CN115085285A - 一种多台区柔性直流互联自适应功率协调控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多台区柔性直流互联自适应功率协调控制方法,涉及输配电技术领域,包括:当系统中交流侧负荷PLi发生变化时,各个台区VSC换流器自动调整其在额定电压下的功率传输值Pcni,按照各台区变压器的额定容量SNi大小,实现对系统交流负荷的均匀分配;当系统直流侧总体功率PZ变化时,各个台区VSC换流器通过监测直流电压Udc变化情况和功率分配系数Ki,按照各台区变压器额定容量SNi大小,实现直流侧功率变化量的均匀分配;本发明实现了多个台区的能量互济,充分释放已有设备的潜在容量,改善配电变压器负荷情况,提升配电网对分布式新能源消纳和新型直流负荷接入能力,提高输电安全。
Description
技术领域
本发明涉及输配电技术领域,具体是一种多台区柔性直流互联自适应功率协调控制方法。
背景技术
考虑到现有中低压交流配电设备更新换代难度、分布式光伏出力的间歇性和波动性,可以充分发挥直流电网供电能力强、控制能力强的优势,通过配电侧交直流混合组网,全面提升配网对分布式电源和新型直流负荷的承载能力。但是目前经典的多端柔性直流功率协调控制方法,主要解决的是多个交流电网之间通过直流互联后的功率传输、分配问题;无法实现交流侧台区端口的无限制扩展连接以及直流侧端口设备的即插即用,混合交直流配电网对大规模分布式电源并网、直流负荷广泛接入的适应能力较低;基于以上不足,本发明提出一种多台区柔性直流互联自适应功率协调控制方法。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此,本发明提出一种多台区柔性直流互联自适应功率协调控制方法,可提升配电侧交直流混合组网的便捷性、稳定性,实现交流侧台区端口的无限制扩展连接,直流侧端口设备即插即用。发挥配电变压器集群效应,实现多个台区的能量互济,充分释放已有设备的潜在容量,降低配电网潮流的时域、地域峰值,改善配电变压器负荷情况,提升配电网对分布式新能源消纳和新型直流负荷接入能力。
为实现上述目的,根据本发明的第一方面的实施例提出一种多台区柔性直流互联自适应功率协调控制方法,包括如下步骤:
步骤一:监测各个台区的交流负荷实时功率PLi,即交流侧负荷PLi;
当系统中交流侧负荷PLi发生变化时,各个台区的VSC换流器自动调整其在额定电压下的功率传输值Pcni,按照各台区变压器的额定容量SNi大小,实现对系统交流负荷的均匀分配;
步骤二:当系统直流侧总体功率PZ变化时,各个台区VSC换流器通过监测直流电压Udc变化情况,并通过提前设置的功率分配系数Ki,按照各台区变压器额定容量SNi大小,实现直流侧功率变化量的均匀分配。
进一步地,VSC换流器进行功率协调控制的具体步骤如下:
第二步:计算各台区VSC换流器在额定电压时的传输功率Pcni,表达式为Pcni=λSNi-PLi;
第三步:结合变压器负荷、额定容量以及VSC换流器造价,确定VSC换流器传输功率裕度,其中传输功率限制公式如下:
其中,μ为预设VSC换流器功率系数,0<μ≤1;Pci,max代表第i个台区VSC换流器的最大传输功率;Pci,min代表第i个台区换流器最小传输功率;
当各个台区额定容量不一致,自身交流负荷率不一致,且VSC换流器容量小于变压器额定容量时,可能出现某个VSC换流器传输功率达到限值,造成整个系统的变压器负荷率不完全一致的情况,因此从系统控制的角度,μ取越大越好,但是结合变压器负荷、额定容量以及换流器造价,可以将μ设定为某一合适的值;
第四步:确定直流电压最大允许变化范围,公式如下:
其中,α为预设直流电压波动限制系数,0<α<1;Udcmax代表直流电压允许的最大值,Udcmin代表直流电压允许的最小值;UdcN代表直流电压额定值;
综合考虑直流电压的稳定性,以及自适应功率协调控制的稳定性,需要对α设定合适的参量,通常取值在0.05至0.20;
第五步:确定各个台区VSC换流器的功率分配系数Ki,公式如下:
第六步:计算各个台区VSC换流器的功率指令值Pci,ref,公式如下:
Pci,ref=λSNi-PLi+Ki(Udc-UdcN)
其中,Udc代表直流电压运行值;由公式可以看到,系统直流侧功率是按照Ki作为比例进行分配的,而Ki又正比于SNi,所以系统直流侧功率,也按照各台区变压器额定容量SNi大小进行均匀分配。
进一步地,当交流侧负荷不均匀时,通过VSC换流器把重载变压器的负荷转移到轻载变压器上。
进一步地,当直流侧存在分布式电源、储能或直流负荷功率时,按照各台区VSC换流器功率分配系数Ki将直流侧负荷进行均匀分配。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
