分布式潮流控制器单相等效仿真方法技术

分布式潮流控制器单相等效仿真方法，包括步骤：建立一个单相的分布式潮流控制器仿真系统，将分布式潮流控制器的并联侧等效为一个电流源，注入到单相线路中，首端和末端分别是两个电压等级和频率相同，相角不同的等效电压源；考虑到三相线路的对称性，只需对一相线路进行仿真，同时从单相串联变流器的角度入手，串入多个变流器，根据单相线路功率需求建立模型，确定分布式串联变流器的数量；串入多组变流器进行建模仿真，对比单相分布式潮流控制器在多组投切方案下得到的注入线路电压和线路有功功率的仿真结果，确定最优投切方式。本发明专利技术可以大幅减少仿真时间，方便观察线路的潮流调节效果，也对研究多组单相串联变流器的交互影响效果明显。

Single phase equivalent simulation method for distributed power flow controller

The controller of single phase equivalent simulation method, which comprises the following steps: distributed power flow simulation system of distributed power flow controller to create a single phase, the parallel side equivalent distributed power flow controller for a current source into a single line, the head and end are two voltage levels and the same frequency and phase angle of different equivalent voltage source; consideration the symmetry of the three-phase line, only for a phase line simulation, at the same time, from the perspective of single-phase series converter, the string into a plurality of converters, establishes the model based on single line power demand, determine the number of series converter distributed; on multi converter modeling and simulation, comparison of single-phase distributed power flow controller for simulation the injected active power line voltage and line of the cutting scheme in multi group, to determine the optimal switching mode. The invention can greatly reduce the simulation time and facilitate the observation of the power flow regulation effect of the line, and also has obvious effect on the interaction effect of the multi group single-phase series converter.

