基於柔性環網控制器電磁環網無功功率環流優化控制方法
2023-06-14 04:06:06
基於柔性環網控制器電磁環網無功功率環流優化控制方法
【專利摘要】一種基於柔性環網控制器電磁環網無功功率環流優化控制方法，屬於電力系統分析、運行與控制【技術領域】。本發明的目的是對於高低壓電磁環網系統，利用柔性輸電技術及最憂潮流計算方法來優化控制電磁環網中無功功率分布的基於柔性環網控制器電磁環網無功功率環流優化控制方法。本發明步驟是：①確定環網控制器的拓撲結構及閥級控制策略。②推導出柔性環網控制器的無功環流優化目標函數及約束條件。③採用災變遺傳算法對目標函數進行尋優。④在原有換流器級控制策略上添加了計及電流控制的調控策略。本發明旨在於抑制電磁環網無功功率環流，使電磁環網能夠更加經濟、穩定的運行。
【專利說明】基於柔性環網控制器電磁環網無功功率環流優化控制方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬於電力系統分析、運行與控制【技術領域】。
【背景技術】
[0002] 在高一級電壓電網發展的初期，高低壓電磁環網所通過的潮流不大，它的存在可 提高電網供電可靠性、靈活性。一般而言，只要不影響電網安全穩定運行和不受短路容量限 制，可以維持電磁環網運行。但隨著高一級電壓電網的發展，傳輸負荷不斷增大，電磁環網 成為電力系統嚴重的事故隱患，給電網運行帶來很多問題。其中，高低壓電磁環網的形成對 電網的經濟性運行造成了極大的影響。在電磁環網實際運行中，由於變壓器、線路等電氣元 件參數匹配不合理，會在電磁環網內產生功率環流，並以無功環流最為普遍，這種功率環流 會使電網的有功損耗明顯增加，影響電網經濟運行。同時，國外對電磁環網的研究重點也更 多集中在抑制電磁環網內可能產生的功率環流這一主題上。這些國家的主要研究重點在於 將柔性控制（FACTS)技術應用於電磁環網中，以消除環流或對功率分布進行控制，提高系 統運行的經濟性；主要通過採取統一潮流控制器（UPFC)、移相器（phase-shifter)、相間功 率控制器（IPC)、可控串補（TCSC)等柔性控制手段來控制功率環流和潮流分布。但是由於 我國對上述裝置的研究和研製還不夠成熟，設備製造工藝及水平還達不到要求，因此很難 立即解決電磁環網運行所面臨的困難。所以本發明提出在電磁環網中加入現階段較為成熟 的柔性直流輸電技術，來解決電磁環網的無功優化問題。
[0003] 目前，從現有投運的柔性直流輸電工程及其技術特點來看，柔性直流輸電技術主 要應用於風電併網、城市供電、電網互聯、海上平臺供電等領域，在交流電網解環方面尚無 應用。已投運柔性直流輸電工程的最大容量達到400MW，最高電壓等級達到±200kV;在建 柔性直流輸電工程的最大容量達到1000MW，最高電壓等級達到了 500kV。在我國，國家電網 公司通過自主研發於2011年7月投運了我國首個柔性直流輸電工程，即上海南匯風電並 網柔性直流輸電示範工程，工程容量達到了 20麗，電壓等級達到了 ±30kV，標誌著我國在 柔性直流輸電【技術領域】實現了從無到有的突破。目前，世界範圍內柔性直流輸電技術程正 迅速朝著高電壓、大容量方向發展，工程數量越來越多，應用領域也越來越廣泛，從兩端向 多端領域發展，成為促進新能源的大規模開放利用和智能電網建設的重要手段。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的是對於高低壓電磁環網系統，利用柔性輸電技術及最憂潮流計算方 法來優化控制電磁環網中無功功率分布的基於柔性環網控制器電磁環網無功功率環流優 化控制方法。
[0005] 本發明的步驟是： (1)確定環網控制器的拓撲結構及閥級控制策略：在電磁環網的低壓側加入柔性環網 控制器，即在原來需要開環運行的電磁環網兩端採用背靠背柔性直流換流站相連接，由此 構成軟環網運行，其中柔性環網控制器採用模塊化多電平換流器拓撲結構；柔性環網控制 器的控制策略分為系統級控制與換流器級控制，系統級控制指令包括有功類指令和無功類 指令：有功類指令為換流站I採用定有功功率控制策略，換流站II採用定直流電壓控制策 略，無功類指令為兩換流站均採用定無功功率控制策略；換流器級調製策略採用：矢量控 制，又稱為直接電流控制； (2)無功功率環流優化目標函數及約束條件：柔性直流輸電穩態運行的基本原理，三相 電網平衡條件下存在如下方程組：
