CN112332405A - 考虑配电台区变压器负载率的三端口snop负荷转移调控方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种考虑配电台区变压器负载率的三端口SNOP负荷转移调控方法，属于负荷转移调控技术领域，其包括如下步骤：步骤S1：建立三端口SNOP模型；步骤S2：实时检测三个台区变压器输出有功功率P_bi，三个SNOP端口的输出功率P_si；步骤S3：根据检测的输出功率P_bi、P_si确定三端口SNOP运行模式；步骤S4：确定三端口SNOP工作模式后，根据变流器容量限制与配电台区变压器经济负载率对端口输出功率进行调整；步骤S5：选取各端口控制方式；步骤S6：消除定功率端口功率突变对直流侧电压波动的影响。该调控方法可以减轻变压器负载压力，提升变压器使用寿命，提高配电网稳定可靠运行的能力，并且可以有效抑制直流侧电压波动问题，对未来配电网互联发展具有一定参考价值。

Description

考虑配电台区变压器负载率的三端口SNOP负荷转移调控方法

技术领域

本发明属于负荷转移调控技术领域，特别是涉及一种考虑配电台区变压器负载率的三端口SNOP负荷转移调控方法。

背景技术

柔性多状态开关(Soft Normally-Open Point，SNOP)作为一种新型电力电子装置，可代替传统电网中联络断路器从而实现馈线之间的软连接，具有调控能量双向流动、无功补偿、谐波治理等功能,为传统配电网发展中所遇到的瓶颈问题提供了新的解决方案。SNOP对配电网运行优化主要还是通过潮流调控实现的，利用柔性开关控制馈线间负荷均衡、改善潮流分布的功能，提高配电系统供电可靠性，解决传统配电网所存在缺陷。

但目前有关调控策略研究对于变压负载过重甚至超载现象、变压器经济运行负载率区间约束问题以及在控制目标改变时候直流侧电压波动导致追踪丢失等问题考虑较少。这将会对配电网安全运行带来隐患。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供考虑配电台区变压器负载率的三端口SNOP负荷转移调控方法，以实现配电网台区馈线功率平衡，提高配电网抗干扰能力，保证台区正常运行，提高供电可靠性。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是，

一种考虑配电台区变压器负载率的三端口SNOP负荷转移调控方法，包括如下步骤：

步骤S1：建立三端口SNOP模型；

步骤S2：实时检测三个台区变压器输出有功功率P_bi，三个SNOP端口的输出功率P_si；

步骤S3：根据检测的输出功率值P_bi、P_si确定三端口SNOP运行模式；

步骤S4：确定三端口SNOP运行模式后，根据变流器容量限制与配电台区变压器经济负载率对端口输出功率进行调整；

步骤S5：选取各端口控制方式；

步骤S6：消除定功率端口功率突变对直流侧电压波动的影响。

进一步的，所述步骤S1三端口SNOP由三个三相变换器VSC组成；

所述模型为，根据基尔霍夫电流定律得到的单个三项变换器VSC在三相静止坐标系下的数学模型：

其中L表示交流侧等效电感；e_x、i_x分别表示电网侧三相电压、三相电流，x＝a,b,c；t表示时间；R为线路与电感等效电阻之和；u_x表示变流器交流侧等效电压，x＝a,b,c；U_dc表示直流侧电压；s_x表示三相桥臂开关管函数，x＝a,b,c，其为0-1变量，1表示上桥臂导通下桥臂关断，0表示下桥臂导通上桥臂关断；

将上式变换为dq同步旋转坐标系下的直流量的数学模型为：

其中i_d、i_q分别表示网侧三相电流经dq变换后d、q分量；e_d、e_q分别表示网侧三相电压经dq变换后d、q分量；s_d、s_q分别表示三相桥臂开关管函数经dq变换后d、q分量；ω表示角速度。

进一步的，所述步骤2中的P_si在SNOP未工作时P_si＝0，将P_si＝0代入功率平衡公式P_li＝P_bi+P_si可得P_li＝P_bi；

P_li表示三个台区有功负荷总量，i取值为1、2、3；P_bi表示三个台区变压器输出有功功率，i取值为1、2、3；P_si表示三个SNOP端口的输出功率，i取值为1、2、3。

