CN109494815B - 一种分布式潮流控制器的多目标协调控制方法 - Google Patents

Abstract

一种分布式潮流控制器的多目标协调控制方法，该方法先建立以线路有功功率潮流、线路无功功率潮流、线路首端母线电压、串联侧直流电容电压、并联侧两变流器间的直流电容电压为控制变量，以上述控制变量与其相应的控制器设定参考值的方差的积分为性能指标形成目标函数的分布式潮流控制器多目标协调控制模型，再将线路上各元件的参数输入分布式潮流控制器多目标协调控制模型中得到分布式潮流控制器的控制参数，然后根据控制参数对分布式潮流控制器进行协调控制。本设计显著改善了分布式潮流控制器的性能。

Description

一种分布式潮流控制器的多目标协调控制方法

技术领域

本发明属于智能电网运行与稳定控制技术领域，具体涉及一种分布式潮流控制器的多目标协调控制方法，以提高分布式潮流控制器的工作效能。

背景技术

分布式潮流控制器(Distributed Power Flow Controller，DPFC)除具有功率调节、电压调控、抑制电力***功率振荡、增强电力***稳定性的功能外，还具有不平衡度补偿、电能质量治理等特点。DPFC并联侧三相变流器通过变压器与***交换基波功率，其中有功功率用以维持直流电容的电压在目标值，无功功率用以控制并联侧母线电压。单相变流器通过输电线路向DPFC串联侧传输三次谐波功率，串联侧变流器一方面从***吸收并联侧变流器经输电线路传输过来的三次谐波有功功率，用于维持本身直流电容电压为目标值；另一方面，根据***潮流调控的需要，向***注入幅值和相角均可调的基波电压，串并联侧协调作用，共同实现DPFC调节***潮流的功能。

分布式潮流控制器的并联侧已有三相和单相变流器，串联侧更有多达上百个的单相变流器，其彼此间的交互耦合作用将非常复杂。而且，体现在潮流控制上，DPFC有多个控制目标，寻求多目标间的协调控制，是功能强大、价格低廉的DPFC走向工程应用要解决的重要问题之一。

发明内容

基于以上背景，本发明提供了一种能够有效提高分布式潮流控制器性能的分布式潮流控制器的多目标协调控制方法。

为实现以上目的，本发明的技术方案如下：

一种分布式潮流控制器的多目标协调控制方法，依次包括以下步骤：

步骤A、建立分布式潮流控制器多目标协调控制模型，其中，所述分布式潮流控制器多目标协调控制模型的目标函数为：

上式中，D(δ_se)为δ_se与其对应的控制器设定参考值的方差，δ_se为线路有功功率潮流，V_se为线路无功功率潮流，V_s为线路首端母线电压，V_dc，se为串联侧直流电容电压，V_dc，sh为并联侧两变流器间的直流电容电压，t为时间；

步骤B、先将线路上各元件的参数值输入分布式潮流控制器多目标协调控制模型中，得到分布式潮流控制器的控制参数，然后根据控制参数对分布式潮流控制器进行协调控制。

步骤A中，

上式中，K_pk、K_ik分别为分布式潮流控制器的比例系数和积分系数，k＝1,2,3，4，5，s为V_se的相角，P_L、Q_L分别为被控线路的有功和无功潮流，P_L，ref、Q_L，ref分别为被控线路有功和无功潮流的参考值，m_sh为并联侧两变流器的调制比，V_s，ref为V_s的参考值，I_sh1，d、I_{sh1，d，ref}分别为并联侧基波电流和其参考值的d轴分量，I_sh3、I_{sh1，d，ref}分别为并联侧变流器向线路发出的三次谐波电流和其参考值。

步骤A中，所述目标函数的约束条件包括能量平衡约束、电压安全运行极限约束、装置出力极限约束；

所述能量平衡约束为：

上式中，P_se为串联侧变流器注入线路的有功功率，P_sh为并联侧变流器吸收的有功功率，P₁为线路首端有功功率，P_se1为串联侧变流器注入线路中的基波功率，P_dc，se、P_dc，sh分别为串、并联侧直流电容上的有功功率，P_sh3为并联侧变流器向线路发出的三次谐波有功功率；

