一種基于多端柔性直流輸電技術(shù)的交直流混合配電系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種基于多端柔性直流輸電技術(shù)的交直流混合配電系統(tǒng)，包含以下步驟：1)配電系統(tǒng)通過雙向電力變流器連接交流母線和直流母線；2)直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電裝置通過雙向電力變流器接入直流母線；3)光伏發(fā)電裝置通過雙向電力變流器接入直流母線；4)儲能電池通過雙向電力變流器接入直流母線；5)直流負(fù)荷通過雙向電力變流器接入直流母線；6)各電力變流器有功功率采用主從控制模式；7)用于直流母線電壓控制的電力變流器；8)電力變流器的功率控制采用雙閉環(huán)控制。本發(fā)明具有高度可控性和靈活性、能獨(dú)立滿足新能源和負(fù)荷接入、可以實(shí)現(xiàn)負(fù)荷控制，對提升城市配電系統(tǒng)的電能質(zhì)量、可靠性、經(jīng)濟(jì)性和運(yùn)行效率具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
【專利說明】
一種基于多端柔性直流輸電技術(shù)的交直流混合配電系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種交直流混合配電系統(tǒng)，特別涉及一種基于多端柔性直流輸電技術(shù)的交直流混合配電系統(tǒng)，屬于電網(wǎng)運(yùn)行與控制技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]交流電網(wǎng)的輸變電技術(shù)成熟，控制和保護(hù)機(jī)理清晰，現(xiàn)有的電力系統(tǒng)通常采用交流電網(wǎng)作為主要的電能輸配載體。但隨著交流電網(wǎng)規(guī)模的擴(kuò)大，電壓等級的提高，復(fù)雜交流互聯(lián)電網(wǎng)的短路容量不斷增大，其運(yùn)行控制過程愈發(fā)復(fù)雜，系統(tǒng)的安全穩(wěn)定問題影響越發(fā)嚴(yán)重。同時(shí)，面對未來計(jì)算中心、電動汽車、分布式電源和LED照明等直流設(shè)備的大規(guī)模接入，交流電網(wǎng)由于電能變換環(huán)節(jié)多，供配電的效率受到影響。
[0003]與交流電網(wǎng)相比，直流電網(wǎng)不存在同步問題，可實(shí)現(xiàn)輸送功率的靈活控制，適合于分布式發(fā)電、直流負(fù)荷等設(shè)備的接入。在直流技術(shù)中，柔性直流技術(shù)已被公認(rèn)為是構(gòu)建未來直流電網(wǎng)的核心技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)有功、無功功率的獨(dú)立解耦控制，同時(shí)其暫態(tài)和動態(tài)性能相對于傳統(tǒng)的直流技術(shù)有著明顯的優(yōu)勢，已被應(yīng)用于大區(qū)異步互聯(lián)、大規(guī)模新能源并網(wǎng)等重點(diǎn)輸變電工程之中。
[0004]相對于在輸電系統(tǒng)中的蓬勃發(fā)展，直流技術(shù)在配電系統(tǒng)中的研究和應(yīng)用卻相對滯后。但隨著大城市負(fù)荷密度的不斷增加，配電網(wǎng)的規(guī)模不斷擴(kuò)大，受制于短路容量、電磁環(huán)網(wǎng)等問題，城市配網(wǎng)通常以開環(huán)的方式運(yùn)行，導(dǎo)致系統(tǒng)設(shè)備利用率降低，可靠性下降。與此同時(shí)，客戶對供電可靠性、電能質(zhì)量的要求卻在不斷提高，例如在北京、上海等發(fā)達(dá)城市中，由于敏感負(fù)荷較多，即使短時(shí)的供電中斷也會帶來較大的經(jīng)濟(jì)損失，甚至產(chǎn)生嚴(yán)重的社會影響。
[0005]近年來，電力企業(yè)的諸多技術(shù)嘗試已經(jīng)證明:現(xiàn)有的交流電力技術(shù)已經(jīng)難以應(yīng)對城市配電網(wǎng)發(fā)展的新需求，難以滿足迅速增長的新能源分散接入的要求，有必要引入具有高度可控性和靈活性的，能獨(dú)立滿足各類能源和負(fù)荷接入，可以實(shí)現(xiàn)負(fù)荷控制的交直流混合配電裝置，以提升城市配電系統(tǒng)的電能質(zhì)量、可靠性與運(yùn)行效率。
