本發(fā)明涉及到直流配電網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種適用于柔性直流配電網(wǎng)的ac/dc標(biāo)準(zhǔn)節(jié)點(diǎn)模型及其控制方法。

背景技術(shù)：

隨著電力電子技術(shù)、信息控制技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展，尤其是以絕緣柵雙極晶體管(igbt)為代表的全控型可關(guān)斷器件的快速發(fā)展，電力系統(tǒng)內(nèi)開始采用igbt構(gòu)成電壓源變流器(vsc)來進(jìn)行直流輸電，通過脈沖寬度調(diào)制(pwm)技術(shù)，可以準(zhǔn)確快速的控制電壓源變流器的幅值和電壓。

另一方面，隨著現(xiàn)代配電系統(tǒng)中的電源、負(fù)荷日趨直流化，大量分布式可再生能源的輸出方式為直流電或可經(jīng)過簡單整流后變成直流電，并且很多電氣設(shè)備采用直接由直流電驅(qū)動的方式，或者由采用變頻技術(shù)來進(jìn)行供電。直接采用直流進(jìn)行配電可以省去大量ac/dc環(huán)節(jié)，節(jié)省設(shè)備成本，提高供電效率?，F(xiàn)代配電系統(tǒng)中，分布式電源、儲能設(shè)備和負(fù)荷的直流化發(fā)展趨勢進(jìn)一步推動了柔性直流配電網(wǎng)的發(fā)展。

在柔性直流配電網(wǎng)中，ac/dc節(jié)點(diǎn)是重要的組成部分，一方面由于直流配電網(wǎng)需要和上級交流電網(wǎng)進(jìn)行連接和功率傳遞，另一方面直流配電網(wǎng)中存在各種交流負(fù)荷以及交流電源。然而現(xiàn)有的ac/dc變換器建模和控制技術(shù)主要針對交流系統(tǒng)以及直流輸電系統(tǒng)，并且包含有大量非線性器件，難以應(yīng)用于大規(guī)模的柔性直流配電系仿真運(yùn)行分析。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對前面所述的現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種適用于柔性直流配電網(wǎng)的ac/dc標(biāo)準(zhǔn)節(jié)點(diǎn)模型的控制方法，能夠模擬柔性直流配電網(wǎng)中ac/dc節(jié)點(diǎn)的電壓-功率特性，同時極大減少仿真計(jì)算量，節(jié)約計(jì)算機(jī)的運(yùn)算時間。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是根據(jù)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種用于柔性直流配電網(wǎng)的ac/dc標(biāo)準(zhǔn)節(jié)點(diǎn)模型的控制方法，所述ac/dc標(biāo)準(zhǔn)節(jié)點(diǎn)模型包括一個雙極性dc電源模型和一個三相ac電壓源模型，所述ac/dc標(biāo)準(zhǔn)節(jié)點(diǎn)模型將直流配電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)電壓維持在恒定值，為直流配電網(wǎng)主網(wǎng)絡(luò)的電壓提供支撐，控制方法包括如下步驟：

s1：根據(jù)ac/dc標(biāo)準(zhǔn)節(jié)點(diǎn)模型接入的直流配電網(wǎng)主電網(wǎng)電壓等級設(shè)定模型的基準(zhǔn)電壓vb；再根據(jù)計(jì)算出的模型輸出功率判斷模型是否超出容量限制，如果模型輸出功率超過ac/dc節(jié)點(diǎn)的容量，則采用功率源模型的功率控制，如果模型功率在ac/dc節(jié)點(diǎn)的容量范圍之內(nèi)，則模型通過內(nèi)部的電壓測量模塊測量出第k步的模型的外部端口電壓v(k)，根據(jù)公式δv(k)＝v(k)-vb，計(jì)算出模型的端口電壓偏移量δv(k)，其中k為大于等于1的整數(shù)；

s2：根據(jù)模型的端口電壓偏移量δv(k)絕對值的大小判斷模型端口電壓是否處于基準(zhǔn)電壓死區(qū)內(nèi)，若是，則不進(jìn)行電壓調(diào)節(jié)，即控制器向可控電壓源發(fā)出的電壓信號vout(k)不改變；若否，再判斷模型端口電壓是否處于有條件電壓調(diào)節(jié)死區(qū)區(qū)域內(nèi)，若是，模型控制器將不對模型電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，若否，則進(jìn)行電壓調(diào)節(jié)，通過比例控制將模型的端口電壓調(diào)節(jié)至死區(qū)區(qū)域內(nèi)。

