CN114868317A

CN114868317A - 配电网络中的mv馈线之间的电力传输

Info

Publication number: CN114868317A
Application number: CN202080087966.7A
Authority: CN
Inventors: 伯蒂尔·伯格伦; 里特维克·玛朱姆德; 张利东
Original assignee: ABB Schweiz AG
Current assignee: ABB Schweiz AG
Priority date: 2020-01-10
Filing date: 2020-01-10
Publication date: 2022-08-05
Also published as: EP4088356A1; WO2021139896A1; US11862975B2; US20230132007A1

Abstract

提出了一种用于经由配电网络中的中压MV直流MVDC链路在MV馈线之间传输电力的方法。该方法在配电网络中的控制器(1)中执行，并且包括：针对MVDC链路的一组功率参考量中的每个功率参考量设置(S100)迭代步长值，并且设置该组功率参考量中的每个功率参考量的初始值；迭代地改变该组功率参考量中的每个功率参考量的值，并且通过以下方式选择该组功率参考量中的一个改变的值：分别以所设置的迭代步长值一次一个地将该组功率参考量中的每个功率参考量的当前值改变(S120)为新值，并且一次一个地针对新值中的每个新值测量配电网络的变电站处的总有功功率；以及选择(S140)该组功率参考量中的在变电站处提供最低测量总有功功率的一个功率参考量的新值，其中下一迭代利用所选择的新值作为该组功率参考量中的一个功率参考量的当前值，并且利用该组功率参考量中的另一功率参考量的当前值来执行。还提出了一种用于经由配电网络中的MVDC链路在MV馈线之间传输电力的控制器。

Description

配电网络中的MV馈线之间的电力传输

技术领域

本公开涉及一种用于经由配电网络中的MVDC链路在MV馈线之间传输电力的方法、以及一种用于执行该方法的控制器。

背景技术

已经提出在中压(MV)配电网络中使用与常开(NO)开关并联的背靠背直流(DC)链路，如图1中的MVDC1所示。这种布置的优点是它有利于配电网络中径向馈线之间的有功电力传输，而无需关闭NO开关。背靠背DC链路也可以安装在MV馈线之间，而无需与NO开关并联，以达到相同目的。如图1中的MVDC2所示，DC链路也可以在转换器之间具有DC电缆，并且因此不是严格意义上的背对背转换器。

具有在配电网络中的MV馈线之间传输电力的可能性的主要原因是为了增强电力传输能力。提高现有MV网络的功率容量变得越来越重要的一个因素是，预计电动汽车(EV)将大量增加，这将给例如城市MV配电网络带来更多压力。另一因素也是提供减少馈线***的有功功率损耗的方法。

图1所示的MV配电网络经由一个(或多个)变压器从高压(HV)网络被馈电。(多个)变压器经由断路器(用“x”表示)连接到MV母线。此外，MV馈线也经由断路器(也用“x”表示)连接到MV母线。将电力从HV变换为MV的变电站称为一次变电站。一次变电站下方的MV馈线段由二次变电站之间的电缆段组成。在电缆段的每一侧，开关(由实心方块表示)可用于将电缆段与二次变电站断开。这些开关可以是断路器、负载开关或甚至是简单的隔离开关。此外，在二次变电站中，负载直接连接在MV级，或者如图1所示，连接在变压器的低压(LV)侧。一次变电站中的断路器(十字)和馈线上的开关(实心方块)常闭。馈线之间也有打开的开关(用空心方块表示)。以这种方式，MV配电网络可以作为径向网络操作，尽管它是网状的。常开(NO)开关通常在发生故障的情况下使用，例如，电缆段故障。一旦故障电缆段断开连接，故障电缆段下方的负载可以通过关闭NO开关来被提供服务。以这种方式，径向馈线结构可以在正常操作和故障情况下被保持。

