基于多指标效能分析的分布式潮流控制器选址定容优化策略
资料介绍
针对统一潮流控制器的推广受制于其可靠性及制造成本的问题,分布式潮流控制器(DPFC)应运而生,文中详细论述了DPFC的拓扑结构与工作原理,并对DPFC的特点及优势进行了分析.考虑到DPFC在电网中的安装位置及接入容量会直接影响其控制效能的发挥,制定了基于多指标效能分析的DPFC选址定容两阶段优化策略.首先,基于DPFC对系统潮流均衡的影响程度确定最优安装地点,然后再应用经济性成本/效益分析进行容量的优化.在IEEE 30节点系统中进行DPFC的优化配置以验证策略的可行性与有效性,仿真结果表明DPFC接入系统后能够有效改善电网多方面的效能.
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,
Vol.41No.17Set.102017
p
第
卷
第
期
年
月
日
41
ꢀ
17 ꢀ2017
9
10
:
/
DOI 10.7500 AEPS20170117008
基于多指标效能分析的分布式潮流控制器选址定容优化策略
1
2
1
李
顺1
飞1 廖清芬 赵红生
涌2 蔡昌松
,
ꢀ
,
唐
,
,
,
黄
ꢀ
ꢀ
(
1.
,
;
,
)
430077
武汉大学电气工程学院 湖北省武汉市
国网湖北省电力公司经济技术研究院 湖北省武汉市
430072 2.
:
,
(
)
摘要 针对统一潮流控制器的推广受制于其可靠性及制造成本的问题 分布式潮流控制器
DPFC
,
,
。
的特点及优势进行了分析
应运而生 文中详细论述了
的拓扑结构与工作原理 并对
DPFC
DPFC
,
在电网中的安装位置及接入容量会直接影响其控制效能的发挥 制定了基于多指标
考虑到
DPFC
。
,
效能分析的
选址定容两阶段优化策略 首先 基于
对系统潮流均衡的影响程度确定
DPFC
DPFC
,
/
。
最优安装地点 然后再应用经济性成本 效益分析进行容量的优化 在
节点系统中进行
IEEE30
接入系统后能够有效改善
DPFC
,
的优化配置以验证策略的可行性与有效性 仿真结果表明
DPFC
。
电网多方面的效能
:
;
;
;
;
/
关键词 分布式潮流控制器 选址定容 潮流均衡性 可用输电能力 经济性成本 效益分析
。
文
目 标 提 出 计 及
的 无 功 优 化 模 型
UPFC
引言
0ꢀ
[ ]
、 (
晶闸管可控串联补偿器
UPFC
)
献
和
选取
13
TCSC
实施智能电网发展战略能够使用户获得高安全
,
,
进行研究 计及多方面约束条件 以
STATCOM
、
、
,
性 高可靠性 高质量的电力供应 同时也能提升电
电网投资费用最少和可用输电能力最大为目标构建
[ ]
[]
网 运 行 的 经 济 竞 争 力 1
柔 性 交 流 输 电 系 统
。
。
多类型
的多目标优化模型 文献
从工
FACTS
14
[]
2
(
)
,
是智能电网的重要组成 它可以提高现
FACTS
程应用方面对南京
西环网的
主设备
220kV
UPFC
,
有线路的输送能力 并改善输电网架的稳定性和可
。
[ ]
容量进行分析与优化选择 文献
构建相应灵敏
15
。
靠性
,
度来量化
接入后的紧急控制效果 用以定
FACTS
,
目前 功能最为全面的
装置是统一潮
FACTS
量评估
对暂态稳定性的影响和优化其装设
FACTS
[ ]
[
]
6
流控制器 3-
但因受制其可靠性及制造成
(
),
UPFC
。
地点 文献
应用经济性分析对
配置策
16
UPFC
略进行研究 从而解决电力市场下的输电阻塞问题
[ ]
[]
7
,
。
本的问题 尚未在电网中大范围推广使用
文献
)
来将传统
DPFC
,
。
[]
8
(
提出一种分布式潮流控制器
文献
以提供最大电压稳定能力为目标来设计配
17
,
装置分布式化和低成本化 使其拓扑结构更
