CN115833183B - 一种主动支撑场景下柔性交直流配电系统协调控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种主动支撑场景下柔性交直流配电系统协调控制方法，直流网络经换流器与交流系统连接，包括：S1：构建交直流配电系统结构基本下垂控制策略；S2：构建当直流母线电压大于直流母线电压额定值时的控制策略；S3：构建当直流母线电压处于直流母线电压额定值与直流母线电压最小值之间时的控制策略；S4：构建当直流母线电压低于直流母线电压最小值时直流网络输出功率和各下垂系数的调整策略。本发明针对柔性交直流配电系统的下垂控制策略进行了改进，使直流网络在电压过低时仍然能够保持交流系统的频率和电压稳定。

Description

一种主动支撑场景下柔性交直流配电系统协调控制方法

技术领域

本发明属于交直流配电系统控制领域，具体涉及一种主动支撑场景下柔性交直流配电系统协调控制方法。

背景技术

近年来，服务于“双碳”目标，越来越多的分布式清洁能源开始接入电网，由分布式能源DG（Distributed Generation）所支撑的柔性交直流配电系统对更加稳定的控制策略的需求日益增强。

目前，柔性交直流配电系统的协调控制方法主要采用下垂控制。传统下垂控制采用有差调节方式，在有功功率和无功功率的下垂系数为定值的情况下，有功－频率和无功－电压的下垂特性为一次线性函数，此时可能会造成频率偏差和电压偏差。而在柔性交直流配电系统环境下，若产生较大的频率误差或电压偏差，可能造成换流器损坏、电力设备脱网等后果。

目前相关领域缺少相应的可以在直流网络支撑能力变差时维持输出电压和频率恒定的控制手段。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提出一种主动支撑场景下柔性交直流配电系统协调控制方法，能够对传统的下垂控制策略进行改进，使直流网络在支撑能力不足时仍然能够维持交流系统电压和频率的相对稳定。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种主动支撑场景下柔性交直流配电系统协调控制方法，所述柔性交直流配电系统的直流网络经换流器与交流系统连接，所述控制方法包括如下步骤：

S1：构建交直流配电系统基本下垂控制策略：

所述交流系统均为弱电网，直流网络经换流器输出的有功功率和无功功率与交流系统对应吸收的有功功率和无功功率分别相等；

针对所述换流器均采用下垂控制：

，

，

其中，为交流系统n的实际频率，为交流系统n的参考频率，为换流器n的有功功率-频率下垂系数，为交流系统n有功功率，为交流系统n的实际电压，为交流系统n的参考电压，为换流器n的无功功率-电压下垂系数，为交流系统的n无功功率；

S2：构建当直流母线电压大于直流母线电压额定值时的控制策略；

S3：构建当直流母线电压处于直流母线电压额定值与直流母线电压最小值之间时的控制策略；

S4：构建当直流母线电压低于直流母线电压最小值时对直流网络输出功率和换流器n的有功功率-频率下垂系数，换流器n的无功功率-电压下垂系数的调整策略；

根据S1，S2，S3，S4进行主动支撑场景下柔性交直流配电系统的协调控制。

进一步地，所述S2包括：当直流母线电压 不同时，直流网络对交流系统的支撑能力也不同；直流母线电压额定值为，当直流母线电压≥直流母线电压额定值时，直流电网支撑能力强，可以使交流系统n的实际频率，交流系统n的实际电压始终保持不变，换流器n的有功功率-频率下垂系数，换流器n的无功功率-电压下垂系数保持不变。

进一步地，所述S3包括：直流母线电压最小值为，当直流母线电压最小值≤直流母线电压≤直流母线电压额定值时，交流系统n的实际频率随其有功功率线性下垂变化，交流系统n的实际电压随其无功功率线性下垂变化，换流器n的有功功率-频率下垂系数，换流器n的无功功率-电压下垂系数保持不变。

进一步地，所述S4包括：当直流母线电压≤直流母线电压最小值时，交流系统n有功功率从减小为，同时保持交流系统n的实际频率不变，交流系统n无功功率减小为，同时保持交流系统n的实际电压不变；

设定减小后的交流系统n的有功功率为：

，

其中，为有功功率调整因子；

为保证交流系统n的实际频率不变，对换流器n的有功功率-频率下垂系数做出调整，调整后的换流器n的有功功率-频率下垂系数为：

，

减小后的交流系统n的无功功率为：

，

其中，为无功功率调整因子；

保证交流系统n的实际电压不变，对换流器n的无功功率-电压下垂系数做出调整 ，调整后的换流器n的无功功率-电压下垂系数为：

，

经过上述调整，实现柔性交直流配电系统在直流母线电压低于直流母线电压最小值时仍然维持交流系统的频率和电压恒定。

有益效果

本发明提出了一种主动支撑场景下柔性交直流配电系统协调控制方法，针对柔性交直流配电系统的下垂控制策略进行了改进，使直流网络在电压过低时仍然能够保持交流系统的频率和电压稳定，对维持交直流混合系统的正常运行，换流器以及各个电力设备正常运转具有重要意义。

本发明提供的柔性交直流配电系统协调控制方法，理论分析完备，技术上简洁易于实施，可以在多个分布式能源、微网、虚拟电厂等场合灵活应用，在当前我国分布式能源快速发展的背景下市场前景广阔。

附图说明

图1为柔性交直流配电系统示意图；

图2为本发明的主动支撑场景下柔性交直流配电系统协调控制方法流程框图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1所示，柔性交直流配电系统的直流电网中包含用于发电的分布式能源，用于储能的蓄电池以及直流负载。直流网络经换流器将直流电变为交流电后与交流系统连接。

