一种直流配电网的功率‑电压协调控制方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种直流配电网的功率‑电压协调控制方法及装置，其包括根据直流配电网的网络拓扑、电源和负荷情况，建立长时间尺度系统优化控制模型；求解长时间尺度系统优化控制模型，计算直流配电网的潮流分布和换流站的功率参考值和电压参考值；根据换流站的功率参考值和电压参考值确定下垂控制曲线；负荷扰动时，根据下垂控制曲线实现电压无差调节；其装置包括建模单元、求解单元、下垂曲线控制单元和调节单元。本发明专利技术提供的技术方案提高配电网的运行可靠性，保证直流配电网的电能质量。

【技术实现步骤摘要】
一种直流配电网的功率-电压协调控制方法及装置
本专利技术涉及电力系统配电网运行控制
，具体讲涉及一种直流配电网的功率-电压协调控制方法及装置。
技术介绍
直流配电网是以直流为主导的电能配送系统，其利用电压源换流器的柔性直流技术和潮流灵活可控的特点，为解决现代电力系统面临的新能源接入、直流负载高效供电、负荷中心无功电源不足的问题提供了有效的方法。直流配电网的首要问题是功率控制，而直流电网有功功率平衡情况由直流电压体现，因此直流配电网稳定运行的关键在于控制直流电压。直流配电网的电压控制方式主要包括电压下垂控制和主从控制，其中，电压下垂控制是指换流站直流侧的输出电压随电流的增加而降低，也称为带电压下垂特性的控制方式。下垂控制为多点控制，控制器通过测量本地直流母线电压对功率分配进行调节，因而不依赖于换流站间的高速通讯，但是当下降斜率设置较陡时，如果出现功率变化时，电压变化较多将会影响电能质量和系统稳定性。目前针对直流配电系统的研究主要集中于网架结构和关键设备的研究，而针对直流配电网的功率/电压控制，需要提出一种多时间尺度分层协调的直流配电系统功率-电压协调控制模式，并需要针对不同时间尺度提出响应控制策略。
技术实现思路
直流配电网含多个换流站，涉及电源负荷功率平衡、电压质量等问题，为了满足现有技术发展的需要，本专利技术提供了一种针对直流配电网的运行控制按照控制时间和控制层次构建相应的控制模式的不同时间尺度下的控制目标及策略，及一种直流配电网多时间尺度下功率-电压协调控制方法及装置。本专利技术提供的一种直流配电网的控制方法，其改进之处在于，所述方法包括：在负荷扰动时，根据预先建立的下垂控制曲线响应负荷变化，通过调节直流电压实现换流站节点的功率平衡；所述下垂控制曲线为根据对预先建立的系统优化控制模型求解得到的换流站的功率参考值和电压参考值确定；通过改变换流站的运行点并更新运行点的功率参考值和电压参考值实现电压无差调节，消除直流电压一次调节的偏差。进一步的，所述根据预先建立的下垂控制曲线响应负荷变化，通过调节直流电压实现换流站节点的功率平衡为第一时间尺度，所述系统优化控制模型为第二时间尺度，所述第一时间尺度短于所述第二时间尺度。进一步的，下垂控制曲线如下式所示：其中，P和u为实时的有功功率与直流电压；uref和Pref：分别为换流站的电压参考值和功率参考值；k为下垂系数；Pmax和Pmin分别为对应换流器的最大和最小输出功率。进一步的，在所述根据预先建立的下垂控制曲线响应负荷变化，通过调节直流电压实现换流站节点的功率平衡之前，还包括：根据配电网网络拓扑图，将交流变直流换流站及其所连的直流线路与负荷确定为系统优化控制模型的直流配电网区域；确定所述直流配电网区域内的换流站个数。进一步的，所述系统优化控制模型的网损最小目标函数为：其约数条件如下式所示：其中：ui和uj：分别为节点i和j的电压；Gij为节点i和j之间的电导；Gii为节点i与地间电导之和；PGi和PLi分别为i节点的电源和负荷功率；和分别为直流电压的上下限值；udc,i：节点i的直流电压值；表示节点i处换流站的最大允许传输功率；|Pi|：节点i处换流站传输功率值；为连接点k处最大允许传输电流；|Idc,k|：连接点k处的传输电流值。进一步的，求解预先建立的系统级优化控制模型得到换流站的功率参考值和电压参考值的过程包括：将原来含有不等式约束条件的系统级优化控制模型转化为与其等价的含有等式约束条件的系统级优化控制模型；确定等价转化后的模型的新的目标函数为其约束条件为：其中，minf(x)为非线性的目标函数，x为n维状态向量，h(x)是m维等式约束条件，g(x)为r维不等式约束条件，松弛变量l和u均为r维列向量；λ>0，为障碍因子；gmin和gmax：分别为r维不等式约束条件的最小值和最大值；应用拉格朗日乘数法对所述新的目标函数进行求解；将求得的换流站的功率和电压值作为换流站的功率参考值和电压参考值。进一步的，在负荷扰动时，换流站根据下垂控制曲线，通过有差调节保证换流站节点的功率实时平衡；并根据上层控制器结合潮流分析结果，按下式更新功率参考值，消除直流电压一次调节的偏差：Pdc2＝r(VdcN-Vdc2)；式中，r为负荷特性曲线的斜率；Pdc2为新的运行点的功率参考值；VdcN表示新的运行点的电压参考值，扰动前后保持不变；Vdc2表示有差调节后的电压。一种直流配电网的功率-电压协调控制装置，所述装置包括：一次调节单元，用于在负荷扰动时，根据预先建立的下垂控制曲线响应负荷变化，通过调节直流电压实现换流站节点的功率平衡；所述下垂控制曲线为根据对预先建立的系统优化控制模型求解得到的换流站的功率参考值和电压参考值确定；二次调节单元，用于通过改变换流站的运行点并更新运行点的功率参考值和电压参考值实现电压无差调节，消除直流电压一次调节的偏差。