[0006]基于電壓源換流器(VSC)和脈寬調(diào)制技術(shù)的電壓源換流器型柔性直流輸電技術(shù)(VSC-HVDC)是當(dāng)今世界電力電子技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的制高點(diǎn)，能有效提高電能質(zhì)量并確保電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，是智能電網(wǎng)發(fā)展中的具有代表性的關(guān)鍵技術(shù)之一。自1997年世界上第一個(gè)VSC-HVDC試驗(yàn)工程投運(yùn)以來，憑借其獨(dú)特的技術(shù)優(yōu)勢，VSC-HVDC在電網(wǎng)互聯(lián)、新能源并網(wǎng)和城市電網(wǎng)供電等方面具有廣闊的前景，獲得了廣泛的關(guān)注。我國也已進(jìn)入了柔性直流輸電技術(shù)大規(guī)模研發(fā)和工程推廣應(yīng)用階段。我國第一條VSC-HVDC示范工程——上海南匯風(fēng)電站系統(tǒng)于2011年7月并網(wǎng)成功，整體投入試運(yùn)營，標(biāo)志著我國具有自主知識產(chǎn)權(quán)的VSC-HVDC核心技術(shù)成功應(yīng)用于實(shí)際工程。
[0007]我國在2000年前后，結(jié)合新能源分散接入，展開了相關(guān)的電力變流技術(shù)的研究。如結(jié)合光伏發(fā)電接入交流電網(wǎng)，研究了光伏逆變器;結(jié)合風(fēng)機(jī)并網(wǎng)問題，研究了變頻器和全功率能量變換裝置;結(jié)合儲能裝置，研究了能量變換和傳遞裝置等。以上應(yīng)用研究是緊密結(jié)合新能源開展的，隨著新能源應(yīng)用的增多，配電網(wǎng)也必須加緊升級改造，主動承接各類電源和負(fù)荷的接入，用于配電網(wǎng)絡(luò)的多功能電力變流裝置是現(xiàn)階段研究開發(fā)的主要任務(wù)，也是未來一段時(shí)間電力變流技術(shù)在配網(wǎng)應(yīng)用的主要發(fā)展方向。由于微電網(wǎng)的興起和需要，一些研究和電力變流應(yīng)用裝置已經(jīng)在微電網(wǎng)的背景下開展或得到應(yīng)用，用于中低壓配電網(wǎng)的電力變流技術(shù)研究和應(yīng)用裝置的研制也正得到行業(yè)廣泛的重視，目前在這一領(lǐng)域，已經(jīng)出現(xiàn)儲能雙向變流器等實(shí)用電力變流裝置。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0008]本發(fā)明的目的是基于多端柔性直流輸電技術(shù)和電流變流器的控制，提出一種具有高度可控性和靈活性、能獨(dú)立滿足各類能源和負(fù)荷接入、可以實(shí)現(xiàn)負(fù)荷控制的交直流混合配電系統(tǒng)，用于提升城市配電系統(tǒng)的電能質(zhì)量、可靠性、經(jīng)濟(jì)性和運(yùn)行效率。
[0009]本發(fā)明的目的在于基于現(xiàn)有的直流輸電技術(shù)和控制技術(shù)，提出一種基于多端柔性直流輸電技術(shù)的交直流混合配電系統(tǒng)，為主動配電網(wǎng)的運(yùn)行和控制、新能源在配電網(wǎng)的接入提供技術(shù)依據(jù)和實(shí)用化方法。
[0010]本發(fā)明給出的技術(shù)方案是:
[0011]—種基于多端柔性直流輸電技術(shù)的交直流混合配電系統(tǒng)，基于多端柔性直流輸電技術(shù)，通過雙向電力變流器，實(shí)現(xiàn)直流輸電系統(tǒng)與交流配電系統(tǒng)的連接和新能源的接入;通過對電力變流器實(shí)施協(xié)調(diào)控制，實(shí)現(xiàn)多變流器端口間的功率控制和直流母線電壓的穩(wěn)定運(yùn)行;其特點(diǎn)是包括以下步驟:
[0012]步驟I)配電系統(tǒng)通過雙向電力變流器(AC/DC)連接交流母線和直流母線；
[0013]步驟2)直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電裝置通過雙向電力變流器(AC/DC)接入直流母線；
[0014]步驟3)光伏發(fā)電裝置通過雙向電力變流器(DC/DC)接入直流母線；
[0015]步驟4)儲能電池通過雙向電力變流器(DC/DC)接入直流母線；