【技术实现步骤摘要】
分布式潮流控制器单相等效仿真方法
本专利技术涉及灵活交流输电系统应用控制领域，具体涉及一种分布式潮流控制器单相等效仿真方法。
技术介绍
随着东北—华北、福建—华北、华中—华北、川渝—华中的联网以及三峡电站的投产，超大规模跨区交流同步电网已经形成。全国联网后，区域电网间仅仅通过少数几回500kV交流线弱互联，这使得互联系统对于区域间出现的振荡能够起到的作用很小。面对互联系统中出现的动态稳定性易遭到破坏的问题，一般习惯用二次设备(FACTS控制器等)将弱互联转变为较强的互联。分布式潮流控制器DPFC将统一潮流控制器(UPFC)原有结构中通过直流电容连接的串并联变流器分开，并利用分布式静止串联补偿器DSSC的思想将串联侧分布化。在该拓扑结构基础上，通过3次谐波在串并联变流器之间交换有功功率从而达到综合调节线路潮流的目的。DPFC并联侧由两个背靠背的变流器组成，变流器VSC1为三相变流器，变流器VSC2为单相变流器，二者由一个公共直流电容相连。通过一个耦合变压器将电网电压接入到VSC1的交流侧，VSC1吸收电网的有功功率来稳定直流电容电压；变流器VSC2输出一定大小的三次谐波电流，该电流经由首端Y-△变压器Y侧的中性点均匀分布到输电线路中。串联侧根据其控制器的指令，一方面吸收线路上的三次谐波电流，用以维持自身电容电压的稳定；另一方面按照实际的功率补偿需求，产生一定幅值和相位的基频交流电压，串联变流器电压和线路首端电压叠加在一起，以此来改变线路的潮流。分布式潮流控制器在多组串联侧变流器协调控制中，并联侧控制和串联侧控制本身存在交互影响，当多组串联侧变流器投入后，则会破坏并联侧装置的稳定运行，甚至单个串联侧变流器模块退出运行，要使整个系统稳定运行，其控制方法极其复杂，而且仿真时间很长。此外，线路电流相角偏移较大，串联侧相间控制器耦合关系减弱，导致相间控制器给出的控制指令失效。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是，针对现有分布式潮流控制器协调控制存在的上述不足，提供一种分布式潮流控制器单相等效仿真方法，将分布式潮流控制器的并联侧模块等效为电流源，串入多组变流器进行建模仿真，从而得出单相分布式串联侧变流器多组投切方案下的最优投切方式；大幅减少仿真时间，方便观察线路的潮流调节效果。本专利技术为解决上述技术问题所采用的技术方案是：分布式潮流控制器单相等效仿真方法，包括以下步骤：步骤一、建立一个单相分布式潮流控制器仿真系统，将分布式潮流控制器的并联侧等效为一个额定容量的电流源，注入到单相线路中，首端和末端分别是两个电压等级和频率相同，相角不同的等效电压源，首端电源电压为Vs，末端电源电压为Vr，线路电感为XL，线路电阻为RL，等效阻抗为ZL，单个变流器注入线路中电压为Vse；步骤二、利用分布式潮流控制器的系统设计容量，确定分布式潮流控制器并联侧向线路中注入的三次谐波有功功率Psh3，其中系统所能承受的调控潮流范围是一定的，分配到线路中串联侧每个变流器注入线路中的有功功率Pse也是固定的；考虑到三相线路的对称性，只对一相线路进行仿真，变流器未投入到线路中，线路有功功率PL为：n个串联侧变流器投入到线路后，线路有功功率PL'为：n个串联侧变流器投入到线路后，线路有功功率的增量ΔP为：n个变流器注入线路中基波有功功率之和等于线路有功功率的增量ΔP，则有：其中，分布式潮流控制器并联侧向线路中注入的三次谐波有功功率Psh3等于n个变流器吸收的三次谐波有功功率不考虑串联侧装置的损耗，n个变流器吸收的三次谐波有功功率等于n个变流器注入到线路中基波有功功率之和则有：由公式(3)、(4)、(5)、(6)联立得到：步骤三、已知分布式潮流控制器并联侧注入到线路的三次谐波功率Psh3恒定，又考虑并联侧模块等效为一个额定容量的电流源，则注入线路中等效电流源容量S＝Psh3；步骤四、假设系统最大调节有功功率为PS，从一个变流器对系统线路有功功率调节效果来分析投入系统变流器的个数N，将简化等效后的单相分布式潮流控制器仿真系统，串入一个变流器(串入一组变流器也适用步骤二中的推导公式，也就是将n个变流器中的n取值为1)，给入最小电压调节指令即最小有功功率调节指令Psemin，观察线路中有功功率的增量ΔP，计算出PS和一个变流器注入线路中的有功功率Psemin的大小比值n1，取整后为N1；给入最大电压调节指令即最大有功功率调节指令Psemax计算出串联侧最少串入线路中变流器单元的个数N2，则N2的取值范围为：N2≤N≤N1，其中，N为串入变流器的数量；步骤五、根据步骤四的结果，参考系统设计容量以及多组变流器交互影响最小，快速、有效、稳定的调节线路潮流指标，确定串入变流器的数量N的最优解NS的大小，求出最优电压调控指令对应得到最优有功功率调节效果；步骤六、确定串入变流器的数量N的最优解NS后，针对NS个变流器进行协调控制的验证，观察单相线路潮流调节的效果，从如下三种投切方案进行验证：方案一，相邻变流器之间的电气距离固定且等间距，NS个变流器给定同一目标参数，在t1时同时投切到系统线路；方案二，相邻变流器之间的电气距离固定且等间距，NS个变流器给定同一目标参数，NS个变流器依次在ti＝t1+(i-1)Δt时投切到系统线路；方案三，改变相邻变流器之间的电气距离，观察线路潮流的变化以及相邻变流器之间的交互影响，之后，NS个变流器给定同一目标参数，在t1时同时投切到系统线路(按照方案一中的投切方式运行)；上述三种投切方案中同一目标参数包括直流电容电压给定值Udcref：和补偿器输出电压给定值Useref；最后，对比方案一、方案二、方案三下串入NS个变流器得到的注入线路电压和线路有功功率的仿真结果，分析变流器之间的交互影响，确定最优的一种投切方式。按上述方案，所述步骤一中首端电源电压Vs＝220V，相角为8°，末端电源电压Vr＝220V，相角为0°，分布式潮流控制器的并联侧等效为频率为150Hz，幅值为1.67A，相角为8°的电流源，注入到单相线路中，线路电感XL＝0.0245H，线路电阻RL＝0.2Ω，等效阻抗ZL＝7.7∠88.5°。按上述方案，所述步骤六的方案三中，假设第1个变流器布置在线路首端，第n个变流器布置在线路末端，则第1个变流器的位置相对整个线路的电气距离比值为0，第n个变流器的位置相对整个线路的电气距离比值为1，同时，前面相邻变流器的电气距离是后面相邻变流器的电气距离的2倍，依次类推，第n个变流器的位置相对整个线路电气距离的比值满足函数f(n)，且函数f(n)取值范围为[0,1]，函数f(n)的表达式如下：由公式(8)得到，n的取值越大，越往后相邻变流器的电气距离越短，相反，前面相邻变流器的电气距离越长。与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：1、将分布式潮流控制器并联侧简化等效后，直接用频率为150Hz的电流源等效，来研究单相的分布式串联耦合潮流控制器，通过采用本专利技术方法，忽略分布式潮流控制器并联侧控制目标对串联侧控制目标的影响，以及不同相间串联侧控制器的耦合影响，只考虑串联侧多组变流器的协调控制的交互影响，这不仅节省仿真计算量，也确定单相串联侧变流器的数量的最优值，为单相分布式串联侧多组变流器协调控制提供一种简单的仿真方法；2、本专利技术可以大幅本文档来自技高网...

