CN112564115A - 一种适用于均衡控制的多端sop自适应下垂控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种适用于均衡控制的多端SOP自适应下垂控制方法，该方法是通过动态调整接入多回10kV交流馈线的多端SOP中下垂控制换流器的下垂控制系数，以实现跟随负荷的波动实时调节SOP的各端输送有功功率，实现各回馈线之间的负载动态均衡。本发明可以实现交直流混合配电网中多回交流馈线之间的动态功率调制，确保多端SOP中的换流器能实现多回交流馈线的功率支持，提高交流配电网的设备利用率及运行可靠性。

Description

一种适用于均衡控制的多端SOP自适应下垂控制方法
技术领域
本发明所属供配电领域，特别涉及一种适用于均衡控制的多端SOP自适应下垂控制方法。
背景技术
传统城市配电网在运行的时候线路负载并不均衡，这样会导致其出现某回线路轻载、某回线路重载运行的情况。利用多端智能软开关(Softly Open Point,SOP)SOP将城市配电网中多回馈线柔性连接，可从潮流算法方面给出多端SOP的潮流指令。为实现其功能，可通过采集配电变压器终端(Transformer Terminal Unit,TTU)数据，以及历史日负荷曲线，结合优化算法通过计算得到系统的最优潮流，然后由上层命令给到多端SOP的控制器中对其潮流进行控制实现经济运行。然而通过上面的方法实现经济运行需要大量的测量元件和计算资源，实现成本较高。
现有技术基于直流配电中心的多回交流馈线的经济运行中，由于各个配电变压器的负载是动态变化的，且TTU数据的在线率不高，难以实现多回馈线间有功功率的准确调控。同时，由于TTU数据的传输延迟或中断，存在难以实现多回10kV交流馈线之间的实时经济运行等技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种适用于均衡控制的多端SOP自适应下垂控制方法，通过调节多端SOP中下垂换流器的下垂系数，可以实时控制换流器输送的功率，本发明以负载均衡为原则实时调节下垂换流器的下垂系数，使得多端SOP按照负荷均衡的原则进行经济运行。
本发明是这样实现的：一种适用于均衡控制的多端SOP自适应下垂控制方法，是通过动态调整接入多回10kV交流馈线的多端SOP中下垂控制换流器的下垂控制系数，以实现跟随负荷的波动实时调节SOP的各端输送有功功率，实现各回馈线之间的负载动态均衡。
其中，前述的动态调整接入多回10kV交流馈线的多端SOP中各下垂控制换流器的下垂系数时，第1到第n回10kV连接VSC使用下垂控制；具体控制步骤包括：
1)在每个采样周期的起始点,分别采样n台VSC的三相输出电压uan、ubn、ucn；采样n台VSC的三相输出电流ian、ibn、icn；
2)将前述的三相输出电压uan、ubn、ucn和三相输出电流ian、ibn、icn转换到αβ坐标系下，得到αβ坐标系下的电压和电流uαn，uβn，iαn，iβn；
3)根据步骤2)所得到的αβ坐标系下的电压和电流uαn，uβn，iαn，iβn计算n台VSC的瞬时有功功率Pn和无功功率Qn；
4)定义K为第1到n回的下垂控制10kV馈线的有功功率分配系数；
5)根据步骤3)所得的有功功率P1到Pn相加得到总有功功率Ptotal；
6)根据步骤5)所得的Ptotal和步骤4)所得的K，将Ptotal乘以K，再将乘得后的值分别减去P1到Pn，得到功率差值Pp1到Ppn；
7)根据步骤6)所得的Pp1到Ppn，将Pp1到Ppn分别输入到对应的PI控制器，得到第1到第n回10kV连接的下垂控制VSC的下垂控制系数Kdroop1～Kdroopn。
8)将前述的Kdroop1～Kdroopn发送到VSC#1～VSC#n用以实现根据负荷波动实时调节其输送功率。
步骤4)中的Ki计算公式为：
Figure BDA0002844299010000031