[0016]步驟5)直流負(fù)荷通過雙向電力變流器(DC/DC)接入直流母線；
[0017]步驟6)各電力變流器有功功率采用主從控制模式；
[0018](I)在與交流配電網(wǎng)連接的電力變流器中，選取容量大者進(jìn)行直流電壓控制，其余進(jìn)行功率控制；
[0019 ] (2)中心控制器檢測交直流混合配電系統(tǒng)的電壓、功率等電氣量；
[0020](3)中心控制器根據(jù)檢測的電氣量，計(jì)算系統(tǒng)功率缺額；
[0021](4)中心控制器根據(jù)功率控制需求，計(jì)算變流器的實(shí)際功率控制值；
[0022](5)中心控制器對各功率控制變流器下達(dá)功率控制指令，實(shí)施功率控制；
[0023]步驟7)用于直流母線電壓控制的電力變流器，風(fēng)、光、儲能和直流負(fù)荷用電力變流器，進(jìn)行直流母線上的多點(diǎn)定直流電壓控制。
[0024]步驟8)電力變流器的功率控制采用雙閉環(huán)控制，外環(huán)響應(yīng)有功、無功控制目標(biāo)，內(nèi)環(huán)米用電流解親控制策略。
[0025]所述的多端柔性直流輸電技術(shù)，由多個(gè)電壓源型電力變流器聯(lián)網(wǎng)組成的輸電系統(tǒng)，電力變流器的直流側(cè)通過直流線路進(jìn)行連接，交流側(cè)與交流電源或交流負(fù)荷連接;通過對電力變流器中的全控型電力電子器件的快速控制，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中多個(gè)直流端的功率控制和直流母線電壓的穩(wěn)定運(yùn)行；
[0026]所述的雙向電力變流器，電力變流器具有能量雙向傳輸?shù)哪芰Γ袃煞N應(yīng)用形式，一種是從交流系統(tǒng)到直流系統(tǒng)功率的變換和傳輸，即AC/DC; —種是從直流系統(tǒng)到直流系統(tǒng)功率的變換和傳輸，g卩DC/DC;
[0027]所述的新能源的接入，新能源的接入包括風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)、光伏發(fā)電系統(tǒng)、儲能系統(tǒng)的接入；
[0028]所述的對電力變流器實(shí)施協(xié)調(diào)控制，對各個(gè)電力變流器的控制功能進(jìn)行劃分，根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行需求分別控制電力變流器的功率和直流母線電壓等多個(gè)目標(biāo)，從而實(shí)現(xiàn)交直流混合配電系統(tǒng)的多目標(biāo)控制和協(xié)同運(yùn)行；
[0029]所述的主從控制模式，在具有多個(gè)電力換流器共同運(yùn)行的系統(tǒng)中，把中心控制器作為主控制器，各電力變流器的控制器作為從控制器，主從控制器間進(jìn)行通信聯(lián)系，從控制器服從主控制器；
[0030]所述的檢測交直流混合配電系統(tǒng)的電壓、功率等電氣量，檢測風(fēng)機(jī)輸出功率、光伏輸出功率、儲能電池功率、交流負(fù)荷功率、直流負(fù)荷功率、各交直流母線電壓、直流母線電壓；
[0031]所述的計(jì)算系統(tǒng)缺額，依據(jù)如下公式計(jì)算系統(tǒng)功率缺額:
[0032]Λ P = Ρ|5+Ρ風(fēng)+P光+P儲+P負(fù)
[0033]其中:ΛΡ為直流母線瞬時(shí)不平衡功率;P15為配電網(wǎng)注入直流母線的有功功率;P風(fēng)為風(fēng)機(jī)輸出的有功功率;P光為光伏輸出的有功功率;P儲為儲能電池的有功功率;P負(fù)為負(fù)荷的有功功率；
[0034]所述的計(jì)算變流器的實(shí)際功率控制值，依據(jù)如下公式計(jì)算變流器的實(shí)際功率控制值:
[0035]P指=K.ΛΡ+Ρ期
[0036]其中:P指為與配網(wǎng)相連接，并用于功率控制的電力變流器有功控制指令值;K為不平衡功率分配系數(shù);P期為初始功率控制期望值；
[0037 ]所述的功率控制的詳細(xì)情況，電流的d軸分量、q軸分量分別與電壓的q軸分量、q軸分量存在著耦合關(guān)系?？蓪⒔怦钏惴ㄒ氲诫娏鲀?nèi)環(huán)控制中，所得的內(nèi)環(huán)電流解耦控制器；
