电压控制为主控制目标，以无功补偿为辅助控制目标；
安装在运行电压波动大的母线上的并联换流器，以无功补偿和交流母线电压控制为主控制目标，以直流母线电压控制为辅助控制目标，电压波动大为运行电压波动超过《GB/T 12325-2008电能质量供电电压偏差》要求。
所述的串联换流器和并联换流器采用两电平、多电平、模块化多电平以及多重化的电路结构以满足电压等级需求。
所述的串联换流器数目与枢纽变电站需要进行参数综合控制的线路数目相等。
所述的直流母线为分段式直流母线，多个串联换流器和并联换流器的直流侧均匀分布在直流母线上。
所述的潮流控制、线路阻抗控制、出口电压控制和电能质量控制采用经典的双环控制方法，其内环为电流环，外环为控制目标环。
所述的线路电流控制采用单环控制方法。
所述的直流母线电压控制、交流母线电压控制、无功补偿控制、电能质量控制均采用双环解耦控制方法。
所述的并联换流器用以维持直流母线的电压稳定，保证各串联换流器正常工作，当主并联换流器容量不足时协助维持直流母线电压稳定。
与现有的UPFC相比，本发明所提出的BS-UPFC技术方案包括以下改进点及有益效果：
一、换流器直流侧采用母线结构，实现统一能量交换，便于后期扩建线路增加串并联换流器；
二、并联换流器具有类主从控制关系，主并联换流器负责直流母线电压稳定，其余并联换流器负责母线电压调节、无功补偿和电能质量控制；
三、串联换流器具有多重控制目标，能够自动根据系统运行方式切换控制目标，保证各线路安全高效运行。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的控制策略示意图。
图3为典型变电站拓扑结构。
图4为该典型变电站安装BS-UPFC方式。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例
如图3所示，某枢纽变电站包含220/110/35kV电压等级，有电源1和电源2两条220kV线路作为上级电源，两条线路分别连接到一台220/110kV双绕组变压器和一台220/110/35kV三绕组变压器上。母线1上两条出线分别连接到两个不同的110kV配电变，线路1为关键潮流断面线路，线路2为负荷波动剧烈线路。母线2上两条110kV出线连接同一个110kV配电变，形成双回线，保证供电可靠性。35kV母线上有一条近端馈线，为附近电弧炉等工业负荷供电，该馈线重点关注供电电能质量要求。
本发明所提出的多支路统一潮流控制器如图4所示，共有5台串联换流器和3台并联换流器，其直流侧均连接在统一的直流母线上。自适应控制策略如下：
母线1为主电源母线，并联换流器1主控制策略为直流母线电压控制，当换流器容量存在冗余时附加无功补偿控制；
母线2为后备电源母线，且负荷较重，并联换流器2主控制策略为无功补偿控制，维持交流母线电压稳定，当检测到直流母线电压异常波动时同时承担直流母线电压控制任务；
母线3为工业负荷专用供电母线，并联换流器3主控制策略为电能质量控制，避免工业负载谐波污染电网，当检测到交流母线电压存在异常波动时，执行无功补偿控制；
出线1为关键潮流断面控制线路，串联换流器1控制出线1参数，主控制策略为线路潮流控制，当检测到线路发生故障时，自动切换到后备出口电压控制或线路电流控制；
出线2为负荷波动剧烈线路，电压波动很大，串联换流器2控制出线2参数，主控制策略为出口电压控制，保证出口电压满足供电标准，当检测到线路发生故障时，自动切换到后备潮流控制或线路阻抗控制。
出线3和出线4为双回线路，可能存在线路阻抗不匹配或者潮流分配不平衡问题。串联换流器3控制出线3参数，作为双回线路主控制器，以潮流控制为主控制策略，当系统发生故障时，自动切换到后备线路阻抗控制或出口电压控制；