进一步的，所述步骤S3根据检测的输出功率值P_bi、P_si确定三端口SNOP运行模式具体为：

根据P_bi、P_si的值就可以根据功率平衡公式P_li＝P_bi+P_si计算出P_li；首先判断P_li以及S_ei是否满足P_l1+P_l2+P_l3>0.665(S_e1+S_e2+S_e3)；若满足则表示无法通过调控满足变压器经济负载率约束，需要根据负荷等级切除负载，再重新判断P_li以及S_ei是否满足P_l1+P_l2+P_l3>0.665(S_e1+S_e2+S_e3)；若不满足则表示可以通过调控实现变压器经济负载率约束，则继续判断；

继续判断P_l1>0.665S_e1，若满足则表示台区1超载，继续判断P_l2>0.665S_e1，满足则表示台区2超载，此时为模式7；若不满足P_l2>0.665S_e1则判断P_l3>0.665S_e1，若满足则表示台区3超载，此时为模式6，若不满足则为模式5；

若不满足P_l1>0.665S_e1，则判断P_l2>0.665S_e1，满足则表示台区2超载，继续判断P_l3>0.665S_e，若满足表示台区3超载，此时为模式2；若不满足P_l3>0.665S_e，此时为模式3；若不满足P_l2>0.665S_e1，继续判断P_l3>0.665S_e，满足表示台区3超载，此时为模式4，若不满足此时为模式1；

所述S_ei表示变压器额定容量，i取值为1、2、3。

进一步的，所述步骤S4确定三端口SNOP工作模式后，根据变流器容量限制与配电台区变压器经济负载率对端口输出功率进行调整具体为：

首先根据变压器容量确定SNOP端口控制模式，选择端口2作为直流侧电压控制，即V_dc-Q控制方式，其余端口为定功率控制，即P-Q控制方式；然后检测当前各变压器二次侧输出功率P_bi与当前各SNOP端口的输出功率P_si；由功率平衡公式P_li＝P_bi+P_si得到当前台区的负载的输出功率P_li；判断当前变压器二次侧输出功率是否满足P_bi＞66.5％S_ei，若不满足则无需调控，返回继续检测P_bi与P_si，若满足表示变压器超载，需要对其进行调控，调控后的新的变压器二次侧输出功率为P_bi ^*＝66.5％S_ei；继续判断P_li-66.5％S_ei＜P_maxs，若不满足则表示台区需要SNOP端口调控的功率P_si超出其容限值，需要对配电台区进行切除负载操作；若满足则表示台区需要SNOP端口调控的功率未超出其容限值，调整SNOP端口的输出功率为P_si ^*，P_si ^*＝P_li-66.5％S_ei；

其中P_bi ^*表示调控后的新的变压器二次侧输出有功功率，i＝1、2、3；P_si ^*表示新的SNOP端口的输出功率，i＝1、2、3；P_maxs表示SNOP端口最大输出功率。

进一步的，所述步骤S5选取各端口控制方式具体为：

三端口SNOP的端口1、3采用P-Q控制则，端口2采用V_dc ²-Q控制；

端口1输出功率为：

端口3输出功率为：

端口2输出功率为：

其中ω₁/(s+ω₁)、ω₃/(s+ω₃)、ω₂/(s+ω₂)分别表示端口1、端口3、端口2侧电流内环传递函数；i_dref1、i_dref3、i_dref2分别表示VSC₁、VSC₃、VSC₂的d轴电流参考信号；P_ref1、P_ref3分别表示端口1、端口3有功功率参考值；U_dref表示直流电压参考值；k_p、k_i表示电压外环PI参数；s表示复空间的空间变量。

