CN109842162A - 一种柔性交直流配电台区及其调度控制策略 - Google Patents

一种柔性交直流配电台区及其调度控制策略 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种柔性交直流台区，包括EMS和若干台区，每个台区内设置有AC/DC变流器，AC/DC变流器的交流进线连接所在台区的配电变压器低压侧，所有台区的AC/DC变流器的直流出线互联，EMS收集各台区的实时电气参数和运行状态，EMS对各台区的AC/DC变流器进行监控，调节AC/DC变流器的控制方式和潮流调节目标。同时也公开了相应的调度控制策略。本发明可实现柔性交直流台区工作在功率约束、故障隔离、故障限流、交流支撑、交流转供、直流转供等运行方式，提升可控性、运行灵活性及供电可靠性，同时可以在潮流调节时优化各台区的功率出力，提升各台区效率。

Description

一种柔性交直流配电台区及其调度控制策略
技术领域
本发明涉及一种柔性交直流台区及其调度控制策略，属于配用电领域及电力电子技术领域。
背景技术
配电台区或台区一般指交流配电方式，通常采用合环设计、分环运行的方式，无法实现多配电台区并列运行，也无法在多个配电台区间实现潮流控制和调度的功能。交流配电台区仅能满足其配电变压器额定容量之内的负载供电，当日均负荷经常超过所在台区的可用容量时，一般需通过增容改造或者引入供电专线，成本代价高且受限于施工空间。现有配电台区为交流配电方式，存在以下问题：1、交流电网无法合环运行，电网运行方式单一，电网运行灵活性及可控性差，也无法实现有功功率的调控，电网潮流难以实现优化管理；2、无母联开关和备用电源的台区在检修时，或者开断供电回路后通过闭合母联开关，或者直接开断供电回路，用户电压体验差；3、当台区故障失电时，利用母联将备用电源投入，继续维持负荷供电，但存在供电电压中断。
发明内容
本发明提供了一种柔性交直流配电台区及其调度控制策略，解决了现有配电台区存在的问题。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种柔性交直流台区，包括EMS和若干台区，每个台区内设置有AC/DC变流器，AC/DC变流器的交流进线连接所在台区的配电变压器低压侧，所有台区的AC/DC变流器的直流出线互联，EMS收集各台区的实时电气参数和运行状态，EMS对各台区的AC/DC变流器进行监控，调节AC/DC变流器的控制方式和潮流调节目标。
还包括若干直流新能源和直流负荷，直流新能源和直流负荷并接于台区的直流侧，EMS收集直流新能源的实时电气参数和运行状态，收集直流负荷的实时电气参数和运行状态。
直流新能源和直流负荷直接或通过DC/DC变流器并接于台区的直流侧。
EMS直接与各台区AC/DC变流器的控制器相连，或者作为台区控制保护装置的上层指令发出装置。
一种柔性交直流台区的调度控制策略，包括，
台区配电变在负载率经济区间运行，调度控制策略为：
根据台区配电变压器日平均负载率和配电变压器额定容量，计算台区的潮流调控系数；
根据潮流调控系数计算台区潮流调控指令值；
台区配电变压器低载态运行，调度控制策略为：
台区直流侧转供向交流侧，满足台区的交流侧负荷及直流负荷的供电需求，台区潮流调控指令值为台区交流侧有功功率；
台区配电变压器超载态运行，调度控制策略为：
台区AC/DC变流器开启限功率运行；
若台区配电变压器的有功功率继续增大，则该台区交流侧负荷超载，更新该台区AC/DC变流器潮流调控有功功率的限值，台区潮流调控指令值为台区交流侧有功功率减去超载阈值。
潮流调控系数计算公式为，
其中，αi为台区i的潮流调控系数，βaverage-i为台区i的日平均负载率，ST-i为台区i的配电变压器额定容量，N为台区数量。
根据潮流调控系数计算台区潮流调控指令值的公式为，
Pref-i＝Pallαi
Pall＝∑PVSC-i
其中，Pref-i为台区i的潮流调控指令值，Pall为所有台区AC/DC变流器的瞬时有功功率，PVSC-i为台区i的AC/DC变流器有功功率，αi为台区i的潮流调控系数。