本发明通过实时监测直流电压Udc,计算系统交流功率平均负荷率λ,以及实时监测各个台区VSC换流器的交流负荷功率PLi、换流器传输功率Pci,可以得出本台区VSC换流器功率指令值Pci,ref,然后通过经典双环控制实现对VSC换流器的整体控制;其中交流侧VSC换流器控制采用统一的控制策略,只是根据台区变压器额定容量进行适应性参数调节,无主从之分,因此可以无限制扩展,便于系统的扩展连接;同时本发明将所有台区直流侧等效看做一个定功率控制端口,直流侧光伏、储能、直流负荷可以任意调节功率,系统直流侧将为其提供一定范围内的稳定的直流电压,直流侧设备可实现即插即用;极大提升了配电网对分布式电源并网、交直流负荷接入承载力。
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为本发明一种多台区柔性直流互联自适应功率协调控制方法的原理框图。
图2为本发明中VSC换流器采用自适应功率协调控制的流程图。
图3为本发明中自适应功率协调控制的“电压-功率”特性线示意图。
图4为本发明中自适应功率协调控制的经典双环控制框图。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明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它实施例,都属于本发明保护的范围。
如图1至图2所示,一种多台区柔性直流互联自适应功率协调控制方法,本发明考虑到了各个台区变压器容量,交直流混合配电系统中所有台区的VSC换流器均采取自适应的功率协调控制策略;包括如下步骤:
步骤一:监测各个台区的交流负荷实时功率PLi,即交流侧负荷PLi;当系统中交流侧负荷PLi发生变化时,各个台区的VSC换流器自动调整其在额定电压下的功率传输值Pcni,按照各台区变压器的额定容量SNi大小,实现对系统交流负荷的均匀分配;
在本实施例中,当交流侧负荷不均匀时,通过VSC换流器把重载变压器的负荷转移到轻载变压器上;当直流侧存在分布式电源、储能或者直流负荷的功率时,按照各台区VSC换流器功率分配系数将直流侧负荷进行均匀分配;
步骤二:当系统直流侧总体功率PZ变化时,系统直流侧有功功率的平衡将被打破,直流电压也随之变化;各个台区VSC换流器通过监测直流电压Udc变化情况,并通过提前设置的功率分配系数Ki,按照各台区变压器额定容量SNi大小,实现直流侧功率变化量的均匀分配;
其中,VSC换流器采用自适应功率协调控制的具体步骤如下:
第二步:计算各台区VSC换流器在额定电压时的传输功率Pcni,表达式为Pcni=λSNi-PLi;
第三步:结合变压器负荷、额定容量以及VSC换流器造价,确定VSC换流器传输功率裕度,其中传输功率限制公式如下:
其中,μ(0<μ≤1)为预设VSC换流器功率系数,Pci,max代表第i个台区VSC换流器的最大传输功率;Pci,min代表第i个台区换流器最小传输功率;
在本实施例中,当各个台区额定容量不一致,自身交流负荷率不一致,且VSC换流器容量小于变压器额定容量时,可能出现某个VSC换流器传输功率达到限值,造成整个系统的变压器负荷率不完全一致的情况,因此从系统控制的角度,μ取越大越好,但是结合变压器负荷、额定容量以及换流器造价,可以将μ设定为某一合适的值;
第四步:综合考虑直流电压的稳定性,以及自适应功率协调控制的稳定性,确定直流电压最大允许变化范围,公式如下:
其中,α(0<α<1)为直流电压波动限制系数,Udcmax代表直流电压允许的最大值,Udcmin代表直流电压允许的最小值;UdcN代表直流电压额定值;
综合考虑直流电压的稳定性,以及自适应功率协调控制的稳定性,需要对α设定合适的参量,通常取值在0.05至0.20;
第五步:确定各个台区VSC换流器的功率分配系数Ki,公式如下:
第六步:计算各个台区VSC换流器的功率指令值Pci,ref,公式如下:
Pci,ref=λSNi-PLi+Ki(Udc-UdcN)
其中,Udc代表直流电压运行值;由公式可以看到,系统直流侧功率是按照Ki作为比例进行分配的,而Ki又正比于SNi,所以系统直流侧功率,也按照各台区变压器额定容量SNi大小进行均匀分配;
参见图3,从左至右,当台区i变压器重载而其他变压器轻载时,台区i换流器有可能出现在其额定电压下的传输功率Pcni达到下限值,此时当直流侧总体呈现充电特性时,台区i的换流器不能再承担直流侧功率,采取定功率控制;当三个台区交流负载均衡时,台区i换流器不需要调节功率来平衡交流侧负载,台区i换流器有可能出现在其额定电压下的传输功率Pcni为0;当台区i变压器轻载而其他变压器重载时,台区i换流器有可能出现在其额定电压下的传输功率Pcni达到上限值,此时当直流侧总体呈现放电特性时,台区i的换流器不能再承担直流侧,采取定功率控制。通常情况下,换流器的“电压-功率”特性线介于它们的过渡状态,特性线在此范围内上线浮动;
