一种基于混合式配电变压器的主动配电网及其控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于混合式配电变压器的主动配电网及其控制方法；该配电网包括供电区域、中压交流母线、配电网综合控制中心、通信网络、混合式配电变压器、低压馈线、以及分布式电源。混合式配电变圧器具备调节其一次侧无功功率和二次侧电压的能力。针对中压母线电压波动问题，本发明专利技术通过多个混合式配电变压器之间的无功功率协调优化控制，使得各节点电压与其额定值之间的误差平方和最小化，从而减小了配电网中压母线上的电压波动。针对负载用户供电质量问题，本发明专利技术通过对混合式配电变压器二次侧电压的调节，令低压馈线上的各节点电压与额定值之间的误差平方和最小化，从而保证了对用户的供电质量。

An Active Distribution Network Based on Hybrid Distribution Transformer and Its Control Method

The invention discloses an active distribution network based on hybrid distribution transformer and its control method, which includes power supply area, medium voltage AC bus, distribution network integrated control center, communication network, hybrid distribution transformer, low voltage feeder and distributed power supply. Hybrid distribution transformer has the ability to adjust its primary reactive power and secondary voltage. To solve the problem of voltage fluctuation of medium voltage bus, the invention minimizes the sum of squares of errors between the voltage of each node and its rated value by coordinating and optimizing reactive power control among multiple hybrid distribution transformers, thereby reducing voltage fluctuation on medium voltage bus of distribution network. In view of the quality problem of power supply for load users, the invention minimizes the sum of squares of errors between the voltage of each node and the rated value of the low voltage feeder by adjusting the secondary voltage of the hybrid distribution transformer, thereby ensuring the power supply quality for users.

