一种电力电子变压器运行策略优化组合方法技术

本发发明专利技术提出了一种电力电子变压器运行策略优化组合方法，包括收集系统信息；根据电力电子变压器端口特点建立适用于其端口统一协调控制的广义交直流下垂控制模型；建立以从主网购电最少，以系统安全稳定运行及广义交直流下垂控制为约束条件的长时间尺度优化模型；对所搭建的长时间尺度优化模型进行求解，得到电力电子变压器各端口的广义交直流下垂控制系数，由系数组合进而得到各端口运行策略的优化组合。本发明专利技术方法中的广义交直流下垂控制可以同时对电力电子变压器交流端口和直流端口进行控制，保证了直流网络电压和交流网络频率的稳定，进而保证系统的安全运行。同时，本发明专利技术的方法也适用于当前系统不确定性大大增强的情况，可扩展性强。

【技术实现步骤摘要】
一种电力电子变压器运行策略优化组合方法
本专利技术涉及含电力电子变压器的交直流混联网络的优化领域，特别是涉及一种电力电子变压器(PET)运行策略优化组合方法。
技术介绍
近年来我国分布式可再生能源增长迅速，大规模分布式可再生能源也接入电网，故对系统的灵活接入和有效管控提出了新的挑战和更高的要求。目前的可再生能源接入技术，交直流变换环节较多，降低了效率、影响了接入的便捷性。另外配电网互联互济和柔性调控能力不足，也限制了分布式可再生能源的充分消纳和高效利用。针对以上问题，国内外学者提出了采用基于双向变流器的交直流混合微网方案，将光伏等直流型分布式能源和电动汽车等直流用电设备直接通过直流微网集成，以减少变换环节，提高利用效率。交直流微网技术可以在一定程度上提高分布式可再生能源利用效率，但是它不能实现区域范围内DERS消纳和互补运行，也不能开展区域间的功率平衡和潮流调节。而利用双向多端口电力电子变压器构建交直流混合系统，可以实现灵活组网，在多个交直流电压等级集成分布式可再生能源，实现灵活安全接入；并减少变换环节，提高能源利用效率，增强系统控制能力，在更大范围实现互联互补，充分消纳可再生能源。电力电子变压器的接入增强了系统的可控性和灵活性，多台多端口电力电子变压器组成的交直流混联网络中，电力电子变压器端口运行模式复杂，组合多样，如何利用电力电子变压器的调控能力，合理选取电力电子变压器端口控制策略，实现系统的优化运行是当前一个新的研究热点，从另一方面说，网络的优化运行在很大程度上与电力电子端口运行策略的优化选取有关系。电力电子变压器基于电力电子变换技术和高频变压器，由电力电子变压器连接的交直流混联网络中，电力电子变压器各端口处于不同子网内，运行于不同工况，对各端口进行合理的控制至关重要。当前，对直流侧的控制方法主要有主从控制、电压裕度控制和下垂控制。这三种方法应用相对广泛，也比较成熟，但各自存在一定的弊端。其中，主从控制整个系统的稳定运行依赖于主站的正常运行，一旦主站发生故障或退出运行，整个系统也将停运；电压裕度控制在模式切换时会产生振动，不利于系统安全稳定运行；下垂控制是一种有差控制，难以实现特定需求下的定电压控制或定功率控制。另一方面，多端口电力电子变压器同时含有多个交流端口和直流端口，对电力电子变压器端口的控制应同时包括其交流端口和直流端口，而现有文献中对交流侧的控制多简单处理为PV或者PQ节点，没有考虑到交流网络的频率响应问题。综上所述，利用电力电子变压器构建交直流混联网络优势明显，但是目前还缺少一种有效求解电力电子变压器各端口运行策略组合的方法。
技术实现思路