进一步的，所述装置还包括：建模单元，用于在负荷扰动之前，根据直流配电网的网络拓扑、电源和负荷情况，建立系统级优化控制模型；计算单元，用于根据对预先建立的系统优化控制模型的求解，计算换流站的功率参考值和电压参考值；曲线生成单元，根据所述换流站的功率参考值和电压参考值确定下垂控制曲线。进一步的，所述计算单元包括：等价转化子单元，用于将原来含有不等式约束条件的系统级优化控制模型转化为与其等价的含有等式约束条件的系统级优化控制模型；函数确定子单元，用于确定等价转化后的模型的新的目标函数；求解子单元，用于应用拉格朗日乘数法对所述新的目标函数进行求解；将求得的换流站的功率和电压值作为换流站的功率参考值和电压参考值。与最接近的现有技术比，本专利技术提供的技术方案具有以下优异效果：1、本专利技术提供的技术方案由对预先建立的长时间尺度系统优化控制模型的求解，计算换流站功率参考值和电压参考值--根据所述换流站的功率参考值和电压参考值确定下垂控制曲线--根据建立的下垂控制曲线在短时间尺度下负荷扰动时改变换流站的运行参考值作无差调节，本专利技术使用长时间尺度调节和短时间尺度下的调节相结合的功率-电压协调控制方法，提高了直流配电网的运行效率，提高了运行可靠性，能保证直流配电网的电能质量。2、本专利技术提供的技术方案建立了多时间尺度分层协调控制模式，提出了长时间尺度系统级优化控制策略和短时间尺度设备级电压无差控制策略，使直流配电网控制更加清晰、明确，降低了配电网线损并保证了电网的实时功率平衡，提高了电网电压质量。3、本专利技术提供的技术方案在负荷扰动时，换流站根据下垂控制电压曲线，通过有差调节保证各换流站节点的功率实时平衡，并通过调整参考值做无差调节，能实现直流配电网功率-电压的有序控制，同时解决电压下垂控制时可能引起的电压偏差问题。附图说明图1为本专利技术提供的直流配电网多时间尺度分层协调控制模式；图2为本专利技术提供的直流配电网下垂控制特性；图3为本专利技术提供的直流配电网电压无差调节过程示意图。具体实施方式以下将结合说明书附图并以具体实施例的方式详细介绍本专利技术提供的技术方案。本专利技术提供的技术方案主要针对电压下垂控制下的直流配电网，构建多时间尺度分层协调的直流配电网功率-电压协调控制模式，实现直流配电网功率-电压的有序控制，同时解决电压下垂控制时可能引起的电压偏差问题。直流配电网根据本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种直流配电网的功率‑电压协调控制方法，其特征在于，所述方法包括：在负荷扰动时，根据预先建立的下垂控制曲线响应负荷变化，通过调节直流电压实现换流站节点的功率平衡；所述下垂控制曲线为根据对预先建立的系统优化控制模型求解得到的换流站的功率参考值和电压参考值确定；通过改变换流站的运行点并更新运行点的功率参考值和电压参考值实现电压无差调节，消除直流电压一次调节的偏差。

【技术特征摘要】
1.一种直流配电网的功率-电压协调控制方法，其特征在于，所述方法包括：在负荷扰动时，根据预先建立的下垂控制曲线响应负荷变化，通过调节直流电压实现换流站节点的功率平衡；所述下垂控制曲线为根据对预先建立的系统优化控制模型求解得到的换流站的功率参考值和电压参考值确定；通过改变换流站的运行点并更新运行点的功率参考值和电压参考值实现电压无差调节，消除直流电压一次调节的偏差。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据预先建立的下垂控制曲线响应负荷变化，通过调节直流电压实现换流站节点的功率平衡为第一时间尺度，所述系统优化控制模型为第二时间尺度，所述第一时间尺度短于所述第二时间尺度。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，下垂控制曲线如下式所示：其中，P和u为实时的有功功率与直流电压；uref和Pref：分别为换流站的电压参考值和功率参考值；k为下垂系数；Pmax和Pmin分别为对应换流器的最大和最小输出功率。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述根据预先建立的下垂控制曲线响应负荷变化，通过调节直流电压实现换流站节点的功率平衡之前，还包括：根据配电网网络拓扑图，将交流变直流换流站及其所连的直流线路与负荷确定为系统优化控制模型的直流配电网区域；确定所述直流配电网区域内的换流站个数。5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述系统优化控制模型的网损最小目标函数为：其约束条件如下式所示：|Pi|＜Pimax,i＝1,...,N其中：ui和uj：分别为节点i和j的电压；Gij为节点i和j之间的电导；Gii为节点i与地间电导之和；PGi和PLi分别为i节点的电源和负荷功率；和分别为直流电压的上下限值；udc,i：节点i的直流电压值；表示节点i处换流站的最大允许传输功率；|Pi|：节点i处换流站传输功率值；为连接点k处最大允许传输电流；|Idc,k|：连接点k处的传输电流值。6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：卫泽晨，于汀，范士雄，李立新，蒲天骄，於益军，韩巍，李时光，王子安，王伟，刘幸蔚，吴新景，杜佳桐，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：北京,11