CN111162556B - 一种交直流配用电系统的分散式自主控制决策方法 - Google Patents

一种交直流配用电系统的分散式自主控制决策方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种交直流配用电系统的分散式自主控制决策方法，包括如下步骤：步骤一：AC/DC互联换流器运行数据监测：当各配用电系统运行时，由AC/DC互联换流器获取当前时间片断的交流侧频率、直流侧电压信息并输出，作为步骤二的输入；步骤二：自主控制决策：各AC/DC互联换流器将步骤一的输出作为各自功率指令求解的输入，计算相应的输出功率，以完成整体的运行控制。该方法针对不同的功率扰动工况可以自适应快速调节AC/DC互联换流器的功率出力，使得分散式自主控制下的系统能够更加快速地恢复稳定。

Description

一种交直流配用电系统的分散式自主控制决策方法
技术领域
本发明涉及交直流配电网技术领域，具体涉及一种交直流配用电系统的分散式自主控制决策方法。
背景技术
地理位置相邻分布的光伏、风电、微型燃气轮机(CHP)等分布式电源与负荷通过有效组织可构成配用电系统，但受制于交流网架结构和可再生能源的地理分布，各配用电系统故障时相互支持能力有限，广域范围多配用电系统的互补特性难以充分发挥。总体来看，目前现有的多配用电系统集成聚合方法皆受到交流配电网固有结构和运行方式的限制，不能发挥分布式能源和用户群体在更大空间和时间范围的互补以及供电潜力的提升。从结构上改变目前配用电系统在电网中的联络方式是一种新的方案，即通过将多个配用电系统通过柔性直流跨馈线互联，跨越目前交流配电网馈线互联和固有结构限制，其典型结构如图1所示。
这种交直流配用电系统中通常包含分布式能源(如风电、光伏、微型燃气轮机(CHP)、储能装置)、本地负荷，以及AC/DC互联换流器。配用电系统接入AC/DC互联换流器的交流侧，而AC/DC互联换流器的直流侧接入直流网。当多个配用电系统通过直流网进行互联时可形成多端直流拓扑。
在正常运行时，各AC/DC互联换流器可采用分散式自主控制方式，如下垂控制，该方式利用互联换流器输出功率和交流侧频率、直流侧电压的线性关系进行自动控制，自主平衡系统功率潮流。其中，交流功率-交流侧频率下垂(f-P)、以及直流功率-直流侧电压下垂(Vdc-P)的控制特性如图2所示。
其中，fm和f0分别为交流侧频率的实际值和额定值；Pac,ref和Pac,rated分别为AC/DC互联换流器交流功率的指令值和额定值；γac为交流下垂系数，则满足：
Figure BDA0002360692300000011
其中，Vdc和Vdc，rated分别为直流侧电压的实际值和额定值；Pdc,ref和Pdc,rated分别为AC/DC互联换流器直流功率的指令值和额定值；γdc为直流下垂系数，则满足：
Figure BDA0002360692300000021
在此基础上，相关文献分析了有功-频率下垂控制和有功-直流电压下垂控制间的关系，并且提出一种能够兼顾两种下垂控制特性的控制策略，将直流侧电压和交流侧频率进行标幺化，实现对直流侧电压和交流侧频率标幺值的有效控制，该方法能够扩展到多个AC/DC互联换流器，保证多个并联变换器均分交直流子网间的交换功率。但是目前的技术未考虑直流侧电压和交流侧频率的耦合变化关系，缺乏对交、直流配用电系统的高效调节和自主控制。
发明内容
本发明通过一种交直流配用电系统的分散式自主控制决策方法，有针对性地提高AC/DC互联换流器的下垂控制效果，实现对扰动下的自主快速平抑和整体效能提升。
所述的交直流配用电系统，包括多个AC/DC互联换流器，该方法包括如下步骤：
步骤一：AC/DC互联换流器运行数据监测：当各配用电系统运行时，由AC/DC互联换流器获取当前时间片断的交流侧频率、直流侧电压信息并输出，作为步骤二的输入；
步骤二：自主控制决策：各AC/DC互联换流器将步骤一的输出作为各自功率指令求解的输入，计算相应的输出功率，以完成交直流配用电系统整体的运行控制。
进一步的，在所述AC/DC互联换流器的双向下垂控制的基础上增加下垂系数的附加变化因子，并引入交、直流两侧电信号参数的变化量PCI调节项，将附加变化因子和PCI调节项两者相互叠加，加快对交流侧频率和直流侧电压各自变化的调节速度。
进一步的，所述步骤一的AC/DC互联换流器运行数据监测，具体包括如下步骤：
设定配用电系统总数量为M，每个配用电系统中均有AC/DC互联换流器，设定所有AC/DC互联换流器的对应编号依次为1,…m,…M，设定第m个配用电系统中的AC/DC互联换流器直流侧电压额定值为Vmdc,rated，直流侧电流额定值为Imdc,rated，直流侧电容为Cm，交流侧的虚拟惯性时间常数为Hm，交流侧的转子角速度为ωm；ω0为角速度额定值；当交、直流两侧功率平衡时，满足：
Figure BDA0002360692300000022
推导得：
Figure BDA0002360692300000031
式中，Vmdc为第m个AC/DC互联换流器的直流侧电压实际值。
进一步的，所述步骤二的自主控制决策具体包括如下步骤：
如果交流侧频率波动大于直流侧电压波动:当交流侧轻载时，减小直流侧输出功率；当交流侧重载时，增大直流侧输出功率；
进一步的，所述步骤二的自主控制决策具体包括如下步骤：