针对电力电子变压器端口运行模式复杂，组合多样，现有控制方法难以实现其整体优化组合。本专利技术提供了一种电力电子变压器运行策略优化组合方法，其是基于广义交直流下垂控制实现的。一种电力电子变压器运行策略优化组合方法，包括以下步骤：S01：收集系统信息。S02：根据电力电子变压器端口特点，建立适用于其端口统一协调控制的广义交直流下垂控制模型；S03：根据收集的系统信息，建立以从主网购电最少，以系统安全稳定运行及广义交直流下垂控制为约束条件的长时间尺度优化模型；S04：对所搭建的长时间尺度优化模型进行求解，得到电力电子变压器各端口的广义交直流下垂控制系数，由系数组合进而得到各端口运行策略的优化组合。进一步，所述步骤S01收集系统的信息包括系统交直流网络的节点、支路数据，系统负荷信息，电力电子变压器参数信息，接入的分布式可再生能源信息。进一步，所述步骤S02中，交直流端口控制表达式分别为：αa,jf+βa,jPa,j+γa,j＝0(1)αd,iVd,i+βd,iPd,i+γd,i＝0(2)整合可得整个PET的广义交直流下垂控制表达式为：其中，αd,i、βd,i、γd,i(i＝1,2...m)为PET第i个直流端口控制系数，Vd,i、Pd,i分别为该端口电压及有功功率；αa,j、βa,j、γa,j(j＝1,2...n)为PET第j个交流端口控制系数，Pa,j、fj分别为该端口有功功率和所连接网络的频率；m为PET直流端口数，n为交流端口数。进一步，所述步骤S03中的长时间尺度优化模型基于目标函数、交流网络节点功率平衡约束、直流网络节点功率平衡约束、PET自身功率平衡约束、PET端口量约束和广义下垂控制约束建立。进一步，所述目标函数为：其中，t为时刻，T为调度周期所划分的单位阶段数；Pgrid(t)为从主网流向PET的有功功率；Pd(t)、Pa(t)分别为PET直流端口和交流端口有功功率；Pdg(t)为可再生能源出力，包括光伏和风电。进一步，所述交流网络节点功率平衡约束为：其中，为支路ij流过的复功率，以流出节点i为正，具体可表示为：其中，为交流节点i电压向量，为节点i流向节点j的电流向量，j为网络中与节点i相连的节点；为节点i所接的负荷；为节点i处的可再生能源功率；为PET端口注入节点i的复功率，若节点i不与PET端口相连，则为零。进一步，所述直流网络节点功率平衡约束为Pdc,l,i(t)+∑Pdc,ij(t)-Pdc,dg,i(t)-Pd,i(t)＝0(7)其中，Pdc,ij(t)为支路ij流过的功率，以流出节点i为正，具体可表示为：Pdc,ij(t)＝Vdc,i(t)Idc,ij(t)(8)其中，Vdc,i(t)表示直流节点i电压；Idc,ij(t)表示节点i流向节点j的电流，j为网络中与节点i相连的节点；Pdc,l,i(t)为节点i所连接的负荷有功功率；Pdc,dg,i(t)表示节点i处的可再生能源功率；Pd,i(t)为PET端口注入节点i的有功功率，若节点i不与PET端口相连，则Pd,i(t)为零。进一步，所述PET自身功率平衡约束为：其中，Pd,i(t)为PET直流端口i有功功率；Pa,j(t)为PET交流端口j有功功率。进一步，所述PET端口量约束为：其中，分别为PET直流端口i电压上下限，为该端口额定有功功率；分别为PET交流端口j所连接交流网络的频率上下限，为该端口额定复功率。进一步，所述广义下垂控制约束为：其中，Vd,i(t)为PET第i个直流端口电压，Pd,i(t)为该端口有功功率；分别为在可再生能源预测值下的直流端口电压及有功功率期望值；ΔVd,i(t)表示直流电压实际值与期望值的偏差，ΔPd,i(t)为相应功率偏差；fj(t)为PET第j个交流端口所连接交流网络的频率，Pa,j(t)为该端口有功功率；分别表示在可再生能源预测值下的交流端口有功功率及所连接交流网络的频率期望值；Δfj(t)表示交流网络频率实际值与期望值的偏差，ΔPa,j(t)为相应交流端口有功功率偏差。