所述电压安全运行极限约束为：

上式中，V_smin、V_smax为V_s的最小、最大安全运行值，V_semax为V_se允许的最大值，m_se1为串联侧变流器的调制比，V_{dc，se，max}为直流电容电压的最大值，

为串联侧变流器向线路发出的三次谐波电压的最大值，ξ为线路的安全运行允许最大偏差值；

所述装置出力极限约束为：

P_semax+Q_semax＝S_se

上式中，P_se、Q_se分别为串联侧注入线路的有功功率和无功功率，P_semax、Q_smax分别为串联侧注入线路的有功功率最大值和无功功率最大值，S_se为串联侧的装置容量。

步骤B中，所述控制参数包括分布式潮流控制器的比例系数和积分系数。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明一种分布式潮流控制器的多目标协调控制方法以线路有功功率潮流、线路无功功率潮流、线路首端母线电压、串联侧直流电容电压、并联侧两变流器间的直流电容电压为控制变量，将上述控制变量与其相应的控制器设定参考值的方差的积分为性能指标形成目标函数，并考虑能量平衡约束、电压安全运行极限约束和装置出力极限约束等多约束条件构建了分布式潮流控制器多目标协调控制模型，采用该模型可解决分布式潮流控制器多控制目标间的交互影响问题，有效优化分布式潮流控制器，显著改善分布式潮流控制器的性能，保障分布式潮流控制器强大功能的有效发挥。因此，本发明显著改善了分布式潮流控制器的性能。

附图说明

图1为本发明实施例1中DPFC潮流调控能力示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

一种分布式潮流控制器的多目标协调控制方法，依次包括以下步骤：

步骤A、建立分布式潮流控制器多目标协调控制模型，其中，所述分布式潮流控制器多目标协调控制模型的目标函数为：

上式中，D(δ_se)为δ_se与其对应的控制器设定参考值的方差，δ_se为线路有功功率潮流，V_se为线路无功功率潮流，V_s为线路首端母线电压，V_dc，se为串联侧直流电容电压，V_dc，sh为并联侧两变流器间的直流电容电压，t为时间；

步骤B、先将线路上各元件的参数值输入分布式潮流控制器多目标协调控制模型中，得到分布式潮流控制器的控制参数，然后根据控制参数对分布式潮流控制器进行协调控制。

步骤A中，

上式中，K_pk、K_ik分别为分布式潮流控制器的比例系数和积分系数，k＝1,2,3，4，5，s为V_se的相角，P_L、Q_L分别为被控线路的有功和无功潮流，P_L，ref、Q_L，ref分别为被控线路有功和无功潮流的参考值，m_sh为并联侧两变流器的调制比，V_s，ref为V_s的参考值，I_sh1，d、I_{sh1，d，ref}分别为并联侧基波电流和其参考值的d轴分量，I_sh3、I_sh3，ref分别为并联侧变流器向线路发出的三次谐波电流和其参考值。

步骤A中，所述目标函数的约束条件包括能量平衡约束、电压安全运行极限约束、装置出力极限约束；

所述能量平衡约束为：

上式中，P_se为串联侧变流器注入线路的有功功率，P_sh为并联侧变流器吸收的有功功率，P₁为线路首端有功功率，P_se1为串联侧变流器注入线路中的基波功率，P_dc，se、P_dc，sh分别为串、并联侧直流电容上的有功功率，P_sh3为并联侧变流器向线路发出的三次谐波有功功率；

所述电压安全运行极限约束为：

上式中，V_smin、V_smax为V_s的最小、最大安全运行值，V_semax为V_se允许的最大值，m_se1为串联侧变流器的调制比，V_{dc，se，max}为直流电容电压的最大值，

