CN111416357B - 接入分布式电源的柔性多状态开关的功率潮流控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种接入分布式电源的柔性多状态开关的功率潮流控制方法，其步骤包括：1构建接入分布式电源的柔性多状态开关的功率模型和各端口电压源型换流器数学模型；2计算接入柔性多状态前的各馈线负载率和接入柔性多状态开关后需要达到均衡负载率，推导出由连接的柔性多状态开关端口电压源型换流器调整的有功功率；3根据各馈线有功容量比，计算出各馈线分配到的分布式电源输入的有功功率；4计算出接入分布式电源的柔性多状态开关向各条馈线输出的总有功功率。本发明能调整各馈线间的负载有功功率不均衡，并对分布式电源输入的有功功率进行优化分配，从而能减轻分布式电源接入对单一馈线造成的功率波动，并提高间歇性能源消纳水平。

Description

接入分布式电源的柔性多状态开关的功率潮流控制方法

技术领域

本发明涉及柔性配电设备控制技术领域，尤其涉及一种接入分布式电源的柔性多状态开关的功率潮流控制方法。

背景技术

随着分布式电源的大规模接入电网，配电网的功率流向日趋复杂，电压越限问题日益突出，供电可靠性及电能质量水平有所降低。英国帝国理工学院于2009年提出了软常开开关的概念，用以替代传统配电网中的联络开关或分段开关。柔性多状态开关基于软常开开关发展而来，相比常规开关仅有的通、断状态，柔性多状态开关拥有柔性功率调节、控制方式多样等特点，能够有效克服常规开关操作次数有限，供电中断等问题，调节配电网潮流分布。

但分布式电源存在间歇性和波动性问题，分布式电源直接接入馈线，将对单一馈线造成功率和电压波动。并且由于分布式电源出力的不确定性，导致馈线负载率变化频繁，柔性多状态开关的端口控制给定也要频繁动作调整。

发明内容

本发明是为了解决上述现有技术存在的不足之处，提出一种接入分布式电源的柔性多状态开关的功率潮流控制方法，以期能调整各馈线间的负载有功功率不均衡，并是对分布式电源输入的有功功率进行优化分配，从而能减轻分布式电源接入对单一馈线造成的功率波动，并提高间歇性能源消纳水平。

本发明为解决技术问题采用如下技术方案：

本发明一种接入分布式电源的柔性多状态开关的功率潮流控制方法，所述柔性多状态开关的直流侧接入分布式电源；所述柔性多状态开关的n个端口电压源型换流器分别接入n条馈线，其特点是，所述功率潮流控制方法包括如下步骤：

步骤1、构建接入分布式电源的柔性多状态开关的功率模型和各端口电压源型换流器数学模型；

步骤2、根据所述数学模型中的电压电流关系和功率模型中有功功率关系，利用式(1)获取馈线在接入柔性多状态开关前的第k条馈线的负载率r_load-k：

式(1)中，P_Load-k为第k条馈线的负载有功功率，P_s-k为第k条馈线电源侧有功功率容量，k＝1,2,…,n；

步骤3、利用式(2)获取接入柔性多状态开关后的每条馈线的均衡负载率

步骤4、利用式(3)获取第k条馈线中由连接的柔性多状态开关端口电压源型换流器调整的有功功率P_k′：

步骤5、利用式(4)获取第k条馈线有功容量比r_s-k：

步骤6、利用式(5)获取第k条馈线分配到的分布式电源输入的有功功率P_DG-k：

P_DG-k＝P_DG×r_s-k (5)

式(5)中，P_DG为分布式电源输入的有功功率；

步骤7、利用式(6)获取接入分布式电源的柔性多状态开关向第k条馈线输出的总有功功率P_k：

P_k＝P′_k-P_DG-k (6)。

本发明所述的接入分布式电源的柔性多状态开关的功率潮流控制方法的特点也在于，所述步骤1中的功率模型如式(7)所示：

式(7)中，i_dck是第k个端口电压源型换流器流入直流侧的电流；i_dc-DG是分布式电源流入直流侧的电流。

所述步骤1中端口电压源型换流器的数学模型如式(8)所示：

式(7)中：ω为第k条馈线的电压角频率；C为柔性多状态开关直流侧电容容值；R为端口电压源型换流器与连接线路损耗的等效电阻；U_dc为柔性多状态开关直流母线电压；i_dk和i_qk分别表示第k个端口交流输出电流的d、q轴分量；U_sdk和U_sqk分别表示第k条馈线电压的d、q轴分量；s_dk和s_qk分别为第k个端口电压源型换流器开关函数的d、q轴分量。

与已有技术相比，本发明有益效果体现在：

1、本发明所采用的柔性多状态开关作为一种新型电力电子装置能够部分替代配电网中传统联络开关，实现了潮流的不间断灵活调控，优化了电压分布。将分布式电源接入柔性多状态开关的直流侧，分布式电源输入功率按照各馈线有功容量比进行优化分配，减轻了分布式电源接入单条馈线后引起的功率和电压波动。

2、本发明能够根据各端口电压源型换流器所连接馈线的负载率，确认各馈线之间的均衡关系，合理进行各条馈线的有功功率调整，将负载率低的馈线中多余的有功功率经过柔性多状态开关流动至负载率高的馈线，以达到各馈线负载率均衡。

3、由于分布式电源输入的有功功率存在波动性和间歇性，若直接接入单一馈线，该馈线上的功率便会时变性波动，柔性多状态开关需频繁计算各馈线负载率关系，本发明将分布式电源接入柔性多状态开关直流侧，并按照馈线有功容量比进行分布式电源输入功率的分配，分布式电源输入功率被各馈线分摊，带来的功率和电压波动也大大减小。

