CN113555877B - 分布式潮流控制器出力协调优化控制方法 - Google Patents

分布式潮流控制器出力协调优化控制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113555877B
CN113555877B CN202111096437.6A CN202111096437A CN113555877B CN 113555877 B CN113555877 B CN 113555877B CN 202111096437 A CN202111096437 A CN 202111096437A CN 113555877 B CN113555877 B CN 113555877B
Authority
CN
China
Prior art keywords
dpfc
loss
power flow
subunit
voltage
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202111096437.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113555877A (zh
Inventor
陈骞
裘鹏
徐华
潘武略
王凯军
金玉琪
宋金根
项中明
唐爱红
陆承宇
王松
陆翌
张静
周路遥
谢浩铠
陈明
李心宇
戚宣威
翟晓辉
周伟
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
State Grid Zhejiang Electric Power Co Ltd
Electric Power Research Institute of State Grid Zhejiang Electric Power Co Ltd
Original Assignee
State Grid Zhejiang Electric Power Co Ltd
Electric Power Research Institute of State Grid Zhejiang Electric Power Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by State Grid Zhejiang Electric Power Co Ltd, Electric Power Research Institute of State Grid Zhejiang Electric Power Co Ltd filed Critical State Grid Zhejiang Electric Power Co Ltd
Priority to CN202111096437.6A priority Critical patent/CN113555877B/zh
Publication of CN113555877A publication Critical patent/CN113555877A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113555877B publication Critical patent/CN113555877B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/04—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks for connecting networks of the same frequency but supplied from different sources
    • H02J3/06—Controlling transfer of power between connected networks; Controlling sharing of load between connected networks
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/007—Arrangements for selectively connecting the load or loads to one or several among a plurality of power lines or power sources
    • H02J3/0075—Arrangements for selectively connecting the load or loads to one or several among a plurality of power lines or power sources for providing alternative feeding paths between load and source according to economic or energy efficiency considerations, e.g. economic dispatch
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/12—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks for adjusting voltage in ac networks by changing a characteristic of the network load
    • H02J3/16—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks for adjusting voltage in ac networks by changing a characteristic of the network load by adjustment of reactive power