s3：根據(jù)公式δvout(k)＝kp×δv(k)和公式vout(k)＝vout(k-1)+δvout(k)計(jì)算控制器發(fā)送給可控電壓源的電壓信號vout(k)，控制器判斷k-1步時的運(yùn)行狀態(tài)是否進(jìn)行了電壓調(diào)節(jié)，若是，則繼續(xù)按照該步驟中的公式進(jìn)行電壓調(diào)節(jié)；若否，則不進(jìn)行電壓調(diào)節(jié)，即控制器向可控電壓源發(fā)出的電壓信號vout(k)不改變。

進(jìn)一步地，所述功率源模型的功率控制包括：

s101：設(shè)定控制過程中變流器端電壓變化量與功率變化量的比值為-k，對應(yīng)變流器下垂控制p-v特性曲線中的斜率，該斜率的表達(dá)式為：

式中，v表示變流器p-v特性曲線上某一運(yùn)行點(diǎn)的端電壓，v^*表示變流器的額定電壓，p表示變流器p-v特性曲線上某一運(yùn)行點(diǎn)的功率，p^*表示ac/dc節(jié)點(diǎn)的額定功率；

s102：根據(jù)上式計(jì)算ac/dc節(jié)點(diǎn)的輸出功率為：

當(dāng)端電壓升高時變流器輸出功率會相應(yīng)減少或者吸收功率相應(yīng)增大；當(dāng)端電壓降低時變流器輸出功率會相應(yīng)增大或者吸收功率相應(yīng)減少，其中，當(dāng)模型端口電壓跌落至一定程度時，模型轉(zhuǎn)變?yōu)楹愎β瘦敵觥?/p>

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下有益效果：

本發(fā)明的ac/dc標(biāo)準(zhǔn)節(jié)點(diǎn)模型能使直流配電網(wǎng)和上級交流電網(wǎng)進(jìn)行連接和功率傳遞，有效連接直流配電網(wǎng)中存在各種交流負(fù)荷以及交流電源，并且所述的ac/dc標(biāo)準(zhǔn)節(jié)點(diǎn)模型控制方法能夠滿足直流配電系統(tǒng)定電壓和定功率控制的運(yùn)行需求。

此外，本發(fā)明忽略了ac/dc標(biāo)準(zhǔn)節(jié)點(diǎn)模型內(nèi)部的電力電子開關(guān)特性，實(shí)現(xiàn)對ac/dc標(biāo)準(zhǔn)節(jié)點(diǎn)輸入、輸出側(cè)的電壓-功率特性的模擬，極大減少了仿真分析的運(yùn)算量，提高了仿真研究的效率。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它附圖。

圖1為本發(fā)明的ac/dc變流節(jié)點(diǎn)模型接線圖；

圖2為本發(fā)明的恒電壓控制電壓調(diào)節(jié)范圍圖；

圖3為本發(fā)明的ac/dc變流節(jié)點(diǎn)模型恒電壓控制流程圖；

圖4為本發(fā)明的ac/dc變流節(jié)點(diǎn)模型p-v下垂特性圖；

圖5為本發(fā)明的ac/dc變流節(jié)點(diǎn)接入配電網(wǎng)后的運(yùn)行狀態(tài)圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。

ac/dc標(biāo)準(zhǔn)節(jié)點(diǎn)模型的內(nèi)部控制方式取決于ac/dc變流站的運(yùn)行方式。對于直流配電網(wǎng)的功能實(shí)現(xiàn)，ac/dc變流站的有功功率、無功功率和直流電壓是可以控制的幾個基本電氣量，選擇控制不同的電氣量便形成了不同的工作模式。