进一步的，所述步骤S6消除定功率端口功率突变对直流侧电压波动的影响具体为：

将P_ref1、P_ref3引入到端口2的V_dc ²-Q控制中得到：

通过上式在定直流电压端引入功率前馈，消除了定功率端口功率突变对直流侧电压波动的影响。

进一步的，所述模式1表示各端口不传输有功功率，SNOP停止工作，无需对端口输出功率进行调控；模式2表示台区1传输能量给台区2、3；模式3表示台区1、3传输能量给台区2；模式4表示台区1、2传输能量给台区3；模式5表示台区2、3传输能量给台区1；模式6表示台区2传输能量给台区1、3；模式7表示台区3传输能量给台区1、2。

本发明的有益效果是：本文所提出的负荷转移调控策略与直流稳压控制可以有效的实现调控配电台区各变压器负载率，减轻变压器负载压力，提升变压器使用寿命，提高配电网稳定可靠运行的能力，具有更好的动态性能并且可以有效抑制直流侧电压波动问题，对未来配电网互联发展具有一定参考价值。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是基于三端口SNOP配电台区负荷转移结构图；

图2是三端口SNOP拓扑结构图；

图3是三端口SNOP正常工作拓扑结构图；

图4是三端口SNOP运行模式判断流程图；

图5是负荷转移策略控制流程图图；

图6三端口SNOP系统总体控制框图；

图7(a)SNOP输出功率波形；

图7(b)变压器输出功率波形；

图8(a)SNOP调控前变压器负载率波形图；

图8(b)SNOP调控后变压器负载率波形图；

图9(a)传统控制下传输功率改变时直流侧电压波形图；

图9(b)改进控制下传输功率改变时直流侧电压波形图。

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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例主要针对三端口SNOP对正常并网时负荷转移这一经典模式进行分析，因此对端口离网等模式不进行讨论。

如图1表示一个基于三端口SNOP配电台区负荷转移结构图。其中DN₁、DN₂和DN₃为10kV配电网，S₁-S₆表示断路器，T₁、T₂、T₃变压器变比均为10.5/0.4kV，S_e1、S_e3、S_e3分别表示三台变压器额定容量，其值分别为315、630、400kVA；P_li表示三个台区有功负荷总量，i＝1、2、3；P_bi表示三个台区变压器输出有功功率，i＝1、2、3；P_si表示三个SNOP端口的输出功率，i＝1、2、3。其中三端口SNOP由三个三相变换器(VSC₁、VSC₂、VSC₃，端口输出容量均为100kVA)与直流侧滤波电容组成，通过“交-直-交”变换将三条馈线柔性连接，是一种AC/DC/AC变换器结构，其中端口2控制直流侧电压稳定，直流侧为公共直流线路，直流侧电容是为了抑制直流侧电压纹波提供能量缓冲。其余端口进行有功功率与无功功率解耦控制，从而实现各个馈线之间功率双向流动，达到台区负荷均衡的目的。

由于各端口功率流动是双向的，因此整个SNOP通常各端口在结构上是完全对称的，当变流器工作在V-F模式时，为了提高其输出电能质量，通常在交流侧并联一组滤波电容C_f，其结构如图2所示。图中e_a、e_b、e_c表示电网侧三相电压；i_a、i_b、i_c表示电网侧三相电流；u_a、u_b、u_c表示变流器交流侧等效电压；R为线路与电感等效电阻之和；L表示交流侧等效电感；i₁表示从直流母线侧流入VSC₁端口侧电流，i₂表示从VSC₂端口侧流向直流母线电流，i₃表示从直流母线侧流入VSC₃端口侧电流；C表示直流侧滤波电容，I_c表示直流侧滤波电容输出电流；U_dc表示直流侧电压。

1.建立基本整流模型，并对造成直流侧电压波动的原因进行分析。

直流侧母线电压稳定是整个装置稳定运行的必要条件，若直流电压发生较大波动会使系统控制精度变差，若直流侧电压发生较大跌落，会导致整个系统崩溃，因此抑制直流侧电压波动是整个系统控制中非常重要的一个环节，以下分析了导致直流侧电压波动的原因。

1.1建立基本整流模型

由于SNOP各端口在结构上完全对称，为简化分析，仅对单个VSC模型进行分析。假设开关为理想开关，忽略其开关损耗。根据基尔霍夫电流定律得到VSC在三相静止坐标系下的数学模型：