与现有技术相比，本发明可以实现交直流混合配电网中多回交流馈线之间的动态功率调制，确保多端SOP中的换流器能实现多回交流馈线的功率支持，提高交流配电网的设备利用率及运行可靠性；解决了现有技术多端SOP的多回交流馈线的经济运行；由于各个配电变压器的负载是动态变化的，且TTU数据的在线率不高，难以实现多回馈线间有功功率的准确调控。同时，由于TTU数据的传输延迟或中断，难以实现多回10kV交流馈线之间的实时经济运行等技术问题。
附图说明
图1为本发明的结构原理框图；
图2为本发明实施例基于4端SOP的交直流混合配电网示意图；
图3为本发明实施例适用于均衡控制的4端SOP自适应下垂控制方法；
图4为未考虑负载均衡策略时VSC输出有功功率波形图；
图5为未考虑负载均衡策略时变电站出线有功功率波形图；
图6为未考虑负载均衡策略时VSC网侧交流电流波形图；
图7为采用负载均衡策略时VSC输出有功功率波形图；
图8为采用负载均衡策略时变电站出线有功功率波形图；
图9为采用负载均衡策略时VSC网侧交流电流波形图；
图10为采用负载均衡策略时VSC下垂控制系数变化图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
请参阅图1-10，其中图1为本发明的结构原理框图，图2为本发明一实施例基于4端SOP的交直流混合配电网示意图，主要包括4个VSC换流器、直流母线、4个电压互感器PT1～PT4、4个电流互感器CT1～CT4、1个多端SOP控制中心；所述的4个VSC换流器用于互联10kV交流馈线，其中VSC#1～VSC#4采用下垂控制；所述的直流母线电压等级为±10kV；所述的电压、电流互感器分别安装在4回10kV馈线进线端；所述的多端SOP控制中心用于接收电压、电流互感器PT1～PT4和CT1～CT4采集的信号并对4个VSC发出控制信号。
图3为本发明一实施例适用于均衡控制的4端SOP自适应下垂控制方法，具体的控制方法包括以下步骤：
1)在每个采样周期的起始点,通过PT1～PT4分别采样4台VSC的三相输出电压ua1～ua4、ub1～ub4、uc1～uc4；通过CT1～CT4采样4台VSC的三相输出电流ia1～ia4、ib1～ib4、ic1～ic4；
2)将所述的三相输出电压ua1～ua4、ub1～ub4、uc1～uc4和三相输出电流ia1～ia4、ib1～ib4、ic1～ic4转换到αβ坐标系下，得到αβ坐标系下的电压和电流uα1～uα4，uβ1～uβ4，iα1～iα4，iβ1～iβ4；
3)根据步骤2)所得到的αβ坐标系下的电压和电流uα1～uα4，uβ1～uβ4，iα1～iα4，iβ1～iβ4计算4台VSC的瞬时有功功率P1～P4和无功功率Q1～Q4；
4)定义K为第1到4回的下垂控制10kV馈线的有功功率分配系数；
5)根据步骤3)所得的有功功率P1到P4相加得到总有功功率Ptotal；
6)根据步骤5)所得的Ptotal和步骤4)所得的K，将Ptotal乘以K，再将乘得后的值分别减去P1到P4，得到功率差值Pp1到Pp4；
7)根据步骤6)所得的Pp1到Pp4，将Pp1到Pp4分别输入到对应的PI控制器，得到第1到第4回10kV连接的下垂控制VSC的下垂控制系数Kdroop1～Kdroop4。
8)将所述的Kdroop1～Kdroop4发送到VSC#1～VSC#4用以实现根据负荷波动实时调节其输送功率达到负载均衡的目的。
步骤4)中的K计算公式为：
Figure BDA0002844299010000051
所述的多端SOP控制中心用于接收电压、电流互感器PT1～PT4和CT1～CT4采集的信号，并通过步骤(1)到步骤(8)得到下垂系数，对4端SOP的VSC进行控制。
图4～图6为本发明一实例未考虑适用于均衡控制的多端SOP自适应下垂控制方法的多端SOP负荷突变时运行特性仿真波形图。其中图4为未考虑多端SOP自适应下垂控制方法时VSC输出有功功率波形图，图5为未考虑多端SOP自适应下垂控制方法变电站出线有功功率波形图，图6为未考虑多端SOP自适应下垂控制方法时VSC网侧交流电流波形图，从仿真波形图可以看到，在不考虑多端SOP自适应下垂控制方法时，在1s时馈线II突增的4MW负荷由所在交流馈线全部承担，难以体现利用多端SOP闭环接线模式的运行特点，交流馈线II的负载率远大于其余馈线。
