CN110808619B - 一种混联电网稳态控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种混联电网稳态控制方法，其包括步骤：步骤S1，含直流、UPFC的交直流混联电网中，分别对交流节点功耗、UPFC功耗及直流功耗进行计算；步骤S2，利用以下公式对混联电网中的损耗功耗进行计算：minP_loss＝ΔP_ac‑l+ΔP_ac‑T+ΔP_UPFC+ΔP_dc其中，ΔP_ac‑l为交流线路损耗，ΔP_ac‑T为交流变压器损耗，K_UPFC为UPFC损耗系数，ΔP_DC为直流输电***损耗；步骤S3，分别建立UPFC功率控制能力、变压器传输功率及母线电压的约束条件；步骤S4，对直流或UPFC传送容量进行控制，实际的总损耗量对比上述计算的总损耗量，确定最优控制方案。实施本发明，以控制线路功率不越限、交直流***整体损耗最小为目标，从而达到全局最优控制。

Description

一种混联电网稳态控制方法

技术领域

本发明属于电力***领域，涉及混联电网稳态控制方法。

背景技术

能够影响电网有功功率调整的FACTS元件主要包括直流、UPFC以及发电机和负荷。实际电网研究中通常认为发电机和负荷作为边界条件，重点分析直流、UPFC的动态特性和交互影响。

在毫秒级时间尺度，直流通常会响应其他交流、直流***发来的信号从而实现直流功率紧急提升或回降功能；该时间尺度下，UPFC通常采取旁路以躲过暂态故障冲击，待故障消除后重新投入，或者采取控制所在线路功率为初始值不动作，或者采取控制所在线路功率为最大值以尽量传输加速功率，降低送端电网失步风险，或者采取控制所在线路功率为最小值以降低本线路重载风险，重新分布送端电网加速功率转移路径等。此时，应从受端电网整体稳定性的角度，综合评估直流、UPFC控制策略的交互影响，评估其对受端电网稳定性的影响是同向的还是反向的，从而确定两者之间的交互影响。

在秒级、分钟级尺度，直流***可响应并列交流线路功率或电流信号实现直流功率快速调节，对原***动态振荡轨迹“削峰填谷”，快速抑制***振荡；该时间尺度下，UPFC通常以维持线路功率在设定值为控制目标，同时也具备跟踪本线路功率或电流信号以增强***阻尼、抑制振荡的效果。此时，直流、UPFC所采用的输入很可能不是同一交流线路的信号，其对***振荡的阻尼效果之间可能存在不匹配，严重情况下甚至存在振荡激发扩大风险。

发明内容

本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供混联电网稳态控制方法，解决现有方法不能使电网在最优点运行，无法实现有效的负载均衡和整体损耗控制的问题。

本发明提供混联电网稳态控制方法，其包括如下步骤：

步骤S1，含直流、UPFC的交直流混联电网中，分别对交流节点功耗、UPFC功耗及直流功耗进行计算；

步骤S2，利用以下公式对混联电网中的损耗功耗进行计算：

min P_loss＝ΔP_ac-l+ΔP_ac-T+ΔP_UPFC+ΔP_dc

其中，ΔP_ac-l为交流线路损耗，ΔP_ac-T为交流变压器损耗，K_UPFC为UPFC损耗系数，ΔP_DC为直流输电***损耗；

步骤S3，分别建立UPFC功率控制能力、变压器传输功率及母线电压的约束条件；

步骤S4，对直流或UPFC传送容量进行控制，实际的总损耗量对比上述计算的总损耗量，确定最优控制方案。

进一步，在步骤S1中，利用以下公式计算交流节点功耗:

