一种针对低压配电网的晶闸管控串联补偿控制方法技术

本发明专利技术涉及一种针对低压配电网的晶闸管控串联补偿控制方法，属于电力系统领域，包括以下步骤：S1：建立LD‑TCSC拓扑结构；S2：以晶闸管延迟触发角作为主要控制变量，构建LD‑TCSC输出容抗、电阻和谐波电压的等效数学模型；S3：以电网有功功率损耗最小为目标，以功率守恒、电压可靠等为约束条件，建立控制优化模型，利用最优潮流来解决配电网络的电压分配、损耗抑制问题，开展设备输出的驱动；S4：利用安装节点附近运行数据，根据电网全局运行数据能否有效获取为判据，建立依赖实时数据的“on‑line”模式与依赖历史数据的“off‑line”模式，及其控制方法。

【技术实现步骤摘要】
一种针对低压配电网的晶闸管控串联补偿控制方法
本专利技术属于电力系统领域，涉及一种针对低压配电网的晶闸管控串联补偿控制方法。
技术介绍
低压配电网络位于系统的末端，其网架薄弱，线路长，线路线径小，负荷增长迅速，往往导致电压跌落严重，为了解决低压配电网中的低电压问题，电力系统工程师通常采用调整变压器分变比、加强网络建设、增加电力设备等措施。安装不间断电源(UPS)、静态无功补偿器(SVC)等电力设备是效率最高、费用最低、应用最广的电压改善手段，但因采用分散式布置方式，存在数量多、维护量大、开关动作频繁等问题。为了解决辐射状低压配电网结构下的电压集中改善问题，具有调整电压稳定、优化潮流分配、增强输送能力等功能晶闸管控制串联补偿技术(TCSC)，引起电力领域的广泛关注。目前，国内相继开展许多晶闸管控制串联补偿技术在高压输电网或中压配电网中的应用研究，但鉴于LD-TCSC的特殊性，现有的控制方法与理论不能直接应用于LD-TCSC，其主要体现在以下两个方面：1)中高压线路中TCSC仅考虑等效容抗或感抗输出，其伴随输出的等效电阻与等效谐波电压同线路运行参数相比较小可忽略不计，然而，关于LD-TCSC的电阻与谐波电压输出必须加以考虑。2)在低压配电网拓扑结构十分复杂的条件下，仅依靠安装节点附近的运行数据与现有单目标控制方式，LD-TCSC难以实现配电网低电压问题的有效治理。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种针对低压配电网的晶闸管控串联补偿控制方法。为了满足低压配电网运行和效果与成本，提出基于晶闸管控串联补偿基本模块(TCSC)与固定电感串联补偿模块(FSL)构成标准拓扑结构。根据电压配电网线路参数特征与LD-TCSC结构特征，构建了包括容抗、电阻、谐波电压在内的输出量等效数学模型，优化了包含LD-TCSC的配电线路潮流分析的准确度。在先进配电管理系统(ADMS)中动态电压控制单元应用的基础上，构建了LD-TCSC的“on-line”或“off-line”运行模式，通过最优化控制方法实现了设备的驱动，实现了电压改善的目标。为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种针对低压配电网的晶闸管控串联补偿控制方法，包括以下步骤：S1：建立LD-TCSC拓扑结构：利用一个晶闸管控串联补偿基本模块(TCSC)与一个固定电感串联补偿模块(FSL)构成标准拓扑结构；S2：建立LD-TCSC输出量的等效数学模型：以晶闸管延迟触发角作为主要控制变量，构建LD-TCSC输出容抗、电阻和谐波电压的等效数学模型；S3：建立LD-TCSC控制模型：以先进配电管理系统(ADMS)为依托，以电网有功功率损耗最小为目标，以功率守恒、电压可靠等为约束条件，建立控制优化模型，利用最优潮流来解决配电网络的电压分配、损耗抑制等问题，开展设备输出的驱动；S4：建立LD-TCSC控制策略：在充分利用安装节点附近运行数据的基础上，根据电网全局运行数据能否有效获取为判据，建立依赖先进配电管理系统(ADMS)实时数据的“on-line”模式与依赖历史数据的“off-line”模式，及其相应控制方法。进一步，步骤S1中所述LD-TCSC拓扑结构包括串联的TCSC基本模块与FSL模块，所述TCSC基本模块包括一个电容组，以及与所述电容组并联可控晶闸管和晶闸管控电感，所述FSL模块包括一个固定串联电感，所述的可控晶闸管包括两个并联且方向相反的晶闸管。