用于電網(wǎng)調(diào)度的柔性分區(qū)互聯(lián)裝置穩(wěn)態(tài)模型的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于電力電子裝置在配電網(wǎng)中的應(yīng)用領(lǐng)域，尤其涉及一種用于電網(wǎng)調(diào)度的柔性分區(qū)互聯(lián)裝置穩(wěn)態(tài)模型。兩個(gè)背靠背連接的變流器構(gòu)成柔性分區(qū)互聯(lián)裝置，實(shí)現(xiàn)裝置兩個(gè)端口有功功率和無功功率的控制；在裝置功率安全邊界條件下，電網(wǎng)調(diào)度軟件給出有功功率和無功功率指令，柔性分區(qū)互聯(lián)裝置輸出相應(yīng)的有功功率和無功功率。本發(fā)明基于兩個(gè)端口電壓和裝置額定功率，建立用于電網(wǎng)調(diào)度的有功功率和無功功率穩(wěn)態(tài)模型，得到整流端和逆變端的功率調(diào)度的邊界條件與區(qū)域，已知兩個(gè)端口的無功功率，可以按照此調(diào)度模型有效地實(shí)現(xiàn)有功功率的調(diào)度。本發(fā)明為調(diào)度提供理論依據(jù)，方便確定有功和無功的調(diào)度范圍。
【專利說明】
用于電網(wǎng)調(diào)度的柔性分區(qū)互聯(lián)裝置穩(wěn)態(tài)模型
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于電力電子裝置在配電網(wǎng)中的應(yīng)用領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種用于電網(wǎng)調(diào)度的 柔性分區(qū)互聯(lián)裝置穩(wěn)態(tài)模型。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著我國電力事業(yè)飛速發(fā)展，現(xiàn)代社會(huì)對(duì)電能質(zhì)量的要求日益提高，提供安全、穩(wěn) 定、靈活的電能成為一種趨勢(shì)。在我國，每個(gè)地區(qū)的配電網(wǎng)都有多個(gè)獨(dú)立系統(tǒng)，系統(tǒng)間的能 源分布和需求不平衡?，F(xiàn)代電力網(wǎng)絡(luò)不斷發(fā)展，各區(qū)域電網(wǎng)需要互聯(lián)支援來優(yōu)化系統(tǒng)運(yùn)行 能力。針對(duì)分區(qū)互聯(lián)裝置，主要研究多個(gè)區(qū)域輸電線路的互聯(lián)，高壓交流輸電（HVAC)、基于 晶閩管換流器的傳統(tǒng)高壓直流輸電（LCC-HVDC)和基于可控通斷器件的電壓源換流器的柔 性直流輸電(VSC-HVDC)是常用的=種方法。柔性直流輸電自1997年第一條柔性直流線路投 運(yùn)W來，已在城市、海島等多種平臺(tái)廣泛應(yīng)用，采用可控關(guān)斷器件和PWM調(diào)制技術(shù)，不僅滿足 了負(fù)荷需求，而且可W對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償、解決可再生能源并網(wǎng)問題、提高電網(wǎng)調(diào)度 靈活性。
[0003] 柔性分區(qū)互聯(lián)裝置是基于電力電子設(shè)備的分區(qū)互聯(lián)裝置，將兩個(gè)區(qū)域配電網(wǎng)進(jìn)行 互聯(lián)。應(yīng)用柔性分區(qū)互聯(lián)裝置進(jìn)行區(qū)域間互相協(xié)調(diào)控制，提高配電系統(tǒng)的可靠性和經(jīng)濟(jì)性， 實(shí)現(xiàn)大范圍的資源優(yōu)化配置。目前在輸電領(lǐng)域柔性直流輸電設(shè)備已經(jīng)得到應(yīng)用，其建模方 法和模型在很多文獻(xiàn)中提及，例如已有技術(shù)[1]，見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，已有技術(shù)[2]，見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，在輸電領(lǐng)域，對(duì)柔性直流系統(tǒng)的建模方法和模 型已經(jīng)成熟。在配電網(wǎng)中用于調(diào)度的柔性分區(qū)互聯(lián)裝置穩(wěn)態(tài)模型的是分區(qū)互聯(lián)的基礎(chǔ)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于，建立柔性分區(qū)互聯(lián)裝置穩(wěn)態(tài)模型，用于柔性分區(qū)互聯(lián)裝置的 調(diào)度。