其中，j∈i为交流节点j同交流节点i连接，P_Gi为交流节点i所连接发电机向交流节点i注入的有功功率，Q_Gi为交流节点i所连接发电机向交流节点i注入的无功功率，P_Li为交流节点i所连接的有功负荷，Q_Li为交流节点i所连接的有功负荷，U_i为交流节点i的电压，U_j为交流节点j的电压，G_ij为交流节点i、j间交流线路的电导，B_ij为交流节点i、j间交流线路的电纳，θ_ij为交流节点i、j间的相角差，P_UPFC为UPFC注入交流节点i的有功功率，Q_UPFC为UPFC注入交流节点i的无功功率。

进一步，在步骤S1中，利用以下公式计算UPFC功耗:

其中，P₀为UPFC注入交流节点的有功功率，Q₀为UPFC注入交流节点的无功功率。

进一步，在步骤S1中，利用以下公式计算直流功率:

其中，P_DC为直流注入交流节点的有功功率，Q_DC为直流注入交流节点的无功功率。

进一步，在步骤S2中，所述交流线路损耗与交流变压器损耗通过以下公式进行计算：

其中，当计算ΔP_AC-l时，Nl为交流线路总数，U_i、U_j分别为交流线路l两端交流节点i、j的电压，当计算ΔP_AC-T时，i为变压器的高压节点，j为变压器的低压节点。

进一步，在步骤S2中，所述UPFC损耗系数以UPFC传输有功功率乘损耗系数为UPFC***损耗，具体通过以下公式进行计算：

ΔP_UPFC＝K_UPFC×P_UPFC

其中，K_UPFC为UPFC损耗系数。

进一步，在步骤S2中，所述直流输电***损耗以直流传输有功功率乘损耗系数为直流***损耗，具体通过以下公式进行计算：

ΔP_DC＝K_DC×P_DC

其中，K_DC为直流损耗系数。

进一步，所述步骤S3中，所述UPFC功率控制能力的约束条件具体为以下公式：

P_0min≤P₀≤P_0max

其中，P_0max为UPFC出口i输出至交流***的功率上限值，P_0min为UPFC出口i输出至交流***的功率下限值。

进一步，所述步骤S3中，所述变压器传输功率的约束条件具体为以下公式：

PT_j≤PT_jN j＝1,2,...i,...NT

其中，P_Ti为变压器j的传输功率，P_TjN为变压器j的额定传输功率。

进一步，所述步骤S3中，所述母线电压的约束条件具体为以下公式：

U_min≤U_m≤U_max m＝1,2,...m,...N_B

其中，U_m为母线m的电压，U_max为母线m电压的上限值，U_min为母线m电压的下限值。

实施本发明实施例，具有如下有益效果：

本发明实施例提供混联电网稳态控制方法，通过协调控直流和UPFC所在线路功率，实现电网正常运行状态、检修状态和设防故障后状态下的潮流最优分布，以控制线路功率不越限、交直流***整体损耗最小为目标，从而达到全局最优控制；

优化交直流***潮流分布，实现电网的安全经济运行。稳态控制策略可应用于正常及检修运行方式下，通过最优潮流的计算，在允许运行范围内寻找最优运行点，达到各分区负载均衡和整体网络损耗最小的综合控制目的。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，根据这些附图获得其他的附图仍属于本发明的范畴。

图1为本发明提供的混联电网稳态控制方法的一个实施例的主流程示意图。

图2为本发明提供的混联电网架构示意图。

图3为本发明提供的一个实施例的调制直流与调制UPGU对比示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。

如图1所示，是出了本发明提供的混联电网稳态控制方法的一个实施例的主流程示意图，在本实施例中还如图2所示，所述方法包括如下步骤：

步骤S1，含直流、UPFC的交直流混联电网中，分别对交流节点功耗、UPFC功耗及直流功耗进行计算，其中，交直流混联电网由交流电网、直流及UPFC三部分组成；

具体实施例中，利用以下公式计算交流节点功耗:

其中，j∈i为交流节点j同交流节点i连接，P_Gi为交流节点i所连接发电机向交流节点i注入的有功功率，以流向交流节点i为正方向，Q_Gi为交流节点i所连接发电机向交流节点i注入的无功功率，以流向交流节点i为正方向，P_Li为交流节点i所连接的有功负荷，以流出交流节点i为正方向，Q_Li为交流节点i所连接的有功负荷，以流出交流节点i为正方向，U_i为交流节点i的电压，U_j为交流节点j的电压，G_ij为交流节点i、j间交流线路的电导，B_ij为交流节点i、j间交流线路的电纳，θ_ij为交流节点i、j间的相角差，P_UPFC为UPFC注入交流节点i的有功功率，以流入交流节点i为正，若该节点无UPFC连接，则为0，Q_UPFC为UPFC注入交流节点i的无功功率，以流入交流节点i为正，若该节点无UPFC连接，则为0；

具体的，利用以下公式计算UPFC功耗:

其中，P₀为UPFC注入交流节点的有功功率，Q₀为UPFC注入交流节点的无功功率；

更具体的，利用以下公式计算直流功率:

其中，P_DC为直流注入交流节点的有功功率，Q_DC为直流注入交流节点的无功功率。

步骤S2，利用以下公式对混联电网中的损耗功耗进行计算：

minP_loss＝ΔP_ac-l+ΔP_ac-T+ΔP_UPFC+ΔP_dc

其中，ΔP_ac-l为交流线路损耗，ΔP_ac-T为交流变压器损耗，K_UPFC为UPFC损耗系数，ΔP_DC为直流输电***损耗；

具体实施例中，交流损耗由两部分组成，分别是交流线路损耗ΔP_AC-l及交流变压器损耗ΔP_AC-T，所述交流线路损耗与交流变压器损耗通过以下公式进行计算：

其中，当计算ΔP_AC-l时，Nl为交流线路总数，U_i、U_j分别为交流线路l两端交流节点i、j的电压，当计算ΔP_AC-T时，i为变压器的高压节点，j为变压器的低压节点；

具体的，所述UPFC损耗系数以UPFC传输有功功率乘损耗系数为UPFC***损耗，具体通过以下公式进行计算：

ΔP_UPFC＝K_UPFC×P_UPFC

其中，K_UPFC为UPFC损耗系数；

更具体的，所述直流输电***损耗以直流传输有功功率乘损耗系数为直流***损耗，具体通过以下公式进行计算：

ΔP_DC＝K_DC×P_DC

其中，K_DC为直流损耗系数。

步骤S3，分别建立UPFC功率控制能力、变压器传输功率及母线电压的约束条件；

具体实施例中，所述UPFC功率控制能力的约束条件具体为以下公式：

P_0min≤P₀≤P_0max

其中，P_0max为UPFC出口i输出至交流***的功率上限值，P_0min为UPFC出口i输出至交流***的功率下限值；

具体的，所述变压器传输功率的约束条件具体为以下公式：

PT_j≤PT_jN j＝1,2,...i,...NT

其中，P_Ti为变压器j的传输功率，P_TjN为变压器j的额定传输功率；

更具体的，所述母线电压的约束条件具体为以下公式：

U_min≤U_m≤U_max m＝1,2,...m,...N_B

其中，U_m为母线m的电压，U_max为母线m电压的上限值，U_min为母线m电压的下限值。

步骤S4，对直流或UPFC传送容量进行控制，实际的总损耗量对比上述计算的总损耗量，确定最优控制方案。

本发明的一个实施例中，直流360万输送功率情况下，对电网进行故障扫描，发现剩余一回线路功率达到3420MW，超过热稳定性约束3200MW。

通过调整UPFC输送功率定值，将输送功率由1500MW*2调整为200MW*2时，线路功率不超过热稳定极限，UPFC功率最大值为400MW，以满足电网正常运行时的安全性要求。