串联换流器4作为双回线路从控制器，控制出线4参数，其主控制策略设置为出线电流控制，该电流给定值跟随出线3的电流，保证双回线输送同等功率，当检测到系统发生区外故障时，继续跟随出线3电流，当出线4发生故障时，自动切换到后备潮流控制或线路阻抗控制，当检测到电压暂降等电能质量问题时，自动进行电能质量补偿控制；
出线5为工业负荷专用供电线路，需要保证供电质量的同时，避免工业负荷污染公共电网，串联换流器5主控制策略为电能质量控制，当系统发生故障时，自动切换到后备出口电压控制或线路电流控制。

Claims (10)

1.一种基于自适应控制的多支路统一潮流控制器，其特征在于，该多支路统一潮流控制器包括连接到一共同直流母线上的多个串联换流器和并联换流器，每个串联换流器交流侧分别与对应的线路连接，每个并联换流器分别与对应的母线连接，所述的串联换流器和并联换流器均为DC-AC换流器。
2.根据权利要求1所述的一种基于自适应控制的多支路统一潮流控制器，其特征在于，所述的串联换流器设置潮流控制、线路阻抗控制、线路电流控制、出口电压控制和电能质量控制的控制方式，按照安装位置划分具体为：
安装在关键潮流断面线路上的串联换流器以潮流控制为目标，线路电流控制、线路阻抗控制为后备控制目标，所述的关键潮流断面为对系统潮流分布影响最大的潮流断面；
安装在多回输电线路上的串联换流器以线路电流控制为目标，潮流控制、线路阻抗控制为后备控制目标，所述的多回输电线路为连接同一电压等级环网中两个变电站之间的线路；
安装在枢纽站下级出线上的串联换流器以出口电压控制为目标，以线路电流控制、电能质量控制为后备控制目标，所述的下级出线为向下一电压等级供电的非环网线路；
安装在重要工业负荷出线上的串联换流器以电能质量控制为目标，以出口电压控制、线路电流控制为后备控制目标，所述的重要工业负荷出线上装设串联换流器；
各串联换流器均采用自适应控制，当主要控制目标无法实现时，转换为后备控制目标。
3.根据权利要求1所述的一种基于自适应控制的多支路统一潮流控制器，其特征在于，所述的并联换流器设置直流母线电压控制、交流母线电压控制、无功补偿控制和电能质量控制的控制方式，按照安装位置划分具体为：
安装在上级电源所在母线上的并联换流器，以直流母线电压控制为主控制目标，以无功补偿为辅助控制目标；
安装在运行电压波动大的母线上的并联换流器，以无功补偿和交流母线电压控制为主控制目标，以直流母线电压控制为辅助控制目标。
4.根据权利要求1所述的一种基于自适应控制的多支路统一潮流控制器，其特征在于，所述的串联换流器和并联换流器采用两电平、多电平、模块化多电平以及多重化的电路结构以满足电压等级需求。
5.根据权利要求1所述的一种基于自适应控制的多支路统一潮流控制器，其特征在于，所述的串联换流器数目与枢纽变电站需要进行参数综合控制的线路数目相等。
6.根据权利要求5所述的一种基于自适应控制的多支路统一潮流控制器，其特征在于，所述的直流母线为分段式直流母线，多个串联换流器和并联换流器的直流侧均匀分布在直流母线上。
7.根据权利要求3所述的一种基于自适应控制的多支路统一潮流控制器，其特征在于，所述的潮流控制、线路阻抗控制、出口电压控制和电能质量控制采用经典的双环控制方法，其内环为电流环，外环为控制目标环。
8.根据权利要求3所述的一种基于自适应控制的多支路统一潮流控制器，其特征在于，所述的线路电流控制采用单环控制方法。
9.根据权利要求4所述的一种基于自适应控制的多支路统一潮流控制器，其特征在于，所述的直流母线电压控制、交流母线电压控制、无功补偿控制、电能质量控制均采用双环解耦控制方法。
10.根据权利要求1所述的一种基于自适应控制的多支路统一潮流控制器，其特征在于，所述的并联换流器用以维持直流母线的电压稳定，保证各串联换流器正常工作，当主并联换流器容量不足时协助维持直流母线电压稳定。
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