MV馈线之间的MVDC链路的优点是可以在馈线之间传输可控量的有功功率，同时保持径向馈线结构。

结合图2-图4描述了用于控制配电网络中的MV馈线之间的MVDC链路的标准控制结构。

图2示出了在描述标准类型DC链路控制时将使用的一些AC/DC转换器量，其中使用以下符号：

P_PCC、Q_PCC：公共耦合点(PCC)处的有功和无功功率。公共耦合点是两条MV馈线耦合在一起的地方，即，MVDC链路的每一侧都有一个PCC。

V_PCC：PCC处的电压。

I_v：阀门电流。

V_f：变压器的转换器侧的电压。

X_r：相电抗器电抗(或等效物)。

V_v：阀门电压。

I_dc：转换器直流电流。

V_dc：转换器直流电压。

DC链路的标准控制类型是所谓的电流矢量控制类型。其整体结构如图3所示。

在锁相环(PLL)中，所测量的三相量V_f被变换到dq参考系(一个分量在d方向V_fd，一个分量在q方向V_fq)，即，与V_f同步，使得能够得到稳态下V_fd＝V_f和V_fq＝0的dq变换。有功功率(AP)/DV控制块用于控制PCC处的有功功率或控制转换器直流电压，并且控制块的输出是d轴方向上的阀电流命令。AP/DV控制器被布置为接收参考P_PCC值、所测量的P_PCC值、参考V_dc值和所测量的V_dc值，以响应于其而向电流控制块输出

值。

类似地，无功功率(RP)/AV控制块处理PCC处的无功功率控制或AC侧电压控制。RP/AC控制器被布置为接收参考Q_PCC值、所测量的Q_PCC值、参考V_pcc值和所测量的V_pcc值，以响应于其而向电流控制块输出

值。

阀门电流命令被馈送到电流控制器，其目的是将阀门电流命令转换为阀门电压参考，同时遵守阀门电流和调制指数限制。DC链路的电流控制器被布置为接收

I_vd、I_vq、V_fd、V_fq、V_dc以将

和

输出到阀控制块，以在其中执行。

参考图4描述AP/DV控制块的实现。

D_p＝1和D_V＝0为使用参考P_PCC而调节的P_PCC提供恒定有功功率特性的控制，反之亦然，D_p＝0和D_V＝1为使用参考V_dc而调节的V_dc提供恒定直流电压特性。这两种模式的PI块控制器增益可能需要不同才能获取期望的控制性能。

如图4所示，转换器DC电压范围具有下限

和上限

在正常操作时，只允许DC电压在该范围内。为了满足生成满足AC***需要的AC电压的需要，需要下限。该上限是为了确保DC侧设备能够保持绝缘耐受性。

通常，对于DC链路，一个转换器处于有功功率控制，而另一转换器处于DC电压控制。转换器是处于无功功率控制还是AC电压控制取决于转换器的每一侧的***需求。

在安装MVDC链路之后，通过适当地选择用于控制的参考(即，

)，可以减少MVDC链路所连接到的两条馈线的损耗。实现损耗最小化的一种方法是通过一种方法，该方法通常在传输级别用作监控和数据采集/能源管理***(SCADA/EMS)软件中的应用。该方法被称为最优潮流(OPF)，并且基本上分两步执行。第一步基于测量信息的传送，该信息是在***中的变电站中获取的，并且被发送到中央位置，例如控制室。基于所测量的信息以及***的已知参数，获取状态估计(SE)，即，对***中的所有状态(诸如电压和电流)的估计。作为第二步，通过求解优化问题(即，OPF问题)使损耗最小化。有若干数学技术可以用于求解优化问题。良好的搜索方向通常是通过使用通过***方程的微分而获取的梯度信息来找到的。通常，作为OPF的结果，可以获取最佳参考值，以在遵守电压和电流限制的同时使损耗最小化。一旦获取，最佳参考值将被发送到MVDC链路的控制***的位置，从而可以减少损耗。

