用于电网调度的柔性分区互联装置稳态模型的制作方法
【专利摘要】本发明属于电力电子装置在配电网中的应用领域，尤其涉及一种用于电网调度的柔性分区互联装置稳态模型。两个背靠背连接的变流器构成柔性分区互联装置，实现装置两个端口有功功率和无功功率的控制；在装置功率安全边界条件下，电网调度软件给出有功功率和无功功率指令，柔性分区互联装置输出相应的有功功率和无功功率。本发明基于两个端口电压和装置额定功率，建立用于电网调度的有功功率和无功功率稳态模型，得到整流端和逆变端的功率调度的边界条件与区域，已知两个端口的无功功率，可以按照此调度模型有效地实现有功功率的调度。本发明为调度提供理论依据，方便确定有功和无功的调度范围。
【专利说明】
用于电网调度的柔性分区互联装置稳态模型
技术领域
[0001] 本发明属于电力电子装置在配电网中的应用领域，尤其设及一种用于电网调度的 柔性分区互联装置稳态模型。
【背景技术】
[0002] 随着我国电力事业飞速发展，现代社会对电能质量的要求日益提高，提供安全、稳 定、灵活的电能成为一种趋势。在我国，每个地区的配电网都有多个独立系统，系统间的能 源分布和需求不平衡。现代电力网络不断发展，各区域电网需要互联支援来优化系统运行 能力。针对分区互联装置，主要研究多个区域输电线路的互联，高压交流输电（HVAC)、基于 晶闽管换流器的传统高压直流输电（LCC-HVDC)和基于可控通断器件的电压源换流器的柔 性直流输电(VSC-HVDC)是常用的=种方法。柔性直流输电自1997年第一条柔性直流线路投 运W来，已在城市、海岛等多种平台广泛应用，采用可控关断器件和PWM调制技术，不仅满足 了负荷需求，而且可W对电网进行动态无功补偿、解决可再生能源并网问题、提高电网调度 灵活性。
[0003] 柔性分区互联装置是基于电力电子设备的分区互联装置，将两个区域配电网进行 互联。应用柔性分区互联装置进行区域间互相协调控制，提高配电系统的可靠性和经济性， 实现大范围的资源优化配置。目前在输电领域柔性直流输电设备已经得到应用，其建模方 法和模型在很多文献中提及，例如已有技术[1]，见IEEE TRANSACTIONS ON POWER SYSTEMS,第29 卷第I 期出版的 "Modeling of Multi-Terminal VSC HVDC Systems With Distributed DC Voltage Contror，已有技术[2]，见IE趾 TRANSACTIONS ON POWER DELIVERY,第28卷第3期出版的 "Dynamic Averaged and Simplified Models for MMC- Based HVDC Transmission Systems"。目前，在输电领域，对柔性直流系统的建模方法和模 型已经成熟。在配电网中用于调度的柔性分区互联装置稳态模型的是分区互联的基础。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于，建立柔性分区互联装置稳态模型，用于柔性分区互联装置的 调度。
[0005] 为了实现上述目的，本发明提出的技术方案是在装置功率安全边界条件下，电网 调度软件给出有功功率和无功功率指令，柔性分区互联装置输出相应的有功功率和无功功 率。其特征在于柔性分区互联装置由两个背靠背连接的变流器构成，共用一个直流侧，实现 装置两个端口有功功率和无功功率的控制;两个端口无功功率由各自端口来控制，有功功 率可W由一个端口经过直流侧流入到另一个端口，完成有功功率交换;基于两个端口电压 和装置额定功率，建立用于电网调度的有功功率和无功功率稳态模型，得到整流端和逆变 端的功率调度的边界条件与区域，已知两个端口的无功功率，可W按照此调度模型有效地 实现有功功率的调度。
[0006] 其中，所述一种用于电网调度的柔性分区互联装置稳态模型，柔性分区互联装置 两个端口，其中一个端口为整流端口，另外一个为逆变端口，有功功率由整流端口流入，由 逆变端口流出，且可W双向流动。
[0007] 所述的一种用于电网调度的柔性分区互联装置稳态模型，端口电压幅值为恒定 值，功率的运行调度需在功率调度区域内进行。
[0008] 所述的一种用于电网调度的柔性分区互联装置稳态模型，柔性分区互联装置直流 侧为恒定值。
[0009] 与现有技术相比，本发明具有W下有益效果:本发明应用调度软件提供数据，建立 柔性分区互联装置稳态模型，为运行和调度提供理论依据，提高了电网调度的准确性;建立 了柔性分区互联装置等效模型及边界条件，方便确定有功和无功的调度范围。
【附图说明】
