弱网互联场景下柔性交直流配电系统稳定控制方法

1.本发明属于电力控制领域，具体涉及一种弱网互联场景下柔性交直流配电系统稳定控制方法。


背景技术：

2.在全球能源危机和环境污染日益严重的大背景下，风电、光伏等分布式能源发展迅速且其接入交流配电网的容量不断增加，交直流配电系统得以迅速发展。直流下垂控制是新能源并网技术中广泛的控制方式之一，其实现方式简单，理想情况下可以不使用通信即可实现功率按特定下垂系数实现比例分配，对于长距离的线路来说，减少了通信线路的建设成本也进一步提高了可靠性；即插即用，便于系统的扩展，降低了系统的复杂度。
3.图1描述了一个柔性交直流配电系统结构，其中交流电网与直流网络通过电压源型换流站相连接。图1中，弱交流电网1、2、3和n分别代表第1，第2，第3和第n个弱交流电网。ac/dc模块为电压源型换流站（voltage-source converter,vsc），load是直流网络负载，dg为分布式发电单元（distributed generation），es为储能系统（energy storage）。
4.在实际运行过程中当弱交流电网频率较低时其向直流网络吸收的有功功率会提高、或者向直流网络注入的有功功率会减少。此系统中连接的交流电网是弱电网，当频率在正常范围波动的时候，使用传统的直流下垂控制策略进行调节，弱交流电网所需提供的有功功率较少，对弱交流电网影响较小。但当弱交流电网频率下降到一定范围时，按照常规下垂控制策略给定的曲线，交流弱电网提供的有功功率难以维持直流网络的稳定。因此，在弱网互联场景下，常规下垂控制策略会使弱交流电网承受巨大压力，易于诱发系统失稳。


技术实现要素：

5.为解决上述技术问题，本发明提供了一种弱网互联场景下柔性交直流配电系统稳定控制方法，其为可变下垂控制的方法。受限于弱交流电网容量小、抗干扰能力低的特点，在交直流配电系统的建设中，传统的下垂控制可能会出现因弱交流电网频率波动导致直流网络电压无法自由调整的情况。本发明在常规的直流有功-电压下垂控制策略的基础上，提出了可变有功功率和可变下垂因子的新型控制方法，可在不同工况下对下垂控制进行柔性调整。
6.为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：一种弱网互联场景下柔性交直流配电系统稳定控制方法，具体包括：对于弱交流电网n，其额定频率为，下垂控制公式为：；其中，为直流母线电压，为直流母线电压参考值，为下垂因子，为弱交流电网n经对应ac/dc换流站n注入直流网络的有功功率；在实际运行中，所述交流弱
电网n出现以下工况，所述控制方法包括如下步骤：工况1. 弱交流电网n的频率处于正常范围，ac/dc换流站n有功功率和下垂因子不变；工况2. 弱交流电网n的频率弱交流电网n的频率额定频率，ac/dc换流站n注入直流网络的可变有功功率为：，其中为比例因子；根据公式与公式联立求得可变下垂因子，再将所述可变有功功率代入，进一步推导出，从而对下垂控制进行调整。
7.有益效果：本发明提出的可变下垂控制方法，可以解决在弱网互联情况下，弱交流电网无法提供足够有功功率导致直流网络电压无法维持的问题。相较于传统的下垂控制方法，此方法既保证了直流网络电压控制的稳定性，又减小了对弱交流电网的有功功率压力。本发明有利于维持直流网络电压的稳定，提高供电质量，也减小了交直流网络电压调整时对弱交流电网的有功功率压力，弥补传统下垂控制的缺陷，为分布式能源的并网以及交直流配电系统的建设提供重要支撑，市场前景广阔。
附图说明
8.图1为柔性交直流系统结构图；图2为有功-电压下垂曲线图；图3为改进柔性下垂控制曲线图。
具体实施方式
9.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。
10.本发明的弱网互联场景下柔性交直流配电系统稳定控制方法具体包括如下步骤：定义可变下垂因子和可变有功功率，对于直流网络的电压下垂控制曲线如图2所示。
11.下垂控制公式为：；其中，为直流母线电压，为直流母线电压参考值，为下垂因子，为弱交流电网n经对应ac/dc换流站n注入直流网络的有功功率。由此曲线可以看出直流母线电压的维持与ac/dc换流站n有功功率的大小是线性相关的。
12.对于弱交流电网n，其额定频率为，在实际运行中会有以下工况出现：工况1. 弱交流电网n的频率处于正常范围，即不是很小，此时弱交流电网n经对应ac/dc换流站向直流网络提供的有功功率很小，弱交流电网n可以正常提供所需的有功功率。在此情况下，维持原有的下垂控制策略，即ac/dc换流站n有功功率和下垂因子不变。此时交直流系统可以稳定运行。
13.工况2. 弱交流电网n的频率弱交流电网n的频率额定频率，此时需要弱交流电网经对应ac/dc换流站向直流网络提供的有功功率很大，会出现弱交流电网n无法提供充足有功功率的情况，对应图2，即为电压调整范围变小。此时引入可变有功功率，其中为比例因子。
14.可根据公式与公式联立求得可变下垂因子，将上述可变有
功功率代入，可以进一步推导出，此时直流有功-电压下垂控制曲线为图3所示。
15.通过上述控制策略可以看到，当直流网络电压想要维持在这一恒定数值时，其需要弱交流电网提供的有功功率始终可以维持在一个较低的水平。通过对下垂因子的分段动态调整，此控制方法既可以保证直流网络电压的稳定，也可以减小对弱交流电网的有功功率压力。
16.综上所述，本发明：提出了可变有功功率的思想和一个具体计算方法，即公式，其中为比例因子；同时通过公式与公式联立可进一步推导出可变下垂因子的具体数值：，将上述表达式代入即可进一步求出，即可实现可变下垂因子,进而可在不同工况下对下垂控制进行柔性调整。
17.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。


技术特征：
1.一种弱网互联场景下柔性交直流配电系统稳定控制方法，其特征在于：对于弱交流电网n，设定其额定频率为，下垂控制公式为：；其中，为直流母线电压，为直流母线电压参考值，为下垂因子，为弱交流电网n经对应ac/dc换流站n注入直流网络的有功功率；在实际运行中，所述弱交流电网n出现以下工况，所述控制方法包括如下步骤：工况1. 弱交流电网n的频率处于正常范围，有功功率和下垂因子不变；工况2. 弱交流电网n的频率弱交流电网n的频率额定频率，ac/dc换流站n注入直流网络的可变有功功率为：，其中为比例因子；根据公式与公式联立求得可变下垂因子，再将所述可变有功功率代入，进一步推导出，从而对下垂控制进行柔性调整。

技术总结
本发明提供一种弱网互联场景下柔性交直流配电系统稳定控制方法，其为可变下垂控制的方法。受限于交流配电网容量小、抗干扰能力低的特点，在交直流配电系统的建设中，传统的下垂控制可能会出现因交流电网频率波动导致直流网络电压无法自由调整的情况。本发明在常规的直流有功-电压下垂控制的基础上，提出了可变有功功率和可变下垂因子的新型控制方法，可在不同工况下对下垂控制进行柔性调整。可在不同工况下对下垂控制进行柔性调整。可在不同工况下对下垂控制进行柔性调整。


技术研发人员：邓卫 刘颜滔 裴玮
受保护的技术使用者：中国科学院电工研究所
技术研发日：2023.02.16
技术公布日：2023/3/27