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/18—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks
    • H02J3/1807—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks using series compensators
    • H02J3/1814—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks using series compensators wherein al least one reactive element is actively controlled by a bridge converter, e.g. unified power flow controllers [UPFC]
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2203/00—Indexing scheme relating to details of circuit arrangements for AC mains or AC distribution networks
    • H02J2203/10—Power transmission or distribution systems management focussing at grid-level, e.g. load flow analysis, node profile computation, meshed network optimisation, active network management or spinning reserve management
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2203/00—Indexing scheme relating to details of circuit arrangements for AC mains or AC distribution networks
    • H02J2203/20—Simulating, e g planning, reliability check, modelling or computer assisted design [CAD]
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/10—Flexible AC transmission systems [FACTS]
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/30—Reactive power compensation

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)
  • Control Of Electrical Variables (AREA)

Abstract

本发明公开了一种分布式潮流控制器出力协调优化控制方法。本发明采用的控制方法为：步骤1），判断线路潮流调控给定值是否在线路安全运行范围内，若是，则进行步骤2）；步骤2），判断给定值与实际值之差是否在DPFC补偿容量范围内，若是，则进行步骤3），若不是，则示警并调整线路潮流调控给定值；步骤3），确定DPFC总补偿电压；步骤4），获取所有满足线路潮流调控需求的DPFC子单元投入及其出力分配方案；筛选出满足约束条件的DPFC子单元投入及其出力分配方案；步骤5），选择损耗最小的DPFC子单元投入及其出力分配方案；步骤6），下达出力指令至各DPFC子单元，调节线路潮流至给定值。本发明可降低装置整体损耗，提高装置容量的整体利用率。

Description

分布式潮流控制器出力协调优化控制方法
技术领域
本发明属于电力系统分布式潮流控制领域，具体地说是一种分布式潮流控制器出力协调优化控制方法。
背景技术
分布式潮流控制器（DPFC）又称广义分布式静止串联补偿器，是未来柔性交流电网调控技术的重要设备之一。DPFC是一种利用低压变流器模块叠加进行线路补偿的分布式串联型柔性交流输电设备，每个变流器模块具备独立的控制单元，可分布式安装在站内、线路或杆塔上以协同满足电网的多种调控需求，相较于集中式装置，DPFC成本低、可靠性高、占地小、可扩展性强，对降低我国输配电网输电损耗具有积极作用，有着广阔的推广应用前景。
目前，针对多个DPFC子单元的出力协调控制普遍采用均分法与容量比例法。采用均分出力分配法时，若子单元容量不一致，则容量大的子单元利用率低，且整个系统调控范围受容量最小的子单元制约，经济性低；若采用比例出力分配法，将按照各子单元容量比例进行出力分配，但当调节量较小时，装置整体利用率较低，装置损耗大。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术存在的缺陷，提供一种考虑装置容量差异与运行损耗差异的分布式潮流控制器出力协调优化控制方法，以降低装置整体损耗、提高装置容量的整体利用率。
为此，本发明采用如下的技术方案：分布式潮流控制器出力协调优化控制方法，其包括：
步骤1），接受潮流控制指令，判断线路潮流调控给定值是否在线路安全运行范围内，若在线路安全运行范围内，则进行步骤2），若不在线路安全运行范围内，则示警并调整线路潮流调控给定值，重新下达潮流调控指令；
步骤2），判断线路潮流调控给定值与实际值之差是否在DPFC补偿容量范围内，若在补偿容量范围内，则进行步骤3），若不在补偿容量范围内，则示警并调整线路潮流调控给定值，重新下达潮流调控指令；