如果直流侧电压波动大于交流侧频率波动：当直流侧轻载时，减小交流侧输出功率；当直流侧重载时，增大交流侧输出功率。
有益效果：
含分布式能源和用户群体交直流配用电系统将成为未来配电网中的重要组网形态之一。本发明提出一种交直流配用电系统的分散式自主控制决策方法，弥补现有缺陷，填补技术空白，应用前景广阔。
本发明在现有AC/DC互联换流器的双向下垂控制的基础上增加了下垂系数的附加变化因子，并引入交、直流两侧关键参数的变化量PCI调节项，两者相互叠加，能够加快对交流侧频率和直流侧电压各自变化的调节速度，该方法针对不同的功率扰动工况可以自适应快速调节AC/DC互联换流器的功率出力，使得分散式自主控制下的系统能够更加快速地恢复稳定。
本发明通过一种交直流配用电系统的分散式自主控制决策方法，有针对性地提高AC/DC互联换流器的下垂控制效果，实现对扰动下的自主快速平抑和整体效能提升。
附图说明
图1：为交直流配用电系统典型结构；
图2(a):为f-Pd下垂控制特性曲线；
图2(b)：为Vdc-P的下垂控制特性曲线。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅为本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域的普通技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
本发明提出一种交直流配用电系统的分散式自主控制决策方法，包括如下步骤：
步骤一：AC/DC互联换流器运行数据监测：当各配用电系统运行时，由AC/DC互联换流器获取当前时间片断的交流侧频率、直流侧电压信息并输出，作为步骤二的输入。
步骤二：自主控制决策：各AC/DC互联换流器将步骤一的输出作为各自功率指令求解的输入，计算相应的输出功率，以完成整体的运行控制。
具体的，上述步骤一：AC/DC互联换流器运行数据监测具体包括如下步骤：
设定配用电系统总数量为M，每个配用电系统中均有AC/DC互联换流器，设定所有AC/DC互联换流器的对应编号依次为1,…m,…M，设定第m个配用电系统中的AC/DC互联换流器直流侧电压额定值为Vmdc,rated，直流侧电流额定值为Imdc,rated，直流侧电容为Cm，交流侧的虚拟惯性时间常数为Hm，交流侧的转子角速度为ωm。ω0为角速度额定值。当交、直流两侧功率平衡时，满足：
Figure BDA0002360692300000041
推导可得：
Figure BDA0002360692300000042
式中，Vmdc为第m个AC/DC互联换流器的直流侧电压实际值。
上述步骤二：自主控制决策计算过程如下：
Figure BDA0002360692300000051
当
Figure BDA0002360692300000052
Figure BDA0002360692300000053
当
Figure BDA0002360692300000054
Figure BDA0002360692300000055
如果
Figure BDA0002360692300000056
当
Figure BDA0002360692300000057
Figure BDA0002360692300000058
当
Figure BDA0002360692300000059
Figure BDA00023606923000000510
其中，Pmref、γmdc、γmac、Pmdc,rated、Pmac,rated、kmp、kmi、s分别为第m个AC/DC互联换流器的功率指令值、直流下垂系数、交流下垂系数、直流功率额定值、交流功率额定值、调节比例参数、调节积分参数、拉式运算符。
从上面的过程可以看出，根据本发明的一个实施例，如果交流侧频率波动大于直流侧电压波动，当交流侧轻载时，减小直流侧输出功率；当交流侧重载时，增大直流侧输出功率；
如果直流侧电压波动大于交流侧频率波动，当直流侧轻载时，减小交流侧输出功率；当直流侧重载时，增大交流侧输出功率。
Figure BDA0002360692300000061
Figure BDA0002360692300000062
Figure BDA0002360692300000063
Figure BDA0002360692300000064
Figure BDA0002360692300000065
Figure BDA0002360692300000066
Figure BDA0002360692300000067
Figure BDA0002360692300000068
上述因子(1)-(8)为不同运行情况下下垂系数的附加变化因子，
Figure BDA0002360692300000071
式子(9)为PCI调节项。
本发明通过在现有AC/DC互联换流器的双向下垂控制的基础上增加了下垂系数的附加变化因子，并引入交、直流两侧关键参数的变化量PCI调节项，两者相互叠加，能够加快对交流侧频率和直流侧电压各自变化的调节速度，该方法针对不同的功率扰动工况可以自适应快速调节AC/DC互联换流器的功率出力，使得分散式自主控制下的系统能够更加快速地恢复稳定。
尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，且应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

