CN111740423B - 一种双端交直流混合点状网络统一潮流控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种双端交直流混合点状网络统一潮流控制方法，用于实现该结构下的多运行模态稳定运行与平滑切换，属于电力系统技术领域。一种双端交直流混合点状网络统一潮流控制方法，其特征在于，根据交直流两侧功率的计算进行功率的分配与协调，通过利用光伏出力、直流侧电压与交流侧频率等特征值计算得出两变流器需要传输的有功功率，结合点状网络实际应用中大部分DERs为光伏输出的特点，对于光伏MPPT控制时使用的电导增量法进行改进控制，使其能在直流侧电压超过允许值时进行反馈控制，与传统的切换定电压控制的方法相比对直流侧电压的扰动较小，从而达到平滑控制的效果。

Description

一种双端交直流混合点状网络统一潮流控制方法
技术领域
本发明具体涉及一种双端交直流混合点状网络统一潮流控制方法。
背景技术
随着能源与环境问题的日益突出以及社会经济的不断发展，电力系统尤其配电系统面临着新的挑战，分布式电源(Distributed Energy Resources，DERs)友好接纳、供电可靠性提高等问题亟待突破。点状网络结构中多路中压进线互为备用，可靠性与灵活性高，该供电模态下多路进线互为备用，是公认的可靠性较高且灵活性较强的供电方式，主要用于供电质量要求苛刻且负荷密度较大的地区，目前美国已有350多个城市采用了该低压配电模态。点状网络中所有电源和负荷都通过低压母线集中接入，其结构有利于DERs的接入控制与能量的就地消纳。但低压侧没有设置直流环节，直流输出的DERs与直流负荷必须通过相应的变流器接入，其能量转换效率与运行灵活性均受到一定制约，缺乏有效的潮流主动控制措施，传统控制手段难以满足DERs高度渗透点状网络的随机潮流控制要求。交直流混合微电网集成了交流微网和直流微网各自优点，可根据不同DERs类型与多元负荷需求分别接入直流微电网和交流微电网，但其仅考虑与公用电网单联络的情况，没有涉及交流侧多源并供的场景。
因此，如何将交直流混合配电思想与点状网络结构特点相结合，并考虑不同类型DERs与多元负荷接入要求，研究双端交直流混合点状网络新型结构、运行模态及其控制策略具有重要的现实意义。
发明内容
本发明解决的技术问题是：提出了一种双端交直流混合点状网络统一潮流控制方法，对于双端交直流混合点状网络的三种运行模态(两侧交流子网并网、一侧交流子网并网、两侧交流子网离网)进行潮流的主动控制，此种方法根据线路的监测信息，进行交直流两侧功率的计算进行功率的分配与协调，通过利用光伏出力、直流侧电压与交流侧频率等特征值计算得出两变流器需要传输的有功功率，引入直流侧电压、交流侧频率进行功率传输值的补偿，在计算出总体功率缺额后，两变流器依据对等或按照比例的方式分配各自传输的功率值，并结合点状网络系统光伏出力较高的特点对光伏MPPT控制时使用的电导增量法进行改进控制，实现多运行模态稳定运行与平滑切换，其切换过程与传统方法相比更为平滑。
本发明是通过如下措施实现的：一种双端交直流混合点状网络统一潮流控制方法，(其双端交直流混合点状网络结构如图1所示)。
双端交直流混合点状网络中，连接交直流母线的双向变流器，通过控制两个交流子网与直流子网间传输的功率值，稳定交流侧频率与直流侧电压。双端交直流混合点状网络依据两双向AC/DC变流器的状态与交流侧并网情况分为两侧交流子网并网、一侧交流子网并网、两侧交流子网离网3种稳态运行模态。
根据交直流两侧功率的计算进行功率的分配与协调，通过利用光伏出力、直流侧电压与交流侧频率等特征值计算得出两变流器需要传输的有功功率，引入直流侧电压、交流侧频率进行功率传输值的补偿，在计算出总体功率缺额后，两变流器依据对等或按照比例的方式分配各自传输的功率值，对于不同运行模态，当某一侧脱网时，收到该侧孤岛监测信号后，该侧逆变器输出功率变为该侧交流负荷需求的实际值，对侧逆变器输出功率相应变化。当两交流侧均脱网时，线路中交直流负荷均由直流侧DERs支撑，若DERs出力不足，则直流侧电压会大幅下降，部分交流负荷将被切除。结合点状网络实际应用中大部分DERs为光伏输出的特点，对于光伏MPPT控制时使用的电导增量法进行改进控制，使其能在直流侧电压超过允许值时进行反馈控制，达到平滑控制的效果。