步骤3），求取调节线路潮流调控给定值与实际值之差需补偿的DPFC总补偿电压；
步骤4），在保证所有DPFC子单元输出的补偿电压之和等于步骤3）求得的DPFC总补偿电压的条件下，获取所有满足此条件的DPFC子单元投入及其出力分配方案；再根据约束条件，筛选出满足这些约束条件的DPFC子单元投入及其出力分配方案；
步骤5），在电压控制模式下，构建DPFC子单元投入及其出力分配方案的目标函数，计算并比较步骤4）中筛选出的不同方案的目标函数值，选择最小的目标函数值，即为损耗最小的DPFC子单元投入及其出力分配方案；
步骤6），根据步骤5）得到损耗最小的DPFC子单元投入及其出力分配方案，下达出力指令至各DPFC子单元，调节线路潮流至调控给定值。
本发明从DPFC拓扑结构出发，详细分析DPFC的装置损耗；考虑装置容量差异与运行损耗差异，从而提出一种DPFC出力协调优化控制方法，降低装置整体损耗，提高装置利用率。
进一步地，DPFC装置损耗包括变流器损耗、耦合变压器损耗和滤波电路损耗，其中变流器损耗包括IGBT损耗与续流二极管损耗。
更进一步地，所述的IGBT损耗包括开关损耗P sw与导通损耗P con，开关损耗根据开关动作过程分为开通损耗P sw-on和关断损耗P sw-off，则有：
P sw=P sw-on+Psw-off (1)
Figure 155287DEST_PATH_IMAGE001
(2)
Figure 559724DEST_PATH_IMAGE002
(3)
式中，f sw为载波频率，T为调制波周期，E(R gon)、E(R goff)分别为IGBT在额定电流运行时的实际门极电阻开通、关断能耗；E(R gon_test)、E(R goff_test)分别为额定电流下IGBT门极电阻开通、关断能耗出厂测试值；E on_test、E off_test分别为额定电流下IGBT导通一次、关断一次的能耗出厂测试值；V test为额定电流下IGBT集电极与发射极之间的电压；E on(t)、E off(t)分别表示某个调制波周期内IGBT在额定电流下导通一次、关断一次的实际能耗；V dc为换流器直流侧电容电压；
IGBT导通损耗P con表示为：
Figure 143152DEST_PATH_IMAGE003
(4)
式中，V CE(t)为t时刻IGBT集电极与发射极之间的电压；I C(t)为t时刻流过IGBT的电流；D Q(t)为IGBT占空比时间函数。
进一步地，续流二极管损耗P sw_D表示为：
Figure 658447DEST_PATH_IMAGE004
(5)
式中，V F(t)、I F(t)分别为t时刻二极管导通压降与导通电流，D T 为占空比，k Dre 为二极管关断损耗测试系数，E re(R g)为额定电流时IGBT门极电阻反向恢复能耗，f sw为载波频率，V dc表示换流器直流侧电容电压。
进一步地，滤波电路损耗与耦合变压器损耗分为磁芯损耗与铜损两部分，磁芯损耗P core计算公式表示为：
Figure 784666DEST_PATH_IMAGE005
(6)
式中，m c 是磁芯质量，P k是k次谐波电流在每千克质量磁芯上产生的损耗；
铜损P cm计算表达式为：
Figure 360004DEST_PATH_IMAGE006
(7)
式中，I Lrms为DPFC所在支路电流有效值，
Figure 165149DEST_PATH_IMAGE007
为电感线圈电阻率，L为线圈绕线长度，S coil为铜线截面积。
进一步地，单个DPFC子单元损耗P s表示为：
Figure 484134DEST_PATH_IMAGE008
(8)
式中，P sw为开关损耗，P con为导通损耗，P sw_D为续流二极管损耗，P core为磁芯损耗，P cm为铜损。
进一步地，将含多个DPFC子单元的支路转化为受控电源等值模型，该模型包括串联在一支路上的多个DPFC子单元、支路电感和支路电阻；
以线路电流相位为参考，第i个DPFC子单元输出的电压幅值与相位分别为u sei和
Figure 589494DEST_PATH_IMAGE009
，i=1,2,3…n；n为线路上安装的DPFC子单元总数；支路电感与电阻分别为X与R；线路首、末端母线的电压幅值与电压相位分别为U s、U r、
Figure 70154DEST_PATH_IMAGE010
、
Figure 769119DEST_PATH_IMAGE011
。
进一步地，设线路初始潮流值为P L0，线路潮流调控给定值为P Lref，则：
Figure 626217DEST_PATH_IMAGE012
(9)
其中，
Figure 586083DEST_PATH_IMAGE013
(10)
Figure 503223DEST_PATH_IMAGE014
(11)
Figure 282960DEST_PATH_IMAGE015
(12)
式中：U sei 为DPFC子单元i的补偿电压，U se为DPFC总补偿电压；P se为所有DPFC子单元的使用容量；I L表示DPFC子单元所在线路的线路电流；
当考虑DPFC子单元故障时，则投入及其出力分配方案又有所不同，计D i 为第i个DPFC子单元状态，则：
Figure 943749DEST_PATH_IMAGE016
(13)
此时，DPFC子单元i的补偿电压为：
Figure 397602DEST_PATH_IMAGE017
(14)
将DPFC子单元i的使用容量表示为：
Figure 220064DEST_PATH_IMAGE018
(15)
式中，
Figure 752677DEST_PATH_IMAGE019
表示I L的共轭；
对应DPFC子单元i利用率表示为：
Figure 217156DEST_PATH_IMAGE020
(16)
式中，S sei 是DPFC子单元i的装置容量，当S syi =0时，DPFC子单元i未投入，利用率为0%。
