CN114552567B - 一种基于mmc柔性互联装置的多区域融合功率分配方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于MMC柔性互联装置的多区域融合功率分配方法包括：通过MMC柔性互联装置对一个目标区域的历史新能源并网情况采集信息，得到近十年目标区域各类新能源装机容量以及区域负荷变化曲线；并对目标区域的电网总承载力进行弹性分析；将目标区域依据划分标准划分为多个子区域，计算出潮流分布；实时采集多个子区域内负荷急剧变化时的电流电压值，并实时监测运行故障问题；依据目标区域一天中的负荷高低时间段，分别进行调控分配。本发明充分利用目标区域内与外的MMC柔性互联装置协调配合，保证各区域内母线电压稳定，削峰填谷，解决了在不同区域内电力系统出力与消纳不平衡的问题，实现目标区域内的功率合理调配，提升了电网安全可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统应用技术领域，具体为一种基于MMC柔性互联装置的多区域融合功率分配方法。
背景技术
如今的电力系统新能源装机占比还达不到要求，而且其发电稳定性远不如传统火力发电，资源短缺问题限制着我国各行各业的发展，故障诊断效率与电能利用率亟待提高，调度运行时处理问题也要更加迅速、准确，这需要我们对信息的处理更加精准、高效，相比而言对现有短缺资源的利用率显得更加重要。为了实现电能合理分配，碳排放量达到标准，可以利用基于MMC的柔性互联装置，在目标区域的多个子区域内实现协同供电。目前设计出的柔性互联装置，只停留在两电平式的背靠背换流器拓扑结构，对于应用于配电网中的基于MMC换流器的柔性互联装置研究较少。
针对这些问题，需设计一种基于MMC柔性互联装置的多区域融合功率传输系统，以实现多个目标子区域内的协同控制，解决在不同区域内电力系统出力与消纳不平衡的问题，实现多区域内网荷平衡，达到传统火力发电以及新增新能源装机的最大利用率。
发明内容
本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
鉴于上述存在的问题，提出了本发明。
因此，本发明解决的技术问题是：目前的柔性互联装置，只停留在两电平式的背靠背换流器拓扑结构，无法实现多目标区域配电不平衡、功率分配不合理、容易造成大规模断电，运行不稳定的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种基于MMC柔性互联装置的多区域融合功率分配方法，包括：
通过MMC柔性互联装置对一个目标区域的历史新能源并网情况采集信息，得到近十年所述目标区域各类新能源装机容量以及区域负荷变化曲线；
根据近十年新能源发电总容量与所述区域负荷变化曲线，对所述目标区域的电网总承载力进行弹性分析；
将所述目标区域依据划分标准划分为多个子区域，分别计算所述多个子区域的潮流分布；
实时采集所述多个子区域内负荷急剧变化时的电流电压值，并实时监测所述多个子区域内运行故障问题；
依据所述目标区域一天中的负荷高低时间段，分别进行调控分配。
作为本发明所述的基于MMC柔性互联装置的多区域融合功率分配方法的一种优选方案，其中：所述MMC柔性互联装置由多个MMC背靠背换流器与储能装置组成。
作为本发明所述的基于MMC柔性互联装置的多区域融合功率分配方法的一种优选方案，其中：所述MMC背靠背换流器包括三个相桥臂，所述相桥臂对应交流侧一相，所述相桥臂包括上下桥臂，所述上下桥臂包括桥臂电感和上下对称的多个半桥子模块，所述半桥子模块包括两个IGBT以及一个电容。
作为本发明所述的基于MMC柔性互联装置的多区域融合功率分配方法的一种优选方案，其中：所述采集信息包括，所述目标区域内每年新增的各类新能源装机容量、新能源发电消纳情况。
作为本发明所述的基于MMC柔性互联装置的多区域融合功率分配方法的一种优选方案，其中：所述弹性分析包括，在变压器负载率稳定的前提下，预测出所述目标区域的负荷变化并合理规划所述各类新能源装机容量，使得所述目标区域各类新能源装机容量与所述负荷变化维持相对稳定。
作为本发明所述的基于MMC柔性互联装置的多区域融合功率分配方法的一种优选方案，其中：所述划分标准包括，按照新能源装机的地理位置、新能源装机容量以及负荷水平划分。
作为本发明所述的基于MMC柔性互联装置的多区域融合功率分配方法的一种优选方案，其中：所述电流电压值包括，输电线路电网电压、各直流母线电压值以及各柔性互联装置换流器的交流侧电流值。