[0038]所述的進(jìn)行直流母線上的多點(diǎn)定直流電壓控制，采用具有電壓下降特性的并聯(lián)控制方法，通過負(fù)載電流前饋方式實(shí)現(xiàn)。各個(gè)參與直流電壓調(diào)節(jié)的電壓環(huán)調(diào)節(jié)器均為無靜差的PI控制器，且電壓環(huán)給定隨著負(fù)載電流的增大而減小。
[0039]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:
[0040]1.本基于多端柔性直流輸電技術(shù)的交直流混合配電系統(tǒng)，能夠提高配電網(wǎng)的可控性和新能源的接納能力。通過多端口電力換流器的控制實(shí)現(xiàn)交直流母線間的能量變換控制;通過直流母線電壓的協(xié)調(diào)控制，實(shí)現(xiàn)儲能、直流負(fù)荷及直流電源的接入。
[0041]2.本方法易于實(shí)施。本方法所提交直流混合配電系統(tǒng)是基于現(xiàn)有的直流輸電技術(shù)和電力變流器控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)的。在原有的配電系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，加入了多端柔性直流輸電技術(shù)，使配電網(wǎng)不但提高了承載直流負(fù)荷和新能源接納的能力，還將提升城市配電系統(tǒng)的電能質(zhì)量、可靠性、經(jīng)濟(jì)性和運(yùn)行效率。
[0042]3.本方法便于商業(yè)化開發(fā)。隨著分布式電源并網(wǎng)以及直流負(fù)荷的增多，該基于多端柔性直流輸電技術(shù)的交直流混合配電系統(tǒng)的開發(fā)必然具有較大需求，本發(fā)明具有較好的商業(yè)開發(fā)前景。
【附圖說明】
[0043]圖1是典型交直流混合配電系統(tǒng)示意圖；
[0044]圖2是電壓源變流器雙閉環(huán)控制框圖；
[0045]圖3是多點(diǎn)定直流電壓控制框圖；
[0046]圖4、圖5、圖6是基于多端柔性直流輸電技術(shù)的交直流混合配電系統(tǒng)仿真曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0047]下面結(jié)合附圖和仿真實(shí)驗(yàn)對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0048]如圖1、圖2、圖3、圖4、圖5、圖6所示，一種基于多端柔性直流輸電技術(shù)的交直流混合配電系統(tǒng)包括以下步驟:
[0049]步驟I)配電系統(tǒng)通過雙向電力變流器(AC/DC)連接交流母線和直流母線；
[0050]步驟2)直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電裝置通過雙向電力變流器(AC/DC)接入直流母線；
[0051 ]步驟3)光伏發(fā)電裝置通過雙向電力變流器(DC/DC)接入直流母線；
[0052 ] 步驟4)儲能電池通過雙向電力變流器(DC/DC)接入直流母線；
[0053 ] 步驟5)直流負(fù)荷通過雙向電力變流器(DC/DC)接入直流母線；
[0054]步驟6)各電力變流器有功功率采用主從控制模式；
[0055](I)在與交流配電網(wǎng)連接的電力變流器中，選取容量大者進(jìn)行直流電壓控制，其余進(jìn)行功率控制；
[0056](2)中心控制器檢測交直流混合配電系統(tǒng)的電壓、功率等電氣量；
[0057](3)中心控制器根據(jù)檢測的電氣量，計(jì)算系統(tǒng)功率缺額；
[0058](4)中心控制器根據(jù)功率控制需求，計(jì)算變流器的實(shí)際功率控制值；
[0059](5)中心控制器對各功率控制變流器下達(dá)功率控制指令，實(shí)施功率控制。
[0060]步驟7)用于直流母線電壓控制的電力變流器，風(fēng)、光、儲能和直流負(fù)荷用電力變流器，進(jìn)行直流母線上的多點(diǎn)定直流電壓控制；
[0061]步驟8)電力變流器的功率控制采用雙閉環(huán)控制，外環(huán)響應(yīng)有功、無功控制目標(biāo)，內(nèi)環(huán)米用電流解親控制策略。
[0062]所述的多端柔性直流輸電技術(shù)，由多個(gè)電壓源型電力變流器聯(lián)網(wǎng)組成的輸電系統(tǒng)，電力變流器的直流側(cè)通過直流線路進(jìn)行連接，交流側(cè)與交流電源或交流負(fù)荷連接;通過對電力變流器中的全控型電力電子器件的快速控制，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中多個(gè)直流端的功率控制和直流母線電壓的穩(wěn)定運(yùn)行；