[0005] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出的技術(shù)方案是在裝置功率安全邊界條件下，電網(wǎng) 調(diào)度軟件給出有功功率和無功功率指令，柔性分區(qū)互聯(lián)裝置輸出相應(yīng)的有功功率和無功功 率。其特征在于柔性分區(qū)互聯(lián)裝置由兩個(gè)背靠背連接的變流器構(gòu)成，共用一個(gè)直流側(cè)，實(shí)現(xiàn) 裝置兩個(gè)端口有功功率和無功功率的控制;兩個(gè)端口無功功率由各自端口來控制，有功功 率可W由一個(gè)端口經(jīng)過直流側(cè)流入到另一個(gè)端口，完成有功功率交換;基于兩個(gè)端口電壓 和裝置額定功率，建立用于電網(wǎng)調(diào)度的有功功率和無功功率穩(wěn)態(tài)模型，得到整流端和逆變 端的功率調(diào)度的邊界條件與區(qū)域，已知兩個(gè)端口的無功功率，可W按照此調(diào)度模型有效地 實(shí)現(xiàn)有功功率的調(diào)度。
[0006] 其中，所述一種用于電網(wǎng)調(diào)度的柔性分區(qū)互聯(lián)裝置穩(wěn)態(tài)模型，柔性分區(qū)互聯(lián)裝置 兩個(gè)端口，其中一個(gè)端口為整流端口，另外一個(gè)為逆變端口，有功功率由整流端口流入，由 逆變端口流出，且可W雙向流動(dòng)。
[0007] 所述的一種用于電網(wǎng)調(diào)度的柔性分區(qū)互聯(lián)裝置穩(wěn)態(tài)模型，端口電壓幅值為恒定 值，功率的運(yùn)行調(diào)度需在功率調(diào)度區(qū)域內(nèi)進(jìn)行。
[0008] 所述的一種用于電網(wǎng)調(diào)度的柔性分區(qū)互聯(lián)裝置穩(wěn)態(tài)模型，柔性分區(qū)互聯(lián)裝置直流 側(cè)為恒定值。
[0009] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有W下有益效果:本發(fā)明應(yīng)用調(diào)度軟件提供數(shù)據(jù)，建立 柔性分區(qū)互聯(lián)裝置穩(wěn)態(tài)模型，為運(yùn)行和調(diào)度提供理論依據(jù)，提高了電網(wǎng)調(diào)度的準(zhǔn)確性;建立 了柔性分區(qū)互聯(lián)裝置等效模型及邊界條件，方便確定有功和無功的調(diào)度范圍。
【附圖說明】
[0010] 圖1為本發(fā)明的柔性分區(qū)互聯(lián)裝置示意圖； 圖2為本發(fā)明的柔性分區(qū)互聯(lián)裝置單相等效電路圖； 圖3為本發(fā)明的柔性分區(qū)互聯(lián)裝置容量圖； 圖4為本發(fā)明的柔性分區(qū)互聯(lián)裝置有功無功解禪控制框圖； 圖5為本發(fā)明的柔性分區(qū)互聯(lián)裝置功率流動(dòng)示意圖； 圖6為本發(fā)明的輸入端和輸出端的功率仿真波形圖。
【具體實(shí)施方式】
[0011] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
[0012]圖1為本發(fā)明的柔性分區(qū)互聯(lián)裝置示意圖，如果A端向B端供電，A端通過；相橋式 換流器連接直流側(cè)，作為整流器工作，直流側(cè)通過=相橋式換流器連接B端電網(wǎng)，=相橋式 整流器作為逆變器工作，A端和B端網(wǎng)側(cè)電壓KsA和Ksb恒定，相角為任意值。圖1中化A和化B為線 路阻抗。B端向A端供電時(shí)同理。
[0013] 圖2為本發(fā)明的柔性分區(qū)互聯(lián)裝置單相等效電路圖，針對(duì)A端或者B端，柔性分區(qū)互 聯(lián)裝置等效為電壓源，電壓幅值為內(nèi)，么代表阻抗。由單相等效電路可得出有功電流和無功 電流，進(jìn)而得到有功功率和無功功率。
[0014] 下面進(jìn)行A區(qū)(A端)有功和無功建模，功率滿足下式：
[0015] 將式（1)帶入式(2)可得A區(qū)域電網(wǎng)側(cè)的有功無功的模型和柔性直流裝置的有功無 功模型： (3) (5)

綜上所述，柔性直流裝置模型如下式： 如果不考慮柔性直流裝置損耗，那么A區(qū)輸入的有功與B區(qū)輸出的有功相等;考慮柔性 直流裝置損耗，A區(qū)輸入的有功和柔性直流裝置的損耗(/l〇ssA+/l〇ssB)相減后與B區(qū)輸出的有 功巧等： (7) (8) (9) 式(9)為柔性分區(qū)互聯(lián)裝置的功率模型，通過裝置控制系統(tǒng)輸入或者輸出相應(yīng)的有功 功率和無功功率，下面給出模型的中有功無功在調(diào)度過程中的工作邊界和區(qū)域。