作为本发明所述的基于MMC柔性互联装置的多区域融合功率分配方法的一种优选方案，其中：所述故障问题包括，三相不平衡运行故障、馈线负荷变化剧烈、母线电压波动、纹波含量大。
作为本发明所述的基于MMC柔性互联装置的多区域融合功率分配方法的一种优选方案，其中：所述调控分配采用模型预测控制方法，所述模型预测控制方法利用功率参考值经dq变换得出电流参考信号送入控制器，所述控制器内设置成本函数来实现桥臂电流、抑制环流以及子模块电容电压的平衡；
所述调控分配还包括，通过所述MMC背靠背换流器进行双向传输，在子区域内负荷水平低时将能量进行储存或传输到其他负荷大的子区域，协调控制各个所述子区域之间的MMC柔性互联装置，在所述子区域内负荷高的时间段改变功率流向，功率流入所述子区域。
作为本发明所述的基于MMC柔性互联装置的多区域融合功率分配方法的一种优选方案，其中：所述负荷高低时间段为通过近十年所述目标区域各类新能源装机容量以及区域负荷变化曲线得出。
本发明的有益效果：本发明基于MMC柔性互联装置的多区域融合功率分配方法将多目标区域配电网，充分利用目标区域内与外的MMC柔性互联装置协调配合，保证各区域内母线电压稳定，削峰填谷，解决了在不同区域内电力系统出力与消纳不平衡的问题，实现了多区域内网荷平衡，实现目标区域内的功率合理调配，减小大规模故障的断电时间以及断电范围，使得区域配电网稳定运行，提升了电网安全可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例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性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
图1为本发明一个实施例提供的基于MMC柔性互联装置的多区域融合功率分配方法的整体流程示意图；
图2为本发明一个实施例提供的基于MMC柔性互联装置的多区域融合功率分配方法中MMC背靠背换流器结构图；
图3为本发明一个实施例提供的基于MMC柔性互联装置的多区域融合功率分配方法中目标区域划分示意图；
图4为本发明一个实施例提供的基于MMC柔性互联装置的多区域融合功率分配方法中故障断开以及进行调控分配的流程图；
图5为本发明一个实施例提供的基于MMC柔性互联装置的多区域融合功率分配方法中模型预测控制方法的结构框图；
图6为本发明第二个实施例提供的基于MMC柔性互联装置的多区域融合功率分配方法中MMC柔性互联装置各参数变化图；
图7为本发明第三个实施例提供的基于MMC柔性互联装置的多区域融合功率分配方法中对比实验负载率归纳图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明，显然所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通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，都应当属于本发明的保护的范围。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
同时在本发明的描述中，需要说明的是，术语中的“上、下、内和外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一、第二或第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
本发明中除非另有明确的规定和限定，术语“安装、相连、连接”应做广义理解，例如：可以是固定连接、可拆卸连接或一体式连接；同样可以是机械连接、电连接或直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，也可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1
参照图1～5，为本发明的一个实施例，提供了一种基于MMC柔性互联装置的多区域融合功率分配方法，包括：
S1：通过MMC柔性互联装置对一个目标区域的历史新能源并网情况采集信息，得到近十年所述目标区域各类新能源装机容量以及区域负荷变化曲线；
应说明的是，对高污染、高负荷的工业区、商业区进行重新规划，十年以上的区域历史数据不具有参考价值，通常情况下取近十年的历史数据较符合当前国情。