[0063]所述的雙向電力變流器，電力變流器具有能量雙向傳輸?shù)哪芰?，有兩種應(yīng)用形式，一種是從交流系統(tǒng)到直流系統(tǒng)功率的變換和傳輸，即AC/DC; —種是從直流系統(tǒng)到直流系統(tǒng)功率的變換和傳輸，g卩DC/DC;
[0064]所述的新能源的接入，新能源的接入包括風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)、光伏發(fā)電系統(tǒng)、儲能系統(tǒng)的接入；
[0065]所述的對電力變流器實(shí)施協(xié)調(diào)控制，對各個(gè)電力變流器的控制功能進(jìn)行劃分，根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行需求分別控制電力變流器的功率和直流母線電壓等多個(gè)目標(biāo)，從而實(shí)現(xiàn)交直流混合配電系統(tǒng)的多目標(biāo)控制和協(xié)同運(yùn)行；
[0066]所述的主從控制模式，在具有多個(gè)電力換流器共同運(yùn)行的系統(tǒng)中，把中心控制器作為主控制器，各電力變流器的控制器作為從控制器，主從控制器間進(jìn)行通信聯(lián)系，從控制器服從主控制器；
[0067]所述的檢測交直流混合配電系統(tǒng)的電壓、功率等電氣量，檢測風(fēng)機(jī)輸出功率、光伏輸出功率、儲能電池功率、交流負(fù)荷功率、直流負(fù)荷功率、各交直流母線電壓、直流母線電壓；
[0068]所述的計(jì)算系統(tǒng)缺額，依據(jù)如下公式計(jì)算系統(tǒng)功率缺額:
[0069]Λ P = Ρ|5+Ρ風(fēng)+P光+P儲+P負(fù)
[0070]其中:ΛΡ為直流母線瞬時(shí)不平衡功率;P15為配電網(wǎng)注入直流母線的有功功率;P風(fēng)為風(fēng)機(jī)輸出的有功功率;P光為光伏輸出的有功功率;P儲為儲能電池的有功功率;P負(fù)為負(fù)荷的有功功率；
[0071]所述的計(jì)算變流器的實(shí)際功率控制值，依據(jù)如下公式計(jì)算變流器的實(shí)際功率控制值:
[0072]P指=K.ΛΡ+Ρ期
[0073]其中:P指為與配網(wǎng)相連接，并用于功率控制的電力變流器有功控制指令值;K為不平衡功率分配系數(shù);P期為初始功率控制期望值；
[0074]所述的功率控制的詳細(xì)情況，電流的d軸分量、q軸分量分別與電壓的q軸分量、q軸分量存在著耦合關(guān)系。可將解耦算法引入到電流內(nèi)環(huán)控制中，所得的內(nèi)環(huán)電流解耦控制器；
[0075]所述的進(jìn)行直流母線上的多點(diǎn)定直流電壓控制，采用具有電壓下降特性的并聯(lián)控制方法，通過負(fù)載電流前饋方式實(shí)現(xiàn)。各個(gè)參與直流電壓調(diào)節(jié)的電壓環(huán)調(diào)節(jié)器均為無靜差的PI控制器，且電壓環(huán)給定隨著負(fù)載電流的增大而減小。
[0076]圖1是基于多端柔性直流輸電技術(shù)的交直流混合配電系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)示意圖，其技術(shù)和理論核心內(nèi)容是多端柔性直流背靠背技術(shù)。該系統(tǒng)主要包含有配電網(wǎng)、電力換流器、風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)、光伏發(fā)電系統(tǒng)、儲能系統(tǒng)以及直流負(fù)荷。電力變流器的直流側(cè)分別接入直流母線，其交流側(cè)與配電網(wǎng)相連，光伏發(fā)電系統(tǒng)、風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)以及蓄電池分別經(jīng)過DC/DC、AC/DC和DC/DC變換電路與交直流混合配電系統(tǒng)的外部接口相接。