L表示交流侧等效电感；e_x、i_x分别表示电网侧三相电压、三相电流，x＝a,b,c；t表示时间；R为线路与电感等效电阻之和；u_x表示变流器交流侧等效电压，x＝a,b,c；U_dc表示直流侧电压；s_x表示三相桥臂开关管函数，x＝a,b,c，其为0-1变量，1表示上桥臂导通下桥臂关断，0表示下桥臂导通上桥臂关断。

将式(1)变换为dq同步旋转坐标系下的直流量的数学模型为：

其中i_d、i_q分别表示电网侧三相电流经dq变换后d、q分量；e_d、e_q分别表示电网侧三相电压经dq变换后d、q分量；s_d、s_q分别表示三相桥臂开关管函数经dq变换后d、q分量；ω表示角速度。

1.2功率平衡分析

三端口SNOP正常工作拓扑结构如图3所示，SNOP直流侧功率传输首先通过直流侧电容解耦传输给另两端。忽略线路损耗与装置损耗，则系统稳定时：

P_C+P₂＝P₁+P₃ (4)

P₁、P₃分别表示VSC₁与VSC₃端口从直流侧输出功率，P₂表示VSC₂端口输入直流侧功率，P_C表示直流侧电容输出功率。

当系统稳定运行时直流母线电压几乎不发生波动，此时P_C＝0，则P₂＝P₁+P₃。正常工作情况下直流母线电压由VSC₂端口单独控制，VSC₁与VSC₃两端口则采用恒定功率控制。

1.3直流电压波动原因分析

当采用SPWM调制时，直流侧与交流侧电压存在如下关系：

其中m表示调制系数，通常0<m<1；|U_ac|表示交流侧电压幅值。则：

为保证调制可靠性，取调制比最大m＝1，直流侧电压应大于两倍交流侧有效值，则对于380V电网，直流侧电压应大于760V即可确保SPWM调制正常工作。

在此忽略系统中的线路损耗与开关损耗，根据基尔霍夫电流定律可得：

其中C表示直流侧电容值；i₁表示从直流母线侧流入VSC₁端口侧电流；i₂表示从VSC₂端口侧流向直流母线电流；i₃表示从直流母线侧流入VSC₃端口侧电流。

将式(7)代入式(4)得：

其中u_d1、u_d2、u_d3分别表示VSC₁、VSC₂、VSC₃端电压d轴分量；i_d1、i_d2、i_d3分别表示VSC₁、VSC₂、VSC₃端电流d轴分量；u_q1、u_q2、u_q3分别表示VSC₁、VSC₂、VSC₃端电压q轴分量；i_q1、i_q2、i_q3分别表示VSC₁、VSC₂、VSC₃端电流q轴分量。

当SNOP各端口都采用单位功率因数控制时，i_q＝0，则：

令中间变量为P₁、P₂、P₃：

因此：

因此忽略交流侧电压的波动时，则根据上式(11)可知，在SNOP中导致直流侧电压发生波动的主要因素是恒功率控制端口的有功功率变化。

2.负荷转移调控与直流母线电压控制策略

2.1实时检测各台区变压器二次侧输出功率值P_bi，SNOP各端口输出功率P_si。

容量在630kVA之下变压器空载损耗通常不超过其容量的5％，考虑变压器自身空载损耗其功率因数按

计算，负载率满足

时则有：

P_bi≤0.665S_ei (13)

φ表示变压器功率因数角；β_i表示变压器的负载率，i取值为1、2、3；S_ei表示变压器额定容量，i取值为1、2、3。

根据功率平衡公式：

P_li＝P_bi+P_si (14)

其中P_li表示三个台区有功负荷总量，i取值为1、2、3；P_bi表示各台区变压器输出有功功率，i取值为1、2、3；P_si表示三个SNOP端口的输出功率，i取值为1、2、3。

当SNOP未工作时其端口输出功率P_si＝0，代入上式得：

P_li＝P_bi (15)