进一步，步骤S2具体包括以下步骤：S21：LD-TCSC输出基波容抗的数学模型式中：α表示以电容过零点为基准的触发角；fN表示配电线路的工作频率；k表示自震荡频率标幺值；C表示电容器组的电容值；L1表示晶闸管控电感L1的电感值；L2表示固定串联电感L2的电感值；S22：LD-TCSC输出基波电阻的数学模型式中：IL表示线路电流有效值；Pv(α)表示晶闸管损耗；Pcap(α)表示电容器损耗；PL1(α)表示电感L1损耗；PL2表示固定串联电感L2损耗；其中，晶闸管损耗Pv(α)如下式表示：Pv(α)＝1.15*2*(ITAV(α)*VTO+IRMS(α)2*rT)式中：VTO表示通态峰值压降；rT表示通态斜率电阻；ITAV(α)表示晶闸管通态平均电流；IRMS(α)表示晶闸管电流有效值；ITCR(α)表示晶闸管全导通时电流有效值；电容器组等效损耗如下式表示：Pcap(α)＝[IL*(XLD-TCSC(1)(α)+2πfNL2)]2*2πfNC*tanδ式中：tanδ表示电容器损耗角正切值电感的等效损耗如下式表示：PL1(α)＝RL1*ITRMS(α)2PL2＝RL2*IL2式中，RL1表示晶闸管控制电感L1的直流电阻值，RL2表示固定串联电感L2的直流电阻值；S23：LD-TCSC输出谐波电压的数学模型式中，h表示谐波次数；UTCSC(h)(α)表示h次数谐波电容电压幅值。进一步，步骤S3所述优化控制模型包括：S31：目标函数LD-TCSC控制的主要目标是通过设置最优的设备参数获取配电网输送过程中最小的有功损耗，输送损耗由线路有功损耗与LD-TCSC有功损耗构成，则目标函数表达式为：式中，PLINEij表示配电网络中节点i与节点j之间线路的有功功率损耗；∑ijPLINEij表示配电网络中所有节点之间线路的有功功率损耗；PLD-TCSCij表示配电网络中节点i与节点j之间LD-TCSC的有功功率损耗；∑ijPLD-TCSCij表示配电网络中所有节点之间LD-TCSC的有功功率损耗。S32：功率守恒约束条件配电网任意一支路首端节点功率守恒条件，则约束条件函数为：式中：Pij和Qij表示由节点i经支路ij注入节点j的有功功率与无功功率；和表示节点j处出产生有功与无功功率；和表示节点j处消耗的有功与无功功率；QLINEij表示配电网络中节点i与节点j之间线路的无功功率损耗；QLD-TCSCij表示配电网络中节点i与节点j之间LD-TCSC的无功功率损耗；Cj表示除i节点外所有与j节点相连节点的集合；∑k∈CjPjk和∑k∈CjQjk表示除支路ij之外所有与j节点相连的支路有功与无功功率之和。S33：节点电压可靠约束条件Vimin≤Vi≤Vimax式中：Vimin表示允许的最低电压，Vimax表示允许的最高电压。S34：延迟导通角输入范围约束条件αcmin≤α≤αCmax式中：αCmin·αCmax表示LD-TCSC在容性调节模式下延迟导通角的上下限范围；S35：谐波输出约束条件式中：UL表示配电网络的额定电压；K表示谐波输出限制条件。进一步，步骤S4所述建立LD-TCSC控制策略，具体包括：S41：LD-TCSC的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种针对低压配电网的晶闸管控串联补偿控制方法，其特征在于：包括以下步骤：/nS1：建立LD-TCSC拓扑结构：利用一个晶闸管控串联补偿基本模块TCSC与一个固定电感串联补偿模块FSL构成标准拓扑结构；/nS2：建立LD-TCSC输出量的等效数学模型：以晶闸管延迟触发角作为主要控制变量，构建LD-TCSC输出容抗、电阻和谐波电压的等效数学模型；/nS3：建立LD-TCSC控制模型：以电网有功功率损耗最小为目标，以包括功率守恒、电压可靠为约束条件，建立控制优化模型，利用最优潮流来解决配电网络的电压分配、损耗抑制问题，开展设备输出的驱动；/nS4：建立LD-TCSC控制策略：利用安装节点附近运行数据，根据电网全局运行数据能否有效获取为判据，建立依赖实时数据的“on-line”模式与依赖历史数据的“off-line”模式，及其控制方法。/n

