CN109818376A - 一种柔性配网供电系统有功功率控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种柔性配网供电系统有功功率控制方法，所述柔性配网供电系统中设有n台柔性变流器、n台配电变压器、n段交流母线和1条直流母线，各柔性变流器两端分别连接直流母线和对应交流母线的一端，交流母线的另一端连接对应配电变压器，n为整数且n≥2；任意一台柔性变流器运行在直流母线电压控制模式，其它柔性变流器运行在有功无功控制模式，当任意交流母线过载时，协调控制单元控制一台或多台柔性变流器实现对过载交流母线进行有功功率支援，防止配电变压器过载。此种方法可实时监测每条母线的负荷情况，通过传统比例积分控制得到柔性变流器功率指令，自动灵活协调每段母线间的功率流动，防止配变过载；控制方案简单，易于工程实现。

Description

一种柔性配网供电系统有功功率控制方法

技术领域

本发明属于柔性直流配电技术领域，特别涉及一种柔性配网供电系统有功功率控制方法。

背景技术

近年来，在低压配网供电系统领域，随着分布式电源接入量的不断增大，电动汽车不断增加以及可控负荷的增多，使得传统配电网面临许多挑战。由于传统配电网供电系统容量限制，随着充电桩或充电机等短时大功率冲击性负载的增加，易造成配变过载，甚至引起供电系统故障。为了解决这些问题，传统的电网已逐渐从被动模式转向主动模式，其中利用柔性直流输电技术形成交直流混合配电系统，成为配电网发展的有效途径。

柔性配网供电系统通过在每段母线上接入柔性变流器，再通过直流母线进行柔性互联，如何协调控制每一个变流器的能量流动至关重要。当某段母线过载时，可以人工调节其它母线的柔性变流器功率指令，对过载母线进行功率转供，但是无法保证功率转供后本段母线不过载。同时，这种人工调节方法无法实现实时快速调节，无法充分发挥柔性配网供电系统的优越性。因此，需要一种智能控制方法，自动实现对每台变流器的功率协调控制，以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的，在于提供一种柔性配网供电系统有功功率控制方法，其可实时监测每条母线的负荷情况，通过传统比例积分控制得到柔性变流器功率指令，自动灵活协调每段母线间的功率流动，防止配变过载；控制方案简单，易于工程实现。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

一种柔性配网供电系统有功功率控制方法，所述柔性配网供电系统中设有n台柔性变流器、n台配电变压器、n段交流母线和1条直流母线，其中，各柔性变流器两端分别连接直流母线和对应交流母线的一端，交流母线的另一端连接对应配电变压器，n为整数且n≥2；所述控制方法的内容是：任意一台柔性变流器运行在直流母线电压控制模式，其它柔性变流器运行在有功无功控制模式，当任意交流母线过载时，协调控制单元控制一台或多台柔性变流器实现对过载交流母线进行有功功率支援，防止配电变压器过载。

上述协调控制单元控制一台或多台柔性变流器实现对过载交流母线进行有功功率支援时，设第i台柔性变流器运行在直流母线电压控制模式，i∈n；设功率以注入电网方向为正；第r台柔性变流器的功率指令Pcr＝Por-Pfr，其中，r∈n且r≠i，Por为第r台柔性变流器的第一有功功率差经过PI控制器调节后得到的变量，Pfr为第r台柔性变流器的第二有功功率差经过PI控制器调节后得到的变量，第一有功功率差的计算方法是：Psr-Pmax，其中，Psr为第r台配电变压器的有功功率，Pmax为配电变压器额定容量；第二有功功率差的计算方法是：

上述PI控制器具备限幅功能，幅值上限不大于柔性变流器的额定容量Pcmax，幅值下限为零。

采用上述方案后，本发明的有益效果是：

(1)任一柔性变流器直流母线电压控制，当任意母线过载时，协调控制单元可以控制一台或多台柔性变流器实现对过载母线进行有功功率支援，防止配电变压器过载；

(2)柔性变流器有功功率指令通过传统比例积分控制所得，方法简单，易于工程实现；能够同时自动、灵活控制柔性变流器能量流动的大小和方向，工程应用中安全可靠。

附图说明

图1是本发明所涉及的柔性配网供电系统架构示意图；

图2是本发明所涉及的四端柔性配网供电系统架构示意图；

图3是本发明中柔性变流器有功功率指令生成示意图；

图4是本发明实现功率转供的仿真图。

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明的技术方案及有益效果进行详细说明。

本发明提供一种柔性配网供电系统有功功率控制方法，如图1所示，所述柔性配网供电系统中设有n台柔性变流器、n台配电变压器、n段交流母线和1条直流母线，其中，各柔性变流器两端分别连接直流母线和对应交流母线的一端，交流母线的另一端连接对应配电变压器，n为整数且n≥2；所述控制方法的内容是：任意一台柔性变流器运行在直流母线电压控制模式，其它柔性变流器运行在有功无功控制模式，当任意交流母线过载时，协调控制单元控制一台或多台柔性变流器实现对过载交流母线进行有功功率支援，防止配电变压器过载。