更进一步地，DPFC子单元投入及其出力分配方案的目标函数如下：
Figure 886035DEST_PATH_IMAGE021
(17)
其中，
Figure 144978DEST_PATH_IMAGE022
是DPFC总补偿电压给定值与所有DPFC子单元的补偿电压和之差的平方和；
Figure 899307DEST_PATH_IMAGE023
为第i个DPFC子单元的利用率评估函数，利用率越高，子单元利用率评估函数越小；A(U sei )为第i个DPFC子单元的损耗函数，与IGBT型号相关。
再进一步地，DPFC控制目标需要满足的等式与不等式约束如下：
满足被控电力系统线路潮流控制目标的DPFC总出力需求：
Figure 42844DEST_PATH_IMAGE024
(18)
线路潮流约束：
P Lmin≤P Lref≤P Lmax (19)
Q Lmin≤Q Lref≤Q Lmax (20)
P Lmin、P Lmax、Q Lmin、Q Lmax分别为电力系统运行允许的最小有功功率、最大有功功率、最小无功功率与最大无功功率；P Lref、Q Lref分别表示DPFC调节线路有功功率、无功功率的给定值；
DPFC子单元的装置出力约束：
U sei,min≤U sei ≤U sei,max (21)
U sei,min、U sei,max分别为DPFC子单元i最小与最大补偿电压；
DPFC子单元容量约束：
Figure 831808DEST_PATH_IMAGE025
(22)
Figure 996073DEST_PATH_IMAGE026
为装置容量利用率，取0.75~0.95；
耦合变压器电压约束：
U sei ≤U Tmaxi (23)
U Tmaxi 为DPFC子单元i对应耦合变压器原边最大允许输出电压；
变压器容量约束：
S syi ≤S TNi (24)
S TNi 为DPFC子单元i对应耦合变压器的额定功率。
本发明具有的有益效果如下：本发明可根据实际出力需求得到DPFC子单元最优投入方案及其最优出力分配方案，有效降低装置整体损耗，提高装置容量的整体利用率，对降低我国输配电网输电损耗，提高电网运行的灵活可控性具有积极的作用。
附图说明
图1为本发明具体实施方式中DPFC子单元拓扑结构图；
图2为本发明具体实施方式中DPFC子单元等效电路模型图；
图3为本发明具体实施方式中受控电源等值模型图；
图4为本发明分布式潮流控制器出力协调优化控制方法的流程图。
具体实施方式
下面结合实施例和说明书附图对本发明的技术方案进行更加清楚、完整的描述。
完整的DPFC系统由多个DPFC子单元组成，DPFC子单元的拓扑结构如图1所示。
DPFC子单元由耦合变压器、IGBT、直流电容器、滤波电路、旁路单元、取能电路、控制单元等模块组成，其等效电路模型如图2所示。
本发明考虑DPFC装置损耗包括变流器损耗、耦合变压器损耗和滤波电路损耗，变流器损耗包括IGBT损耗与续流二极管损耗。
所述的IGBT损耗包括开关损耗P sw与导通损耗P con，开关损耗根据开关动作过程分为开通损耗P sw-on和关断损耗P sw-off，则有：
P sw=P sw-on+Psw-off (1)
Figure 503278DEST_PATH_IMAGE001
(2)
Figure 309560DEST_PATH_IMAGE002
(3)
式中，f sw为载波频率，T为调制波周期，E(R gon)、E(R goff)分别为IGBT在额定电流运行时的实际门极电阻开通、关断能耗；E(R gon_test)、E(R goff_test)分别为额定电流下IGBT门极电阻开通、关断能耗出厂测试值；E on_test、E off_test分别为额定电流下IGBT导通一次、关断一次的能耗出厂测试值；V test为额定电流下IGBT集电极与发射极之间的电压；E on(t)、E off(t)分别表示某个调制波周期内IGBT在额定电流下导通一次、关断一次的实际能耗；V dc为换流器直流侧电容电压。
本发明将IGBT导通损耗P con表示为：
Figure 687452DEST_PATH_IMAGE003
(4)
式中，V CE(t)为t时刻IGBT集电极与发射极之间的电压；I C(t)为t时刻流过IGBT的电流；D Q(t)为IGBT占空比时间函数。
续流二极管损耗P sw_D表示为：
Figure 429143DEST_PATH_IMAGE004
(5)
式中，V F(t)、I F(t)分别为t时刻二极管导通压降与导通电流，D T 为占空比，k Dre 为二极管关断损耗测试系数，E re(R g)为额定电流时IGBT门极电阻反向恢复能耗，f sw为载波频率，V dc表示换流器直流侧电容电压。
本发明将滤波电路损耗与耦合变压器损耗分为磁芯损耗与铜损两部分，磁芯损耗P core 计算公式表示为：
Figure 892485DEST_PATH_IMAGE005
(6)
式中，m c 是磁芯质量，P k是k次谐波电流在每千克质量磁芯上产生的损耗；
铜损P cm计算表达式为：
Figure 502458DEST_PATH_IMAGE006
(7)
式中，I Lrms为DPFC所在支路电流有效值，
Figure 435DEST_PATH_IMAGE007
为电感线圈电阻率，L为线圈绕线长度，S coil为铜线截面积。
本发明将单个DPFC子单元损耗P s表示为：
Figure 772082DEST_PATH_IMAGE008
(8)
式中，P sw为开关损耗，P con为导通损耗，P sw_D为续流二极管损耗，P core为磁芯损耗，P cm为铜损。
将含多个DPFC子单元的支路转化为图3所示的受控电源等值模型，该模型包括串联在一支路上的多个DPFC子单元、支路电感和支路电阻；
以线路电流相位为参考，第i个DPFC子单元输出的电压幅值与相位分别为u sei和
Figure 988300DEST_PATH_IMAGE009
