一種直流配電網的電壓協調控制方法
【專利說明】-種直流配電網的電壓協調控制方法 【技術領域】
[0001] 本發明屬于直流配電網控制領域，具體設及一種直流配電網的電壓協調控制方 法。 【【背景技術】】
[0002] 隨著社會進步和經濟發展，電力負荷增長迅速，分布式能源日益受到重視，用戶的 用電方式也發生較大變化，直流負載增長迅速。伴隨供電模式和用電模式的變化，交流配電 網在分布式電源接入、負荷多樣化、潮流均衡協調、電能質量提高等諸多領域面臨巨大挑 戰。直流配電網在減少換流器數量和換流次數、保證供電質量、提高輸送容量、方便新能源 接入等方面均顯現出巨大的經濟技術優勢。
[0003] 直流配電網一般由并網換流器、風-光-儲分布式電源、交直流負荷等元素組成，是 一個多源多節點系統。在直流配電網中，直流電壓是反映系統平穩性的重要指標，直流電壓 穩定，就可W確保網絡的功率平衡，維持系統運行平穩。直流配電網中電壓協調控制策略的 研究難點在于：1)分布式能源的功率擾動會引起直流電壓的波動；2)因大容量換流器的投 退或電網側系統故障引起的劇烈功率波動可能會引起直流電壓崩潰。
[0004] 直流配電網的協調控制策略可參考多端柔性直流輸電系統的控制策略。主從控制 策略實現簡單，原理清晰，但對換流站的通信要求較高，一旦通信失敗，整個網絡將面臨崩 潰的危險；電壓下降控制策略可使多個換流站共同協調系統有功平衡W控制直流電壓，不 依賴通信，但是該控制策略難W實現潮流的自由控制，且當負荷較低時，多臺定電壓控制換 流器的電壓差值將在網絡中引起環流，不利于系統平穩運行;直流電壓偏差控制策略中，從 換流站通過檢測直流電壓變化而動作，該方法能實現定有功控制模式與定直流電壓控制模 式之間的自動轉換，但在控制模式轉換的過程中，直流電壓變化較大，會對系統產生較大的 暫態沖擊。同時，相關文獻對直流微網的電壓控制策略進行了研究，發表于《中國電機工程 學報》的《風電直流微網的電壓分層協調控制》一文提出了直流微網中的電壓分層控制策 略，各電力電子器件通過檢測直流電壓變化來協調各變流器的工作方式，該控制策略對直 流微網可W實現有效控制，但直流配電網中一般有多個換流站與交流主網互聯，因此該控 制策略不適用于直流配電網。
[0005] 在已受理和公開的發明專利中，《一種適用于柔性直流配電網的電壓控制方法》利 用主站與從站的配合實現電壓穩定:穩態運行時，主站控制直流電壓，從站控制有功；暫態 運行時，從換流站通過電壓環控制實現直流電壓穩定。該方法未考慮系統中并網換流器與 分布式電源W及交直流負荷的配合，尚需完善。 【
【發明內容】
】
[0006] 本發明的目的在于克服上述不足，提供一種直流配電網的電壓協調控制方法，能 夠對直流配電網電壓的有效控制，保證系統功率平衡。
[0007] 為了達到上述目的，本發明包括W下步驟：
[0008] 步驟一，通過潮流計算給出從換流站的有功參考值，從而保證各節點直流電壓W 及主換流站輸入功率不越限；
[0009] 步驟二，主換流站實時檢測輸入功率，蓄電池和從換流站并網換流器均實時檢測 直流端口處電壓；
[0010] 步驟S，若直流端口處的直流電壓波動范圍為0.97pu~1.03pu，主換流站控制直 流電壓，輸入功率不越限;從換流站有功恒定，風機和光伏電池均W最大功率跟蹤MPPT模式 運行，蓄電池處于待機狀態；
[OOW 步驟四，若直流電壓波動范圍為0.95pu~0.97pu或1.03pu~1.05pu，主換流站輸 入功率達到額定值，進入限流模式，W恒功率運行;從換流站進入下降控制，改變功率輸出；
[0012] 步驟五，若直流電壓小于0.95pu或大于1.05pu，主換流站進入限流模式，W恒功率 輸出運行;從換流站進入下降控制，改變功率輸出；蓄電池并網換流器進入下降控制，快速 充放電改善直流側功率分布；
[0013] 步驟六，若各調壓元件均W最大額定容量運行，且直流電壓小于0.95PU，應切除一 定容量的次級負荷;若各調壓元件均W最小額定功率運行，且直流電壓大于1.05PU，分布式 電源應降功率運行，若檢測到蓄電池的荷電狀態SOC大于0.8或小于0.4，切除蓄電池。
[0014] 所述步驟一中，主換流站作為平衡節點，從換流站、負荷和分布式電源作為P節點， 給出從換流站有功參考值，保證各節點直流電壓W及主換流站輸入功率不越限，潮流方程 如下： 「。…1 戶二K./.=K X K.G..