所述的有功功率支援的实现步骤包括：

1)第i台柔性变流器控制直流母线电压恒定，其它柔性变流器以PQ模式运行，功率以注入电网方向为正,其中,i∈n；

2)定义第r台配电变压器有功功率为Psr，配电变压器额定容量作为定值Pmax，其中，r∈n；

3)由所述Psr与Pmax做差得到第一有功功率差Dif_Por，第一有功功率差经过PI控制器调节得到变量Por；由Psi与Pmax做差得到第二有功功率差Dif_Pfr，第二有功功率差经过PI控制器调节得到变量Pfr；由上述定义，令r＝1得到Po1、Pf1，Po1减去Pf1得到Pc1，即为柔性变流器1的功率指令；

4)步骤3)所述的Psi用(Psi+Ps1)替代，Pmax用(2*Pmax)替代，Po1用Po2替代，根据步骤3)的逻辑得到变量Pc2，即为柔性变流器2的功率指令；

5)步骤3)所述的Psi用(Psi+Ps1+Ps2)替代，Pmax用(3*Pmax)替代，Po1用Po3替代，根据步骤3)的逻辑得到的变量Pc3，即为柔性变流器3的功率指令；

6)以此类推，可以得到第m个柔性变流器的有功功率指令Pcm；

上述i，r均为整数且1≤i，r，m≤n且i≠m。

其中，步骤3)中的PI控制器具备限幅功能，幅值上限不大于变流器的额定容量Pcmax，幅值下限为零。

为了说明方便，以下令n＝4。如图2所示，柔性变流器3控制直流母线电压，柔性变流器1、2、4工作在有功无功控制模式，柔性变流器全部由协调控制单元控制。

如图3所示，依据本发明的功率指令生成步骤：Ps1和Pmax做差后经过PI控制器得到中间变量Po1，Ps3和Pmax做差后经过PI控制器得到中间变量Pf1，中间变量Po1减去中间变量Pf1得到柔性变流器1的功率指令Pc1；Ps2和Pmax做差后经过PI控制器得到中间变量Po2，(Ps3+Ps1)和2*Pmax做差后经过PI控制器得到中间变量Pf2，中间变量Po2减去中间变量Pf2得到柔性变流器2的功率指令Pc2；Ps4和Pmax做差后经过PI控制器得到中间变量Po4，(Ps3+Ps1+Ps2)和3*Pmax做差后经过PI控制器得到中间变量Pf4，中间变量Po4减去中间变量Pf4得到柔性变流器4的功率指令Pc4。因此，柔性变流器1保证配变1、3不过载；柔性变流器2保证配电变压器1、3总负荷和配电变压器2不过载；柔性变流器4保证配电变压器1、3、2总负荷和配电变压器4不过载。功率指令采用正向限幅控制，确保潮流方向正确并且保证柔性变流器不过载；采用PI控制器调节，实现对功率限制参考值的误差跟踪。

如图4所示，采用本发明控制方法的仿真图。设定Pmax＝500kW，在300ms时配电变压器1出现过载，协调控制单元迅速调节柔性变流器1功率指令Pc1，形成交流母线3到交流母线1的功率转供；在1900ms时配电变压器3出现过载，协调控制单元迅速调节柔性变流器2功率指令Pc2，形成交流母线2到交流母线3的功率转供。仿真可见，本发明公开的有功功率控制方法能够自动、灵活地实现功率控制，防止配变过载。

以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (3)

1.一种柔性配网供电系统有功功率控制方法，所述柔性配网供电系统中设有n台柔性变流器、n台配电变压器、n段交流母线和1条直流母线，其中，各柔性变流器两端分别连接直流母线和对应交流母线的一端，交流母线的另一端连接对应配电变压器，n为整数且n≥2；其特征在于所述控制方法的内容是：任意一台柔性变流器运行在直流母线电压控制模式，其它柔性变流器运行在有功无功控制模式，当任意交流母线过载时，协调控制单元控制一台或多台柔性变流器实现对过载交流母线进行有功功率支援，防止配电变压器过载。

2.如权利要求1所述的一种柔性配网供电系统有功功率控制方法，其特征在于：所述协调控制单元控制一台或多台柔性变流器实现对过载交流母线进行有功功率支援时，设第i台柔性变流器运行在直流母线电压控制模式，i∈n；设功率以注入电网方向为正；第r台柔性变流器的功率指令Pcr＝Por-Pfr，其中，r∈n且r≠i，Por为第r台柔性变流器的第一有功功率差经过PI控制器调节后得到的变量，Pfr为第r台柔性变流器的第二有功功率差经过PI控制器调节后得到的变量，第一有功功率差的计算方法是：Psr-Pmax，其中，Psr为第r台配电变压器的有功功率，Pmax为配电变压器额定容量；第二有功功率差的计算方法是：

3.如权利要求2所述的一种柔性配网供电系统有功功率控制方法，其特征在于：所述PI控制器具备限幅功能，幅值上限不大于柔性变流器的额定容量Pcmax，幅值下限为零。