基于直流潮流控制器的层级控制方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种基于直流潮流控制器的层级控制方法及系统，包括：对直流潮流控制器进行小信号建模，列写出小信号状态空间方程；基于已建立的小信号建模和n线间模块化电容型直流潮流控制器传递函数，设计PI控制参数，对直流潮流控制器进行控制；集中控制层进行潮流分析，得到分析结果。本发明专利技术有效提高直流系统的运行稳定性，更有利于适应未来高比例电力电子高比例新能源系统中多时间尺度控制需求、以及直流电网响应速度较快的特点；本发明专利技术通过装置级和器件级的协调控制，可有效促进高比例新能源的并网消纳，亦可避免某线路过负荷；本发明专利技术所提出的层级控制策略有效提高直流系统的运行稳定性，有利于适应多时间尺度控制需求。有利于适应多时间尺度控制需求。有利于适应多时间尺度控制需求。

【技术实现步骤摘要】
基于直流潮流控制器的层级控制方法及系统


[0001]本专利技术涉及电气工程的
，具体地，涉及基于直流潮流控制器的层级控制方法及系统。

技术介绍

[0002]我国以风电、光伏为代表的新型可再生能源发电装机容量增长迅速。由于绝大多数的可再生能源都需要通过电力电子设备并网，因此以高比例电力电子、高比例新能源为特点的双高电力系统是未来电力系统发展方向。柔性直流电网有望在充分利用各种能源资源的互补特性，实现广域大范围内能源资源的优化配置、大规模新能源电力的可靠接入以及现有电力系统运行稳定性提升方面做出突出贡献。
[0003]然而，对于复杂柔性直流电力系统，由于直流电力系统中网状结构的存在，多条直流线路的潮流无法独立控制，使得线路潮流的精确调控存在巨大挑战。直流潮流控制器，作为一种面向直流电力系统的电力电子装置概念，可实现直流线路潮流主动调控，为直流系统安全运行与直流系统整体潮流优化提供了新的解决思路。通过采用基于多线间多控制自由度的直流潮流控制器的系统层级控制策略可以进一步提升直流潮流控制器的应用价值与发展潜力。
[0004]多线间多控制自由度的直流潮流控制器的系统层级控制策略主要分为系统的整体控制架构和直流潮流控制器在直流系统中的优化配置两部分。整体架构方面，常用的控制架构主要包括含有集中控制和本地控制分级分区控制以及计及直流潮流控制器和电压源型换流器的协同控制。目前尚未有计及线间直流潮流控制器与电压源型换流器的协同控制策略的相关研究。直流潮流控制器的优化配置研究主要着眼于直流电力系统潮流的计算以及基于灵敏度分析的对直流潮流控制器选址配置的研究。
[0005]因此，需要提出一种新的技术方案以改善上述技术问题。