与传输***相反，配电***没有得到很好的测量，即使可以测量，也可能无法传送信息。很难建立可以基于其来执行OPF的状态估计。

即使安装并且传送了测量，目前也没有可用于包括MVDC链路的配电管理的OPF产品。

发明内容

一个目的是提供一种用于在配电网络中的中压(MV)直流(DC)链路中的MV馈线之间传输电力的方法。

根据第一方面，提出了一种用于经由配电网络中的MVDC链路在MV馈线之间传输电力的方法。该方法在配电网络中的控制器中执行，并且包括针对MVDC链路的一组功率参考量中的每个功率参考量设置迭代步长值，并且设置该组功率参考量中的每个功率参考量的初始值；迭代地改变该组功率参考量中的每个功率参考量的值，并且通过以下方式选择该组功率参考量的一个改变的值：分别以所设置的迭代步长值一次一个地将该组功率参考量中的每个功率参考量的当前值改变为新值，并且一次一个地针对新值中的每个新值测量配电网络的变电站处的总有功功率；以及选择该组功率参考量中的在变电站处提供最低测量总有功功率的一个功率参考量的新值，其中下一迭代利用所选择的新值作为该组功率参考量中的该一个功率参考量的当前值，并且利用该组功率参考量中的另一功率参考量的当前值来执行。

该方法还可以包括在设置步骤之后，设置用于总有功功率的减少的迭代停止标准，并且当已经满足迭代停止标准时，在改变步骤之后，针对该组功率参考量的当前值确定MV馈线之间的电力传输。

迭代停止标准可以是归零。

该组功率参考量的迭代步长值可以具有相同的绝对值。

配电网络可以包括两条MV馈线，并且总有功功率是针对两条MV馈线在一次变电站处测量的有功功率相加在一起。

该组功率参考量可以包括以下中的两个或更多个：用于MV馈线的公共耦合点PCC的电压、由MVDC链路针对MV馈线在PCC中注入的有功功率、以及由MVDC链路针对MV馈线在PCC中注入的无功功率。

该组功率参考量可以包括以下中的至少两个：公共连接点PCC的第一侧的电压、PCC的第二侧的电压、PCC的第一侧的有功功率、PCC的第二侧的有功功率、PCC的第一侧的无功功率、以及PCC的第二侧的无功功率。

根据一个方面，提出了一种用于经由配电网络中的MVDC链路在MV馈线之间传输电力的控制器。控制器被配置为执行所提出的方法的步骤。

控制器可以是被配置为控制MVDC链路的转换器控制器。

控制器可以是被配置为控制变电站的变电站控制器。

通过迭代地改变MVDC链路的一组功率参考量并且测量变电站处的总有功功率，可以为MVDC链路建立参考点，从而减少损耗，而无需执行完全优化。

通常，除非本文中另有明确定义，否则权利要求中使用的所有术语均应当根据其在技术领域中的普通含义进行解释。除非另有明确说明，否则所有对“一/一个/该元素、装置、组件、部件、步骤等”的引用应当公开解释为指代元素、装置、组件、部件、步骤等的至少一个实例。除非明确说明，否则本文中公开的任何方法的步骤不必按照所公开的确切顺序执行。

附图说明

现在参考附图以示例的方式描述各方面和实施例，在附图中：

图1是示意性地图示了MV网络的示意图，其中MVDC链路安装在其不同馈线之间；

图2是示意性地图示了一些转换器量的图；

图3是示意性地图示了电流矢量控制的控制结构的图；

图4是示意性地图示了图3的AP/DV控制块的图；

图5是示意性地图示了根据所呈现的实施例的测量量的图；

图6是示意性地图示了控制器的不同实现配置的图；

图7是示意性地图示了根据所呈现的实施例的处理块的流程图；

图8是示意性地图示了根据所呈现的实施例的处理块的流程图；以及

图9是示意性地图示了根据所呈现的实施例的控制器的一些组件的图。

具体实施方式

现在将在下文中参考附图更全面地描述本公开的各方面，附图中示出了本发明的某些实施例。

然而，这些方面可以以很多不同的形式体现并且不应当被解释为限制；相反，这些实施例是以示例的方式提供的，使得本公开将是彻底和完整的，并且将本发明的所有方面的范围完全传达给本领域技术人员。相同的数字在整个描述中指代相同的元素。

根据本发明的一个方面，参考图7呈现了用于经由配电网络中的中压(MV)直流(MVDC)链路在MV馈线之间传输电力的方法的实施例。

该方法在配电网络中的控制器1中执行。在处理块S100中，针对MVDC链路的一组功率参考量中的每个功率参考量设置迭代步长值，并且设置该组功率参考量中的每个功率参考量的初始值。