应说明的是，一个区域内的电网总承载力随着电力基础设施建设所变化，若是区域内的总负荷高于电网总承载力水平，将会伴随着电压母线失稳、从潮流失配问题，而导致大规模停电等现象发生，因此需得到新能源装机容量以及区域负荷变化曲线。
更进一步的，所述MMC柔性互联装置由多个MMC背靠背换流器与储能装置组成。
应说明的是，MMC柔性互联装置位于多个电压母线等级之间、多个目标区域之间、多个目标子区域之间。
更进一步的，所述MMC背靠背换流器包括三个相桥臂，所述相桥臂对应交流侧一相，所述相桥臂包括上下桥臂，所述上下桥臂包括桥臂电感和上下对称的多个半桥子模块，所述半桥子模块包括两个IGBT以及一个电容。
应说明的是，MMC背靠背换流器中直流侧中接入两个容值相等的电容，两个容值相等的电容中点作为接地点，具体可见图2。
更进一步的，所述采集信息包括，所述目标区域内每年新增的各类新能源装机容量、新能源发电消纳情况。
通过采集的信息，从而得到所需要的各类新能源装机容量以及区域负荷变化曲线。
S2：根据近十年新能源发电总容量与所述区域负荷变化曲线，对所述目标区域的电网总承载力进行弹性分析；
应说明的是，一个区域的装机容量为电网具有的汽(水)轮发电机组总容量，发电总量为电网实际提供给用户的电能总量，发电总量包含在装机总容量内。
更进一步的，所述弹性分析包括，在变压器负载率稳定的前提下，预测出所述目标区域的负荷变化并合理规划所述各类新能源装机容量。
具体的，弹性分析为通过相关的人工算法、深度学习算法分析后，使得所述目标区域各类新能源装机容量与所述负荷变化维持相对稳定，在煤电与其他形式能源装机规划时，将与该区域内总负荷增长水平维持一个相对平衡的标准，提高变压器的利用率，同时提高新能源的消纳能力。并且依据近十年新能源发电总容量与所述区域负荷变化曲线进行弹性分析，可以避免出现由于接入负荷剧烈上升而导致母线电压失稳等问题。
S3：将所述目标区域依据划分标准划分为多个子区域，分别计算所述多个子区域的潮流分布；
应说明的是，调度中心可以计算潮流分布，待求的运行状态参量包括电网各母线节点的电压幅值和相角，以及各支路的功率分布、网络的功率损耗。
更进一步的，所述划分标准包括，按照新能源装机的地理位置、新能源装机容量以及负荷水平划分。
应说明的是，进行细化的目的是将煤电、新能源发电厂区与高能耗厂区、居民住宅区、商业区等不同种类的区域负荷进行区分，不同类型的负荷区一天中不同时间段的负荷水平高低有一定的规律，基于历史数据掌握规律，可在大规模负荷投切时提前准备调控，具体可见图3。
同时，通常情况下在一个区域内新能源装机位置较为分散，工业厂区相对集中，因此将目标区域通过负荷水平划分为多个高负荷区、中负荷区、低负荷区，能够为后续新能源并网规划建设做准备。
S4：实时采集所述多个子区域内负荷急剧变化时的电流电压值，并实时监测所述多个子区域内运行故障问题；
更进一步的，所述电流电压值包括，输电线路电网电压、各直流母线电压值以及各柔性互联装置换流器的交流侧电流值。
更进一步的，所述故障问题包括，三相不平衡运行故障、馈线负荷变化剧烈、母线电压波动、纹波含量大。
应说明的是，通过传感器进行实时采集柔性互联装置两端的电流电压与配电网母线电压。
应说明的是，当检测到所述故障问题时，通过所述MMC背靠背换流器小范围的将故障区域断开，计算出所述故障区域相邻的子区域负荷水平，并对功率进行调控分配。
应说明的是，通过MMC背靠背换流器小范围的将故障区域断开是利用了MMC换流器可以独立控制交流侧每一相输出的优点，将三相独立控制，从而可以进行调控分配，改变功率流向。
更进一步的，所述调控分配采用模型预测控制方法，所述模型预测控制方法利用功率参考值经dq变换得出电流参考信号送入控制器，所述控制器内设置成本函数来实现桥臂电流、抑制环流以及子模块电容电压的平衡。此控制方法相较于其他调制方法响应速度快，输出波型好，可实现三相桥臂的独立控制，在三相负载不平衡的工况下，通过该方法可实现输出电压波型的稳定。
具体的，小范围的将故障断开以及进行调控分配的流程图为图4。模型预测控制方法的实现结构为图5。
故若诊断出故障问题，则先计算此时故障子区域的周围区域负荷值，再计算去除故障子区域后有功与无功的功率参考值，接着将功率参考值送给前端MMC柔性互联装置并切断故障子区域供电，随后依旧保持实时监测各子区域电压母线电气量。当故障修理完成后，调度中心发出并网指令，计算恢复故障子区域后的有功与无功的功率参考值，随后将功率参考值发送给前端MMC柔性互联装置并恢复故障子区域供电。
S5：依据所述目标区域一天中的负荷高低时间段，分别进行调控分配。