【技术实现步骤摘要】
一种基于混合式配电变压器的主动配电网及其控制方法
本专利技术属于配电网设计与运行控制领域，特别涉及一种基于混合式配电变压器的主动配电网及其控制方法。
技术介绍
随着智能电网和能源互联网的建设不断推进，越来越多的分布式可再生电源接入配电网，使得传统意义上单纯作为负荷侧的无源配电网变为有源主动配电网，为配电网的电源侧引入了不确定性。另一方面，电动汽车等冲击性负荷的逐渐普及，增加了配电网负荷侧的不确定性。这种源-荷双重不确定性为配电网的运行控制提出了一系列挑战，其中突出的一点就是配电网的电压控制问题。源-荷双重不确定性使得配电网电压波动的幅度、持续时间、发生频率都呈上升趋势，而电压波动会严重影响配电网用户的供电质量，损坏用电设备，甚至引起系统性的电压崩溃，造成大面积停电事故。因此，提升配电网的电压调控能力对建设具有主动控制和管理能力的主动配电网具有重要意义。目前旨在增强配电网电压调控能力的相关措施主要有两类，一类是在配电网中安装各种额外的无功补偿设备来调节电压。这些无功补偿设备包括动态电压恢复器、动态电压调节器、静止无功补偿器等。虽然这些设备可以有效降低配电网的电压波动，但同时也存在各种局限性，诸如，动态电压恢复器只能应对电压骤降而不能解决骤升问题，动态电压调节器占地面积过大，而静止无功补偿器又投资过大。另一类配电网电压调控措施，是将配电网内的传统变压器替换为具有电压调节能力的有载调压变压器或电力电子变压器。但是有载调压变压器机械结构复杂、电压调节的动态特性差，且仅能调节二次侧负荷电压，无法参与配网母线电压调节。电力电子变压器具备低压侧和高压侧无功功率解耦能力，可同时参与调节其高压侧和低压侧电压，但由于其全部功率都由电力电子器件承担，故而成本高昂且存在可靠性隐患。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于混合式配电变压器的主动配电网及其控制方法，以解决上述问题。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种基于混合式配电变压器的主动配电网，包括供电区域、中压交流母线、配电网综合控制中心、通信网络、nH个混合式配电变压器、nF条低压馈线和nG个分布式电源；主动配电网采用辐射式拓扑结构，其中压交流母线通过高压/中压变压器与高压主干输电网相连；配电网所含nF条低压馈线中，按节点电压灵敏度区分，nH条为关键馈线，其余nF-nH条为非关键馈线；每条关键馈线通过一台混合式配电变压器与中压交流母线相连，每条非关键馈线通过一台常规配电变压器与中压交流母线相连。进一步的，混合式配电变压器包括主变压器、隔离变压器、串联变流器和并联变流器；主变压器一次侧绕组连接配电网中压交流母线、二次侧绕组连接低压馈线、控制绕组连接并联变流器；隔离变压器的变流器侧绕组与串联变流器相连、网侧绕组与主变压器一次侧绕组串联；串联变流器和并联变流器之间通过直流环节实现背靠背连接。进一步的，配电网内存在分布式电源，分布式电源选自风电机组、光伏电站或微型燃气轮机中的一种或多种；各混合式配电变压器、分布式电源通过通信网络与配电网综合控制中心连接，并对各混合式配电变压器和分布式电源下达控制指令。进一步的，一种基于混合式配电变压器的主动配电网的控制方法，基于上述所述的一种基于混合式配电变压器的主动配电网，包括：中压母线节点电压协调控制、低压馈线电压控制、混合式配电变压器一次侧无功功率控制、混合式配电变压器二次侧电压控制。进一步的，中压母线节点电压协调控制和混合式配电变压器一次侧无功功率控制共同实现配电网中压母线节点电压的调节；配网综合控制中心建立旨在令中压母线各节点电压等于其额定值的协调优化问题，通过求解该问题得到各混合式配电变压器的一次侧无功功率参考指令，并分别下达给各个混合式配电变压器的本地控制器；混合式配电变压器的本地控制器基于比例-积分控制和前馈控制逻辑，令混合式配电变压器一次侧无功功率跟随参考指令，实现配电网中压母线节点电压分布的协调优化控制。进一步的，该协调控制方法具体包括：1)在每个控制周期起始，配电网综合控制中心通过通信网络获取各条馈线的有功功率、无功功率、电压、电流等物理量的测量值；2)根据所收集到的各条馈线的有功功率、无功功率、电压、电流物理量的测量值，建立优化控制问题，该问题的代价函数为：该代价函数旨在通过求解nH台混合式配电变压器各自的一次侧无功功率增量最优值ΔQ*HDT,i，最小化配电网范围内nF个节点电压VMV,j与额定值V*MV之间的偏差，其中KQ,i为节点电压灵敏度系数；该优化控制模型考虑如下约束条件：a)潮流方程约束，包括中压交流母线上的有功功率潮流约束与无功功率潮流约束。；其中NB表示与节点j直接相邻的节点集合；b)节点电压约束，保证中压母线上各节点电压在其额定值的0.95倍至1.05倍之间；c)混合式配电变压器功率约束，确保各混合式配电变压器的有功功率PHDT,i与无功功率QHDT,i的平方和小于其额定视在功率SHDTn,i的平方；3)求解上述非线性优化控制问题，得到各混合式配电变压器一次侧无功功率参考值Q*HDT,i；这些参考值作为控制信号，经由通信网络下达至各混合式配电变压器本地控制器，具体执行；4)混合式配电变压器i接收到由配电网综合控制中心所计算的一次侧无功功率参考值Q*HDT,i之后，将该参考信号转换为并联变流器q轴电流参考指令，基于矢量控制思想，并辅以一次侧电压前馈控制改善动态特性，令混合式配电变压器一次侧无功功率跟随其参考指令Q*HDT,i；具体的q轴电流控制器基于比例-积分调节器实现，最终的控制信号经调制后，施加给混合式配电变压器内的并联变流器CVp具体执行；进一步的，低压馈线电压控制和混合式配电变压器二次侧电压控制共同实现混合式配电变压器所连接低压馈线的电压调节；低压馈线电压控制建立旨在令低压馈线上各节点电压等于其额定值的优化控制问题，求解该问题得到混合式配电变压器二次侧电压的参考指令；所述混合式配电变压器二次侧电压控制方法在接收到该参考指令后，基于比例-积分控制和前馈控制逻辑，通过调节串联变流器令混合式配电变压器二次侧电压跟随该参考指令，实现混合式配电变压器所连接低压馈线上各用户电压的优化控制。进一步的，具体实现方法包括：1)在每个控制周期起始，混合式配电变压器本地控制器获取其所在低压馈线上有功功率、无功功率、各用户电压物理量的测量值；2)根据所收集到的低压馈线的有功功率、无功功率、各用户电压等物理量的测量值，建立优化控制问题，该问题的代价函数为：该代价函数旨在通过求解混合式配电变压器的二次侧电压增量ΔV*LV，最小化低压馈线范围内nL个用户的电压VLF,i与额定值V*LV之间的偏差，其中KV,i为用户电压灵敏度系数；该优化控制模型考虑如下约束条件：a)用户电压约束，保证低压馈线上各用户电压在额定值的0.95倍至1.05倍之间；3)求解上述非线性优化控制问题，得到混合式配电变压器二次侧电压参考值V*LV；4)混合式配电变压器本地控制器求解出其二次侧电压参考值V*LV之后，将其转化为三相参考电压u*2a、u*2b、u*2c，再利用比例-积分调节器配合电压电流前馈回路，构成复合控制结构，计算出具体的混合式配电变压器串联变流器CVt控制指令。该控制指令经调制后施加给串联变流器CVt具体执行。由此，将混合式本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于混合式配电变压器的主动配电网，其特征在于，包括供电区域、中压交流母线、配电网综合控制中心、通信网络、nH个混合式配电变压器、nF条低压馈线和nG个分布式电源；主动配电网采用辐射式拓扑结构，其中压交流母线通过高压/中压变压器与高压主干输电网相连；配电网所含nF条低压馈线中，按节点电压灵敏度区分，nH条为关键馈线，其余nF‑nH条为非关键馈线；每条关键馈线通过一台混合式配电变压器与中压交流母线相连，每条非关键馈线通过一台常规配电变压器与中压交流母线相连。