在处理块S120和S140中，迭代地改变该组功率参考量中的每个功率参考量的值，并且迭代地选择该组功率参考量的改变的值中的一个。

在处理块S120中，分别以所设置的迭代步长值一次一个地将该组功率参考量中的每个功率参考量的当前值改变为新值，并且一次一个地针对新值中的每个新值测量配电网络的变电站处的总有功功率。

在处理块S140中，选择该组功率参考量中的在变电站处提供最低测量总有功功率的一个功率参考量的新值。下一迭代利用所选择的新值作为该组功率参考量中的所选择的功率参考量的当前值，并且利用该组功率参考量中的另一功率参考量的当前值来执行。

在可选的处理块S110中，在处理块S100之后，设置用于总有功功率的减少的迭代停止标准。

在可选的处理块S130中，当已经满足迭代停止标准时，在处理块S120之后，针对该组功率参考量的当前值确定MV馈线之间的电力传输。

迭代停止标准可以是归零。

该组功率参考量的迭代步长值可以具有相同的绝对值。

配电网络可以包括两条MV馈线，并且总有功功率可以是针对两条MV馈线在一次变电站处测量的有功功率相加在一起。总有功功率可以在一次变电站或一次变电站以下通过一次或多次测量来测量，这可以表示总损耗随功率参考量值的变化而减少或增加。

该组功率参考量可以包括以下中的至少两个：PCC的第一侧的电压、PCC的第二侧的电压、PCC的第一侧的有功功率、PCC的第二侧的有功功率、PCC的第一侧的无功功率、以及PCC的第二侧的无功功率。

下文中参考图5至图9提供所呈现的实施例的细节。

参考图5呈现了连接在两条MV馈线之间的MVDC链路。MVDC链路连接在两条不同馈线(馈线1与馈线2)之间。MVDC链路图示为具有并联连接到常开(NO)开关的背对背MVDC链路。但是，可以没有并联NO开关，并且MVDC链路可以不是背对背链路，而是在转换器之间具有DC电缆的点对点链路。

测量一次变电站中的电压V_PSS、以及馈入两条馈线的顶部段的有功功率(即，P₁、P₂)。此外，在MVDC链路的PCC的每一侧，测量AC电压、有功功率和无功功率，即，馈线1的V_PCC1、P_PCC1、Q_PCC1和馈线2的V_PCC2、P_PCC2、Q_PCC2。

在该示例中，转换器1(即，连接到馈线1的转换器)被配置用于有功和无功功率控制。转换器2(即，连接到馈线2的转换器)处于DC电压控制和无功功率控制。为了减少配电网络中的功率损耗，应当确定参考值

以使损耗最小化，同时将其他量(通常是AC电压和电流)保持在允许范围内。

通常通过保持DC电压尽可能高来使DC侧损耗最小化。因此，

仍有待确定。

目标函数

应当被求解以使得各种(测量的)AC量保持在限制范围内。

要解决的问题类似于背景技术中描述的最优潮流(OPF)问题中将要解决的问题。但是，有两个主要区别：

不是使不容易测量的损耗最小化，而是使馈入两条馈线的总功率最小化。

它不是通过数学方式求解最小化问题，而是通过以结构化方式实际改变参考值并且观察在馈入两条馈线的测量总功率方面的响应来完成。

如果总有功功率P_tot＝P₁+P₂随着

的变化而降低，可能有两个原因。有功损耗或有功负载都已经降低。有功损耗主要是传输中的电阻损耗，即，I²R损耗。由于依赖于电压幅度，有功负载可能会降低。但是，只要电压幅度保持在规定范围内，这应当不是问题。换言之，实际上，馈入馈线的有功功率的总和可以用作有功损耗的代理。

但是，应当特别观察可用电压测量以确保电压曲线保持在约定范围内。此外，还应当观察可用电流/功率测量以避免关键电缆段过载，特别是在某些电缆段由于故障而断开连接并且一些NO开关闭合以服务于所有客户的情况下。

图6示出了可以在哪里实现过程的控制器1。控制器可以在一次变电站控制1a中实现，或者在转换器控制1b中实现。控制器1还可以替代地在分配管理***(DMS)控制(未示出)中实现。