，i=1,2,3…n；n为线路上安装的DPFC子单元总数；支路电感与电阻分别为X与R；线路首、末端母线的电压幅值与电压相位分别为U s、U r、
Figure 11751DEST_PATH_IMAGE010
、
Figure 364235DEST_PATH_IMAGE011
。
设线路初始潮流值为P L0，线路潮流调控给定值为P Lref，则：
Figure 572362DEST_PATH_IMAGE012
(9)
其中，
Figure 10297DEST_PATH_IMAGE013
(10)
Figure 962072DEST_PATH_IMAGE014
(11)
Figure 169063DEST_PATH_IMAGE015
(12)
式中：U sei 为DPFC子单元i的补偿电压，U se为DPFC总补偿电压；P se为所有DPFC子单元的使用容量；I L表示DPFC子单元所在线路的线路电流；
当考虑DPFC子单元故障时，则投入及其出力分配方案又有所不同，计D i 为第i个DPFC子单元状态，则：
Figure 548091DEST_PATH_IMAGE016
(13)
此时，DPFC子单元i的补偿电压为：
Figure 112803DEST_PATH_IMAGE017
(14)
本发明将DPFC子单元i的使用容量表示为：
Figure 337111DEST_PATH_IMAGE018
(15)
式中，
Figure 929766DEST_PATH_IMAGE019
表示I L的共轭；
对应DPFC子单元i利用率表示为：
Figure 214117DEST_PATH_IMAGE020
(16)
式中，S sei 是DPFC子单元i的装置容量，当S syi =0时，DPFC子单元i未投入，利用率为0%。
目前针对DPFC多个子单元的出力协调控制普遍采用均分法与容量比例法。但是，当调节目标值与实际值相差较小时，采用均分法或容量比例法均需投入所有正常的子单元，会使得子单元容量利用率低、整体损耗高。
为降低装置整体损耗，提高装置容量的整体利用率，本发明提出一种分布式潮流控制器出力协调优化控制方法，该方法在电压控制模式下将DPFC的控制目标界定为：DPFC子单元总补偿电压达到给定值，且装置整体损耗最小，利用率较高。
本发明取式（17）所示的控制系统优化性能函数为DPFC子单元投入及其出力分配方案的目标函数如下：
Figure 626643DEST_PATH_IMAGE021
(17)
其中，
Figure 920222DEST_PATH_IMAGE022
是DPFC总补偿电压给定值U seref与所有DPFC子单元的补偿电压U sei 和之差的平方和；
Figure 101804DEST_PATH_IMAGE023
为第i个DPFC子单元的利用率评估函数，利用率越高，子单元利用率评估函数越小；A(U sei )为第i个DPFC子单元的损耗函数，与IGBT型号相关。
考虑子单元的安全稳定运行，本发明提高该DPFC控制目标需要满足的等式与不等式约束如下：
满足被控电力系统线路潮流控制目标的DPFC总出力需求：
Figure 698002DEST_PATH_IMAGE024
(18)
线路潮流约束：
P Lmin≤P Lref≤P Lmax (19)
Q Lmin≤Q Lref≤Q Lmax (20)
P Lmin、P Lmax、Q Lmin、Q Lmax分别为电力系统运行允许的最小有功功率、最大有功功率、最小无功功率与最大无功功率；P Lref、Q Lref分别表示DPFC调节线路有功功率、无功功率的给定值；
DPFC子单元的装置出力约束：
U sei,min≤U sei ≤U sei,max (21)
U sei,min、U sei,max分别为DPFC子单元i最小与最大补偿电压；
DPFC子单元容量约束：
Figure 597825DEST_PATH_IMAGE025
(22)
Figure 163935DEST_PATH_IMAGE026
为装置容量利用率，取0.75~0.95；
耦合变压器电压约束：
U sei ≤U Tmaxi (23)
U Tmaxi 为DPFC子单元i对应耦合变压器原边最大允许输出电压；
变压器容量约束：
S syi ≤S TNi (24)
S TNi 为DPFC子单元i对应耦合变压器的额定功率。
上述分布式潮流控制器出力协调优化控制方法，如图4所示，其具体实施步骤如下：
步骤1），接受潮流控制指令，判断线路潮流调控给定值是否在线路安全运行范围内，若在线路安全运行范围内，则进行步骤2），若不在线路安全运行范围内，则示警并调整线路潮流调控给定值，重新下达潮流调控指令；
步骤2），判断线路潮流调控给定值与实际值之差是否在DPFC补偿容量范围内，若在补偿容量范围内，则进行步骤3），若不在补偿容量范围内，则示警并调整线路潮流调控给定值，重新下达潮流调控指令；
步骤3），根据式(11)求取调节线路潮流调控给定值与实际值之差需补偿的DPFC总补偿电压；
步骤4），根据式(18)，在保证所有DPFC子单元输出的补偿电压之和等于步骤3）求得的DPFC总补偿电压的条件下，获取所有满足此条件的DPFC子单元投入及其出力分配方案（此时所有投运的子模块的装置容量之和应大于输出的补偿电压，出力值分配为随机；为降低计算的复杂程度并保证一定的计算精度，可以将每个子单元的出力值适当离散化）；再根据式(19)-(24)约束条件，筛选出满足这些约束条件的DPFC子单元投入及其出力分配方案；
步骤5），在电压控制模式下，构建DPFC子单元投入及其出力分配方案的目标函数，根据式(17)计算并比较步骤4）中筛选出的不同方案的目标函数值，选择最小的目标函数值，即为损耗最小的DPFC子单元投入及其出力分配方案；
步骤6），根据步骤5）得到损耗最小的DPFC子单元投入及其出力分配方案，下达出力指令至各DPFC子单元，调节线路潮流至调控给定值。