如图2所述，本发明的主动支撑场景下柔性交直流配电系统协调控制方法的具体步骤如下：

S1：构建交直流配电系统基本下垂控制策略：

图1中的交流系统均为弱电网，直流网络经换流器输出的有功功率和无功功率与交流系统对应吸收的有功功率和无功功率分别相等。针对所述换流器均采用下垂控制：

，

，

其中为交流系统n的实际频率，为交流系统n的参考频率，为换流器n的有功功率-频率下垂系数，为交流系统n的有功功率，为交流系统n的实际电压，为交流系统n的参考电压，为换流器n的无功功率-电压下垂系数，为交流系统n的无功功率。

S2：构建当直流母线电压大于直流母线电压额定值时的控制策略：

当直流母线电压 不同时，直流电网支撑能力也不同。直流母线电压额定值为，当直流母线电压≥直流母线电压额定值时，直流电网支撑能力强，可以使交流系统n的实际频率，交流系统n的实际电压保持不变，换流器n的有功功率-频率下垂系数，换流器n的无功功率-电压下垂系数保持不变。

S3：构建当直流母线电压处于直流母线电压额定值与直流母线电压最小值之间时的控制策略：

直流母线电压最小值为，当直流母线电压最小值≤直流母线电压≤直流母线电压额定值，柔性交直流配电系统采用传统的下垂控制策略，即交流系统n的实际频率随其有功功率线性下垂，交流系统n的实际电压随其无功功率线性下垂，换流器n的有功功率-频率下垂系数，换流器n的无功功率-电压下垂系数保持不变。

S4：构建当直流母线电压低于直流母线电压最小值时对直流网络输出功率和下垂系数的调整策略，所述直流网络输出功率即交流系统功率：

当直流母线电压≤直流母线电压最小值时，此时直流网络支撑能力变弱，为维持系统稳定，所有换流器均减少出力。交流系统n有功功率从减小为，但同时需要保持交流系统n的实际频率不变，交流电网n无功功率减小为，但同时需要保持交流系统n的实际电压不变。

设定减小后的有功功率为：

，

其中，为有功功率调整因子。

此时为了保证交流系统n的实际频率不变，需要对各下垂系数做出相应调整：

调整后的换流器n的有功功率-频率下垂系数为：

，

减小后的交流系统n的无功功率为：

，

其中，为无功功率调整因子。

此时由于为了保证交流系统n的实际电压不变，需要对换流器n的无功功率-电压下垂系数做出相应调整 ，调整后的换流器n的无功功率-电压下垂系数为：

，

经过上述调整，可实现柔性交直流配电系统在直流母线电压低于直流母线电压最小值时仍然能够维持交流电网频率和电压恒定。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种主动支撑场景下柔性交直流配电系统协调控制方法，所述柔性交直流配电系统的直流网络经换流器与交流系统连接，其特征在于，包括如下步骤：

S1：构建交直流配电系统基本下垂控制策略：

所述交流系统均为弱电网，直流网络经换流器输出的有功功率和无功功率与交流系统对应吸收的有功功率和无功功率分别相等；

针对所述换流器均采用下垂控制：

；

；

其中，为交流系统n的实际频率，为交流系统n的参考频率，为换流器n的有功功率-频率下垂系数，为交流系统n的有功功率，为交流系统n的实际电压，为交流系统n的参考电压，为换流器n的无功功率-电压下垂系数，为交流系统的n无功功率；

S2：构建当直流母线电压大于直流母线电压额定值时的控制策略，包括：当直流母线电压 不同时，直流网络对交流系统的支撑能力不同；直流母线电压额定值为，当直流母线电压≥直流母线电压额定值时，直流网络支撑能力强，使交流系统n的实际频率，交流系统n的实际电压始终保持不变，换流器n的有功功率-频率下垂系数，换流器n的无功功率-电压下垂系数保持不变；

S3：构建当直流母线电压处于直流母线电压额定值与直流母线电压最小值之间时的控制策略，包括：直流母线电压最小值为，当直流母线电压最小值≤直流母线电压≤直流母线电压额定值时，交流系统n的实际频率随其有功功率线性下垂变化，交流系统n的实际电压随其无功功率线性下垂变化，换流器n的有功功率-频率下垂系数，换流器n的无功功率-电压下垂系数保持不变；

S4：构建当直流母线电压低于直流母线电压最小值时对直流网络输出功率和换流器n的有功功率-频率下垂系数，换流器n的无功功率-电压下垂系数的调整策略，包括：当直流母线电压≤直流母线电压最小值时，交流系统n有功功率从减小为，同时保持交流系统n的实际频率不变，交流系统n无功功率减小为，同时保持交流系统n的实际电压不变；

设定减小后的交流系统n的有功功率为：

；

其中，为有功功率调整因子；

为保证交流系统n的实际频率不变，对换流器n的有功功率-频率下垂系数进行调整，调整后的换流器n的有功功率-频率下垂系数为：

；

减小后的交流系统n的无功功率为：

；

其中，为无功功率调整因子；

为保证交流系统n的实际电压不变，对换流器n的无功功率-电压下垂系数做出调整 ，调整后的换流器n的无功功率-电压下垂系数为：

；

经过上述调整，实现柔性交直流配电系统在直流母线电压低于直流母线电压最小值时仍然维持交流系统的频率和电压恒定；

根据S1，S2，S3，S4进行主动支撑场景下柔性交直流配电系统的协调控制。

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