【技术特征摘要】
1.一种基于混合式配电变压器的主动配电网，其特征在于，包括供电区域、中压交流母线、配电网综合控制中心、通信网络、nH个混合式配电变压器、nF条低压馈线和nG个分布式电源；主动配电网采用辐射式拓扑结构，其中压交流母线通过高压/中压变压器与高压主干输电网相连；配电网所含nF条低压馈线中，按节点电压灵敏度区分，nH条为关键馈线，其余nF-nH条为非关键馈线；每条关键馈线通过一台混合式配电变压器与中压交流母线相连，每条非关键馈线通过一台常规配电变压器与中压交流母线相连。2.根据权利要求1所述的一种基于混合式配电变压器的主动配电网，其特征在于，混合式配电变压器包括主变压器、隔离变压器、串联变流器和并联变流器；主变压器一次侧绕组连接配电网中压交流母线、二次侧绕组连接低压馈线、控制绕组连接并联变流器；隔离变压器的变流器侧绕组与串联变流器相连、网侧绕组与主变压器一次侧绕组串联；串联变流器和并联变流器之间通过直流环节实现背靠背连接。3.根据权利要求1所述的一种基于混合式配电变压器的主动配电网，其特征在于，配电网内存在分布式电源，分布式电源选自风电机组、光伏电站或微型燃气轮机中的一种或多种；各混合式配电变压器、分布式电源通过通信网络与配电网综合控制中心连接，并对各混合式配电变压器和分布式电源下达控制指令。4.一种基于混合式配电变压器的主动配电网的控制方法，其特征在于，基于权利要求1至3任意一项所述的一种基于混合式配电变压器的主动配电网，包括：中压母线节点电压协调控制、低压馈线电压控制、混合式配电变压器一次侧无功功率控制、混合式配电变压器二次侧电压控制。5.根据权利要求4所述的一种基于混合式配电变压器的主动配电网的控制方法，其特征在于，中压母线节点电压协调控制和混合式配电变压器一次侧无功功率控制共同实现配电网中压母线节点电压的调节；配网综合控制中心建立旨在令中压母线各节点电压等于其额定值的协调优化问题，通过求解该问题得到各混合式配电变压器的一次侧无功功率参考指令，并分别下达给各个混合式配电变压器的本地控制器；混合式配电变压器的本地控制器基于比例-积分控制和前馈控制逻辑，令混合式配电变压器一次侧无功功率跟随参考指令，实现配电网中压母线节点电压分布的协调优化控制。6.根据权利要求5所述的一种基于混合式配电变压器的主动配电网的控制方法，其特征在于，该协调控制方法具体包括：1)在每个控制周期起始，配电网综合控制中心通过通信网络获取各条馈线的有功功率、无功功率、电压、电流等物理量的测量值；2)根据所收集到的各条馈线的有功功率、无功功率、电压、电流物理量的测量值，建立优化控制问题，该问题的代价函数为：该代价函数旨在通过求解nH台混合式配电变压器各自的一次侧无功功率增量最优值ΔQ*HDT,i，最小化配电网范围内nF个节点电压VMV,j与额定值V*MV之间的偏差，其中KQ,i为节点电压灵敏度系数；该优化控制模型考虑如下约束条件：a)潮流方程约束，包括中压交流母线上的有功功率潮流约束与无功功率潮流约束；其中NB表示与节点j直接相邻的节点集合；b)节点电压约束，保证中压母线...

【专利技术属性】
技术研发人员：寇鹏，梁得亮，高荣，柳轶彬，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61