附图说明

图1是本发明中柔性多状态开关的端口电压源型换流器主电路拓扑图；

图2是本发明中接入分布式电源的柔性多状态开关的配电网接入拓扑图；

图3是本发明中功率潮流控制方法流程图。

具体实施方式

本实施例中，如图1所示，采用的柔性多状态开关作为一种电力电子装置，背靠背电压源型变流器是柔性多状态开关的主要实现形式。如图2所示，本实施例中柔性多状态有三个端口，接入分布式电源的柔性多状态开关串接在三条馈线的末端，对三条不同馈线进行了柔性互联。一种接入分布式电源的柔性多状态开关的功率潮流控制方法，如图3所示，是按如下过程进行：

步骤1、构建接入分布式电源的柔性多状态开关的功率模型和各端口电压源型换流器数学模型；

忽略柔性多状态开关的自身损耗，在接入分布式电源的柔性多状态开关正常工作时，根据功率守恒，功率模型如式(1)所示：

式(1)中，k＝1,2,3，i_dck是第k个端口电压源型换流器流入直流侧的电流；i_dc-DG是分布式电源流入直流侧的电流。

接入分布式电源的柔性多状态开关的三端背靠背拓扑结构，其三端口结构对称，均由三相电压源型换流器构成，直流侧通过公共电容相连接，分布式电源也连接在公共电容两侧。设三相电网电压平衡，若输出端口采用单L滤波，经过dq变换，同步旋转坐标系下，端口电压源型换流器的数学模型如式(2)所示：

式(2)中：ω为第k条馈线的电压角频率；C为柔性多状态开关直流侧电容容值；R为端口电压源型换流器与连接线路损耗的等效电阻；U_dc为柔性多状态开关直流母线电压；i_dk和i_qk分别表示第k个端口交流输出电流的d、q轴分量；U_sdk和U_sqk分别表示第k条馈线电压的d、q轴分量；s_dk和s_qk分别为第k个端口电压源型换流器开关函数的d、q轴分量。

步骤2、根据数学模型中的电压电流关系和功率模型中有功功率关系，利用式(3)获取馈线在接入柔性多状态开关前的第k条馈线的负载率r_load-k：

式(3)中，P_Load-k为第k条馈线的负载有功功率，P_s-k为第k条馈线电源侧有功功率容量；

步骤3、利用式(4)获取接入柔性多状态开关后的每条馈线的均衡负载率

步骤4、利用式(5)获取第k条馈线中由连接的柔性多状态开关端口电压源型换流器调整的有功功率P′_k：

步骤5、在接入分布式电源的柔性多状态开关中，若控制直流侧电压基本保持不变，则分布式电源可理想化为时变的直流电流源，通过注入电流来输入有功功率，利用式(6)获取第k条馈线有功容量比r_s-k：

步骤6、利用式(7)获取第k条馈线分配到的分布式电源输入的有功功率P_DG-k：

P_DG-k＝P_DG×r_s-k (7)

式(7)中，P_DG为分布式电源输入的有功功率；

步骤7、利用式(8)获取接入分布式电源的柔性多状态开关向第k条馈线输出的总有功功率P_k：

P_k＝P′_k-P_DG-k (8)

将计算出的P_k作为接入分布式电源的柔性多状态开关的各端口电压型换流器的控制给定值，从而使端口电压型换流器按控制方法输出所需功率。

Claims (3)

1.一种接入分布式电源的柔性多状态开关的功率潮流控制方法，所述柔性多状态开关的直流侧接入分布式电源；所述柔性多状态开关的n个端口电压源型换流器分别接入n条馈线，其特征是，所述功率潮流控制方法包括如下步骤：

步骤1、构建接入分布式电源的柔性多状态开关的功率模型和各端口电压源型换流器数学模型；

步骤2、根据所述数学模型中的电压电流关系和功率模型中有功功率关系，利用式(1)获取馈线在接入柔性多状态开关前的第k条馈线的负载率r_load-k：

式(1)中，P_Load-k为第k条馈线的负载有功功率，P_s-k为第k条馈线电源侧有功功率容量，k＝1,2,…,n；

步骤3、利用式(2)获取接入柔性多状态开关后的每条馈线的均衡负载率

步骤4、利用式(3)获取第k条馈线中由连接的柔性多状态开关端口电压源型换流器调整的有功功率P′_k：

步骤5、利用式(4)获取第k条馈线有功容量比r_s-k：

步骤6、利用式(5)获取第k条馈线分配到的分布式电源输入的有功功率P_DG-k：

P_DG-k＝P_DG×r_s-k (5)

式(5)中，P_DG为分布式电源输入的有功功率；

步骤7、利用式(6)获取接入分布式电源的柔性多状态开关向第k条馈线输出的总有功功率P_k：

P_k＝P′_k-P_DG-k (6)。

2.根据权利要求1所述的接入分布式电源的柔性多状态开关的功率潮流控制方法，其特征在于，所述步骤1中的功率模型如式(7)所示：

式(7)中，i_dck是第k个端口电压源型换流器流入直流侧的电流；i_dc-DG是分布式电源流入直流侧的电流，U_dc为柔性多状态开关直流母线电压。

3.根据权利要求2所述的接入分布式电源的柔性多状态开关的功率潮流控制方法，其特征在于，所述步骤1中端口电压源型换流器的数学模型如式(8)所示：

式(7)中：ω为第k条馈线的电压角频率；C为柔性多状态开关直流侧电容容值；R为端口电压源型换流器与连接线路损耗的等效电阻；U_dc为柔性多状态开关直流母线电压；i_dk和i_qk分别表示第k个端口交流输出电流的d、q轴分量；U_sdk和U_sqk分别表示第k条馈线电压的d、q轴分量；s_dk和s_qk分别为第k个端口电压源型换流器开关函数的d、q轴分量。

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