Claims (4)

1.一种交直流配用电系统的分散式自主控制决策方法，所述的交直流配用电系统包括多个AC/DC互联换流器，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一：AC/DC互联换流器运行数据监测：当各配用电系统运行时，由AC/DC互联换流器获取当前时间片断的交流侧频率、直流侧电压信息并输出，作为步骤二的输入；
步骤二：自主控制决策：各AC/DC互联换流器将步骤一的输出作为各自功率指令求解的输入，计算相应的输出功率，以完成交直流配用电系统整体的运行控制；
在所述AC/DC互联换流器的双向下垂控制的基础上增加下垂系数的附加变化因子，并引入交、直流两侧电信号参数的变化量PCI调节项，将附加变化因子和PCI调节项两者相互叠加，加快对交流侧频率和直流侧电压各自变化的调节速度；
所述的附加变化因子为不同运行情况下下垂系数的附加变化因子：
Figure FDA0003132554670000011
Figure FDA0003132554670000012
Figure FDA0003132554670000013
Figure FDA0003132554670000014
Figure FDA0003132554670000015
Figure FDA0003132554670000016
Figure FDA0003132554670000017
Figure FDA0003132554670000021
其中，Vmdc、ωm、Hm、ω0、Cm、Imdc,rated分别为第m个AC/DC互联换流器的直流侧电压实际值、交流侧的转子角速度、交流侧的虚拟惯性时间常数、角速度额定值、直流侧电容、直流侧电流额定值；
所述PCI调节项为：
Figure FDA0003132554670000022
其中，kmp、kmi、ω0、ωm、Vmdc、s分别为第m个AC/DC互联换流器的调节比例参数、调节积分参数、角速度额定值、交流侧的转子角速度、直流侧电压实际值、拉式运算符。
2.根据权利要求1所述的一种交直流配用电系统的分散式自主控制决策方法，其特征在于：所述步骤一的AC/DC互联换流器运行数据监测，具体包括如下步骤：
设定配用电系统总数量为M，每个配用电系统中均有AC/DC互联换流器，设定所有AC/DC互联换流器的对应编号依次为1,…m,…M，设定第m个配用电系统中的AC/DC互联换流器直流侧电压额定值为Vmdc,rated，直流侧电流额定值为Imdc,rated，直流侧电容为Cm，交流侧的虚拟惯性时间常数为Hm，交流侧的转子角速度为ωm；ω0为角速度额定值；当交、直流两侧功率平衡时，满足：
Figure FDA0003132554670000023
推导得：
Figure FDA0003132554670000024
式中，Vmdc为第m个AC/DC互联换流器的直流侧电压实际值。
3.根据权利要求1所述的一种交直流配用电系统的分散式自主控制决策方法，其特征在于：所述步骤二的自主控制决策具体包括如下步骤：
如果交流侧频率波动大于直流侧电压波动：当交流侧轻载时，减小直流侧输出功率；当交流侧重载时，增大直流侧输出功率。
4.根据权利要求1所述的一种交直流配用电系统的分散式自主控制决策方法，其特征在于：所述步骤二的自主控制决策具体包括如下步骤：
如果直流侧电压波动大于交流侧频率波动：当直流侧轻载时，减小交流侧输出功率；当直流侧重载时，增大交流侧输出功率。
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