参见图4,本发明通过实时监测直流电压Udc,计算系统交流功率平均负载率λ,检测本换流站的交流负载功率PLi、换流器传输功率Pci,可以得出本台区VSC换流站功率指令值Pci,ref,然后通过经典双环控制实现对VSC换流器的整体控制;
其中交流侧VSC换流器控制采用统一的控制策略,只是根据台区变压器额定容量进行适应性参数调节,无主从之分,因此可以无限制扩展,便于系统的扩展连接;同时本发明将所有台区直流侧等效看做一个定功率控制端口,直流侧光伏、储能、直流负荷可以任意调节功率,系统直流侧将为其提供一定范围内的稳定的直流电压,直流侧设备可实现即插即用;极大提升了配电网对分布式电源并网、交直流负荷接入承载力。
上述公式均是去除量纲取其数值计算,公式是由采集大量数据进行软件模拟得到最接近真实情况的一个公式,公式中的预设参数和预设阈值由本领域的技术人员根据实际情况设定或者大量数据模拟获得。
本发明的工作原理:
一种多台区柔性直流互联自适应功率协调控制方法,在工作时,交直流混合配电系统中所有台区的VSC换流器均采取自适应的功率协调控制策略;通过监测各个台区的交流负荷实时功率PLi,即交流侧负荷PLi;当系统中交流侧负荷PLi发生变化时,各个台区的VSC换流器自动调整其在额定电压下的功率传输值Pcni,按照各台区变压器的额定容量SNi大小,实现对系统交流负荷的均匀分配;当系统直流侧总体功率PZ变化时,系统直流侧有功功率的平衡将被打破,直流电压也随之变化;各个台区VSC换流器通过监测直流电压Udc变化情况,并通过提前设置的功率分配系数Ki,按照各台区变压器额定容量SNi大小,实现直流侧功率变化量的均匀分配;极大提升了配电网对分布式电源并网、交直流负荷接入承载力。
在本说明书的描述中,参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节,也不限制该发明仅为的具体实施方式。显然,根据本说明书的内容,可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例,是为了更好地解释本发明的原理和实际应用,从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
Claims (4)
1.一种多台区柔性直流互联自适应功率协调控制方法,其特征在于,包括如下步骤:
步骤一:监测各个台区的交流负荷实时功率PLi,即交流侧负荷PLi;
当系统中交流侧负荷PLi发生变化时,各个台区的VSC换流器自动调整其在额定电压下的功率传输值Pcni,按照各台区变压器的额定容量SNi大小,实现对系统交流负荷的均匀分配;
步骤二:当系统直流侧总体功率PZ变化时,各个台区VSC换流器通过监测直流电压Udc变化情况,并通过提前设置的功率分配系数Ki,按照各台区变压器额定容量SNi大小,实现直流侧功率变化量的均匀分配。
2.根据权利要求1所述的一种多台区柔性直流互联自适应功率协调控制方法,其特征在于,VSC换流器进行功率协调控制的具体步骤如下:
第二步:计算各台区VSC换流器在额定电压时的传输功率Pcni,表达式为Pcni=λSNi-PLi;
第三步:结合变压器负荷、额定容量以及VSC换流器造价,确定VSC换流器传输功率裕度,其中传输功率限制公式如下:
其中,μ为预设VSC换流器功率系数,0<μ≤1;Pci,max代表第i个台区VSC换流器的最大传输功率;Pci,min代表第i个台区换流器最小传输功率;
第四步:确定直流电压最大允许变化范围,公式如下:
其中,α为预设直流电压波动限制系数,0<α<1;Udcmax代表直流电压允许的最大值,Udcmin代表直流电压允许的最小值;UdcN代表直流电压额定值;
第五步:确定各个台区VSC换流器的功率分配系数Ki,公式如下:
第六步:计算各个台区VSC换流器的功率指令值Pci,ref,公式如下:
Pci,ref=λSNi-PLi+Ki(Udc-UdcN)
其中,Udc代表直流电压运行值。
3.根据权利要求2所述的一种多台区柔性直流互联自适应功率协调控制方法,其特征在于,当交流侧负荷不均匀时,通过VSC换流器把重载变压器的负荷转移到轻载变压器上。
4.根据权利要求2所述的一种多台区柔性直流互联自适应功率协调控制方法,其特征在于,当直流侧存在分布式电源、储能或直流负荷功率时,按照各台区VSC换流器功率分配系数Ki将直流侧负荷进行均匀分配。
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