为串联侧变流器向线路发出的三次谐波电压的最大值，ξ为线路的安全运行允许最大偏差值；

所述装置出力极限约束为：

P_semax+Q_semax＝S_se

上式中，P_se、Q_se分别为串联侧注入线路的有功功率和无功功率，P_semax、Q_semax分别为串联侧注入线路的有功功率最大值和无功功率最大值，S_se为串联侧的装置容量。

步骤B中，所述控制参数包括分布式潮流控制器的比例系数和积分系数。

实施例1：

本实施例以装有两组串联侧分布式潮流控制器的单机无穷大***为对象，其包含两端发电机G1和G2，母线B1和B2，双回输电线路L1和L2，两侧变压器分比为Δ-Y和Y-Δ接法，线路上各元件的参数为：发电端电源电压为0.38kV，电压相角为8.7°，内阻为电阻1Ω，电感0.1H；受电端电源电压为0.38kV，电压相角为0°；两线路阻抗均为0.279+j3.99Ω，变压器变比均为1:1；线路末端接有电阻为0.5Ω的电阻；串并联直流电容电压值均取为200V；分布式潮流控制器并联侧安装在发电机和变压器T1的中性线上，两组串联变流器安装在线路L1上，且等电气距离，即两串联变流器间的电阻为0.1395+j1.995Ω，占线路总阻抗的一半。

一种分布式潮流控制器的多目标协调控制方法，该方法依次按照以下步骤进行：

步骤1、建立分布式潮流控制器多目标协调控制模型，其中，所述分布式潮流控制器多目标协调控制模型的目标函数为：

P_semax+Q_semax＝S_se

上式中，D(δ_se)为δ_se与其对应的控制器设定参考值的方差，δ_se为线路有功功率潮流，V_se为线路无功功率潮流，V_s为线路首端母线电压，V_dc，se为串联侧直流电容电压，V_dc，sh为并联侧两变流器间的直流电容电压，t为时间，K_pk、K_ik分别为分布式潮流控制器的比例系数和积分系数，k＝1,2,3，4，5，s为V_se的相角，P_L、Q_L分别为被控线路的有功和无功潮流，P_L，ref、Q_L，ref分别为被控线路有功和无功潮流的参考值，m_sh为并联侧两变流器的调制比，V_s，ref为V_s的参考值，I_sh1，d、I_{sh1，d，ref}分别为并联侧基波电流和其参考值的d轴分量，I_sh3、I_sh3，ref分别为并联侧变流器向线路发出的三次谐波电流和其参考值，P_se为串联侧变流器注入线路的有功功率，P_sh为并联侧变流器吸收的有功功率，P₁为线路首端有功功率，P_se1为串联侧变流器注入线路中的基波功率，P_dc，se、P_dc，sh分别为串、并联侧直流电容上的有功功率，P_sh3为并联侧变流器向线路发出的三次谐波有功功率，V_{s min}、V_{s max}为V_s的最小、最大安全运行值，V_semax为V_se允许的最大值，m_se1为串联侧变流器的调制比，V_{dc，se，max}为直流电容电压的最大值，

为串联侧变流器向线路发出的三次谐波电压的最大值，ξ为线路的安全运行允许最大偏差值，P_se、Q_se分别为串联侧注入线路的有功功率和无功功率，P_semax、Q_semax分别为串联侧注入线路的有功功率最大值和无功功率最大值，S_se为串联侧的装置容量；

步骤2、将线路上各元件的参数值输入分布式潮流控制器多目标协调控制模型中，得出V_se与线路潮流调控能力间的范围(参见图1，图中不同的椭圆表示串联侧基波电压在不同幅值下对应的DPFC潮流调控能力，其对应同一个椭圆心D(0.376，0.131)为***的原始潮流值，因为受直流电容电压的约束，最后调控能力为在A、B、O围城扇形面积内的区域)，选取交叉概率为0.8，变异概率为0.07，种群规模为50，最大优化代数为50，计及图1所示ABO扇形区域的约束，得出分布式潮流控制器的控制参数：比例系数K_p1＝0.82、K_p2＝0.45、K_p3＝0.62、K_p4＝0.65、K_p5＝0.56；积分系数：K_i1＝0.06、K_i2＝0.03、K_i3＝0.05、K_i4＝0.05、K_i5＝0.04；