[0010] 图1为本发明的柔性分区互联装置示意图； 图2为本发明的柔性分区互联装置单相等效电路图； 图3为本发明的柔性分区互联装置容量图； 图4为本发明的柔性分区互联装置有功无功解禪控制框图； 图5为本发明的柔性分区互联装置功率流动示意图； 图6为本发明的输入端和输出端的功率仿真波形图。
【具体实施方式】
[0011] 下面结合附图对本发明做进一步说明。
[0012]图1为本发明的柔性分区互联装置示意图，如果A端向B端供电，A端通过；相桥式 换流器连接直流侧，作为整流器工作，直流侧通过=相桥式换流器连接B端电网，=相桥式 整流器作为逆变器工作，A端和B端网侧电压KsA和Ksb恒定，相角为任意值。图1中化A和化B为线 路阻抗。B端向A端供电时同理。
[0013] 图2为本发明的柔性分区互联装置单相等效电路图，针对A端或者B端，柔性分区互 联装置等效为电压源，电压幅值为内，么代表阻抗。由单相等效电路可得出有功电流和无功 电流，进而得到有功功率和无功功率。
[0014] 下面进行A区(A端)有功和无功建模，功率满足下式：
[0015] 将式（1)带入式(2)可得A区域电网侧的有功无功的模型和柔性直流装置的有功无 功模型： (3) (5)
综上所述，柔性直流装置模型如下式： 如果不考虑柔性直流装置损耗，那么A区输入的有功与B区输出的有功相等;考虑柔性 直流装置损耗，A区输入的有功和柔性直流装置的损耗(/l〇ssA+/l〇ssB)相减后与B区输出的有 功巧等： (7) (8) (9) 式(9)为柔性分区互联装置的功率模型，通过装置控制系统输入或者输出相应的有功 功率和无功功率，下面给出模型的中有功无功在调度过程中的工作边界和区域。
[0016] 为了使设备开关器件正常工作需要考虑=个限制条件，分别是柔性直流装置的容 量、端口电压和电流。在柔性直流装置端口电压上限和下限已知情况下，容量和电压、电流 有工作界限。
[0017] 图3为本发明的柔性分区互联装置容量图，有功无功合成的视在功率需要小于装 置的总容量，阴影部分为有功和无功运行的区域。其中功率方程如式（10)所示，将式（10)整 理为式（11)和式（12)。
[0( (11) ) 式（12)，表示Wf藏一^l为圆必，半径为^^的圆。柔性直流装置端日电压最大值 和最小值分别为％和麵有功无功确定后可W由式(13)得出电压和相角。
[0019] 图4为本发明的柔性分区互联装置有功无功解禪控制框图。柔性直流装置在P/Q控 制下可W实现有功无功解禪控制，调度软件给出有功和无功的指令，柔性分区互联装置根 据自身控制系统控制方法输出相对应的有功功率和无功功率，即跟踪调度指令。
[0020] 图5为本发明的柔性分区互联装置功率流动示意图，有功功率在两个区域配电网 之间流动，无功功率在各自区域端口输出。
[0021] 根据W上方法，可W得出用于电网调度的柔性分区互联装置的模型和功率运行边 界条件，需在给出的区域内进行调度。
[0022] 图6为本发明的输入端和输出端的功率仿真波形图。有功功率具有参考方向，W发 出为正，吸收为负，给予调度软件600MW的有功功率指令，-600MW表示输出端吸收600MW的有 功功率，输出功率能正确跟踪调度软件给出的有功指令。
【主权项】
1. 一种用于电网调度的柔性分区互联装置稳态模型，其特征在于柔性分区互联装置由 两个背靠背连接的变流器构成，共用一个直流侧，实现装置两个端口有功功率和无功功率 的控制;两个端口无功功率由各自端口来控制，有功功率可以由一个端口经过直流侧流入 到另一个端口，完成有功功率交换;基于两个端口电压和装置额定功率，建立用于电网调度 的有功功率和无功功率稳态模型，得到整流端和逆变端的功率调度的边界条件与区域，已 知两个端口的无功功率，可以按照此调度模型有效地实现有功功率的调度。2. 根据权利要求1所述的一种用于电网调度的柔性分区互联装置稳态模型，柔性分区 互联装置两个端口，其中一个端口为整流端口，另外一个为逆变端口，有功功率由整流端口 流入，由逆变端口流出，且可以双向流动。3. 根据权利要求1所述的一种用于电网调度的柔性分区互联装置稳态模型，端口电压 幅值为恒定值，功率的运行调度需在功率调度区域内进行。4. 根据权利要求1所述的一种用于电网调度的柔性分区互联装置稳态模型，柔性分区 互联装置直流侧为恒定值。
【文档编号】H02J3/36GK105978011SQ201610245476
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年4月20日
【发明人】赵国鹏, 许浩, 何彦良, 韩民晓, 李蕴, 于汀, 韩巍
【申请人】华北电力大学, 国网北京市电力公司, 中国电力科学研究院