本發(fā)明提出了一種適用于柔性直流配電網(wǎng)的ac/dc標(biāo)準(zhǔn)節(jié)點(diǎn)模型的控制方法，所述的ac/dc標(biāo)準(zhǔn)節(jié)點(diǎn)包括一個雙極性dc電源模型和一個三相ac電壓源模型，該ac/dc標(biāo)準(zhǔn)節(jié)點(diǎn)模型的接線圖如圖1所示，其中ac/dc標(biāo)準(zhǔn)節(jié)點(diǎn)模型將直流配電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)電壓維持在恒定值，是直流配電網(wǎng)中的平衡節(jié)點(diǎn)，為直流配電網(wǎng)主網(wǎng)絡(luò)的電壓提供支撐。

定直流電壓控制方法將直流配電網(wǎng)主干網(wǎng)絡(luò)的額定電壓設(shè)為基準(zhǔn)電壓，為防止模型因配電網(wǎng)的功率波動而頻繁調(diào)節(jié)，在基準(zhǔn)電壓上下設(shè)置電壓調(diào)節(jié)死區(qū)。當(dāng)模型端口電壓在電壓死區(qū)范圍內(nèi)時模型端口電壓為正常狀態(tài)。在電壓死區(qū)之外設(shè)定電壓有條件調(diào)節(jié)區(qū)間，只有當(dāng)電壓偏離出有條件調(diào)節(jié)區(qū)間時控制器調(diào)節(jié)模型端口電壓至死區(qū)范圍內(nèi)。因此模型端口電壓位于有條件調(diào)節(jié)區(qū)間內(nèi)而死區(qū)之外時，只有上一個時間點(diǎn)狀態(tài)為調(diào)節(jié)狀態(tài)，模型才會對端口電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)。本發(fā)明的電壓控制的范圍如圖2所示，并且對于所述的恒電壓控制，電源模型的端口電壓與基準(zhǔn)電壓間存在一定程度的可接受偏離，因而模型端口電壓的調(diào)節(jié)算法采用最為直接的比例調(diào)節(jié)。

所述的ac/dc標(biāo)準(zhǔn)節(jié)點(diǎn)模型，當(dāng)ac/dc變流站的ac側(cè)到上級交流電網(wǎng)的線路阻抗確定時，假設(shè)上級交流電網(wǎng)具有穩(wěn)定的母線電壓，則ac側(cè)吸收的有功功率和無功功率如下式所示：

其中，p表示ac/dc變流站的ac側(cè)吸收的有功功率，q表示變流站ac側(cè)吸收的無功功率，vac_line表示上級交流電網(wǎng)的母線電壓，vac_side表示變流站ac側(cè)的端電壓，xac_line表示變流站ac側(cè)到上級交流電網(wǎng)的線路阻抗。

定直流電壓控制方法將直流配電網(wǎng)主干網(wǎng)絡(luò)的額定電壓設(shè)為基準(zhǔn)電壓，為防止模型因配電網(wǎng)的功率波動而頻繁調(diào)節(jié)，在基準(zhǔn)電壓上下設(shè)置電壓調(diào)節(jié)死區(qū)。當(dāng)模型端口電壓在電壓死區(qū)范圍內(nèi)時模型端口電壓為正常狀態(tài)，即當(dāng)模型的端口電壓在電壓調(diào)節(jié)死區(qū)范圍內(nèi)時，模型控制器將不對模型電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)。在電壓死區(qū)之外設(shè)定電壓有條件調(diào)節(jié)區(qū)間，模型端口電壓從死區(qū)內(nèi)偏移至該區(qū)域時，為防止模型過頻繁調(diào)節(jié)，仍舊認(rèn)為該電壓是可以接受的，只有當(dāng)電壓偏離出有條件調(diào)節(jié)區(qū)間時控制器調(diào)節(jié)模型端口電壓至死區(qū)范圍內(nèi)。因此模型端口電壓位于有條件調(diào)節(jié)區(qū)間內(nèi)而死區(qū)之外時，只有上一個時間點(diǎn)狀態(tài)為調(diào)節(jié)狀態(tài)，模型才會對端口電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)。并且對于所述的恒電壓控制，電源模型的端口電壓與基準(zhǔn)電壓間存在一定程度的可接受偏離，因而模型端口電壓的調(diào)節(jié)算法采用最為直接的比例調(diào)節(jié)。