更进一步的，所述负荷高低时间段通过近十年所述目标区域各类新能源装机容量以及区域负荷变化曲线得出。
更进一步的，所述调控分配还包括，通过所述MMC背靠背换流器进行双向传输，在子区域内负荷水平低时将能量进行储存或传输到其他负荷大的子区域，协调控制各个所述子区域之间的MMC柔性互联装置，在所述子区域内负荷高的时间段改变功率流向，功率流入所述子区域。
具体的，通过改变柔性互联装置的有功、无功功率的参考值进行调控。将目标区域一天中负荷水平较高的时间段与较低的时间段进行分别调控，通常在白天负荷水平较高，夜间负荷水平较低。基于历史数据得出一天中各个子区域内的负荷变化程度，在负荷低的时间段利用储能与MMC柔性互联装置进行存储或功率外送，在负荷高的时间段改变功率流向。即：在子区域内负荷水平高时改变功率流向，功率流入该子区域，在子区域内负荷水平低时将能量进行储存或传输到其他负荷大的子区域，协调控制子区域之间的各个MMC柔性互联装置，从而实现目标区域内各子区域之间的网荷平衡，新能源发电能够有效出力。
整体来看，按照新能源装机的地理位置、新能源装机容量以及负荷水平划分，并依据所述目标区域一天中的负荷高低时间段，分别进行调控分配，可以便于实现馈线负荷平衡以及多区域的融合控制。
实施例2
参照图1、6，为本发明另一个实施例，为对本方法中采用的技术效果加以验证说明，本实施例采用仿真实验，以科学论证的手段以验证本方法所具有的真实效果。
本实施例提供了一种利用MMC柔性互联装置连接两侧交流电压母线进行功率传输的实例，图5从上至下依次为MMC柔性互联装置的功率波形、两个MMC换流器的交流侧三相输出电流、直流侧电压。
可以直观的看出，在t＝0.1s时，系统功率基准逐渐变化，使MMC-1和MMC-2潮流方向反向，在t＝0.2s时实现了功率反向。当t＝0.3s时，MMC-1和MMC-2电源再次翻转。可以证明，通过此MMC柔性互联装置，功率能够很好地跟踪参考值，且无波动，系统能实现双向潮流。
实施例3
参照图1、7，为本发明另一个实施例，为对本方法中采用的技术效果加以验证说明，本实施例采用对比实验，以科学论证的手段以验证本方法所具有的真实效果。
本实施例为在一个目标区域内进行建模，在大功率负荷投入或切除时为了维持母线电压的平衡，选取负载率较高或较低的变压器所连接的电压母线进行功率调配，减小变压器的负载率从而减小电压波动，在相同时间范围内利用本发明提出的划分负荷区进行MMC柔性互联装置功率传输的方法，对检测的36组变压器进行负载率归纳统计，所得散点图如图所示，三角形代表着正常情况下变压器的负载率，圆点代表着本发明所提出的方法下变压器的负载率，可以直观的看出此方法的变压器负载率水平更为集中，故障概率明显小于现有方法。
应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (7)
1.一种基于MMC柔性互联装置的多区域融合功率分配方法，其特征在于，包括：
通过MMC柔性互联装置对一个目标区域的历史新能源并网情况采集信息，得到近十年所述目标区域各类新能源装机容量以及区域负荷变化曲线；
根据近十年新能源发电总容量与所述区域负荷变化曲线，对所述目标区域的电网总承载力进行弹性分析；
所述弹性分析包括，在变压器负载率稳定的前提下，预测出所述目标区域的负荷变化并合理规划所述各类新能源装机容量，使得所述目标区域各类新能源装机容量与所述负荷变化维持相对稳定；
将所述目标区域依据划分标准划分为多个子区域，分别计算所述多个子区域的潮流分布；
实时采集所述多个子区域内负荷急剧变化时的电流电压值，并实时监测所述多个子区域内运行故障问题；
依据所述目标区域一天中的负荷高低时间段，分别进行调控分配；
所述调控分配采用模型预测控制方法，所述模型预测控制方法利用功率参考值经dq变换得出电流参考信号送入控制器，所述控制器内设置成本函数来实现桥臂电流、抑制环流以及子模块电容电压的平衡；
所述调控分配还包括，通过所述MMC背靠背换流器进行双向传输，在子区域内负荷水平低时将能量进行储存或传输到其他负荷大的子区域，协调控制各个所述子区域之间的MMC柔性互联装置，在所述子区域内负荷高的时间段改变功率流向，功率流入所述子区域；
所述负荷高低时间段为通过近十年所述目标区域各类新能源装机容量以及区域负荷变化曲线得出。
2.如权利要求1所述的基于MMC柔性互联装置的多区域融合功率分配方法，其特征在于：所述MMC柔性互联装置由多个MMC背靠背换流器与储能装置组成。