[0077]通過雙向電力變流器，實(shí)現(xiàn)直流輸電系統(tǒng)與交流配電系統(tǒng)的連接和新能源的接入;通過對電力變流器實(shí)施協(xié)調(diào)控制，實(shí)現(xiàn)多變流器端口間的功率控制和直流母線電壓的穩(wěn)定運(yùn)行。該新型交直流混合配電系統(tǒng)與以往單純的交流配電系統(tǒng)相比而言，為新能源的并網(wǎng)提供了必要的接入手段，同時(shí)在新能源大量接入的情況下，該配電系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)功率的雙向流動、為直流負(fù)荷直接供電，能夠創(chuàng)造更好的效益，同時(shí)將現(xiàn)有不可控的配電網(wǎng)轉(zhuǎn)化為可控、可調(diào)的主動配電網(wǎng)，在今后配電網(wǎng)的發(fā)展中，該系統(tǒng)還可作為智能配電網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)，提高供電的可靠性以及靈活性。
[0078]圖2為電壓源變流器雙閉環(huán)控制框圖。
[0079]電壓源換流器采用矢量控制方式，矢量控制采用電流內(nèi)環(huán)和目標(biāo)外環(huán)的雙閉環(huán)結(jié)構(gòu)。旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系與三相電網(wǎng)電壓同步旋轉(zhuǎn)，且d軸與電網(wǎng)A相電壓矢量重合，此時(shí)d軸分量即為有功電流分量，而電流的q軸分量則為無功電流分量。
[0080]在dq坐標(biāo)系下，電流的d軸分量和q軸分量都與電壓相關(guān)，存在嚴(yán)重的親合關(guān)系。因此在電流內(nèi)環(huán)控制中引入解耦算法，設(shè)計(jì)內(nèi)環(huán)電流解耦控制器結(jié)構(gòu)如圖2所示:
[0081]外環(huán)是功率控制環(huán)，內(nèi)環(huán)是電流控制環(huán)。有功基準(zhǔn)值Pre3f與有功實(shí)際值P的差值經(jīng)過PI調(diào)節(jié)后作為電流d軸的基準(zhǔn)值idref，無功基準(zhǔn)值Qref與無功實(shí)際值Q的差值經(jīng)過PI調(diào)節(jié)后作為電流q軸的基準(zhǔn)值iqref。內(nèi)環(huán)電流差值經(jīng)過PI環(huán)節(jié)之后再經(jīng)過內(nèi)環(huán)解耦控制和前饋電壓補(bǔ)償?shù)玫絛軸和q軸戴拿標(biāo)準(zhǔn)值Ucd和Um，送入PffM調(diào)制器中調(diào)制，得到控制信號，實(shí)現(xiàn)電壓源換流器的控制目標(biāo)。
[0082]圖3為換流器穩(wěn)態(tài)電壓下降特性曲線
[0083]目前技術(shù)最為成熟、運(yùn)用最多的電力變流器為是電壓源換流器，而直流母線多點(diǎn)定直流電壓控制是指直流母線系統(tǒng)所有與有源交流系統(tǒng)相連的VSC換流站都采用定直流電壓控方式，此時(shí)系統(tǒng)中各個(gè)換流站運(yùn)行相當(dāng)于多個(gè)電壓源并聯(lián)運(yùn)行，這樣采用帶電壓下降特性的控制方式，可以保證隨著并聯(lián)換流器數(shù)目不斷增加，多端系統(tǒng)仍能維持穩(wěn)定運(yùn)行。電壓下降式控制方式是指換流器直流電壓隨著輸出電流或功率的增加而線性地下降。
[0084]電壓下降特性并聯(lián)控制方法的實(shí)現(xiàn)形式有很多，但實(shí)際應(yīng)用上主要采用負(fù)載電流前饋方式。這種方式的特點(diǎn)是各個(gè)模塊的電壓環(huán)調(diào)節(jié)器均為無靜差的PI控制器，且電壓環(huán)給定隨著負(fù)載電流的增大而減小。
[0085]電壓下降特性表達(dá)式為:
[0086]Δ Udc — Udcref—RdroopIl
[0087]式中,Rdr-為換流器穩(wěn)態(tài)下降電阻，Il為換流器流入直流側(cè)的電流。
[0088]圖4、圖5、圖6是基于多端柔性直流輸電技術(shù)的交直流混合配電系統(tǒng)仿真曲線
[0089]在仿真系統(tǒng)中，交直流混合配電系統(tǒng)外接兩個(gè)交流電網(wǎng)母線，光伏發(fā)電系統(tǒng)容量為200kW，蓄電池容量為1MW，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)容量為IMff。電壓源換流器1、電壓源換流器2容量均為2麗。