在DMS实现中，该过程可以由配电网络的操作者执行，其中测量P₁、P₂、V_PSS和V_pcc并且将其传送(例如，经由SCADA)到控制室，然后控制室中的操作者具有可以改变设定点或功率参考量并且查看总功率的响应，同时将电压保持在期望范围内。辅助变电站中的电压测量(V_sss)可以进一步被传送到控制器。

为了在一次变电站控制1a中实现，PCC V_pcc和V_sss中的测量可以通过通信发送到一次变电站，并且允许一次变电站控制1a改变MVDC链路设定点或功率参考量。

为了在转换器控制1b中实现，一次变电站P₁、P₂和V_PSS以及V_sss的测量可以通过通信发送到转换器控制1b。

参考图8呈现了一种方法的实施例，其中详细示出了有功功率参考量和无功功率参考量的逐级变化以检查一次变电站处的总有功功率的变化。介绍了改变参考值以降低Ptot的详细信息。

在处理块S100中，确定每个参考值的固定步长，即，

和

在处理块S110中，建立迭代停止标准

使得如果

则针对参考值中的给定步长已经达到(或至少足够接近)最小总有功功率。

在处理块S120a中，以参考值

和测量总功率

开始当前操作点。

在处理块S120b中，进行迭代步骤

并且通过处理步骤S120c中的测量和比较得到

在处理块S120d中，返回

在处理块S120e中，进行迭代步骤

并且通过处理步骤S12f中的测量和比较得到

在处理块S120g中，返回

取迭代块

并且通过测量和比较得到

返回

在处理块S120h中，检查是否已经处理所有参考量。当尚未处理所有参考量时，进行到处理块S120i。

取迭代步

并且通过测量和比较得到

返回

取迭代步

并且通过测量和比较得到

返回

取迭代步

并且通过测量和比较得到

返回

在处理块S120h中，当已经处理所有参考量时，进行到处理块S130。

在处理块S130中，当所有

时，停止该过程，因为已经达到最小总有功功率。否则，进行到处理块S140，以选择导致最低功率的参考值，并且以所选择的参考值作为新的起点进行到处理块S120a。

参考量的步长和停止标准可以基于网络结构、变电站功率、测量单元的分辨率和精度来选择。它还可以取决于基于所连接的负载变化和功率流在变电站处可以检测到的内容。

较大步长可能会导致功率流的显著变化，而非常小的步长可能需要若干步才能达到期望值。较大停止标准可能无法达到非常合适的损耗减少，而非常小的停止标准可能导致参考变化中的大量步骤。

一旦达到最小值，就不需要采取进一步的行动，但是由于操作条件可能会例如由于负载的变化而发生变化，可以定期重新启动算法(如果操作条件的变化足够小，则实际上不采取任何步骤)。

如果一个或两个转换器都处于AC电压控制，则无功功率参考中的对应固定步长

应当替换为AC电压参考中的对应步长

负载可能存在自然变化，因此很难区分负载变化和参考值变化的影响。有利的是，在时间上协调参考值的变化和总功率的测量，从而首先执行参考值的步骤，然后紧接着执行测量。

典型的步长值可以是

也可以是

即，如果有可能减少，则算法将继续。最初，所有参考可以为零。

根据一个方面，参考图9呈现了用于经由配电网络中的MVDC链路在MV馈线之间传输电力的控制器1的实施例。控制器1被配置为为一组功率参考量中的每个功率参考量设置迭代步长值，并且设置该组功率参考量中的每个功率参考量的初始值，迭代地改变该组功率参考量中的每个功率参考量的值，并且通过以下方式选择该组功率参考量的一个改变的值：分别以所设置的迭代步长值一次一个地将该组功率参考量中的每个功率参考量的当前值改变为新值，并且一次一个地针对新值中的每个新值测量配电网络的变电站处的总有功功率；并且选择该组功率参考量中的在变电站处提供最低测量总有功功率的一个功率参考量的新值，其中下一迭代利用所选择的新值作为该组功率参考量中的该一个功率参考量的当前值，并且利用该组功率参考量中的另一功率参考量的当前值来执行。