以上实施例仅是本发明的较佳实施例而已。凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均落入本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.分布式潮流控制器出力协调优化控制方法，其特征在于，包括：
步骤1），接受潮流控制指令，判断线路潮流调控给定值是否在线路安全运行范围内，若在线路安全运行范围内，则进行步骤2），若不在线路安全运行范围内，则示警并调整线路潮流调控给定值，重新下达潮流调控指令；
步骤2），判断线路潮流调控给定值与实际值之差是否在DPFC补偿容量范围内，若在补偿容量范围内，则进行步骤3），若不在补偿容量范围内，则示警并调整线路潮流调控给定值，重新下达潮流调控指令；
步骤3），求取调节线路潮流调控给定值与实际值之差需补偿的DPFC总补偿电压；
步骤4），在保证所有DPFC子单元输出的补偿电压之和等于步骤3）求得的DPFC总补偿电压的条件下，获取所有满足此条件的DPFC子单元投入及其出力分配方案；再根据约束条件，筛选出满足这些约束条件的DPFC子单元投入及其出力分配方案；
步骤5），在电压控制模式下，构建DPFC子单元投入及其出力分配方案的目标函数，计算并比较步骤4）中筛选出的不同方案的目标函数值，选择最小的目标函数值，即为损耗最小的DPFC子单元投入及其出力分配方案；
步骤6），根据步骤5）得到损耗最小的DPFC子单元投入及其出力分配方案，下达出力指令至各DPFC子单元，调节线路潮流至调控给定值；
DPFC子单元投入及其出力分配方案的目标函数如下：
Figure 806496DEST_PATH_IMAGE001
(17)
其中，
Figure 758272DEST_PATH_IMAGE002
是DPFC总补偿电压给定值U seref与所有DPFC子单元的补偿电压U sei 和之差的平方和；
Figure 965262DEST_PATH_IMAGE003
为第i个DPFC子单元的利用率评估函数；A(U sei )为第i个DPFC子单元的补偿电压U sei 的损耗函数；n为线路上安装的DPFC子单元总数。
2.根据权利要求1所述的分布式潮流控制器出力协调优化控制方法，其特征在于，DPFC装置损耗包括变流器损耗、耦合变压器损耗和滤波电路损耗，其中变流器损耗包括IGBT损耗与续流二极管损耗。
3.根据权利要求2所述的分布式潮流控制器出力协调优化控制方法，其特征在于，
所述的IGBT损耗包括开关损耗P sw与导通损耗P con，开关损耗根据开关动作过程分为开通损耗P sw-on和关断损耗P sw-off，则有：
P sw=P sw-on+Psw-off (1)
Figure 344291DEST_PATH_IMAGE004
(2)
Figure 535101DEST_PATH_IMAGE005
(3)
式中，f sw为载波频率，T为调制波周期，E(R gon)、E(R goff)分别为IGBT在额定电流运行时的实际门极电阻开通、关断能耗；E(R gon_test)、E(R goff_test)分别为额定电流下IGBT门极电阻开通、关断能耗出厂测试值；E on_test、E off_test分别为额定电流下IGBT导通一次、关断一次的能耗出厂测试值；V test为额定电流下IGBT集电极与发射极之间的电压；E on(t)、E off(t)分别表示某个调制波周期内IGBT在额定电流下导通一次、关断一次的实际能耗；V dc为换流器直流侧电容电压；
IGBT导通损耗P con表示为：
Figure 398890DEST_PATH_IMAGE006
(4)
式中，V CE(t)为t时刻IGBT集电极与发射极之间的电压；I C(t)为t时刻流过IGBT的电流；D Q(t)为IGBT占空比时间函数。
4.根据权利要求2所述的分布式潮流控制器出力协调优化控制方法，其特征在于，续流二极管损耗P sw_D表示为：
Figure 725966DEST_PATH_IMAGE007
(5)
式中，V F(t)、I F(t)分别为t时刻二极管导通压降与导通电流，D T 为占空比，k Dre 为二极管关断损耗测试系数，E re(R g)为额定电流时IGBT门极电阻反向恢复能耗，f sw为载波频率，V dc表示换流器直流侧电容电压。
5.根据权利要求2所述的分布式潮流控制器出力协调优化控制方法，其特征在于，滤波电路损耗与耦合变压器损耗分为磁芯损耗与铜损两部分，磁芯损耗P core计算公式表示为：
Figure 275896DEST_PATH_IMAGE008
(6)
式中，m c 是磁芯质量，P k是k次谐波电流在每千克质量磁芯上产生的损耗；
铜损P cm计算表达式为：
Figure 422843DEST_PATH_IMAGE009
(7)
式中，I Lrms为DPFC所在支路电流有效值，
Figure 716421DEST_PATH_IMAGE010
为电感线圈电阻率，L为线圈绕线长度，S coil为铜线截面积。
6.根据权利要求1-5任一项所述的分布式潮流控制器出力协调优化控制方法，其特征在于，单个DPFC子单元损耗P s表示为：
Figure 163583DEST_PATH_IMAGE011
(8)
式中，P sw为开关损耗，P con为导通损耗，P sw_D为续流二极管损耗，P core为磁芯损耗，P cm为铜损。
7.根据权利要求1-5任一项所述的分布式潮流控制器出力协调优化控制方法，其特征在于，将含多个DPFC子单元的支路转化为受控电源等值模型，该模型包括串联在一支路上的多个DPFC子单元、支路电感和支路电阻；
以线路电流相位为参考，第i个DPFC子单元输出的电压幅值与相位分别为u sei和
Figure 618835DEST_PATH_IMAGE012
，i=1,2,3…n；支路电感与电阻分别为X与R；线路首、末端母线的电压幅值与电压相位分别为U s、U r、
Figure 659604DEST_PATH_IMAGE013
、