台区AC/DC变流器潮流调控有功功率的限值为，
Plimit-i＝Psafe-i-Pload-i
其中，Plimit-i为台区i的AC/DC变流器潮流调控有功功率限值，Psafe-i为超载阈值，Pload-i为台区i交流侧有功功率。
若台区配电变压器的有功功率维持稳定，则判定该台区直流侧负荷超载，按该台区当前配电变压器负载率修正该台区的潮流调控系数；若仍出现潮流调控指令值超过功率限值，所有互联台区均开启限功率运行并按照当前各自配电变压器负载率修正各自台区的潮流调控系数。。
本发明所达到的有益效果：本发明各台区独立控制有功功率，实现直流互联的多台区潮流优化控制，可实现交流支撑、负荷转供、功率约束、故障隔离、无缝并车等运行方式；本发明台区交流供电回路在检修或者故障时，通过AC/DC变流器从直流侧为交流负荷提供供电电压及功率需求，实现不间断供电，提升用户用电体验及供电质量；本发明可在潮流调节时优化各柔性台区的功率出力，提升各柔性台区效率。
附图说明
图1为本发明的系统架构图；
图2为潮流控制策略图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1所示，一种柔性交直流配电台区，包括EMS、若干台区、若干直流新能源和直流负荷。每个台区内设置有AC/DC变流器，AC/DC变流器的交流进线连接所在台区的配电变压器低压侧(380V AC)，所有台区的AC/DC变流器的直流出线以星型、环形或串型等结构互联，直流新能源(如直流光伏、直流风电)和直流负荷直接或通过DC/DC变流器并接于台区的直流侧。
EMS收集直流新能源的实时电气参数和运行状态，收集直流负荷的实时电气参数和运行状态，收集各台区的实时电气参数(台区的直流有功功率、交流有功功率、无功功率、交流电压、直流电压等)和运行状态，EMS对各台区的AC/DC变流器进行监控，根据运行方式及潮流优化原则，调节AC/DC变流器的控制方式和潮流调节目标。
EMS直接与各台区AC/DC变流器的控制器相连，或者作为台区控制保护装置的上层指令发出装置。
如图2所示，上述台区的调度控制策略，包括以下步骤：
步骤1，计算台区配电变压器的负载经济区间和日平均负载率。
步骤3，判断台区配电变压器的运行状态；若台区配电变压器在负载率经济区间运行，转至步骤4；若台区配电变压器低载态运行，转至步骤6；若台区配电变压器超载态运行，转至步骤7。
若PT-i＞Psafe-i，则台区i配电变压器超载态运行；若PT-i＞Plow-i，则台区i配电变压器低载态运行；否则台区i配电变压器在负载率经济区间运行。其中，PT-i为台区i配电变压器的有功功率，PT-i＝PVSC-i+Pload-i，Psafe-i为超载阈值，Psafe-i典型值为0.95ST-i，Plow-i为低载阈值，Plow-i典型值为0.05ST-i，ST-i为台区i的配电变压器额定容量，Pload-i为台区i交流侧有功功率，PVSC-i为台区i的AC/DC变流器有功功率。
步骤4，台区交流侧转供向直流侧，即台区转供富余容量给直流侧，计算台区的潮流调控系数；
计算潮流调控系数的公式为，
其中，αi为台区i的潮流调控系数，βaverage-i为台区i的日平均负载率，N为台区数量。
步骤5，根据潮流调控系数计算台区潮流调控指令值；
Pref-i＝Pallαi
Pall＝∑PVSC-i
其中，Pref-i为台区i的潮流调控指令值，交流向直流为正方向，Pall为所有台区AC/DC变流器的有功功率，αi为台区i的潮流调控系数。
步骤6，台区直流侧转供向交流侧，满足台区的交流侧负荷及直流负荷的供电需求，台区潮流调控指令值为台区交流侧有功功率，台区交流母线就地平衡，不向电网吸收有功。
步骤7，台区直流侧和交流侧交互转供，台区AC/DC变流器开启限功率运行。
步骤8，若台区配电变压器的有功功率继续增大则该台区交流侧负荷超载，更新该台区AC/DC变流器潮流调控有功功率的限值，台区潮流调控指令值为台区交流侧有功功率减去超载阈值；
Plimit-i＝Psafe-i-Pload-i
其中，Plimit-i为台区i的AC/DC变流器潮流调控有功功率限值。