因此只需要检测各台区变压器二次侧输出功率值P_bi即可判断SNOP工作模式。

2.2根据检测的输出功率值P_bi、P_si确定三端口SNOP运行模式。

三端口SNOP运行模式判断流程图如图4所示。

将SNOP运行模式分为7种运行模式，其运行模式具体见表1所示。

表1 SNOP单位功率因数运行模式

模式	端口1	端口2	端口3
				1	0	0	0
2	-	+	+
				3	-	+	-
4	-	-	+
				5	+	-	-
6	+	-	+
				7	+	+	-

表1中“+”表示直流侧传输有功功率至交流侧；“-”表示交流侧传输有功功率到直流侧；“0”表示不传输功率。模式1表示各端口不传输有功功率，SNOP停止工作；模式2表示台区1传输能量给台区2、3；模式3表示台区1、3传输能量给台区2；模式4表示台区1、2传输能量给台区3；模式5表示台区2、3传输能量给台区1；模式6表示台区2传输能量给台区1、3；模式7表示台区3传输能量给台区1、2。

2.3确定三端口SNOP工作模式后，根据变流器容量限制与配电台区变压器经济负载率对端口输出功率进行调整。

负荷转移策略控制流程图如附图5所示。

首先根据变压器容量确定SNOP端口控制模式，由于台区2变压器容量较大，选择端口2工作在V_dc-Q控制方式，端口1、3则运行在P-Q控制方式，根据功率恒定，因此只需要控制端口1、3的输出功率即可实现三个端口输出功率的控制。按照变压器负载率经济运行区间70％之内进行调整，检测装置每隔一段时间进行检测记录。

检测当前各变压器二次侧输出功率P_bi与当前的SNOP端口的输出功率P_si；由功率平衡公式式(14)得到当前台区的负载的输出功率P_li；

判断当前各变压器二次侧输出功率是否满足P_bi＞66.5％S_ei，若不满足则无需调控，返回继续检测P_bi与P_si，若满足表示变压器超载，需要对其进行调控；调整后：

P_bi ^*＝66.5％S_ei (16)

其中P_bi*表示调控后的新的变压器二次侧输出有功功率，i＝1、2、3；

继续判断

P_li-66.5％S_ei＜P_maxs (17)

若不满足则表示台区需要SNOP端口调控的功率P_si超出其容限值P_maxs，需要对配电台区进行切除负载操作；满足则表示台区需要SNOP端口调控的功率P_si未超出其容限值P_maxs，则调整端口输出功率为P_si ^*：

P_si ^*＝P_li-66.5％S_ei (18)

其中P_si ^*表示新的SNOP端口的输出功率，i取值为1、2、3；P_maxs表示SNOP端口最大输出功率。

3.直流母线电压控制策略

3.1选取各端口控制方法

SNOP各端口在结构上是相同的，其中一端口采用定直流侧电压与无功功率控制(V_dc-Q)，其余端口均采用定功率控制(P-Q)。在选取各端口控制方法时，选择该台区变压器容量最大端口作为定直流电压端，即2端口，1、3端口则作为定功率控制端。

为抑制直流侧电压波动、进一步提升直流侧电压稳定速度，在此提出一种电压平方与功率前馈相结合直流稳压控制方法。三端口SNOP的端口1、3采用P-Q控制：

P₁表示SNOP端口1输出有功功率；ω₁/(s+ω₁)表示端口1侧电流内环传递函数；i_dref1表示VSC₁的d轴电流参考信号；P_ref1表示端口1有功功率参考值；P₃表示SNOP端口3输出有功功率；ω₃/(s+ω₃)表示端口3侧电流内环传递函数；i_dref3表示VSC₃的d轴电流参考信号；P_ref3表示端口3有功功率参考值。

为进一步提高直流侧电压稳定速度，在传统定直流电压控制方法上进行改进，提出采用电压平方差的方法控制直流侧电压稳定，即端口2采用V_dc ²-Q控制，则端口2的功率P₂为：

ω₂/(s+ω₂)表示端口2侧电流内环传递函数；i_dref2表示VSC₂的d轴电流参考信号；U_dref表示直流电压参考值；k_p、k_i表示电压外环PI参数；s表示复空间的空间变量。