UPFC
(
)
的选址方案
,
电网静止同步补偿器
D-STATCOM
,
,
。
简单 运行维护更为便捷 有利于在市场上应用 研
—
—
(
)
负载模
并采用概率型恒阻抗 恒电流 恒功率
ZIP
[ ]
的策略将系统潮流熵最小
,
究表明
装 置 具 有 强 大 的 线 路 潮 流 调 控 能
DPFC
。
型确定其容量 文献
18
[]
力 9 并 能 够 很 大 程 度 地 改 善 电 网 的 安 全 稳 定 性
,
,
( )
算 法 求 取
GSO
作为目 标 函 数 利 用 群 搜 索 优 化
[
]
。
11
能 10-
由于
在电网中的 安 装 位 置 及 接 入
DPFC
(
)
。
和静止无功补偿器
设备的最优配置
TCSC
SVC
,
容量将直接影响其控制效能的发挥 因而制定合理
,
分析可知 已有的
设备选址定容方法大多
FACTS
。
选址定容优化策略显得尤为关键
的
DPFC
,
都是从改善单一角度着手研究 或是根据工程实际
,
纵观国内外研究现状 尚未有文献对
的
DPFC
,
经验来确定最优地点及容量 在一定程度上缺乏全
,
优化配置进行报道 大部分都是针对于
和静
UPFC
。
元件
。
局优化性
本文针对
(
)
等传统
止同步补偿器
STATCOM
FACTS
,
主要功能 采用多指标效能分
DPFC
[, ]
,
文献
从改善发输电系统可靠性角度出发 提
412
。
析来制定优化配置策 略 考虑到
接入电网
DPFC
。
出基于最优负荷削减模型的
优化配置方法
UPFC
的最主要效能是均衡系统的潮流分布以提升其可用
[]
,
文献
从经济性角度入手 以系统有功网损最小为
5
,
,
输电能力 并为薄弱母线提供动态无功支撑 从而增
。
,
加电网 运 行 的 经 济 收 益 因 此 本 文 构 建 了 单 套
:
;
:
。
2017-03-27
收稿日期
上网日期
修回日期
2017-01-17
,
装置选址定容的两阶段配置策略 首先基于
DPFC
DPFC
:
。
2017-06-06
,
对系统潮流均衡的影响确定最优安装地点
(
)。
国家电网公司科技项目
52150016000Y
60
万方数据
,
等
李
顺
基于多指标效能分析的分布式潮流控制器选址定容优化策略
ꢀ
ꢀ
/
。
线路以外的系统中 考虑到 次谐波对应着最小的
3
然后再应用经济性成本 效益分析进行其容量的优
。
,
,
,
[]
化配置 所提策略适用于单套
的优化配置
线路阻抗 因此所造成的网损也最小 故采用 次谐
DPFC
3
波在串并联侧变流器间传输谐波功率 7
,
DPFC
。
如需安装多套
可重复应用本文策略以规划
。
DPFC
。
的工作原理如图 所示 两个背靠背的
1
下一套
DPFC
,
,
综上 已有文献是通过对
装置构造基
变流器通 过 公 共 电 容 耦 合 而 组 成 其 并 联 侧 其 中
FACTS
,
,
。
为单相变流器 经耦合
于权重的总目标函数来综合寻优 或是通过多目标
为三相变流器
VSC1
VSC2
VSC1
收电网的基频有功功率来维持公共电容的电压稳
。
,
VSC1
优化来求取
解集 前者在考虑权重设置的
变压器将电网功率接入
的交流侧
吸
Pareto
,
合理性时需大量进行前期分析和实验 而后者高度
,
;
,
输出相应大小的 次谐波电流 该
3
依赖算法的先进性 且较难验证所求取的
解
定 变流器
Pareto
VSC2
。
,
是否为全局最优 相比之下 本文所提两阶段优化
电流经由线路首端变压器
的三角形侧中性点均
T
1
,
。
方法具有明晰的物理意义 尽管所述的潮流均衡指
匀地分布到输电线路中 串联侧的
则根据其
DSSC
,
,
标不能完全精确地反映出各备选线路的优劣次序
但却能够大致地筛选出对提升系统潮流均衡程度的
控制器指令 一方面吸收线路中的 次谐波有功功
