基于调度的三端柔性环网装置的建模方法
【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，尤其是涉及一种用于调度的三端柔性环网装置的建模方法。应用三端柔性环网装置将三个配电网相连形成环网，实现装置端口有功功率和无功功率的控制，本发明采用定系统电压的方法画出功率调度范围，得到整流端和逆变端的功率调度区域，再通过理想化模型得到工程实践中所需的功率调度区域，建立了考虑综合安全边界条件的三端柔性环网装置的功率调度方法。本发明为三端柔性环网装置的功率调度提供了理论依据。从仿真结果可以看到，本发明能够为三端柔性环网装置提供有效的功率调度区域。
【专利说明】
基于调度的H端柔性环网装置的建模方法
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，尤其设及一种用于调度的S端 柔性环网装置的建模方法。
【背景技术】
[0002] 随着我国城市化建设的不断推进，电力电子装置在配电系统中的应用已经日益广 泛。配电网的损耗及无功补偿，过电压及其保护措施，供电可靠性和电能质量，W及配电网 的继电保护等都需要用到电力电子装置。但是随着社会对供电可靠性、电能质量等要求不 断提高，配电网面临向高可靠性、高效率、低耗能转型，为满足城市供电发展的新需求，基于 柔性直流技术的交直流混合配电网是一种崭新的解决方案，能够增强城市配电网应对故障 风险能力，并提局运行效率和灵活性。
[0003] 柔性环网装置是应用电力电子变流器设备将多个配电网进行互联形成环网。=端 柔性环网装置，是一种具有灵活的拓扑结构，可根据负荷需求分别构成=线路福射式结构、 任意两线路联络式结构、=线路联络式结构，从而有效调节各个母线之间的潮流分配、实现 潮流优化的电力电子装置。
[0004] 在IOkV配电网中，采用柔性环网装置进行多馈线闭环运行，除能够提供动态无功 等优点外，当遇到设备过载或设备故障停电、设备检修时，能够经济、安全地实现负荷转供， 大幅减少目前转供过程的短时供电中断。同时通过柔性环网装置可灵活控制系统潮流，实 现多馈线负荷均衡，最大化电网供电能力，显著提高供电可靠性和设备利用率。在现有配电 网中增加=端柔性环网装置后，需要对调度策略及软件进行修改，建立=端柔性环网装置 的模型是工作基础。目前在输电领域柔性直流输电设备已经得到应用，高压直流输电系统 应用柔性直流输电设备，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26卷第2 期出版的 "Modeling and Con化〇1 Of VSC-HVDC Links Connected to Island Systems",已有技术[2]，见 IE 邸 TRANSACTIONS ON POWER SYSTEMS,第31 卷第I 期出版的 "Generic Model of MMC-VSC-HVDC for Interaction Study With AC化wer System"。在配电网中柔性环网装置的建模方法和模 型与高压直流输电情况不同，用于调度的建模方法和模型也不同。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于，提出一种=端柔性环网装置的建模方法，用于调度方面的功 率控制。
[0006] 为了实现上述目的，本发明提出的技术方案是考虑综合安全边界条件得出=端柔 性环网装置的功率调度区域，建立基于调度的=端柔性环网装置的模型。其特征在于，=端 柔性环网装置将=个配电网相连形成环网，实现装置端口有功功率和无功功率的控制;采 用定系统电压的方法画出功率调度范围，得到整流端和逆变端的功率调度区域，再通过理 想化模型得到工程实践中所需的功率调度区域，建立了用于调度的模型;在确定好功率调 度边界条件的前提下，已知=端的无功功率，可W按照此调度模型有效地实现有功功率的 调度。
