基于串补电压最小的双电源配电环网潮流控制方法与流程

本发明涉及一种基于统一潮流控制器的配电环网潮流优化控制方法，特别涉及一种基于串补电压最小的双电源配电环网潮流控制方法。

背景技术：

供电可靠性是衡量电网性能的根本指标。传统的供电可靠性只关注长时间的停电（停电时间大于3min），随着社会经济的发展，国内外已将短时停电（停电时间小于3min）纳入供电可靠性考核指标体系。如何解决短时停电问题、提高供电可靠性，成为智能配电网研究的重点。配电网馈线故障是影响供电可靠性的主要因素之一。传统配电网采用闭环设计、开环运行的供电方式，即使采用馈线自动化等手段仍无法避免短时停电。目前美国福罗里达州、新加坡、日本、香港、台湾等地区的部分电力公司已采用单电源馈线环网供电方式，通过配备导引线差动等保护措施快速切除故障，在一定程度上解决了短时停电问题，但依然无法避免母线、主变等停运引起的停电。

采用不同母线或变电所馈线构成环网（简称双电源环网）供电模式可靠性最高，但控制手段复杂。传统的采用调整变压器分接头、无功补偿装置等方法调节馈线出口电压，对环网潮流进行控制，但受调节次数、连续性、容量等因素限制，难以保证潮流控制效果。

统一潮流控制器（UPFC）具有强大的潮流控制功能，其应用研究主要针对提高输电网输电能力与系统稳定性；受经济性限制，UPFC 在配电网中的应用研究相对较少。目前都是结合电力系统需求对其内部控制方法开展研究，未能将系统与装置有机结合。基于UPFC装置的双电源配电环网潮流控制技术的研究尚未见报道。由于双电源配电环网受两端电压差、负荷分布、系统阻抗等多种因素影响，可能存在较大的循环功率，导致两端馈线出力不均匀甚至出现逆功率，必须采取控制措施。

技术实现要素：

本发明的目的在于：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于串补电压最小的双电源配电环网潮流控制方法，利用UPFC对配电环网潮流进行控制，将配电环网潮流调节要求与UPFC输出电压相结合，在满足功率调节要求的前提下保证统一潮流控制器的经济性。

本发明所采用的技术方案是：一种基于串补电压最小的双电源配电环网潮流控制方法，包括如下步骤：

步骤一：构造双电源配电环网潮流控制方法；

步骤二：提出基于串联补偿电压最小的潮流优化控制策略；

步骤三：构建不等式约束条件。

在本发明中，所述步骤一中的构造双电源配电环网潮流控制方法如下所示，

令双电源配电环网中的输出端为M，则M 端输出的复功率为：

其中，为主馈环网阻抗的总和，为第条分支线路等值负荷，为第段主馈环网线路阻抗，、分别为端与端的母线电压，为分支数；

在一端（假定端）注入串联补偿电压，则该端输出的复功率为：

在调整串补电压时，假定两端母线电压不受影响，由上式可知端串联补偿电压可直接控制该端复功率的输出，即：

端有功功率变化量与串联补偿电压之间的关系为：

为方便表示，令：

则有：

其中为的纵分量，为横分量，为端有功功率变化量，、为系数；由此可见，通过调整和就能灵活调整端有功功率输出。在系统实际运行过程中，调度部门可根据两端馈线实际出力设置，在消除逆功率的前提下，综合考虑两端电源容量，尽量实现馈线出力的均衡化，以提高系统运行效率。

在本发明中，所述步骤二中的提出基于串联补偿电压最小的潮流优化控制策略为，利用统一潮流控制器对配电环网潮流进行控制，将配电环网潮流调节要求与统一潮流控制器输出电压相结合，在满足功率调节要求的前提下尽量保证统一潮流控制器的经济性；其中统一潮流控制器其串联部分输出串联补偿电压，控制系统的无功与有功功率，无功功率的交换自身即可完成；并联部分作为电流源，主要平衡直流母线电压，为串联部分输出有功功率提供支撑；补偿功率一定时，在实现补偿电压最小的前提下，可省去串联部分的耦合变压器，直接进行串联补偿，以保证统一潮流控制器的经济性；

由前述可知，端功率调整量与和存在关系：

在功率调整量一定时即为等式约束条件；优化目标为最小，用来表示，则有：

其中为拉格朗日目标函数，为拉格朗日算子；

由，，解得：

考虑静态负荷电压特性，对优化控制模型进一步修正得到递推公式，假定静态负荷电压特性系数为，则有：

其中为调节前的端电压。

需要说明的是：

a. 该控制模型只采用统一潮流控制器安装处的单端信息量，数据获取方便；

b. 该模型适用于配电网三相不平衡时的单相潮流控制。

在本发明中，所述步骤三种的构建不等式约束条件，在满足功率等式约束条件下，还需满足下列不等式约束条件：

其中，位各负荷节点电压，、分别为负荷节点电压上下限；、分别为端、端输出的视在功率，、分别为端、端输出的视在功率极限。

采用上述技术方案后，本发明的有益效果为：本发明提供的一种基于串补电压最小的双电源配电环网潮流控制方法，相较于传统方法，本发明初步提出利用UPFC对配电环网潮流进行控制的方法，将配电环网潮流调节要求与UPFC输出电压相结合，在满足功率调节要求的前提下尽量保证统一潮流控制器的经济性。