3.2消除定功率端口功率突变对直流侧电压波动的影响

将P₁、P₂、P₃带入式(11)得：

由上式可知当功率参考信号P_refi突然改变从而导致直流侧电压U_dc的变化，因此在V_dc ²-Q控制中引入P_ref1、P_ref3得到：

通过上式(23)在定直流电压端引入功率前馈，消除了定功率端口功率突变对直流侧电压波动的影响，三端口SNOP系统总体控制框图如图6。图6中θ表示电网侧三相电压a相相角；P_ref表示有功功率参考值；Q_ref表示无功功率参考值(本文中Q_ref＝0)；ω＝100π表示角速度；u_d、u_q分别表示三相电压u_a、u_b、u_c经dq变换后电压。

本发明所提出的负荷转移调控的方法与直流稳压控制可有效提高配电网稳定可靠运行的能力，有效抑制直流侧电压波动问题，减轻变压器负载压力，实现调控配电台区各变压器负载率。

实施例：

本发明在MATLAB/Simulink平台下搭建基于三端口SNOP负荷转移仿真模型，验证本文所提出基于三端口SNOP负荷转移控制策略与改进直流稳压控制策略有效性与正确性，其仿真参数如下表2：

表2 SNOP仿真参数

参数	取值
		电网额定电压(相)U<sub>sxref</sub>	220V
直流侧额定电压U<sub>dc</sub>	800V
		网侧电阻R<sub>0</sub>	0.1Ω
网侧电感L<sub>f</sub>	5mH
		直流侧电容C	4000μF
开关频率f<sub>vsc</sub>	10kHz

在该台区中T₁、T₂、T₃变比均为10.5/0.4kV，容量分别为：315kVA、630kVA、400kVA，将其带入式(12)计算可得各配电台区变压器有功功率负载阈值分别为：209.5kW、419kW、266kW，当变压器所带负荷超过该值时通过SNOP进行负荷转移,同时考虑SNOP传输功率容量限制。下表3为仿真实况信息。

表3负荷转移仿真功率实况表

0.2-0.5s时SNOP工作在模式0，各变压器所带负载均未超过设定阈值，此时SNOP不工作；

0.5-0.8s时SNOP工作在模式4，台区3有功负荷增加至300kW，超过其阈值266kW，此时台区3超出有功负荷34kW通过SNOP转移至台区2侧，同时变压器2所带负载未超出其阈值，正常运行；

0.8-1.2s时SNOP工作在模式6，台区1有功负荷增加至230kW，超过其阈值209.5kW，此时台区1超出有功负荷20.5kW通过SNOP转移至台区2侧，同时变压器2所带负载未超出其阈值，正常运行；

1.2-1.5s时SNOP工作在模式5，台区3有功负荷减少至150kW，小于其变压器带载阈值，无需负荷转移，SNOP端口3不工作。台区2有功负荷增加至370kW，此时变压器2发出功率370kW+20.5kW＝390.5kW小于其带载阈值，正常工作；

1.5-1.8s时SNOP工作在模式5，台区1有功负荷增加至330kW，超出变压器1带载阈值209.5kW共110.5kW，此时由于变压器2受其阈值限制，多余负载1向变压器2、3转移，此时由端口2、3共同向端口1供电分别为49kW、51kW，受SNOP端口容量(100kW)限制，此时变压器1过载(230kW)需按照负载等级进行切除负载操作。

图7(a)、图7(b)与图8(a)、图8(b)仿真结果验证了本文所提出的负荷转移策略的有效性与正确性。通过SNOP可以有效实现台区之间的负荷转移，通过合理的负荷转移策略，使各台区变压器负载率最大限度地保持在经济负载率70％以内，同时相对于其他调控策略SNOP动作频率大幅度减少，增强了整个配电台区的供电稳定性与可靠性。