3
;
率来维持自身电容的电压稳定 另一方面依据实际
,
,
,
的功率补偿需求 产生相应幅值和相位的基频交流
有利备选线路 从而在实际电网诸多线路的挑战下
,
,
电压 并将该电压和线路首端电压叠加以改变输电
大大缩小需计算的范围 有助于快速定位
的
DPFC
。
,
。
最优选址 而在确定了
的安装位置之后 通
线路的潮流
DPFC
,
,
过逐步增大其安装容量的迭代方法 只需要较短时
值得指出的是 由于
利用 次谐波进行
DPFC
3
,
。
,
间便能确定其最优装设容量 计算量小且易于实现
功率传输 因而只适用于两侧变压器均为
接地
Yd
,
,
的输电线路 否则其 次谐波无法形成流通回路 或
3
简介
1ꢀDPFC
,
。
是谐波功率流至其他线路上 装置功能将失效
的拓扑结构与工作原理
的特点及优势
1.1ꢀDPFC
1.2ꢀDPFC
,
技术 每个串
DSSC
在
的基础上去掉了串并联变流器
串联侧应用分布式
DPFC UPFC
DPFC
,
,
(
联侧 单 相 单 元 的 补 偿 度 很 小 通 常 其 容 量 在
间的公共直流电容 从而使串并联变流器相互隔离
]),
,
[
8
并 在 其 串 联 侧 应 用 分 布 式 静 止 串 联 补 偿 器
以内 7-
无需考虑相间高压绝缘 并可直
20kVA
(
,
)
,
技术
接分布式悬挂于输电线路上 因而经济成本会大幅
distributedstaticseriescom ensator DSSC
p
(
。
降低
进行分布式化 即由多个分布式的单相变流器来替
)。
,
,
代原有的三相变流器
基于图 所示的拓扑结构
由于
串联侧各单元相互可作为冗余 因
1
DPFC
可利用 次谐波的特性[7]在串并联变流器间
此当部分串联单元故障时 同线路的其余单元可迅
,
DPFC
3
,
。
,
交换有功功率 从而实现综合调节线路潮流的功能
速分摊故障单元的功能缺口 从而避免
整个
DPFC
,
。
串联侧效能受到影响 提高了装置可靠性
UPFC
AC
,
,
此外 采用分布式
技术 可使
在实
DSSC
DPFC
AC
AC
AC
DC
ꢈꢉꢀꢇ6ꢂ#ꢃ
ꢊ*,#+ꢋ
DC
,
际工程中分阶段进行规划建设 其串联侧的
DSSC
DC DC
ꢇ6ꢁ ꢀ6ꢁ
ꢌꢀ6ꢁ
ꢍꢎꢏꢐ
。
容量能够随着电网发展进行适应性的扩展
3 A"ꢄ)EF
ꢀꢁ2
ꢅNꢆꢄꢄ)EF
装置选址定容优化策略
装置最优选址模型
1!41
T
2ꢀDPFC
T
2
2.1ꢀDPFC
AC
AC
AC
DC
AC
DC
AC
DC
DC
,
在实际运行中 电网的故障发生概率将很大程
ꢑꢒ
ꢑꢒ
DC
,
度地受到潮流分布的影响 线路潮流的分布不均衡
ꢑꢒ
VSC1 VSC2
ꢀ6ꢁꢂ#ꢃ
ꢇ6ꢁꢂ#ꢃ
,
很可能导致其步入自组织临界状态 从而增加大停
[
]
电事故的出现概率 19 此外 互联电网区域间的断
图
的拓扑结构与工作原理
1ꢀDPFC
。
,
Fi.1ꢀTooloicalstructureandoeration
g
p
g
p
。
面输电能力也会受到潮流不均衡分布的负面影响
rincileofDPFC
p
p
,
因此 为了改善输电网架的潮流分布以提高电网的
,
,
串联侧安装地点时 以
安全稳定性 在确定
,
,
在三相系统的每相中 谐波均能够保持独立 而
DPFC
线路潮流均衡度作为优化目标来建立最优选址模
的倍数次谐波可以在电网所普遍应用的 型变
3
Yd
。
型
,
压器的三角形侧中性点接地处形成谐波回路 并且
被变压器星形侧所自然阻截 而不流入 所在
,
基于信息熵理论 改进加权潮流熵以区间负载
DPFC
://
www.aes-info.com
htt
p
p
61
万方数据
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