进一步，交直流端口特性均可表示为：αy+βx+γ＝0(15)最终优化结果中，不同于传统控制方法，通过系数组合实现端口的不同控制方式，包括定x控制、定y控制和传统的y-x下垂控制：1)若α≠0、β＝0、γ≠0，可得斜率为零的下垂控制，实现定x控制；2)若α＝0、β≠0、γ≠0，可得斜率为无穷大的下垂控制，实现定y控制；3)若α≠0、β≠0、γ≠0，可实现常规下垂控制；其中，α、β、γ为控制系数；y表示有功功率，x在不同问题中表示不同的变量，在交流网络中表示频率，在直流网络本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电力电子变压器运行策略优化组合方法，包括以下步骤：S01：收集系统信息；S02：根据电力电子变压器端口特点，建立适用于其端口统一协调控制的广义交直流下垂控制模型；S03：根据收集的系统信息，建立以从主网购电最少，以系统安全稳定运行及广义交直流下垂控制为约束条件的长时间尺度优化模型；S04：对所搭建的长时间尺度优化模型进行求解，得到电力电子变压器各端口的广义交直流下垂控制系数，由系数组合进而得到各端口运行策略的优化组合。

【技术特征摘要】
1.一种电力电子变压器运行策略优化组合方法，包括以下步骤：S01：收集系统信息；S02：根据电力电子变压器端口特点，建立适用于其端口统一协调控制的广义交直流下垂控制模型；S03：根据收集的系统信息，建立以从主网购电最少，以系统安全稳定运行及广义交直流下垂控制为约束条件的长时间尺度优化模型；S04：对所搭建的长时间尺度优化模型进行求解，得到电力电子变压器各端口的广义交直流下垂控制系数，由系数组合进而得到各端口运行策略的优化组合。2.根据权利要求1所述的一种电力电子变压器运行策略优化组合方法，其特征在于，所述步骤S01收集系统的信息包括系统交直流网络的节点、支路数据，系统负荷信息，电力电子变压器参数信息，接入的分布式可再生能源信息。3.根据权利要求1所述的一种电力电子变压器运行策略优化组合方法，其特征在于，所述步骤S02中，交直流端口控制表达式分别为：αa,jf+βa,jPa,j+γa,j＝0(1)αd,iVd,i+βd,iPd,i+γd,i＝0(2)整合可得整个PET的广义交直流下垂控制表达式为：其中，αd,i、βd,i、γd,i(i＝1,2...m)为PET第i个直流端口控制系数，Vd,i、Pd,i分别为该端口电压及有功功率；αa,j、βa,j、γa,j(j＝1,2...n)为PET第j个交流端口控制系数，Pa,j、fj分别为该端口有功功率和所连接网络的频率；m为PET直流端口数，n为交流端口数。4.根据权利要求3所述的一种电力电子变压器运行策略优化组合方法，其特征在于，所述步骤S03中的长时间尺度优化模型基于目标函数、交流网络节点功率平衡约束、直流网络节点功率平衡约束、PET自身功率平衡约束、PET端口量约束和广义下垂控制约束建立。5.根据权利要求4所述的一种电力电子变压器运行策略优化组合方法，其特征在于，所述目标函数为：其中，t为时刻，T为调度周期所划分的单位阶段数；Pgrid(t)为从主网流向PET的有功功率；Pd(t)、Pa(t)分别为PET直流端口和交流端口有功功率；Pdg(t)为可再生能源出力，包括光伏和风电。6.根据权利要求5所述的一种电力电子变压器运行策略优化组合方法，其特征在于，所述交流网络节点功率平衡约束为：其中，为支路ij流过的复功率，以流出节点i为正，具体可表示为：其中，为交流节点i电压向量，为节点i流向节点j的电流向量，j为网络中与节点i相连的节点；为节点i所接的负荷；为节点i处的可再生能源功率；为PET端口注入节点i的复功率，若节点i不与PET端口相连，则为零。7.根据权利要求5所述的一种电力电子变压器运行...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙英云，胡丽萍，蒲天骄，李烨，黄越辉，杨晓梅，袁晓东，柳丹，黄地，
申请(专利权)人：华北电力大学，中国电力科学研究院有限公司，国网江苏省电力有限公司，国网江苏省电力有限公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11