与现有技术相比本发明的有益效果是：
本发明专利所公开的一种双端交直流混合点状网络统一潮流控制方法，对于双端交直流混合点状网络的三种运行模态(两侧交流子网并网、一侧交流子网并网、两侧交流子网离网)进行潮流的主动控制，根据交直流两侧功率的计算进行功率的分配与协调，通过利用光伏出力、直流侧电压与交流侧频率等特征值计算得出两变流器需要传输的有功功率，引入直流侧电压、交流侧频率进行功率传输值的补偿，在计算出总体功率缺额后，两变流器依据对等或按照比例的方式分配各自传输的功率值，根据点状网络系统高光伏出力的特点，设计了改进的光伏MPPT-Boost的控制方式，使得直流侧电压在光伏出力较高需限幅时不会对线路产生冲击。在不同模态下不同类型负荷均能正常工作，直流侧电压、交流侧频率、交流侧电压等参数在受到不同负荷波动及模态改变时均能做到平滑切换与正常运行。
附图说明
图1为双端交直流混合点状网络结构图；
图2为改进的光伏MPPT-Boost控制图；
图3为两侧交流子网并网、一侧交流子网并网模态切换直流侧电压效果图(1s时刻切换，2s时刻光伏出力突降，3s时刻光伏出力突增)；
图4为传统切换定电压控制方法在限幅时的直流侧电压变化效果图(2s时刻一侧交流子网并网切换为两侧交流子网离网模态)；
图5为本文所提方法在限幅时的直流侧电压变化效果图(2s时刻一侧交流子网并网切换为两侧交流子网离网模态)；
具体实施方式
为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，对本方案进行阐述。
(1)两侧交流子网并网运行模态下的功率平衡关系
当直流侧负荷轻载，即直流侧DERs功率供过于求时，直流母线通过一台或多台变流器向两侧交流母线传送功率，此时两变流器均处于逆变状态。直流侧DERs采用下垂控制与经双重移相控制连接至直流母线的蓄电池和超级电容器共同维持直流侧电压的稳定。
当直流侧负荷重载，即直流侧电网功率供不应求时，两侧交流母线通过变流器向直流母线传送功率，此时两变流器均处于整流状态，其功率平衡关系如下式。
∑Pdc-∑Pdcload＝∑Pac1-∑Pacload1+∑Pac2-∑Pacload2
(2)一侧交流子网并网运行模态下的功率平衡关系
假定交流子网1脱网后，若直流侧负荷轻载，则交流子网1侧负荷由直流电网与交流子网2侧电网共同供电，此时变流器1处于逆变状态，变流器2处于整流状态。
若直流侧负荷重载，则交流子网1侧负荷和直流负荷共同由交流子网2侧电网供电，此时变流器1处于逆变状态，变流器2处于整流状态，其功率平衡关系如下式。
∑Pacload1＝∑Pac2-∑Pacload2+∑Pdc-∑Pdcload
(3)两侧交流子网离网运行模态下的功率平衡关系
当直流负荷较轻，直流侧电网DERs出力较大时，直流电网向两侧交流负荷传送功率，此时两变流器均处于逆变状态。
当交流负荷较重时，直流侧电压会出现电压偏低情况，当超过电压限值时，交流侧电压部分负荷将主动切除，若直流微电网与两侧交流电网负荷完全脱离，此时处于孤岛运行状态，两变流器处于待机状态，其功率平衡关系如下式。
∑Pdc-∑Pdcload＝∑Pacload1+∑Pacload2
根据交直流两侧功率的计算进行功率的分配与协调，通过利用光伏出力、直流侧电压与交流侧频率等特征值计算得出两变流器需要传输的有功功率。
Pdcsum＝Ppv-Pdcload+Pdc
P1＝k1(Pdcsum-Pac1)
P2＝k2(Pdcsum-Pac2)
上式中Pac1、Pac2、Pdc分别代表交流子网1、交流子网2以及直流侧子网的功率缺额值，Pdcsum为线路总体缺额功率，Ppv为直流侧光伏出力，Pdcload为直流侧负荷额定功率，kp1、kp2、kp3分别代表各自PI调节的比例系数，kI1、kI2、kI3分别代表各自PI调节的积分系数，k1、k2分别代表两交流子网传输功率的分配系数，f1、f2、Udc分别代表交流子网1频率、交流子网2频率以及直流侧电压，fn、Un分别为交流侧频率额定值与直流侧电压额定值。