具體的控制方法包括如下步驟：

s1：根據(jù)ac/dc標(biāo)準(zhǔn)節(jié)點(diǎn)模型接入的直流配電網(wǎng)主電網(wǎng)電壓等級設(shè)定模型的基準(zhǔn)電壓vb；再根據(jù)計(jì)算出的模型輸出功率判斷模型是否超出容量限制，如果模型輸出功率超過ac/dc節(jié)點(diǎn)的容量，則采用功率源模型的功率控制，如果模型功率在ac/dc節(jié)點(diǎn)的容量范圍之內(nèi)，則模型通過內(nèi)部的電壓測量模塊測量出第k步的模型的外部端口電壓v(k)，根據(jù)公式δv(k)＝v(k)-vb，計(jì)算出模型的端口電壓偏移量δv(k)，其中k為大于等于1的整數(shù)；

s2：根據(jù)模型的端口電壓偏移量δv(k)絕對值的大小判斷模型端口電壓是否處于基準(zhǔn)電壓死區(qū)內(nèi)，若是，則不進(jìn)行電壓調(diào)節(jié)，即控制器向可控電壓源發(fā)出的電壓信號vout(k)不改變；若否，再判斷模型端口電壓是否處于有條件電壓調(diào)節(jié)死區(qū)區(qū)域內(nèi)，若是，模型控制器將不對模型電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，若否，則進(jìn)行電壓調(diào)節(jié)，通過比例控制將模型的端口電壓調(diào)節(jié)至死區(qū)區(qū)域內(nèi)。

s3：根據(jù)公式δvout(k)＝kp×δv(k)和公式vout(k)＝vout(k-1)+δvout(k)計(jì)算控制器發(fā)送給可控電壓源的電壓信號vout(k)，控制器判斷k-1步時的運(yùn)行狀態(tài)是否進(jìn)行了電壓調(diào)節(jié)，若是，則繼續(xù)按照該步驟中的公式進(jìn)行電壓調(diào)節(jié)；若否，則不進(jìn)行電壓調(diào)節(jié)，即控制器向可控電壓源發(fā)出的電壓信號vout(k)不改變。本發(fā)明的定電壓控制方法的流程如圖3所示。

所述功率源模型的功率控制包括：

s101：設(shè)定控制過程中變流器端電壓變化量與功率變化量的比值為-k，對應(yīng)變流器下垂控制p-v特性曲線中的斜率，該斜率的表達(dá)式為：

式中，v表示變流器p-v特性曲線上某一運(yùn)行點(diǎn)的端電壓，v^*表示變流器的額定電壓，p表示變流器p-v特性曲線上某一運(yùn)行點(diǎn)的功率，p^*表示ac/dc節(jié)點(diǎn)的額定功率；

s102：根據(jù)上式計(jì)算ac/dc節(jié)點(diǎn)的輸出功率為：

所述的定功率控制方法控制變流器的期望輸出功率，使其隨其端口電壓的變化而變化，當(dāng)端電壓升高時變流器輸出功率會相應(yīng)減少或者吸收功率相應(yīng)增大；當(dāng)端電壓降低時變流器輸出功率會相應(yīng)增大或者吸收功率相應(yīng)減少，其中，由于ac/dc節(jié)點(diǎn)的容量限制，電源模型的輸出功率不可能無限增大，因此當(dāng)模型端口電壓跌落至一定程度時，模型轉(zhuǎn)變?yōu)楹愎β瘦敵觯鐖D4所示。圖5為本發(fā)明的ac/dc變流節(jié)點(diǎn)接入配電網(wǎng)后的運(yùn)行狀態(tài)圖。

功率源模型的功率控制具有傳輸功率服從調(diào)度指令、功率變化時間尺度較大、直流側(cè)具備自調(diào)節(jié)的下垂控制特性的特點(diǎn)。

雖然，本發(fā)明中已經(jīng)用一般性說明及具體實(shí)施例對本發(fā)明作了詳盡的描述，但在本發(fā)明基礎(chǔ)上，可以對之作一些修改或改進(jìn)，這對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是顯而易見的。因此，在不偏離本發(fā)明精神的基礎(chǔ)上所做的這些修改或改進(jìn)，均屬于本發(fā)明要求保護(hù)的范圍。