步骤3、输入上述控制参数，可得4s时将分布式潮流控制器开始启动(但串联侧只投入第一组)，同时设置线路有功功率潮流由初始潮流阶跃到1kW；8s时，投入串联侧第二组变流器，同时设置线路有功功率潮流由1kW阶跃到1.47kW；两组串联侧变流器直流电容电压恒定设置为100V。控制参数优化前后的仿真对比控制器未优化时，在8s，第一组串联变流器的直流电容电压从0.5V跃变至1.8V，电压波动幅度为89％；两组串联变流器的直流电容电压均可维持在0.2V左右，电压波动减小，然后投入第二组分布式潮流控制器串联侧，使得第一组串联变流器的注入电压跌落5V左右；此时，第二组投入时，第一组串联变流器电压波动仅为0.5V，两串联变流器的注入电压较优化前更快地趋于平稳状态。

由此可知，采用本控制模型能够优化各控制器，从而更好地改善分布式潮流控制器的性能。

Claims (2)

1.一种分布式潮流控制器的多目标协调控制方法，其特征在于：

所述协调控制方法依次包括以下步骤：

步骤A、建立分布式潮流控制器多目标协调控制模型，其中，所述分布式潮流控制器多目标协调控制模型的目标函数为：

上式中，D(δ_se)为δ_se与其对应的控制器设定参考值的方差，δ_se为线路有功功率潮流，V_se为线路无功功率潮流，V_s为线路首端母线电压，V_dc，se为串联侧直流电容电压，V_dc，sh为并联侧两变流器间的直流电容电压，t为时间，K_pk、K_ik分别为分布式潮流控制器的比例系数和积分系数，k＝1,2,3，4，5，s为V_se的相角，Q_L、Q_L分别为被控线路的有功和无功潮流，P_L，ref、Q_L，ref分别为被控线路有功和无功潮流的参考值，m_sh为并联侧两变流器的调制比，V_s，ref为V_s的参考值，I_sh1，d、I_{sh1，d，ref}分别为并联侧基波电流和其参考值的d轴分量，I_sh3、I_sh3，ref分别为并联侧变流器向线路发出的三次谐波电流和其参考值；

所述目标函数的约束条件包括能量平衡约束、电压安全运行极限约束、装置出力极限约束；

所述能量平衡约束为：

上式中，P_se为串联侧变流器注入线路的有功功率，P_sh为并联侧变流器吸收的有功功率，P₁为线路首端有功功率，P_se1为串联侧变流器注入线路中的基波功率，P_dc，se、P_dc，sh分别为串、并联侧直流电容上的有功功率，P_sh3为并联侧变流器向线路发出的三次谐波有功功率；

所述电压安全运行极限约束为：

上式中，V_{s min}、V_{s max}为V_s的最小、最大安全运行值，V_semax为V_se允许的最大值，m_se1为串联侧变流器的调制比，V_{dc，se，max}为直流电容电压的最大值，

为串联侧变流器向线路发出的三次谐波电压的最大值，ξ为线路的安全运行允许最大偏差值；

所述装置出力极限约束为：

P_semax+Q_semax＝S_se

上式中，P_se、Q_se分别为串联侧注入线路的有功功率和无功功率，P_semax、Q_semax分别为串联侧注入线路的有功功率最大值和无功功率最大值，S_se为串联侧的装置容量；

步骤B、先将线路上各元件的参数值输入分布式潮流控制器多目标协调控制模型中，得到分布式潮流控制器的控制参数，然后根据控制参数对分布式潮流控制器进行协调控制。

2.根据权利要求1所述的分布式潮流控制器的多目标协调控制方法，其特征在于：

步骤B中，所述控制参数包括分布式潮流控制器的比例系数和积分系数。

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