[0016] 為了使設(shè)備開關(guān)器件正常工作需要考慮=個(gè)限制條件，分別是柔性直流裝置的容 量、端口電壓和電流。在柔性直流裝置端口電壓上限和下限已知情況下，容量和電壓、電流 有工作界限。
[0017] 圖3為本發(fā)明的柔性分區(qū)互聯(lián)裝置容量圖，有功無功合成的視在功率需要小于裝 置的總?cè)萘?，陰影部分為有功和無功運(yùn)行的區(qū)域。其中功率方程如式（10)所示，將式（10)整 理為式（11)和式（12)。
[0( (11) ) 式（12)，表示W(wǎng)f藏一^l為圓必，半徑為^^的圓。柔性直流裝置端日電壓最大值 和最小值分別為％和麵有功無功確定后可W由式(13)得出電壓和相角。
[0019] 圖4為本發(fā)明的柔性分區(qū)互聯(lián)裝置有功無功解禪控制框圖。柔性直流裝置在P/Q控 制下可W實(shí)現(xiàn)有功無功解禪控制，調(diào)度軟件給出有功和無功的指令，柔性分區(qū)互聯(lián)裝置根 據(jù)自身控制系統(tǒng)控制方法輸出相對(duì)應(yīng)的有功功率和無功功率，即跟蹤調(diào)度指令。
[0020] 圖5為本發(fā)明的柔性分區(qū)互聯(lián)裝置功率流動(dòng)示意圖，有功功率在兩個(gè)區(qū)域配電網(wǎng) 之間流動(dòng)，無功功率在各自區(qū)域端口輸出。
[0021] 根據(jù)W上方法，可W得出用于電網(wǎng)調(diào)度的柔性分區(qū)互聯(lián)裝置的模型和功率運(yùn)行邊 界條件，需在給出的區(qū)域內(nèi)進(jìn)行調(diào)度。
[0022] 圖6為本發(fā)明的輸入端和輸出端的功率仿真波形圖。有功功率具有參考方向，W發(fā) 出為正，吸收為負(fù)，給予調(diào)度軟件600MW的有功功率指令，-600MW表示輸出端吸收600MW的有 功功率，輸出功率能正確跟蹤調(diào)度軟件給出的有功指令。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于電網(wǎng)調(diào)度的柔性分區(qū)互聯(lián)裝置穩(wěn)態(tài)模型，其特征在于柔性分區(qū)互聯(lián)裝置由 兩個(gè)背靠背連接的變流器構(gòu)成，共用一個(gè)直流側(cè)，實(shí)現(xiàn)裝置兩個(gè)端口有功功率和無功功率 的控制;兩個(gè)端口無功功率由各自端口來控制，有功功率可以由一個(gè)端口經(jīng)過直流側(cè)流入 到另一個(gè)端口，完成有功功率交換;基于兩個(gè)端口電壓和裝置額定功率，建立用于電網(wǎng)調(diào)度 的有功功率和無功功率穩(wěn)態(tài)模型，得到整流端和逆變端的功率調(diào)度的邊界條件與區(qū)域，已 知兩個(gè)端口的無功功率，可以按照此調(diào)度模型有效地實(shí)現(xiàn)有功功率的調(diào)度。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于電網(wǎng)調(diào)度的柔性分區(qū)互聯(lián)裝置穩(wěn)態(tài)模型，柔性分區(qū) 互聯(lián)裝置兩個(gè)端口，其中一個(gè)端口為整流端口，另外一個(gè)為逆變端口，有功功率由整流端口 流入，由逆變端口流出，且可以雙向流動(dòng)。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于電網(wǎng)調(diào)度的柔性分區(qū)互聯(lián)裝置穩(wěn)態(tài)模型，端口電壓 幅值為恒定值，功率的運(yùn)行調(diào)度需在功率調(diào)度區(qū)域內(nèi)進(jìn)行。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于電網(wǎng)調(diào)度的柔性分區(qū)互聯(lián)裝置穩(wěn)態(tài)模型，柔性分區(qū) 互聯(lián)裝置直流側(cè)為恒定值。
【文檔編號(hào)】H02J3/36GK105978011SQ201610245476
【公開日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2016年4月20日
【發(fā)明人】趙國鵬, 許浩, 何彥良, 韓民曉, 李蘊(yùn), 于汀, 韓巍
【申請(qǐng)人】華北電力大學(xué), 國網(wǎng)北京市電力公司, 中國電力科學(xué)研究院