[001 引 I / / / 后/ 7 盧' (1J
[0016] 其中6。為節點電導矩陣元素。
[0017] 所述步驟=中，主換流站和從換流站的控制策略為帶前饋解禪的矢量控制，d軸控 制直流電壓或有功，q軸控制無功;光伏電池和風機分別通過boost變換器和VSC換流器實現 并網，光伏電池通過調整電壓和電流保證光伏電池運行于最佳伏安特性曲線，風機通過控 制開環獎距角保證直驅風機運行在最佳風能曲線；蓄電池通過boost/buck雙向變換器并 網。
[0018] 所述步驟四中，從換流站通過最大最小值操作進入下降控制，其U-P下垂特性曲線 表不為：
[0019] U心心k於L-Pr如 (2>
[0020] 其中:P康示從換流站的輸入功率;Pre康示有功參考值也為曲線斜率，斜率越小， 表示對電壓的控制能力越強;If d。表示從換流站進入下垂特性控制的拐點，分別為1.03PU或 0.97pu〇
[0021] 所述步驟五中，蓄電池并網換流器的U-P下降特性曲線為：
[0022] UBES_dc = UBES_dc+kB(PL-PBES_ref) (3)
[002；3 ]其中 PBES_ref = 0，U*BES_dc取為 1.05pu或0.95pu。
[0024]所述步驟六中，切除負荷最小值為：
[002引 A Pload = Pload-PGmax-PoG-PBES-max-Z PLmax (4)
[0026]分布式電源減少輸出功率最小值為：
[0027] A 時G =時G+Pcmin+PBESjnin+ Z PLmin-Pload ( 5 )
[0028] 與現有技術相比，本發明具有W下有益效果：
[0029] 1、本發明在正常運行時風機和光伏電池均運行于最大功率跟蹤模式，保證了新能 源的最大功率輸出；
[0030] 2、本發明各電力電子器件的控制切換條件由本地信息量決定，不依賴通訊，實現 了各電力電子器件的分散自律控制；
[0031] 3、本發明在暫態運行模式下，控制直流電壓的節點在主換流站與從換流站間相互 切換時，蓄電池的快速充放電保證了控制策略的無縫切換；
[0032] 4、本發明考慮到了直流電壓偏移量、并網器件容量和蓄電池 SOC等約束條件，保證 了系統運行的高可靠性。 【【附圖說明】】
[0033] 圖1為本發明的控制策略流程圖；
[0034] 圖2為本發明的直流電壓協調控制策略示意圖；
[0035] 圖3為本發明主換流站d軸外環控制策略示意圖；
[0036] 圖4為本發明從換流站d軸外環控制策略示意圖；
[0037] 圖5為本發明蓄電池并網換流器控制策略示意圖；
[0038] 圖6為本發明實施例的示意圖；
[0039] 圖7為分布式電源功率輸出變化時的仿真結果，其中，圖7(a)為直流電壓變化，圖7 (b)為風電功率輸出變化，圖7 (C)為光伏電池功率輸出變化，圖7 (d)為主換流站功率輸出變 化。
[0040] 圖8為主換流站運行于限流模式時的仿真結果，其中圖8(a)為直流電壓變化，圖8 (b)為換流站功率輸出變化，圖8(c)為從換流站功率輸出變化，圖8(d)為蓄電池功率輸出變 化。
[0041] 圖9為主換流站退出運行時的仿真結果，其中圖9(a)為直流電壓變化，圖9(b)為換 流站功率輸出變化，圖9(c)為從換流站功率輸出變化，圖9(d)為蓄電池功率輸出變化。 【【具體實施方式】】
[0042] 下面結合附圖和實施例對本發明做進一步說明。
[0043] 步驟一、利用牛頓-拉夫遜法進行直流側潮流計算，主換流站作為平衡節點，從換 流站、負荷和分布式電源作為P節點，給出從換流站有功參考值，保證各節點直流電壓W及 主換流站輸入功率不越限。
[0044] 潮流方程可表示如下：
[0045] 巧乂 = KZw, (1) 'i護!
[0046] 其中6。為節點電導矩陣元素。
[0047] 步驟二、主換流站實時檢測輸入功率，若輸入功率不超過額定容量，則直流電壓由 主換流站控制，從換流站和蓄電池并網換流器均實時檢測直流側電壓，根據不同的電壓波 動范圍，選擇不同的動作模式。
[0048] 步驟=、穩態運行時，各電力電子器件的控制策略如下：主換流站和從換流站的控 制策略為帶前饋解禪的矢量控制，d軸控制直流電壓或有功，q軸控制無功;光伏電池和風機 分別通過boost變換器和VSC換流器實現并網，光伏電池通過調整電壓和電流保證光伏電池 運行于最佳伏安特性曲線，風機通過控制開環獎距角保證直驅風機運行在最佳風能曲線； 蓄電池通過boost/buck變換器并網。
[0049] 步驟四、當主換流站輸入功率越限，直流電壓波動范圍為0.95PU~0.97PU或 1.03pu~1.05pu時，風光儲聯合系統功率恒定，從換流站通過最大最小值操作進入下降控 審IJ，其U-P下垂特性曲線可表示為：
[0050] A山=lJ:k+kBiPL-P耐) (2)
[