图7-图10为本发明一实例考虑适用于均衡控制的多端SOP自适应下垂控制方法多端SOP负荷突变时运行特性的仿真波形图。其中图7为采用多端SOP自适应下垂控制方法时VSC输出有功功率波形图，图8为采用多端SOP自适应下垂控制方法变电站出线有功功率波形图，图9为采用多端SOP自适应下垂控制方法时VSC网侧交流电流波形图，图10为采用多端SOP自适应下垂控制方法时VSC下垂控制系数变化图，从仿真波形图可以看到，在2s之前基于多端SOP的柔性互联配电网运行良好，且各馈线负荷处于均衡的状态，在3.8MW左右，采用自适应下垂系数控制的多端SOP按照负载均衡原则来完成有功功率的交互。在2s馈线II投入4MW负荷后，多端SOP内部传输的有功功率发生变化，此刻VSC#1的下垂系数最大，由于需要其减少输出功率，下垂系数迅速降低，而VSC#2快速增加了下垂系数，向多端SOP中分配了交流侧的负载，VSC#3、4同样增大了下垂系数，参与了更多的功率分配；由于下垂系数变化导致各VSC传输的有功功率功率发生了变化，使得馈线II侧增加的负荷由各回馈线共同分担。在使用了基于均衡控制的自适应下垂系数控制以后，通过实时调节多端SOP中下垂控制换流器的下垂系数，实现了接入多端SOP的各回馈线的有功功率均衡，避免了交流配电网出现某端重载某端轻载的不经济运行情况，较好体现了柔性互联运行的优势。
当然，以上只是本发明的具体应用范例，本发明还有其他的实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明所要求的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种适用于均衡控制的多端SOP自适应下垂控制方法，其特征在于：通过动态调整接入多回10kV交流馈线的多端SOP中下垂控制换流器的下垂控制系数，以实现跟随负荷的波动实时调节SOP的各端输送有功功率，实现各回馈线之间的负载动态均衡。
2.根据权利要求1所述的一种适用于均衡控制的多端SOP自适应下垂控制方法，其特征在于：所述动态调整接入多回10kV交流馈线的多端SOP中各下垂控制换流器的下垂系数时，第1到第n回10kV连接VSC使用下垂控制；具体控制步骤包括：
1)在每个采样周期的起始点,分别采样n台VSC的三相输出电压uan、ubn、ucn；采样n台VSC的三相输出电流ian、ibn、icn；
2)将所述的三相输出电压uan、ubn、ucn和三相输出电流ian、ibn、icn转换到αβ坐标系下，得到αβ坐标系下的电压和电流uαn，uβn，iαn，iβn；
3)根据步骤2)所得到的αβ坐标系下的电压和电流uαn，uβn，iαn，iβn计算n台VSC的瞬时有功功率Pn和无功功率Qn；
4)定义K为第1到n回的下垂控制10kV馈线的有功功率分配系数；
5)根据步骤3)所得的有功功率P1到Pn相加得到总有功功率Ptotal；
6)根据步骤5)所得的Ptotal和步骤4)所得的K，将Ptotal乘以K，再将乘得后的值分别减去P1到Pn，得到功率差值Pp1到Ppn；
7)根据步骤6)所得的Pp1到Ppn，将Pp1到Ppn分别输入到对应的PI控制器，得到第1到第n回10kV连接的下垂控制VSC的下垂控制系数Kdroop1～Kdroopn；
8)将所述的Kdroop1～Kdroopn发送到VSC#1～VSC#n用以实现根据负荷波动实时调节其输送功率。
3.根据权利要求2所述的一种适用于均衡控制的多端SOP自适应下垂控制方法，其特征在于：步骤4)中的Ki计算公式为：
Figure FDA0002844299000000021
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