[0007] 其中，所述的一种基于调度的=端柔性环网装置的建模方法，立端是指任意一端 为整流端，其余两端为逆变端。
[0008] 所述的一种基于调度的=端柔性环网装置的建模方法，功率的运行调度需在功率 调度区域内进行。
[0009] 所述的一种基于调度的=端柔性环网装置的建模方法，电压有效值确定，各端口 电压相角不同。
[0010] 与现有技术相比，本发明具有W下有益效果:本发明建立了基于调度的=端柔性 环网装置的模型，有利于装置在配电网中的调度;通过稳态建模，为=端柔性环网装置的功 率调度提供了理论依据，确定了功率调度的范围；使柔性环网装置在已知各端无功功率的 情况下，快速准确地调用有功功率。
【附图说明】
[0011] 图1为本发明的S端柔性环网装置的结构示意图； 图2为本发明的定系统电压下的有功和无功范围图； 图3为本发明的ABCS端的功率边界范围图； 图4为本发明的ABCS端的无功功率0与角度0关系示意图； 图5为本发明的角度0取值范围图； 图6为本发明的简化后功率调度示意图； 图7为本发明的A端整流端的功率调度区域图； 图8为本发明的有功功率仿真示意图。
【具体实施方式】
[0012] 下面结合附图对本发明做进一步说明。
[OOU]图访本发明的立端柔性环网装置的结构示意图，ZsaJsb和Zs C为线路阻抗，变 流器内部损耗等效为柔性环网装置自身的交流侧的电阻，通常情况下柔性环网装置的损耗 PlossA、户LossB和户LossC用柔性环网装置视在功率的百分比进行估计。
[0014] 本发明通过搭建用于调度的=端柔性环网装置的模型，得到其功率关系式，然后 对功率调度的边界条件进行了理论分析，得到定系统电压Ksa时的有功功率和无功功率范 围图。W整流和逆变电路的功率特性为基础，WA为整流端，B、C为逆变端为例，得出无功功 率已知时有功功率调度的表达式。最后，在数学运算的基础上，结合实际工程的情况，给出 简化的功率调度范围，并通过仿真验证了方法的正确性。
[0015] WA端a相为例进行有功功率和无功功率建模，功率满足式(1)。
[0016]
(1) 交流侧电流如式(2)所示。
[0017 (2) ，将式（1)带入式（2)可得A
[001 (3) 端电网侧的a相有功功率和无功功率的调度模型和柔性环网装置的有功功率和无功功率 模型，如式(3)所示。
如果不考虑柔性环网装置损耗，那么A端输入的有功功率与B端和C端输出的有功功率
[001 干示。
[002 (5) (6)
[002 (8) 总和相等;考虑柔性环网装置损耗，A端输入的有功和柔性环网装置的损耗(/\dssA+/^L DSSB+ Pl ossc)相减后与B端和C端输出的有功功率总和相等。可得式(9)和式（10)。
[C
(9) 综上所述，用于调度的=端柔性环网装置模型如式（11)所示。
[0023](11) 图2刃本巧巧的足《统电比h
的巧巧和尤巧化围圏，限制流过变流器的电流W保护开 关器件。电流最大值的轨迹在有功功率和无功功率图中是一个圆屯、在原点，半径为Vk皆w'f 的圆，如式(12)所示。
运样，在PQ图中就产生了一段W挺-彎)为圆必为半径的圆弧，如式（16)所示。[0027]
(16)
[
[
[ (15) 而变流器端口电压K CA本身也有最大值和最小值，其中K CAmax是为了避免过调压，K CMin 是为了防止欠压。
[002引图3为本发明的ABCS端的功率边界范围图，A端为整流端，系统发出有功功率， 注入变流器，所WA端变流器的功率范围表示为(a)中阴影部分。B、C端为逆变端，有功功率 由逆变器向系统注入，所WB、C端变流器的功率范围表示为(b)中阴影部分（WC端为例）。 [0029]图4为本发明的ABCS端的无功功率0与角度0关系示意图，在各端无功功率0已 知的情况下，如果不考虑损耗，则有功功率表示成式(17)。
[0030]
(17) 其中，饰和如的取值范围是(V2,3V2)，0A的取值范围是(-V2，V2)。考虑系统容量 问题.R、C端所需的有功功莖苗和不能超过A端可W提供的最大值，即