步骤9，若台区配电变压器的有功功率维持稳定，则判定该台区直流侧负荷超载，按该台区当前配电变压器负载率修正该台区的潮流调控系数；若仍出现潮流调控指令值超过功率限值(限值一般取配电变压器的额定容量或者0.9pu.乘以配电变压器额定容量)，所有互联台区均开启限功率运行并按照当前各自配电变压器负载率修正各自台区的潮流调控系数。
本发明各台区独立控制有功功率，实现直流互联的多台区潮流优化控制，可实现交流支撑、负荷转供、功率约束、故障隔离、无缝并车等运行方式；本发明台区交流供电回路在检修或者故障时，通过AC/DC变流器从直流侧为交流负荷提供供电电压及功率需求，实现不间断供电，提升用户用电体验及供电质量；本发明可在潮流调节时优化各柔性台区(即设置有AC/DC变流器的台区)的功率出力，提升各柔性台区效率。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种柔性交直流台区，其特征在于：包括EMS和若干台区，每个台区内设置有AC/DC变流器，AC/DC变流器的交流进线连接所在台区的配电变压器低压侧，所有台区的AC/DC变流器的直流出线互联，EMS收集各台区的实时电气参数和运行状态，EMS对各台区的AC/DC变流器进行监控，调节AC/DC变流器的控制方式和潮流调节目标。
2.根据权利要求1所述的一种柔性交直流台区，其特征在于：还包括若干直流新能源和直流负荷，直流新能源和直流负荷并接于台区的直流侧，EMS收集直流新能源的实时电气参数和运行状态，收集直流负荷的实时电气参数和运行状态。
3.根据权利要求2所述的一种柔性交直流台区，其特征在于：直流新能源和直流负荷直接或通过DC/DC变流器并接于台区的直流侧。
4.根据权利要求1所述的一种柔性交直流台区，其特征在于：EMS直接与各台区AC/DC变流器的控制器相连，或者作为台区控制保护装置的上层指令发出装置。
5.一种柔性交直流台区的调度控制策略，其特征在于：包括，
台区配电变在负载率经济区间运行，调度控制策略为：
根据台区配电变压器日平均负载率和配电变压器额定容量，计算台区的潮流调控系数；
根据潮流调控系数计算台区潮流调控指令值；
台区配电变压器低载态运行，调度控制策略为：
台区直流侧转供向交流侧，满足台区的交流侧负荷及直流负荷的供电需求，台区潮流调控指令值为台区交流侧有功功率；
台区配电变压器超载态运行，调度控制策略为：
台区AC/DC变流器开启限功率运行；
若台区配电变压器的有功功率继续增大，则该台区交流侧负荷超载，更新该台区AC/DC变流器潮流调控有功功率的限值，台区潮流调控指令值为台区交流侧有功功率减去超载阈值。
6.根据权利要求5所述的一种柔性交直流配电台区的调度控制策略，其特征在于：潮流调控系数计算公式为，
其中，αi为台区i的潮流调控系数，βaverage-i为台区i的日平均负载率，ST-i为台区i的配电变压器额定容量，N为台区数量。
7.根据权利要求5所述的一种柔性交直流配电台区的调度控制策略，其特征在于：根据潮流调控系数计算台区潮流调控指令值的公式为，
Pref-i＝Pallαi
Pall＝∑PVSC-i
其中，Pref-i为台区i的潮流调控指令值，Pall为所有台区AC/DC变流器的瞬时有功功率，PVSC-i为台区i的AC/DC变流器有功功率，αi为台区i的潮流调控系数。
8.根据权利要求5所述的一种柔性交直流配电台区的调度控制策略，其特征在于：台区AC/DC变流器潮流调控有功功率的限值为，
Plimit-i＝Psafe-i-Pload-i
其中，Plimit-i为台区i的AC/DC变流器潮流调控有功功率限值，Psafe-i为超载阈值，Pload-i为台区i交流侧有功功率。
9.根据权利要求5所述的一种柔性交直流配电台区的调度控制策略，其特征在于：若台区配电变压器的有功功率维持稳定，则判定该台区直流侧负荷超载，按该台区当前配电变压器负载率修正该台区的潮流调控系数；若仍出现潮流调控指令值超过功率限值，所有互联台区均开启限功率运行并按照当前各自配电变压器负载率修正各自台区的潮流调控系数。
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