[0090]設(shè)定風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)出力、光伏發(fā)電系統(tǒng)出力分別為35kW和65kW，蓄電池并網(wǎng)時(shí)，對其充電，設(shè)對其充電的功率恒為40kW，系統(tǒng)帶150kW的負(fù)荷。起始狀態(tài)VSC2的逆變功率為120MW，無功為Okvar，在第4s時(shí)，VSC2的逆變功率按系統(tǒng)的指令改變?yōu)?0kW，無功為Okvar。通過VSCl的控制調(diào)節(jié)，以維持系統(tǒng)安全平穩(wěn)的運(yùn)行。仿真時(shí)間為10s。
[0091]由仿真曲線可知:在有新能源發(fā)電的工況下，在仿真運(yùn)行到第4s時(shí)將VSC2的逆變功率由120kW突變到60kW，交直流混合配電系統(tǒng)通過借助于VSCl將系統(tǒng)的功率重新分配，達(dá)到系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的目的，由圖6可知:在VSC2逆變功率突變前后，直流母線電壓能夠穩(wěn)定運(yùn)行，驗(yàn)證了基于多端柔性直流輸電技術(shù)的交直流混合配電系統(tǒng)及其控制策略的有效性。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于多端柔性直流輸電技術(shù)的交直流混合配電系統(tǒng)，是指基于多端柔性直流輸電技術(shù)，通過雙向電力變流器，實(shí)現(xiàn)直流輸電系統(tǒng)與交流配電系統(tǒng)的連接和新能源的接入；通過對電力變流器實(shí)施協(xié)調(diào)控制，實(shí)現(xiàn)多變流器端口間的功率控制和直流母線電壓的穩(wěn)定運(yùn)行;其特征在于， 包括以下步驟: 步驟I)配電系統(tǒng)通過雙向電力變流器(AC/DC)連接交流母線和直流母線； 步驟2)直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電裝置通過雙向電力變流器(AC/DC)接入直流母線； 步驟3)光伏發(fā)電裝置通過雙向電力變流器(DC/DC)接入直流母線； 步驟4)儲能電池通過雙向電力變流器(DC/DC)接入直流母線； 步驟5)直流負(fù)荷通過雙向電力變流器(DC/DC)接入直流母線； 步驟6)各電力變流器有功功率采用主從控制模式； (1)在與交流配電網(wǎng)連接的電力變流器中，選取容量大者進(jìn)行直流電壓控制，其余進(jìn)行功率控制； (2)中心控制器檢測交直流混合配電系統(tǒng)的電壓、功率等電氣量； (3)中心控制器根據(jù)檢測的電氣量，計(jì)算系統(tǒng)功率缺額； (4)中心控制器根據(jù)功率控制需求，計(jì)算變流器的實(shí)際功率控制值； (5)中心控制器對各功率控制變流器下達(dá)功率控制指令，實(shí)施功率控制； 步驟7)用于直流母線電壓控制的電力變流器，新能源和直流負(fù)荷用電力變流器連通，進(jìn)行直流母線上的多點(diǎn)定直流電壓控制； 步驟8)電力變流器的功率控制采用雙閉環(huán)控制，外環(huán)響應(yīng)有功、無功控制目標(biāo)，內(nèi)環(huán)采用電流解耦控制策略。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于多端柔性直流輸電技術(shù)的交直流混合配電系統(tǒng)，其特征在于:多端柔性直流輸電技術(shù)，采用多個(gè)電壓源型的電力變流器聯(lián)網(wǎng)組成輸電系統(tǒng)，電力變流器的直流側(cè)通過直流線路進(jìn)行連接，交流側(cè)與交流電源或交流負(fù)荷連接;通過對電力變流器中的全控型電力電子器件的快速控制，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中多個(gè)直流端的功率控制和直流母線電壓的穩(wěn)定運(yùn)行。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于多端柔性直流輸電技術(shù)的交直流混合配電系統(tǒng)，其特征在于: 雙向電力變流器，電力變流器具有能量雙向傳輸?shù)哪芰?，有兩種應(yīng)用形式，一種是從交流系統(tǒng)到直流系統(tǒng)功率的變換和傳輸;一種是從直流系統(tǒng)到直流系統(tǒng)功率的變換和傳輸。