(18) 综上所述，=端柔性环网装置在各端口无功功率已知的前提下，有功功率的调度运行 表达式为：
(19) 固日刃牟化巧的用设W 4X?但化巧固，C端为例，分为①、②、③S段确定。其中：
巧确定，交点二由圆
[003。 设系统总容量为50MW，均分为每端约为16丽，系统电压为lOkV，得系统电流约为 0.924kA。
[0032] 圆弧段②：0 CC已知，则由 'W得到户CCmax,则
所W运段0C的取值范围是
r 00331 圆弧段讯象胞二部分：由圆機幸替盏二C殺y F所确定，半径
.所W运段0C的取值范围是(31/
[0034] 圆弧段①象限S部分：由圆
巧
，所W运段0C的取值范围是(3V
[0035] 阴影部分：
由圆 所确定，运段0C 的取值范目
[0036] 图6为本发明的简化后功率调度示意图，若交点1和弧段②在0轴上的差值，W及 交点2和弧段③在0轴上的差值非常小(可忽略不计），则弧段②和③可趋于直线。设系统总 容量为50丽，均分为每端约为16丽，系统线电压为lOkV，相电压有效值为5.77kV，系统电流 为0.924kA，系统连接阻抗乂 = ? Z=314 X 0.002=0.628 Q。令K GG丽和K GGmin为K GG，推导两交 点的纵坐标0，解方程组(20)可得式(21)。
[0037]
(20) 21) (22)
(23) (24) (25) (26) 该差值远小于0 0,所W可W忽略不计，运样就得到了简化的功率调度图。交点I的纵坐 标0 1 = 5.286Mva;r，交点2的纵坐标0 2=-5.314Mva;r，贝各端的无功功率取值范围是 (15.858,-15.942)Mvar。
[0038] 简化后的0角范围确定如下： B、C端圆弧段①象限二部分：0的取值范围是(V2，V24 。圆弧段①象限 S部分：0的取值范围是(3V2-
，331/2)。4端圆弧段@象限一部分：0的取值范 围是（n/2-
n/2)。圆弧段①象限四部分：0的取值范围是（33t/2,33t/2 +
[0039] 图7为本发明的A端整流端的功率调度区域图，阴影部分为A端整流端的有功功率 Pca的调度区域。由上面过程可知，已知=端柔性环网装置各端口无功功率已知，本发明专 利给出了有功功率调度的范围，即给出了调度模型。
[0040] 图8为本发明的有功功率仿真示意图，W电流流入变流器为电流正方向，Pl为整流 端A所提供的有功功率6MW，P2_P3为逆变端B、C所接收的有功功率总和6MW。仿真已知=个变 流器的无功功率0和角度0来确定各自所需的有功功率P，通过仿真结果可W看出本发明 能够有效的在=端柔性环网装置中进行功率调度。
【主权项】
1. 一种基于调度的三端柔性环网装置的建模方法，其特征在于三端柔性环网装置将三 个配电网相连形成环网，实现装置端口有功功率和无功功率的控制;采用定系统电压的方 法画出功率调度范围，得到整流端和逆变端的功率调度区域，再通过理想化模型得到工程 实践中所需的功率调度区域，建立了用于调度的模型；在确定好功率调度边界条件的前提 下，已知三端的无功功率，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所述的一种基于调度的三端柔性环网装置的建模方法，三端是指任 意一端为整流端，其余两端为逆变端。3. 根据权利要求1所述的一种基于调度的三端柔性环网装置的建模方法，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所述的一种基于调度的三端柔性环网装置的建模方法，电压有效值 确定，各端口电压相角不同。
【文档编号】H02J3/36GK105978012SQ201610245478
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年4月20日
【发明人】赵国鹏, 何彦良, 韩民晓, 黄仁乐, 蒲天骄, 王伟
【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