3.如权利要求2所述的基于MMC柔性互联装置的多区域融合功率分配方法，其特征在于：所述MMC背靠背换流器包括三个相桥臂，所述相桥臂对应交流侧一相，所述相桥臂包括上下桥臂，所述上下桥臂包括桥臂电感和上下对称的多个半桥子模块，所述半桥子模块包括两个IGBT以及一个电容。
4.如权利要求3所述的基于MMC柔性互联装置的多区域融合功率分配方法，其特征在于：所述采集信息包括，所述目标区域内每年新增的各类新能源装机容量、新能源发电消纳情况。
5.如权利要求4所述的基于MMC柔性互联装置的多区域融合功率分配方法，其特征在于：所述划分标准包括，按照新能源装机的地理位置、新能源装机容量以及负荷水平划分。
6.如权利要求5所述的基于MMC柔性互联装置的多区域融合功率分配方法，其特征在于：所述电流电压值包括，输电线路电网电压、各直流母线电压值以及各柔性互联装置换流器的交流侧电流值。
7.如权利要求5或6所述的基于MMC柔性互联装置的多区域融合功率分配方法，其特征在于：所述故障问题包括，三相不平衡运行故障、馈线负荷变化剧烈、母线电压波动、纹波含量大。
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|---|---|---|---|
| CN202210099620.XA Active CN114552567B (zh) | 2022-01-27 | 2022-01-27 | 一种基于mmc柔性互联装置的多区域融合功率分配方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114552567B (zh) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105809265A (zh) * | 2014-12-29 | 2016-07-27 | 国家电网公司 | 含分布式可再生能源配电网柔性互联装置的容量配置方法 |
| WO2016141683A1 (zh) * | 2015-03-10 | 2016-09-15 | 中国电力科学研究院 | 适用于消纳大规模分布式电源的能源互联网的实现方法 |
| CN106056304A (zh) * | 2016-06-13 | 2016-10-26 | 国网北京市电力公司 | 柔性直流互联装置的地址选择方法和装置 |
| WO2020063144A1 (zh) * | 2018-09-30 | 2020-04-02 | 中国电力科学研究院有限公司 | 一种柔性直流电网的能源外送能力评估方法及系统 |
-
2022
- 2022-01-27 CN CN202210099620.XA patent/CN114552567B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105809265A (zh) * | 2014-12-29 | 2016-07-27 | 国家电网公司 | 含分布式可再生能源配电网柔性互联装置的容量配置方法 |
| WO2016141683A1 (zh) * | 2015-03-10 | 2016-09-15 | 中国电力科学研究院 | 适用于消纳大规模分布式电源的能源互联网的实现方法 |
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| WO2020063144A1 (zh) * | 2018-09-30 | 2020-04-02 | 中国电力科学研究院有限公司 | 一种柔性直流电网的能源外送能力评估方法及系统 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| A New Kind of Hybrid UHVDC System Dedicated for Long-Distance Power Delivery and Regional Power Grids Back-to-Back Hierarchical Interconnection;Yongxin Chen;《IEEE》;全文 * |
| 基于B2B-MMC 的柔性互联变电站附加功率 均衡控制策略研究;辛晓云;《中国电机工程学报》;全文 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114552567A (zh) | 2022-05-27 |
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