为验证本文所提出的电压平方追踪与功率前馈相结合的直流侧电压稳定方法的有效性，在所搭建三端口SNOP模型根据表3实况进行仿真验证。

在0-0.5s内SNOP各端口均不输入输出功率；0.5-0.8s时馈线3负荷增加，端口2传送有功功率34kW给端口3；0.8-1.2s时馈线1负荷增加，端口2给端口1与端口3同时供电，端口3共传送有功功率54.5kW；1.2-1.5s时，馈线3负荷减少，端口2单独传送有功功率20.5kW给端口1；1.5-1.8s时，馈线1负荷再次增加，端口2传送有功功率49kW给端口1。仿真结果如图9a，图9b所示。

根据图9(a)，图9(b)可以看出，当采用传统直流稳压控制策略时直流母线电压波动超过70V，恢复稳定时间约1s。而本文所提出的改进方法相较传统直流电压控制方法具有更好的动态性能，恢复稳定时间约0.03s，当SNOP输出功率突变时对直流侧电压波动抑制效果更佳明显，电压波动不超过19V，波动比小于2.5％，为调控策略实施提供可靠保障。

本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种考虑配电台区变压器负载率的三端口SNOP负荷转移调控方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1：建立三端口SNOP模型；

步骤S2：实时检测三个台区变压器输出有功功率P_bi，三个SNOP端口的输出功率P_si；

步骤S3：根据检测的输出功率值P_bi、P_si确定三端口SNOP运行模式；

步骤S4：确定三端口SNOP运行模式后，根据变流器容量限制与配电台区变压器经济负载率对端口输出功率进行调整；

步骤S5：选取各端口控制方式；

步骤S6：消除定功率端口功率突变对直流侧电压波动的影响。

2.根据权利要求1所述的一种考虑配电台区变压器负载率的三端口SNOP负荷转移调控方法，其特征在于，所述步骤S1三端口SNOP由三个三相变换器VSC组成；

所述模型为，根据基尔霍夫电流定律得到的单个三相变换器VSC在三相静止坐标系下的数学模型：

其中L表示交流侧等效电感；e_x、i_x分别表示电网侧三相电压、三相电流，x＝a,b,c；t表示时间；R为线路与电感等效电阻之和；u_x表示变流器交流侧等效电压，x＝a,b,c；U_dc表示直流侧电压；s_x表示三相桥臂开关管函数，x＝a,b,c，其为0-1变量，1表示上桥臂导通下桥臂关断，0表示下桥臂导通上桥臂关断；

将上式变换为dq同步旋转坐标系下的直流量的数学模型为：

其中i_d、i_q分别表示网侧三相电流经dq变换后d、q分量；e_d、e_q分别表示网侧三相电压经dq变换后d、q分量；s_d、s_q分别表示三相桥臂开关管函数经dq变换后d、q分量；ω表示角速度。

3.根据权利要求1所述的一种考虑配电台区变压器负载率的三端口SNOP负荷转移调控方法，其特征在于，所述步骤2中的P_si在SNOP未工作时P_si＝0，将P_si＝0代入功率平衡公式P_li＝P_bi+P_si可得P_li＝P_bi；

P_li表示三个台区有功负荷总量，i取值为1、2、3；P_bi表示三个台区变压器输出有功功率，i取值为1、2、3；P_si表示三个SNOP端口的输出功率，i取值为1、2、3。

4.根据权利要求1所述的一种考虑配电台区变压器负载率的三端口SNOP负荷转移调控方法，其特征在于，所述步骤S3根据检测的输出功率值P_bi、P_si确定三端口SNOP运行模式具体为：

根据P_bi、P_si的值就可以根据功率平衡公式P_li＝P_bi+P_si计算出P_li；首先判断P_li以及S_ei是否满足P_l1+P_l2+P_l3>0.665(S_e1+S_e2+S_e3)；若满足则表示无法通过调控满足变压器经济负载率约束，需要根据负荷等级切除负载，再重新判断P_li以及S_ei是否满足P_l1+P_l2+P_l3>0.665(S_e1+S_e2+S_e3)；若不满足则表示可以通过调控实现变压器经济负载率约束，则继续判断；