Figure 225714DEST_PATH_IMAGE014
。
8.根据权利要求7所述的分布式潮流控制器出力协调优化控制方法，其特征在于，设线路初始潮流值为P L0，线路潮流调控给定值为P Lref，则：
Figure 527383DEST_PATH_IMAGE015
(9)
其中，
Figure 419115DEST_PATH_IMAGE016
(10)
Figure 540655DEST_PATH_IMAGE017
(11)
Figure 176036DEST_PATH_IMAGE018
(12)
式中：U sei 为DPFC子单元i的补偿电压，U se为DPFC总补偿电压；P se为所有DPFC子单元的使用容量；I L表示DPFC子单元所在线路的线路电流；
当考虑DPFC子单元故障时，则投入及其出力分配方案又有所不同，计D i 为第i个DPFC子单元状态，则：
Figure 332210DEST_PATH_IMAGE019
(13)
此时，DPFC子单元i的补偿电压为：
Figure 270211DEST_PATH_IMAGE020
(14)
将DPFC子单元i的使用容量表示为：
Figure 144626DEST_PATH_IMAGE021
(15)
式中，
Figure 52539DEST_PATH_IMAGE022
表示I L的共轭；
对应DPFC子单元i利用率表示为：
Figure 328799DEST_PATH_IMAGE023
(16)
式中，S sei 是DPFC子单元i的装置容量，当S syi =0时，DPFC子单元i未投入，利用率为0%，S syi 是DPFC子单元i的使用容量。
9.根据权利要求1所述的分布式潮流控制器出力协调优化控制方法，其特征在于，DPFC控制目标需要满足的等式与不等式约束如下：
满足被控电力系统线路潮流控制目标的DPFC总出力需求：
Figure 296755DEST_PATH_IMAGE024
(18)
线路潮流约束：
P Lmin≤P Lref≤P Lmax (19)
Q Lmin≤Q Lref≤Q Lmax (20)
P Lmin、P Lmax、Q Lmin、Q Lmax分别为电力系统运行允许的最小有功功率、最大有功功率、最小无功功率与最大无功功率；P Lref、Q Lref分别表示DPFC调节线路有功功率、无功功率的给定值；
DPFC子单元的装置出力约束：
U sei,min≤U sei ≤U sei,max (21)
U sei,min、U sei,max分别为DPFC子单元i最小与最大补偿电压；
DPFC子单元容量约束：
Figure 658467DEST_PATH_IMAGE025
(22)
Figure 511016DEST_PATH_IMAGE026
为装置容量利用率，取0.75~0.95；
耦合变压器电压约束：
U sei ≤U Tmaxi (23)
U Tmaxi 为DPFC子单元i对应耦合变压器原边最大允许输出电压；
变压器容量约束：
S syi ≤S TNi (24)
S TNi 为DPFC子单元i对应耦合变压器的额定功率。
CN202111096437.6A 2021-09-18 2021-09-18 分布式潮流控制器出力协调优化控制方法 Active CN113555877B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111096437.6A CN113555877B (zh) 2021-09-18 2021-09-18 分布式潮流控制器出力协调优化控制方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111096437.6A CN113555877B (zh) 2021-09-18 2021-09-18 分布式潮流控制器出力协调优化控制方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113555877A CN113555877A (zh) 2021-10-26
CN113555877B true CN113555877B (zh) 2022-01-11

Family

ID=78134671

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111096437.6A Active CN113555877B (zh) 2021-09-18 2021-09-18 分布式潮流控制器出力协调优化控制方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113555877B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114709838B (zh) * 2022-02-18 2024-09-27 扬州华鼎电器有限公司 分布式静止同步串联补偿器单元出力分配控制器及方法
CN115579894B (zh) * 2022-10-20 2023-05-16 国网浙江省电力有限公司电力科学研究院 降低装置整体损耗的分布式潮流控制器协调出力分配方法

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106936152B (zh) * 2016-09-28 2019-08-06 中国南方电网有限责任公司超高压输电公司广州局 考虑换流站损耗特性的交直流系统电压无功协调控制方法
CN107465195B (zh) * 2017-08-28 2021-04-09 上海大学 一种基于微电网结合潮流计算的最优潮流双层迭代方法