【技术保护点】
分布式潮流控制器单相等效仿真方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、建立一个单相分布式潮流控制器仿真系统，将分布式潮流控制器的并联侧等效为一个额定容量的电流源，注入到单相线路中，首端和末端分别是两个电压等级和频率相同，相角不同的等效电压源，首端电源电压为Vs，末端电源电压为Vr，线路电感为XL，线路电阻为RL，等效阻抗为ZL，单个变流器注入线路中电压为Vse；步骤二、利用分布式潮流控制器的系统设计容量，确定分布式潮流控制器并联侧向线路中注入的三次谐波有功功率Psh3，其中系统所能承受的调控潮流范围是一定的，分配到线路中串联侧每个变流器注入线路中的有功功率Pse也是固定的；考虑到三相线路的对称性，只对一相线路进行仿真，变流器未投入到线路中，线路有功功率PL为：

【技术特征摘要】
1.分布式潮流控制器单相等效仿真方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、建立一个单相分布式潮流控制器仿真系统，将分布式潮流控制器的并联侧等效为一个额定容量的电流源，注入到单相线路中，首端和末端分别是两个电压等级和频率相同，相角不同的等效电压源，首端电源电压为Vs，末端电源电压为Vr，线路电感为XL，线路电阻为RL，等效阻抗为ZL，单个变流器注入线路中电压为Vse；步骤二、利用分布式潮流控制器的系统设计容量，确定分布式潮流控制器并联侧向线路中注入的三次谐波有功功率Psh3，其中系统所能承受的调控潮流范围是一定的，分配到线路中串联侧每个变流器注入线路中的有功功率Pse也是固定的；考虑到三相线路的对称性，只对一相线路进行仿真，变流器未投入到线路中，线路有功功率PL为：n个串联侧变流器投入到线路后，线路有功功率P'L为：n个串联侧变流器投入到线路后，线路有功功率的增量ΔP为：n个变流器注入线路中基波有功功率之和等于线路有功功率的增量ΔP，则有：其中，分布式潮流控制器并联侧向线路中注入的三次谐波有功功率Psh3等于n个变流器吸收的三次谐波有功功率不考虑串联侧装置的损耗，n个变流器吸收的三次谐波有功功率等于n个变流器注入到线路中基波有功功率之和则有：由公式(3)、(4)、(5)、(6)联立得到：步骤三、已知分布式潮流控制器并联侧注入到线路的三次谐波功率Psh3恒定，又考虑并联侧模块等效为一个额定容量的电流源，则注入线路中等效电流源容量S＝Psh3；步骤四、假设系统最大调节有功功率为PS，从一个变流器对系统线路有功功率调节效果来分析投入系统变流器的个数N，将简化等效后的单相分布式潮流控制器仿真系统，串入一个变流器，给入最小电压调节指令即最小有功功率调节指令Psemin，观察线路中有功功率的增量ΔP，计算出PS和一个变流器注入线路中的有功功率Psemin的大小比值n1，取整后为N1；给入最大电压调节指令即最大有功功率调节指令Ps...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐爱红，郑蒙，陈岑，舒欣，邵云露，肖思明，王冲，黄涌，郑旭，赵红生，徐秋实，王少荣，刘涤尘，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42