技术实现思路

[0006]针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种基于直流潮流控制器的层级控制方法及系统。
[0007]根据本专利技术提供的一种基于直流潮流控制器的层级控制方法，所述方法包括如下步骤：
[0008]步骤S1：对直流潮流控制器进行小信号建模，列写出小信号状态空间方程；
[0009]步骤S2：基于已建立的小信号建模和n线间模块化电容型直流潮流控制器传递函数，设计PI控制参数，对直流潮流控制器进行控制；
[0010]步骤S3：集中控制层进行潮流分析，得到分析结果。
[0011]优选地，所述步骤S1中：
[0012]基于多线间模块化电容全桥型直流潮流控制器的工作机理，在一个完整的潮流调控工作周期中，一共包括n个工作子模态；根据各工况子模态运行原理，列写出各子模态的
状态空间方程如式(1)：
[0013][0014]其中，L
10
,L
20
,
…
,L
n0
分别为连接VSC 1、VSC 2、
…
、VSC n与VSC 0的导线线路电感；C为直流潮流控制器能量中枢电容；i
L10
,i
L20
,
…
,i
Ln0
为流过电感L
10
,L
20
,
…
,L
n0
的电流，u
C
为电容C两端的电压；R
10
,R
20
,
…
,R
n0
分别为连接VSC 1、VSC 2、
…
、VSC n与VSC 0的导线线路电阻；u0,u1,
…
,u
n
分别为VSC 0、VSC 1、
…
、VSC n的端电压；d1,d2,
…
,d
n
‑1,d
n
为各工况子模态对应占空比，O4×8表示4行8列的零矩阵；x
(n+1)
×1＝[i
L10 i
L20
…
i
Ln0 u
c
]T
表示电感电流与等效串入相应线路的电容电压为状态变量，u
2n
×1＝[u
1 u2…
u
n u
0 d
1 d2…
d
n
‑1]T
表示VSC端电压和占空比为输入变量，y
(n+1)
×1＝[i
10 i
20
…
i
n0 u
c
]T
表示线路潮流为输出状态；
[0015]在上述状态空间方程中，将工作子模态i定义为：
[0016][0017]T、Ri、N代指与状态变量和输入变量相乘的矩阵；每个工作子模态的T和N是相同的，而Ri由于电容串入的线路随着工作子模态的变化而变化；将其写成标准状态空间方程：
[0018][0019][0020]其中，A表示系统状态系数矩阵，B表示控制系数矩阵；
[0021]根据电感电流的伏秒平衡和电容电压的安秒平衡，在一个完整的工作周期中，得到：
[0022][0023]至此，n
‑
线间电容全桥型直流潮流控制器的完整小信号建模已经完成，列写出全新的小信号状态空间方程：
[0024][0025]y＝Cx
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)
[0026]其中，C表示输出状态系数矩阵。
[0027]优选地，所述步骤S2中：
[0028]基于拉普拉斯变换，n线间模块化电容型直流潮流控制器传递函数为：
[0029]G＝C(sI
‑
A)
‑1B
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(8)
[0030]其中，G表示传递函数矩阵，s表示拉普拉斯算子，I表示单位矩阵；
[0031]基于已建立的小信号建模和n线间模块化电容型直流潮流控制器传递函数，设计PI控制参数来实现直流潮流控制器的稳定控制效果。
[0032]优选地，所述步骤S3中：
[0033]在基于直流潮流控制器的直流系统中，存在直流电压的波动ΔU最小与线路损耗ΔP
loss
最小相关的两个优化目标，即：
[0034][0035]为衡量线路潮流的载流量裕度，引入I/Imax作为载流量指标，其中Imax即为线路最大载流量；在线路最大载流量Imax一定的情况下，当I/Imax较小时，意味着线路的载流裕度更大；
[0036]在稳态时，电压偏移量为0，但是线路载流量并不一定处于最优潮流分配，当综合考虑两个优化目标时，设置优化目标函数为：
[0037][0038]上式中，ω1和ω2为两个优化目标的权重系数，ω1+ω2＝1，0≤ω1≤1，0≤ω2≤1，n为VSC换流站所接母线的数目，m为线路数目，j为与节点i有线路相接的节点，节点i的电压波动为ΔU
i
，最大电压波动ΔU
max
取10％的电压波动；ΔI
ij