继续判断P_l1>0.665S_e1，若满足则表示台区1超载，继续判断P_l2>0.665S_e1，满足则表示台区2超载，此时为模式7；若不满足P_l2>0.665S_e1则判断P_l3>0.665S_e1，若满足则表示台区3超载，此时为模式6，若不满足则为模式5；

若不满足P_l1>0.665S_e1，则判断P_l2>0.665S_e1，满足则表示台区2超载，继续判断P_l3>0.665S_e，若满足表示台区3超载，此时为模式2；若不满足P_l3>0.665S_e，此时为模式3；若不满足P_l2>0.665S_e1，继续判断P_l3>0.665S_e，满足表示台区3超载，此时为模式4，若不满足此时为模式1；

所述S_ei表示变压器额定容量，i取值为1、2、3。

5.根据权利要求1所述的一种考虑配电台区变压器负载率的三端口SNOP负荷转移调控方法，其特征在于，所述步骤S4确定三端口SNOP工作模式后，根据变流器容量限制与配电台区变压器经济负载率对端口输出功率进行调整具体为：

首先根据变压器容量确定SNOP端口控制模式，选择端口2作为直流侧电压控制，即V_dc-Q控制方式，其余端口为定功率控制，即P-Q控制方式；然后检测当前各变压器二次侧输出功率P_bi与当前各SNOP端口的输出功率P_si；由功率平衡公式P_li＝P_bi+P_si得到当前台区的负载的输出功率P_li；判断当前变压器二次侧输出功率是否满足P_bi＞66.5％S_ei，若不满足则无需调控，返回继续检测P_bi与P_si，若满足表示变压器超载，需要对其进行调控，调控后的新的变压器二次侧输出功率为P_bi ^*＝66.5％S_ei；继续判断P_li-66.5％S_ei＜P_maxs，若不满足则表示台区需要SNOP端口调控的功率P_si超出其容限值，需要对配电台区进行切除负载操作；若满足则表示台区需要SNOP端口调控的功率未超出其容限值，调整SNOP端口的输出功率为P_si ^*，P_si ^*＝P_li-66.5％S_ei；

其中P_bi ^*表示调控后的新的变压器二次侧输出有功功率，i＝1、2、3；P_si ^*表示新的SNOP端口的输出功率，i＝1、2、3；P_maxs表示SNOP端口最大输出功率。

6.根据权利要求1所述的一种考虑配电台区变压器负载率的三端口SNOP负荷转移调控方法，其特征在于，所述步骤S5选取各端口控制方式具体为：

三端口SNOP的端口1、3采用P-Q控制则，端口2采用V_dc ²-Q控制；

端口1输出功率为：

端口3输出功率为：

端口2输出功率为：

其中ω₁/(s+ω₁)、ω₃/(s+ω₃)、ω₂/(s+ω₂)分别表示端口1、端口3、端口2侧电流内环传递函数；i_dref1、i_dref3、i_dref2分别表示VSC₁、VSC₃、VSC₂的d轴电流参考信号；P_ref1、P_ref3分别表示端口1、端口3有功功率参考值；U_dref表示直流电压参考值；k_p、k_i表示电压外环PI参数；s表示复空间的空间变量。

7.根据权利要求1所述的一种考虑配电台区变压器负载率的三端口SNOP负荷转移调控方法，其特征在于，所述步骤S6消除定功率端口功率突变对直流侧电压波动的影响具体为：

将P_ref1、P_ref3引入到端口2的V_dc ²-Q控制中得到：

通过上式在定直流电压端引入功率前馈，消除了定功率端口功率突变对直流侧电压波动的影响。

8.根据权利要求4所述的一种考虑配电台区变压器负载率的三端口SNOP负荷转移调控方法，其特征在于，所述模式1表示各端口不传输有功功率，SNOP停止工作，无需对端口输出功率进行调控；模式2表示台区1传输能量给台区2、3；模式3表示台区1、3传输能量给台区2；模式4表示台区1、2传输能量给台区3；模式5表示台区2、3传输能量给台区1；模式6表示台区2传输能量给台区1、3；模式7表示台区3传输能量给台区1、2。

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