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于多端柔性直流輸電技術(shù)的交直流混合配電系統(tǒng)，其特征在于: 新能源包括風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)、光伏發(fā)電系統(tǒng)、儲能系統(tǒng)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于多端柔性直流輸電技術(shù)的交直流混合配電系統(tǒng)，其特征在于: 電力變流器實(shí)施協(xié)調(diào)控制，對各個(gè)電力變流器的控制功能進(jìn)行劃分，根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行需求分別控制電力變流器的功率和直流母線電壓等多個(gè)目標(biāo)，從而實(shí)現(xiàn)交直流混合配電系統(tǒng)的多目標(biāo)控制和協(xié)同運(yùn)行。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于多端柔性直流輸電技術(shù)的交直流混合配電系統(tǒng)，其特征在于: 主從控制模式，在具有多個(gè)電力換流器共同運(yùn)行的系統(tǒng)中，把中心控制器作為主控制器，各電力變流器的控制器作為從控制器，主從控制器間進(jìn)行通信聯(lián)系，從控制器服從主控制器。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于多端柔性直流輸電技術(shù)的交直流混合配電系統(tǒng)，其特征在于: 檢測交直流混合配電系統(tǒng)的電壓、功率等電氣量，檢測風(fēng)機(jī)輸出功率、光伏輸出功率、儲能電池功率、交流負(fù)荷功率、直流負(fù)荷功率、各交直流母線電壓、直流母線電壓。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于多端柔性直流輸電技術(shù)的交直流混合配電系統(tǒng)，其特征在于: 計(jì)算系統(tǒng)缺額，依據(jù)如下公式計(jì)算系統(tǒng)功率缺額: Λ P=Pe+P風(fēng)+P光+P儲+P負(fù) 其中:ΛΡ為直流母線瞬時(shí)不平衡功率;P配為配電網(wǎng)注入直流母線的有功功率;P風(fēng)為風(fēng)機(jī)輸出的有功功率;P光為光伏輸出的有功功率;P儲為儲能電池的有功功率;P負(fù)為負(fù)荷的有功功率。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于多端柔性直流輸電技術(shù)的交直流混合配電系統(tǒng)，其特征在于: 計(jì)算變流器的實(shí)際功率控制值，依據(jù)如下公式計(jì)算變流器的實(shí)際功率控制值: P指=K.ΔΡ+Ffe 其中:P指為與配網(wǎng)相連接，并用于功率控制的電力變流器有功控制指令值;K為不平衡功率分配系數(shù);P期為初始功率控制期望值； 功率控制的詳細(xì)情況，電流的d軸分量、q軸分量分別與電壓的q軸分量、q軸分量存在著耦合關(guān)系。可將解耦算法引入到電流內(nèi)環(huán)控制中，所得的內(nèi)環(huán)電流解耦控制器。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的進(jìn)行直流母線上的多點(diǎn)定直流電壓控制，其特征在于: 采用具有電壓下降特性的并聯(lián)控制方法，通過負(fù)載電流前饋方式實(shí)現(xiàn);各個(gè)參與直流電壓調(diào)節(jié)的電壓環(huán)調(diào)節(jié)器均為無靜差的PI控制器，且電壓環(huán)給定隨著負(fù)載電流的增大而減小。
【文檔編號】H02J5/00GK105896623SQ201610403089
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年6月8日
【發(fā)明人】高強(qiáng), 韓月, 劉齊, 鐘丹田, 王茂軍, 張光明, 石林, 郭占男, 葉鵬, 胡耀寧
【申請人】國網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院, 國家電網(wǎng)公司, 沈陽工程學(xué)院