表示节点i与节点j相接本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于直流潮流控制器的层级控制方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：步骤S1：对直流潮流控制器进行小信号建模，列写出小信号状态空间方程；步骤S2：基于已建立的小信号建模和n线间模块化电容型直流潮流控制器传递函数，设计PI控制参数，对直流潮流控制器进行控制；步骤S3：集中控制层进行潮流分析，得到分析结果。2.根据权利要求1所述的基于直流潮流控制器的层级控制方法，其特征在于，所述步骤S1中：基于多线间模块化电容全桥型直流潮流控制器的工作机理，在一个完整的潮流调控工作周期中，一共包括n个工作子模态；根据各工况子模态运行原理，列写出各子模态的状态空间方程如式(1)：其中，L
10
,L
20
,
…
,L
n0
分别为连接VSC 1、VSC 2、
…
、VSC n与VSC 0的导线线路电感；C为直流潮流控制器能量中枢电容；i
L10
,i
L20
,
…
,i
Ln0
为流过电感L
10
,L
20
,
…
,L
n0
的电流，u
C
为电容C两端的电压；R
10
,R
20
,
…
,R
n0
分别为连接VSC 1、VSC 2、
…
、VSC n与VSC 0的导线线路电阻；u0,u1,
…
,u
n
分别为VSC 0、VSC 1、
…
、VSC n的端电压；d1,d2,
…
,d
n
‑1,d
n
为各工况子模态对应占空比，O4×8表示4行8列的零矩阵；x
(n+1)
×1＝[i
L10 i
L20
…
i
Ln0 u
c
]
T
表示电感电流与等效串入相应线路的电容电压为状态变量，u
2n
×1＝[u
1 u2…
u
n u
0 d
1 d2…
d
n
‑1]
T
表示VSC端电压和占空比为输入变量，y
(n+1)
×1＝[i
10 i
20
…
i
n0 u
c
]
T
表示线路潮流为输出状态；在上述状态空间方程中，将工作子模态i定义为：T、Ri、N代指与状态变量和输入变量相乘的矩阵；每个工作子模态的T和N是相同的，而Ri由于电容串入的线路随着工作子模态的变化而变化；将其写成标准状态空间方程：Ri由于电容串入的线路随着工作子模态的变化而变化；将其写成标准状态空间方程：
其中，A表示系统状态系数矩阵，B表示控制系数矩阵；根据电感电流的伏秒平衡和电容电压的安秒平衡，在一个完整的工作周期中，得到：至此，n
‑
线间电容全桥型直流潮流控制器的完整小信号建模已经完成，列写出全新的小信号状态空间方程：y＝Cx
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)其中，C表示输出状态系数矩阵。3.根据权利要求1所述的基于直流潮流控制器的层级控制方法，其特征在于，所述步骤S2中：基于拉普拉斯变换，n线间模块化电容型直流潮流控制器传递函数为：G＝C(sI
‑
A)
‑1B
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(8)其中，G表示传递函数矩阵，s表示拉普拉斯算子，I表示单位矩阵；基于已建立的小信号建模和n线间模块化电容型直流潮流控制器传递函数，设计PI控制参数来实现直流潮流控制器的稳定控制效果。4.根据权利要求1所述的基于直流潮流控制器的层级控制方法，其特征在于，所述步骤S3中：在基于直流潮流控制器的直流系统中，存在直流电压的波动ΔU最小与线路损耗ΔP
loss
最小相关的两个优化目标，即：为衡量线路潮流的载流量裕度，引入I/Imax作为载流量指标，其中Imax即为线路最大载流量；在线路最大载流量Imax一定的情况下，当I/Imax较小时，意味着线路的载流裕度更大；在稳态时，电压偏移量为0，但是线路载流量并不一定处于最优潮流分配，当综合考虑两个优化目标时，设置优化目标函数为：上式中，ω1和ω2为两个优化目标的权重系数，ω1+ω2＝1，0≤ω1≤1，0≤ω2≤1，n为VSC换流站所接母线的数目，m为线路数目，j为与节点i有线路相接的节点，节点i的电压波动为ΔU
i
，最大电压波动ΔU
max
取10％的电压波动；ΔI
ij
表示节点i与节点j相接线路电流的波动值。5.根据权利要求4所述的基于直流潮流控制器的层级控制方法，其特征在于，在优化策略中，设置约束条件包括：母线注入功率P
i
与输出功率的等式约束，母线电压U
i
上限U
max
和
U
min
下限约束、线路潮流I
i
上限I
max
和下限I
min
约束以及直流潮流控制器串联在线路中等效电压源U
ci
的上限U
c_max
和下限U
c_min
约束，即：其中，gij为节点i与节点j之间相连线路的电导，gik为与节点i相接的直流潮流控制器所连支路的电导。6.一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱淼，周昱睿，张弘毅，林鹏峰，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：