直流侧光伏由光伏阵列MPPT时获取，直流侧负荷额定功率通过计算直流侧负荷等效阻抗获取，由于存在变流器损耗等因素，引入直流侧电压、交流侧频率进行功率传输值的补偿，在计算出总体功率缺额后，两变流器依据对等或按照比例的方式分配各自传输的功率值。
当某一侧脱网时，收到该侧孤岛监测信号后，该侧逆变器输出功率变为该侧交流负荷需求的实际值，对侧逆变器输出功率相应变化。
当两交流侧均脱网时，线路中交直流负荷均由直流侧DERs支撑，若DERs出力不足，则直流侧电压会大幅下降，部分交流负荷将被切除；部分交流负荷切除后，交流侧需求的功率减少，直流侧电压恢复至正常值。若DERs出力超出规定的最大值，则直流侧电压会大幅上升，此时应当限制直流侧电压值，实现稳定的控制效果。
结合点状网络实际应用中大部分DERs为光伏输出的特点，对于光伏MPPT控制时使用的电导增量法进行改进控制，使其能在直流侧电压超过允许值时进行反馈控制，达到平滑控制的效果。
光伏阵列输出的最大功率值处的斜率为零，因此有：
P＝UI
由上式得满足时光伏阵列工作在最大功率点。
在进行控制时，一般给定一个Boost升压模块占空比的初始值，再根据电导的变化情况进行控制；当直流侧电压偏高时,本文通过引入反馈环节增大Boost升压模块的占空比，实现稳压控压的效果，其控制环节如图2所示。
本发明未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现，在此不再赘述，当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种双端交直流混合点状网络统一潮流控制方法，其特征在于，双端交直流混合点状网络结构包括两侧交流子网并网、一侧交流子网并网、两侧交流子网离网三种运行模态，根据交直流两侧功率的计算进行功率的分配与协调，通过利用光伏出力、直流侧电压与交流侧频率等特征值计算得出两变流器需要传输的有功功率，并对光伏MPPT控制时使用的电导增量法进行改进控制，实现多运行模态稳定运行与平滑切换；根据交直流两侧功率的计算进行功率的分配与协调，通过利用光伏出力、直流侧电压与交流侧频率等特征值计算得出两变流器需要传输的有功功率：
Pdcsum＝Ppv-Pdcload+Pdc
P1＝k1(Pdcsum-Pac1)
P2＝k2(Pdcsum-Pac2)
上式中Pac1、Pac2、Pdc分别代表交流子网1、交流子网2以及直流侧子网的功率缺额值，Pdcsum为线路总体缺额功率，Ppv为直流侧光伏出力，Pdcload为直流侧负荷额定功率，kp1、kp2、kp3分别代表各自PI调节的比例系数，kI1、kI2、kI3分别代表各自PI调节的积分系数，k1、k2分别代表两交流子网传输功率的分配系数，f1、f2、Udc分别代表交流子网1频率、交流子网2频率以及直流侧电压，fn、Un分别为交流侧频率额定值与直流侧电压额定值。
2.根据权利要求1所述的双端交直流混合点状网络统一潮流控制方法，其特征在于，双端交直流混合点状网络中，连接交直流母线的双向变流器，通过控制两个交流子网与直流子网间传输的功率值，稳定交流侧频率与直流侧电压，通过利用光伏出力、直流侧电压与交流侧频率等特征值计算得出两变流器需要传输的有功功率，引入直流侧电压、交流侧频率进行功率传输值的补偿，在计算出总体功率缺额后，两变流器依据对等或按照比例的方式分配各自传输的功率值。
3.根据权利要求2所述的双端交直流混合点状网络统一潮流控制方法，其特征在于，根据交直流两侧功率的计算进行功率的分配与协调，正常情况下线路处于两侧交流子网并网运行模态，当某一侧脱网进入一侧交流子网并网运行模态时，收到该侧孤岛监测信号后，该侧逆变器输出功率变为该侧交流负荷需求的实际值，对侧逆变器输出功率相应变化。
4.根据权利要求2或权利要求3所述的双端交直流混合点状网络统一潮流控制方法，其特征在于，当两交流侧均脱网进入两侧交流子网离网运行模态时，线路中交直流负荷均由直流侧DERs支撑，若DERs出力不足，则直流侧电压会大幅下降，部分交流负荷将被切除，若DERs出力充足，则直流侧电压会大幅上升，该方法对于光伏MPPT控制时使用的电导增量法进行改进控制，使其能在直流侧电压超过允许值时进行反馈控制，达到平滑控制的效果。
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