根据最优潮流模型，在满足约束条件需求基础上，UPFC调制后定值不能高于200*2MW，据此计算得到UPFC输出功率值，输出功率以流入交流***为正。此时在满足供电安全性的前提下，交直流网损损耗最小，为987MW；

如图3所示，通过仿真分析，故障后至少调制180万功率，才能使剩余线路潮流由调制前的3400MW回降至额定值3100MW以下。通过同UPFC控制进行对比可见，由于两个支路电气距离更近，因而同样将功率控制至不超过热稳定极限，所需要的调制量要小于UPFC

更多的细节，可以参照并结合前述对附图的描述，在此不进行详述。

实施本发明实施例，具有如下有益效果：

本发明实施例提供混联电网稳态控制方法,通过协调控直流和UPFC所在线路功率，实现电网正常运行状态、检修状态和设防故障后状态下的潮流最优分布，以控制线路功率不越限、交直流***整体损耗最小为目标，从而达到全局最优控制；

优化交直流***潮流分布，实现电网的安全经济运行。稳态控制策略可应用于正常及检修运行方式下，通过最优潮流的计算，在允许运行范围内寻找最优运行点，达到各分区负载均衡和整体网络损耗最小的综合控制目的。

以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (5)

1.一种混联电网稳态控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1，含直流、UPFC的交直流混联电网中，分别对交流节点功耗、UPFC功耗及直流功耗进行计算；

步骤S2，利用以下公式对混联电网中的损耗功耗进行计算：

min P_loss＝ΔP_ac-l+ΔP_ac-T+ΔP_UPFC+ΔP_dc

其中，ΔP_ac-l为交流线路损耗，ΔP_ac-T为交流变压器损耗，ΔP_UPFC为UPFC***损耗，ΔP_DC为直流输电***损耗；

其中，以UPFC传输有功功率乘损耗系数为UPFC***损耗，具体通过以下公式进行计算：

ΔP_UPFC＝K_UPFC×P_UPFC

其中，K_UPFC为UPFC损耗系数；P_UPFC为UPFC***的有功功率；

以直流传输有功功率乘损耗系数为直流***损耗，具体通过以下公式进行计算：

ΔP_DC＝K_DC×P_DC

其中，K_DC为直流损耗系数；P_DC为直流注入交流节点的有功功率；

步骤S3，分别建立UPFC功率控制能力、变压器传输功率及母线电压的约束条件；

步骤S4，对直流或UPFC传送容量进行控制，通过实际的总损耗量与计算的总损耗量进行对比，确定最优控制方案。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤S1中，利用以下公式计算交流节点功耗:

其中，j∈i为交流节点j同交流节点i连接，P_Gi为交流节点i所连接发电机向交流节点i注入的有功功率，Q_Gi为交流节点i所连接发电机向交流节点i注入的无功功率，P_Li为交流节点i所连接的有功负荷，Q_Li为交流节点i所连接的有功负荷，U_i为交流节点i的电压，U_j为交流节点j的电压，G_ij为交流节点i、j间交流线路的电导，B_ij为交流节点i、j间交流线路的电纳，θ_ij为交流节点i、j间的相角差，P_UPFC为UPFC注入交流节点i的有功功率，Q_UPFC为UPFC注入交流节点i的无功功率。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤S3中，所述UPFC功率控制能力的约束条件具体为以下公式：

P_0min≤P₀≤P_0max

其中，P_0max为UPFC出口i输出至交流***的功率上限值，P_0min为UPFC出口i输出至交流***的功率下限值。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤S3中，所述变压器传输功率的约束条件具体为以下公式：

P_Tj≤P_TjN j＝1,2,...i,...NT

其中，P_Ti为变压器j的传输功率，P_TjN为变压器j的额定传输功率。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤S3中，所述母线电压的约束条件具体为以下公式：

U_min≤U_m≤U_max m＝1,2,...m,...N_B

其中，U_m为母线m的电压，U_max为母线m电压的上限值，U_min为母线m电压的下限值。