【權利要求】
1. 一種基於柔性環網控制器電磁環網無功功率環流優化控制方法，其特徵在於： (1) 確定環網控制器的拓撲結構及閥級控制策略：在電磁環網的低壓側加入柔性環網 控制器，即在原來需要開環運行的電磁環網兩端採用背靠背柔性直流換流站相連接，由此 構成軟環網運行，其中柔性環網控制器採用模塊化多電平換流器拓撲結構；柔性環網控制 器的控制策略分為系統級控制與換流器級控制，系統級控制指令包括有功類指令和無功類 指令：有功類指令為換流站I採用定有功功率控制策略，換流站II採用定直流電壓控制策 略，無功類指令為兩換流站均採用定無功功率控制策略；換流器級調製策略採用：矢量控 制，又稱為直接電流控制； (2) 無功功率環流優化目標函數及約束條件：柔性直流輸電穩態運行的基本原理，三相 電網平衡條件下存在如下方程組：
式中，i表示換流器編號；Uaei為換流器交流側電壓；μ為直流電壓利用係數;M為調製 比；Udcd為i節點處的換流器直流電壓；δ為移相角；PiMf、QiMf分別為換流器處的輸入有功 功率和無功功率參考指令；Iacd為換流器交流母線側交流電流；Idi_Mf、Iqi_Mf分別為交流電 流的dq軸分量，這裡取交流電壓Uacd矢量方向為d軸方向； 蠱
無功功率環流最小的優化目標函數可以表示為：
式中，Unh為電磁環網高壓側的額定電壓；Ii1,k2為變壓器Tl與T2的變比；Uei，Ue2代表 柔性環網控制器的交流母線電壓；i?￡、Σ為電磁環網的總阻抗值； 潮流方程如下： I
式中：η是系統節點數；Pei、Qei為系統發電機節點的有功和無功出力；Paei、Qacd為節點 的負荷有功功率和無功功率；PiMf、Qiref為直流系統接入節點有功功率和無功功率，當換流 器從節點吸收無功時，Qiref取正值，當換流器向交流系統輸入無功時，QiMf取負值；Qcd為節 點的無功補償容量；GfBu為節點導納矩陣行列元素的電導和電納；UpΘu為節點i、j之 間的電壓幅值和相角； 變量約束包括狀態變量約束和控制變量約束，控制變量包括發電機機端電壓Ue、無功 補償點補償容量Q。、變壓器抽頭檔位T、換流器有功功率參考值Pref和無功功率參考值Qref; 狀態變量主要考慮各節點電壓U和柔性換網控制器兩側注入電流Iac; 交流系統時變量約束為：
式中：i指交流節點；min下標表示對應變量的下限值；max下標表示對應變量的上限 值； 直流系統的變量約束時：
式中的i指直流節點； (3) 含有柔性環網控制器的電磁環網最優潮流求解實現過程，步驟如下： 1) 給定災變次數Ca，災變發生時的代數N。，最大進化代數Nmax ; 2) 根據基本遺傳算法尋優； 3) 當遺傳代數Ngen達到N。時進行災變處理，保留最優個體，其他個體初始化生成新群 體，返回步驟2)，直至達到最大災變次數Ca ; 4) 反覆執行上述步驟2)和3)，直至達到最大進化代數Nmax ; (4) 計及電流限制的調控策略： 由式1、2可知，有功功率和無功功率參考值間接用Iac;i(i=l，2)的d軸和q軸分量表示； 功率參考值制定策略為： 有功電流優先時，要保證需要輸送的有功功率量，因此Id可直接作為參考值Id_Mf輸入 到控制器；結合電流約束Iaejiax，得無功電流分量的允許上限值，其與優化值Iq_〇pt比較， 選擇較小者作為參考值Iq 輸入到控制器； 無功電流優先時，優化計算得到的Iq_〇pt可直接作為參考值Igef輸入到控制器；結合 電流約束Iacurax，得Iupt情況下對應的有功電流分量，將其作為參考值Id_Mf輸入到控制器。
【文檔編號】H02J3/18GK104269861SQ201410536088
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年10月13日 優先權日:2014年10月13日
【發明者】高凱, 李國慶, 劉博文, 張豔軍, 王振浩, 韓子嬌, 何曉洋, 王朝斌 申請人:國家電網公司, 國網遼寧省電力有限公司電力科學研究院, 東北電力大學