CN108964062B (zh) * 2018-08-17 2022-03-04 武汉理工大学 一种确定分布式潮流控制器3次谐波电流取值范围的方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN113555877A (zh) 2021-10-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Zeng et al. A multiport bidirectional DC–DC converter for hybrid renewable energy system integration
Moradisizkoohi et al. A family of three-port three-level converter based on asymmetrical bidirectional half-bridge topology for fuel cell electric vehicle applications
Mira et al. Analysis, design, modeling, and control of an interleaved-boost full-bridge three-port converter for hybrid renewable energy systems
CN113555877B (zh) 分布式潮流控制器出力协调优化控制方法
Askarian et al. Three-port bidirectional DC/DC converter for DC nanogrids
Zhang et al. Bidirectional LCLL resonant converter with wide output voltage range
CN106786485B (zh) 用于不平衡负载下直流微电网的电压脉动抑制方法
Surapaneni et al. A Z-source-derived coupled-inductor-based high voltage gain microinverter
CN110118945A (zh) 一种能馈型直流电子负载系统及其自组织模糊控制方法
CN111313713B (zh) 一种大规模直流变压器的分布式控制方法
Yu et al. A soft-switching control for cascaded buck-boost converters without zero-crossing detection
Haque et al. Dual active bridge and matrix converter based three-port converter topology for grid interactive PV-battery system
Moury et al. A soft-switched, multiport photovoltaic power optimizer with integrated storage interface and output voltage regulation
Zhu et al. Asymmetrical bidirectional DC–DC converter with limited reverse power rating in smart transformer
Haque et al. Three-port converter with decoupled power control strategies for residential PV-battery system
Danyali et al. A novel multi-input medium-gain DC-DC boost converter with soft-switching performance
Negri et al. Control and fault analysis of multiport converters for low voltage DC distribution systems
CN110889193A (zh) 一种直流变压器的平均电路建模方法及系统
Ranipriya et al. A brief review on partially isolated bidirectional multiport converters for renewable energy sourced DC microgrids
CN207612192U (zh) 一种高功率密度电源模块的集中器
Vekhande et al. Module integrated DC-DC converter for integration of photovoltaic source with DC micro-grid
Antony et al. A Study on a Compact Single Input Dual Output Non-isolated DC-DC Converter With Low Switching Stresses
Sun Data center power system emulation and GaN-based high-efficiency rectifier with reactive power regulation
Shankar et al. A novel approach to modeling and experimenting a solar-fed H6 configuration for battery swapping stations in rural and commercial areas using a dual phase CLLC DC–DC resonant converter
CN109067180A (zh) 一种dc-dc隔离变换电路和控制方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant