一种基于直流互联的电网潮流调控方法与流程

本发明属于交直流混合配电网控制技术领域，尤其涉及一种基于直流互联的电网潮流调控方法。

技术背景

变电站承担着电网汇集、分配电能的作用。为提高供电可靠性，变电站通常采用两个及以上主变的配置，以保证检修及故障情况下主变的n-1。但在实际运行过程中，变电站的各台主变通常采用分列运行方式，以减少故障时的短路电流以及避免正常运行时的高压输配电网中电磁合环电流。由于负荷的随机性和波动性，采用分列运行方式的变电站往往会出线各台主变之间的负载分配动态不均衡，甚至导致部分主变因过载而烧毁。

另外，传统变电站在电网作为一个汇集和分配电能的电气节点，仅能实现变压器分接头调节、断路器闭合、无功补偿投切等十分有限的调节，缺乏对电网运行控制的连续调节能力，无法应对越来越多的分布式发电和电动汽车等的接入对电网的影响。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：提供一种基于直流互联的电网潮流调控方法，依靠b2b-mmc的功率连续调节特性，根据变电站的实时负荷水平以及期望的无功水平，动态地调控电网潮流，实现负荷在线转供，进而实现主变负载率动态均衡和功率因数恒定，进而防止接入电网某些小容量主变过载的现象，提高了主变的利用率和使用寿命，提高交流配电网的运行可靠性和供电质量。

本发明技术方案：

一种基于直流互联的电网潮流调控方法，两个无穷大系统经不同交流馈线接入110kv变电站，分别经两台容量相同的主变在主变10kv低压侧利用b2b-mmc实现柔性互联；动态调整接入柔性互联主变的mmc换流器的有功/无功功率给定命令，实现主变的负载率均衡以及恒功率因数控制。

所述2台mmc换流器分别采用定直流电压控制/定无功功率控制定有功功率控制/定无功功率控制。

动态调整接入柔性互联主变的mmc换流器的有功/无功功率给定命令的获取方法包括：

步骤1)、在每个采样周期的起始点，分别采样直流互联的两台主变的三相输出电压uai、ubi、uci,其中i＝1,2，表示互联的主变的个数；采样两台mmc的三相输出电流iai、ibi、ici；两台mmc的电压有效值urmsi；直流母线电压udc；

步骤2)、将所述的三相输出电压uai、ubi、uci和三相输出电流iai、ibi、ici转换到αβ坐标系下，得到αβ坐标系下的电压uαi、uβi、iαi、iβi；

步骤3)、根据步骤2)所得到的αβ坐标系下的电压和电流uαi、uβi、iαi、iβi，计算两台主变负载侧输出的瞬时有功功率pi和无功功率qi；

步骤4)、将主变i的瞬时有功功率与额定容量的比值定义为主变i的负载率βi；

步骤5)、定义βn为系统的动态负载率，用以衡量系统的整体负载水平；

步骤6)、将步骤5)所得的主变i的实时负载率βi与系统动态负载率βn作差得到一个以系统动态负载率为目标的补偿值δβi；

步骤7)、将步骤6)所得负载率补偿值乘以主变i的额定容量，得到基于直流互联的主变i负载均衡控制下的mmc换流器的有功功率给定值prefi；

步骤8)、定义λn为系统基于直流互联的潮流调控期望功率因数；

步骤9)、根据步骤1)所得两台主变的三相输出电压和电流uai、ubi、uci、iai、ibi、ici，计算期望功率因数下的无功功率qni；

步骤10)、将步骤9)所得的期望功率因数下的无功功率qni与步骤3)所得的无功功率qi作差便得到基于直流互联的无功功率调控的恒功率因数下的mmc无功功率给定值qrefi；

步骤11)、步骤7)和步骤10)所述的限幅环节值分别为±pmaxi、±qmaxi。

步骤4)中的主变i的负载率βi具体计算公式为：

式中，为sni主变i的额定容量，单位mva。

步骤5)中的系统的动态负载率βn具体计算公式为：

步骤7)中的基于直流互联的主变i负载均衡控制下的mmc换流器的有功功率给定值prefi具体计算公式为：

步骤10)中的基于直流互联的无功功率调控的恒功率因数下的mmc无功功率给定值qrefi具体计算公式为：

当直流互联的两台主变没有系统级控制时，将步骤7)和步骤10)得到的pref1、pref2、qref1、qref2分别作为直流互联主变所接入的mmc换流器的有功外环的有功功率给定和无功外环的无功功率给定并按照步骤11)设置功率限幅环节；每个mmc都采用nlm调制。

本发明有益效果：

本发明依靠b2b-mmc的功率连续调节特性，根据变电站的实时负荷水平以及期望的无功水平，动态地调控电网潮流，实现负荷在线转供，进而实现主变负载率动态均衡和功率因数恒定，进而防止接入电网某些小容量主变过载的现象，提高了主变的利用率和使用寿命，提高交流配电网的运行可靠性和供电质量；本发明可以实现交直流混合配电网中双主变之间的动态潮流调控，确保柔性互联的主变之间能实现功率互济，负荷在线转供，提高交流配电网的设备利用率及运行可靠性，提升供电质量。

附图说明：

图1为本发明实施例基于直流互联的电网潮流动态调控系统结构原理框图。

具体实施方式：

图1为本发明实施例基于直流互联的电网潮流动态调控系统结构原理框图，主要包括两台容量相同的主变，两个带隔离变压器的mmc换流器、直流母线、2个电压互感器pt1与pt2、2个电流互感器ct1与ct2；所述的2个带隔离变压器的mmc换流器用于实现两台主变负载侧柔性互联；所述的直流母线电压等级为±10kv；所述的mmc换流器采用伪双极接线模式；所述的电压、电流互感器分别安装在两台互联主变的低压侧出线端，测得的电压电流分别为uai、ubi、uci、iai、ibi、ici；所述mmc换流器每相上下桥臂各20个全桥子模块，构成21电平，桥臂电抗4mh，隔离变压器阻抗为0.18[pu]。换流器1和换流器2而分别采用定直流电压控制/定无功功率控制(直流电压给定)，定有功功率控制/定无功功率控制，10kv母线接入负荷。

本发明实施例基于直流互联的电网潮流调控技术实现方法，具体的控制方法包括以下步骤：

1)在每个采样周期的起始点,分别采样直流互联的两台主变的三相输出电压uai、ubi、uci,其中i＝1,2，表示互联的主变的个数；采样两台mmc的三相输出电流iai、ibi、ici；两台mmc的电压有效值urmsi；直流母线电压udc；

2)将所述的三相输出电压uai、ubi、uci和三相输出电流iai、ibi、ici转换到αβ坐标系下，得到αβ坐标系下的电压uαi、uβi、iαi、iβi；

3)根据步骤2)所得到的αβ坐标系下的电压和电流uαi、uβi、iαi、iβi，计算两台主变负载侧输出的瞬时有功功率pi和无功功率qi；

4)将主变i的瞬时有功功率与额定容量的比值定义为主变i的负载率βi；

5)定义βn为系统的动态负载率，用以衡量系统的整体负载水平；

6)将步骤5)所得的主变i的实时负载率βi与系统动态负载率βn作差得到一个以系统动态负载率为目标的补偿值δβi；

7)将步骤6)所得负载率补偿值乘以主变i的额定容量，得到基于直流互联的主变i负载均衡控制下的mmc换流器的有功功率给定值prefi；

8)定义λn为系统基于直流互联的潮流调控期望功率因数；

9)根据步骤1)所得两台主变的三相输出电压和电流uai、ubi、uci、iai、ibi、ici，计算期望功率因数下的无功功率qni；

10)将步骤9)所得的期望功率因数下的无功功率qni与步骤3)所得的无功功率qi作差便可得到基于直流互联的无功功率调控的恒功率因数下的mmc无功功率给定值qrefi；

11)步骤7)和步骤10)所述的限幅环节值分别为±pmaxi、±qmaxi。

步骤4)中的主变i的负载率βi具体计算公式为：

式中，为sni主变i的额定容量，单位mva。

步骤5)中的系统的动态负载率βn具体计算公式为：

步骤7)中的基于直流互联的主变i负载均衡控制下的mmc换流器的有功功率给定值prefi具体计算公式为：

步骤10)中的基于直流互联的无功功率调控的恒功率因数下的mmc无功功率给定值qrefi具体计算公式为：

本发明一实施例基于直流互联的电网潮流调控技术实现方法，假定直流互联的两台主变没有系统级控制，即将根据步骤7)和步骤10)所述得到的pref1、pref2、qref1、qref2分别作为直流互联主变所接入的mmc换流器的有功外环的有功功率给定和无功外环的无功功率给定并按照步骤11)设置功率限幅环节。其余的dq控制环节与常用dq控制相同，其中每个mmc都采用nlm调制。

本发明一实例负载均衡控制与非均衡控制下系统仿真结果对比得知，未加入负载率均衡控制时，由于mmc2的有功功率给定为0，导致两台主变间没有有功功率支撑，有功负荷的变化由主变独立承担,使得主变的有功功率、负载率、功率因数以及出口电流发生相应变化，而有功负载的变化对系统传输的无功功率以及功率因数没有影响。加入负载率均衡控制后，经过附加有功功率的调节作用，主变的之间有功功率灵活传输，负荷的变化由互联主变共同承担，实现负载率均衡。由于两台主变的容量相同，因而有功功率同负载率一样实现均衡。此外，由于存在有功功率的相互支撑，使得各主变的功率因数和有功功率相应发生变化，而无功功率只在暂态过程存在波动；系统直流母线电压基本保持在20kv。

未加入恒功率因数控制时，由于两台换流器的无功功率给定为0，导致两台主变间没有无功功率支撑，无功负荷的变化由主变独立承担,使得主变的无功功率、功率因数以及出口电流发生相应变化，而无功负载的变化对系统传输的有功功率以及负载率基本没有影响；加入恒功率因数控制后，经过附加无功功率的调节作用，主变的之间无功功率灵活传输，无功负荷的变化由互联主变共同承担，实现恒功率因数下的动态无功补偿。此外，由于两台主变的容量相同，因而无功功率同功率因数一样实现均衡。此外，由于存在无功功率的相互支撑，使得各主变的功率因数、无功功率及出口电流相应发生变化，而有功功率和负载率基本保持不变。此外，加入恒功率因数控制后，系统直流母线电压基本保持在20kv。

通过对仿真波形的分析，可以看到本发明提出的基于直流互联的电网潮流调控技术能够充分利用各主变的供电能力，加入附加有功功率均衡控制后能够使互联主变的负载率与系统负载水平一致，提高了变压器的利用率和运行经济性；能够提供快速精确无功补偿，提高系统功率因数，改善母线电压水平，提高分布式电源的消纳能力。