图9是示出控制器1的一些组件的示意图。处理电路***10可以使用能够执行存储在存储器12中的计算机程序14的软件指令的以下中的一个或多个的任何组合来提供：合适的中央处理单元CPU、多处理电路***、微控制器、数字信号处理电路***DSP、专用集成电路等。存储器因此可以被认为是计算机程序产品12或形成计算机程序产品12的一部分。处理电路***10可以被配置为执行本文中参考图7或图8描述的方法。

存储器可以是读写存储器RAM和只读存储器ROM的任何组合。存储器还可以包括持久性存储，例如，它可以是磁存储器、光存储器、固态存储器或甚至远程安装的存储器中的任何一个或组合。

还可以提供数据存储器形式的第二计算机程序产品13，例如用于在处理电路***10中的软件指令的执行期间读取和/或存储数据。数据存储器可以是读写存储器RAM和只读存储器ROM的任何组合，并且还可以包括持久性存储，其例如可以是磁存储器、光存储器、固态存储器或甚至远程安装的存储器中的任何一个或组合。数据存储器可以例如保存其他软件指令15，以改进控制器1的功能。

控制器1还可以包括输入/输出(I/O)接口11，例如用户接口。控制器1还可以包括被配置为从其他节点接收信令的接收器、以及被配置为向其他节点传输信令的传输器。控制器1的其他组件被省略以便不混淆本文中提出的概念。

以上主要参考若干实施例及其示例描述了本公开的各方面。然而，如本领域技术人员容易理解的，在如所附专利权利要求限定的本发明的范围内，除了上面公开的实施例之外的其他实施例同样是可能的。

Claims

1.一种用于经由配电网络中的中压MV直流MVDC链路在MV馈线之间传输电力的方法，所述方法在所述配电网络中的控制器(1)中执行并且包括：

-针对所述MVDC链路的一组功率参考量中的每个功率参考量设置(S100)迭代步长值，并且设置所述一组功率参考量中的每个功率参考量的初始值；

-迭代地改变所述一组功率参考量中的每个功率参考量的值，并且通过以下方式选择所述一组功率参考量的一个改变的值：

-分别以所设置的迭代步长值一次一个地将所述一组功率参考量中的每个功率参考量的当前值改变(S120)为新值，并且一次一个地针对所述新值中的每个新值测量所述配电网络的变电站处的总有功功率；以及

-选择(S140)所述一组功率参考量中的在所述变电站处提供最低测量总有功功率的一个功率参考量的所述新值，其中下一迭代利用所选择的新值作为所述一组功率参考量中的所述一个功率参考量的当前值，并且利用所述一组功率参考量中的另一功率参考量的当前值来执行。

2.根据权利要求1所述的方法，还包括：

-在所述设置步骤(S100)之后，设置(S110)用于总有功功率的减少的迭代停止标准；以及

-当已经满足所述迭代停止标准时，在所述改变步骤(S120)之后，针对所述一组功率参考量的所述当前值确定(S130)所述MV馈线之间的电力传输。

3.根据权利要求2所述的方法，其中所述迭代停止标准是归零。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述一组功率参考量的所述迭代步长值具有相同的绝对值。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中所述配电网络包括两条MV馈线，并且所述总有功功率是针对所述两条MV馈线在一次变电站处测量的有功功率相加在一起。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中所述一组功率参考量包括以下中的两个或更多个：用于所述MV馈线的公共耦合点PCC的电压、由所述MVDC链路针对所述MV馈线在所述PCC中注入的有功功率、以及由所述MVDC链路针对所述MV馈线在所述PCC中注入的无功功率。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中所述一组功率参考量包括以下中的至少两个：公共连接点PCC的第一侧的电压、PCC的第二侧的电压、PCC的第一侧的有功功率、PCC的第二侧的有功功率、PCC的第一侧的无功功率、以及PCC的第二侧的无功功率。

8.一种用于经由配电网络中的中压MV直流MVDC链路在MV馈线之间传输电力的控制器，所述控制器执行根据权利要求1至7中任一项所述的步骤。

9.根据权利要求8所述的控制器，其中所述控制器是被配置为控制所述MVDC链路的转换器控制器。

10.根据权利要求8所述的控制器，其中所述控制器是被配置为控制所述变电站的变电站控制器。