附图说明

图1双电源配电环网潮流控制等值电路；

图2统一潮流控制器实现原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

本发明采用的技术方案为：一种基于串补电压最小的双电源配电环网潮流控制方法。包括如下步骤：

步骤一：构造双电源配电环网潮流控制方法；

为了解决双电源配电网所存在的较大循环功率而导致的两端馈线出力不均匀甚至出现的逆功率，须采取控制措施，下面将基于PSCAD建立仿真模型进行算理仿真证明该控制模型的有效性。如图1所示，模型参数为：，，，，，，，，，，，，，，，；

静态负荷电压特性系数；为更好地验证两端系统阻抗差异对潮流控制的影响，取端的内阻抗为0，根据UPFC安装处的实际有功与预设出力得到功率差值，代入式

中得到UPFC串联补偿电压，作为仿真模型中可控电源的电压输入；为了有效说明问题，采用统一的网络模型，分为2种情况验证功率调节效果；设定，,闭环运行时端有功出力为0.611 MW，端有功出力为3.113MW，两端有功出力严重不均衡。

在如图1所示的双电源配电环网中M 端输出的复功率为：

其中，为主馈环网阻抗的总和，为第条分支线路等值负荷，为第段主馈环网线路阻抗，、分别为端与端的母线电压，为分支数；

在一端（假定端）注入串联补偿电压，则该端输出的复功率为：

在调整串补电压时，假定两端母线电压不受影响，由上式可知端串联补偿电压可直接控制该端复功率的输出，即：

端有功功率变化量与串联补偿电压之间的关系为：

为方便表示，令：

则有：

其中为的纵分量，为横分量，为端有功功率变化量，、为系数；由此可见，通过调整和就能灵活调整端有功功率输出；在系统实际运行过程中，调度部门可根据两端馈线实际出力设置，在消除逆功率的前提下，综合考虑两端电源容量，尽量实现馈线出力的均衡化，以提高系统运行效率。

步骤二：提出基于串联补偿电压最小的潮流优化控制策略；

利用统一潮流控制器对配电环网潮流进行控制，将配电环网潮流调节要求与统一潮流控制器输出电压相结合，在满足功率调节要求的前提下尽量保证统一潮流控制器的经济性。统一潮流控制器的实现原理如图2所示，其串联部分输出串联补偿电压，控制系统的无功与有功功率，无功功率的交换自身即可完成；并联部分作为电流源，主要平衡直流母线电压，为串联部分输出有功功率提供支撑。补偿功率一定时，在实现补偿电压最小的前提下，可省去串联部分的耦合变压器，直接进行串联补偿，以保证统一潮流控制器的经济性。

由前述可知，端功率调整量与和存在关系：

在功率调整量一定时即为等式约束条件。优化目标为最小，用来表示。则有：

其中为拉格朗日目标函数，为拉格朗日算子。

由，，解得：

考虑静态负荷电压特性，对优化控制模型进一步修正得到递推公式，假定静态负荷电压特性系数为，则有：

其中为调节前的端电压。

需要说明的是：

a. 该控制模型只采用统一潮流控制器安装处的单端信息量，数据获取方便；

b. 该模型适用于配电网三相不平衡时的单相潮流控制。

步骤三：构建不等式约束条件；

所述的构建不等式约束条件，在满足功率等式约束条件下，还需满足下列不等式约束条件：

其中，位各负荷节点电压，、分别为负荷节点电压上下限；、分别为端、端输出的视在功率，、分别为端、端输出的视在功率极限。

根据上述步骤计算出的电压约束和功率输出极限条件下，分段调整结果如表1表2所示（其中、、、分别为流过统一潮流控制器的电流和功率）。在端利用统一潮流控制器调整后，端有功出力为1.641 MW，端有功出力为2.107MW，两端功率输出得到有效均衡。在利用统一潮流控制器调整后，端有功出力为2.070MW，端有功出力为1.722MW，两端功率输出得到有效均衡。

表1 M侧装设统一潮流控制器调整结果

表2M侧装设统一潮流控制器调整结果

表2（续）M侧装设统一潮流控制器调整结果

上述两种仿真结果表明，利用统一潮流控制器无论正向调整有功出力还是反向调整有功出力，均可在电压最小的情况下满足功率均衡调整目标。功率调整均具有较高的调节精度，考虑到实际负荷的波动性，该控制精度能够满足现场运行需要。这说明该优化控制模型是有效的。

本发明将环网潮流调节要求与统一潮流控制器输出电压有机结合，尽量保证统一潮流控制器装置的经济性。在满足潮流控制要求的前提下，建立了串补电压最小的优化控制模型，并得到了考虑静态负荷电压特性的潮流优化递推控制模型，建立了电压偏移以及两端功率输出极限约束条件。该模型不仅适合三相平衡系统，也适用于三相不平衡系统的单相潮流独立控制。仿真结果证明，该方法能够按照预期目标对潮流进行控制，均衡两端有功出力；而且目前电力电子技术已得到了长足发展，在此仿真模型中，2000V之内的电压可以调整1MW的有功功率，此时完全可以将串补耦合变压器省去，直接串联补偿即可，从而改善了装置的经济性。该模型不仅适合三相平衡系统，也适用于三相不平衡系统的单相潮流独立控制。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。