【技术特征摘要】
1.一种针对低压配电网的晶闸管控串联补偿控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：建立LD-TCSC拓扑结构：利用一个晶闸管控串联补偿基本模块TCSC与一个固定电感串联补偿模块FSL构成标准拓扑结构；
S2：建立LD-TCSC输出量的等效数学模型：以晶闸管延迟触发角作为主要控制变量，构建LD-TCSC输出容抗、电阻和谐波电压的等效数学模型；
S3：建立LD-TCSC控制模型：以电网有功功率损耗最小为目标，以包括功率守恒、电压可靠为约束条件，建立控制优化模型，利用最优潮流来解决配电网络的电压分配、损耗抑制问题，开展设备输出的驱动；
S4：建立LD-TCSC控制策略：利用安装节点附近运行数据，根据电网全局运行数据能否有效获取为判据，建立依赖实时数据的“on-line”模式与依赖历史数据的“off-line”模式，及其控制方法。


2.根据权利要求1所述的针对低压配电网的晶闸管控串联补偿控制方法，其特征在于：步骤S1中所述LD-TCSC拓扑结构包括串联的TCSC基本模块与FSL模块，所述TCSC基本模块包括一个电容组，以及与所述电容组并联可控晶闸管和晶闸管控电感，所述FSL模块包括一个固定串联电感，所述的可控晶闸管包括两个并联且方向相反的晶闸管。


3.根据权利要求1所述的针对低压配电网的晶闸管控串联补偿控制方法，其特征在于：步骤S2具体包括以下步骤：
S21：LD-TCSC输出基波容抗的数学模型






式中：α表示以电容过零点为基准的触发角；fN表示配电线路的工作频率；k表示自震荡频率标幺值；C表示电容器组的电容值；L1表示晶闸管控电感L1的电感值；L2表示固定串联电感L2的电感值；
S22：LD-TCSC输出基波电阻的数学模型



式中：IL表示线路电流有效值；Pv(α)表示晶闸管损耗；Pcap(α)表示电容器损耗；PL1(α)表示电感L1损耗；PL2表示固定串联电感L2损耗；
其中，晶闸管损耗Pv(α)如下式表示：
Pv(α)＝2*1.15*(ITAV(α)*VTO+IRMS(α)2*rT)









式中：VTO表示通态峰值压降；rT表示通态斜率电阻；ITAV(α)表示晶闸管通态平均电流；IRMS(α)表示晶闸管电流有效值；ITCR(α)表示晶闸管全导通时电流有效值；
电容器组等效损耗如下式表示：
Pcap(α)＝[IL*(XLD-TCSC(1)(α)+2πfNL2)]2*2πfNC*tanδ
式中：tanδ表示电容器损耗角正切值
电感的等效损耗如下式表示：
PL1(α)＝RL1*ITRMS(α)2
PL2＝RL2*IL2
式中，RL1表示晶闸管控制电感L1的直流电阻值，RL2表示固定串联电感L2的直流电阻值；
S23：LD-TCSC输出谐波电压的数学模型



式中，h表示谐波次数；UTCSC(h)(α)表示h次数谐波电容电压幅值。


4.根据权利要求1所述的针对低压配电网的晶闸管控串联补偿控制方法，其特征在于：步骤S3所述优化控制模型包括：
S31：目标函数
输送损耗由线路有功损耗与LD-TCSC有功损耗构成，则目标函数表达式为：



式中，PLINEij表示配电网络中节点i与节点j之间线路的有功功率损耗；∑ijPLINEij表示配电网络中所有节点之间线路的有功功率损耗；PLD-TCSCij表示配电网络中节点i与节点j之间LD-TCSC的有功功率损耗；∑ijPLD-TCSCij表示配电网络中所有节点之间LD-TCSC的有功功率损耗；
S32：功率守恒约束条件
配...

【专利技术属性】
技术研发人员：张占龙，赵晖，端木子昂，甘鹏飞，肖睿，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆;50