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含直流潮流控制器的交直流混合系统多目标最优潮流研究

更新时间：2019-12-25 18:10:02 大小：986K 上传用户：xiaohei1810查看TA发布的资源 标签：潮流控制器交直流混合系统 下载积分：1分 评价赚积分 （如何评价?） 打赏 收藏 评论(0) 举报

资料介绍

直流潮流控制器是直流电网潮流分析与控制领域的研究热点,一般安装在枢纽换流站的直流母线处,能够有效提高直流电网的潮流控制自由度.在交直流混合系统中加入直流潮流控制器并在直流电网中建模,把网络损耗、静态电压稳定指标和电压偏移量作为优化目标进行潮流优化,依据优化结果协调换流站和直流潮流控制器分步调整交直流系统潮流,实现了换流站和直流潮流控制器的协调控制.利用所提出的协调控制方法可使系统从某个状态安全稳定地过渡到另一个状态,在提升系统经济效益的同时,也可以减小网络损耗、电压偏移量,提高静态电压稳定裕度.利用Matlab对混合系统进行潮流优化,以一个五端混合系统为例,验证该方法的有效性.

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第 47 卷 第 15 期  
2019 年 8 月 1 日  
电力系统保护与控制  
Power System Protection and Control  
Vol.47 No.15  
Aug. 1, 2019  
DOI: 10.19783/j.cnki.pspc.181113  
含直流潮流控制器的交直流混合系统多目标最优潮流研究  
李国庆1，王浩翔1，王振浩1，王 鹤1，房尧熠2  
(1.东北电力大学电气工程学院，吉林 吉林 132012；2.国网吉林省电力有限公司通化供电公司，吉林 通化 134001)  
摘要：直流潮流控制器是直流电网潮流分析与控制领域的研究热点，一般安装在枢纽换流站的直流母线处，能够  
有效提高直流电网的潮流控制自由度。在交直流混合系统中加入直流潮流控制器并在直流电网中建模，把网络损  
耗、静态电压稳定指标和电压偏移量作为优化目标进行潮流优化，依据优化结果协调换流站和直流潮流控制器分  
步调整交直流系统潮流，实现了换流站和直流潮流控制器的协调控制。利用所提出的协调控制方法可使系统从某  
个状态安全稳定地过渡到另一个状态，在提升系统经济效益的同时，也可以减小网络损耗、电压偏移量，提高静  
态电压稳定裕度。利用 Matlab 对混合系统进行潮流优化，以一个五端混合系统为例，验证该方法的有效性。  
关键词：潮流控制自由度；直流潮流控制器；多目标潮流；协调控制  
Study of multi-objective optimal power flow of AC-DC hybrid system with DC power flow controller  
LI Guoqing1, WANG Haoxiang1, WANG Zhenhao1, WANG He1, FANG Yaoyi2  
(1. School of Electrical Engineering, Northeast Electric Power University, Jilin 132012, China;  
2. Tonghua Power Supply Company, State Grid Jilin Electric Power Co., Ltd., Tonghua 134001, China)  
Abstract: DC power flow controller is a research hotspot in the field of DC power flow analysis and control, and it is  
generally installed on the DC bus at the hub converter station, which can effectively improve the power flow control  
degree of DC power grid. The DC power flow controller is added to the AC-DC hybrid system to establish the model in  
the DC grid. The network loss, static voltage stability index and voltage offset are optimized as the optimization targets,  
and the converter station and the DC power flow controller are coordinated according to the optimization results. The  
controller adjusts the power flow of AC-DC system step by step, realizing the coordination control of the converter station  
and DC power flow controller. Using the proposed coordinated control method, the system can be safely and stably  
shifted from one state to another. While improving the economic benefits of the system, it can also reduce the network  
loss and voltage offset and increase the static voltage stability margin. Using Matlab to optimize the power flow of the  
hybrid system and taking a five-terminal hybrid system as an example, the effectiveness of the proposed method is  
verified.  
This work is supported by National Natural Science Foundation of China (No. 51677023).  
Key words: power flow control degree; DC Power Flow Controller (DCPFC); multi-objective power flow; coordination  
control  
已经成为未来电网的重要发展方向和组成部分[6-9]  
。
0 引言  
由于直流电网换流站连接多条输电线路，网络  
中存在环网，这样的拓扑结构虽然很大程度上提高  
了供电可靠性，却削弱了潮流控制的自由度，仅由  
换流站独立控制的控制系统潮流自然分布效率低  
下、各支路负载率差异较大[10-11]。加装直流潮流控  
制器(DC Power Flow Controller, DCPFC)可以显著  
提高潮流控制的自由度，避免线路出现过载，满足  
随着直流电网的迅速发展，直流电网技术以其  
灵活可控、适应性强等特点成为目前许多学者的研  
究热点[1-5]。直流电网是由大量直流端以直流形式互  
联组成的能量传输系统，可实现大规模可再生能源  
发电的接入及大容量远距离的电能输送。直流电网  
系统所有线路都可控的要求[12-15]  
。
基金项目：国家自然科学基金项目资助(51677023)  
万方数据  
李国庆，等  
含直流潮流控制器的交直流混合系统多目标最优潮流研究  
- 125 -  
文献[16]通过在线路中串联可变电阻器，改变  
线路参数来调整线路潮流，但是其只能减小 DCPFC  
所在支路的电流，改变不了电流的方向。文献[17]  
在控制支路中串联可调节的电压源，通过调整支路  
电压来控制支路潮流。文献[18]分别介绍了可变电  
阻器、直流变压器和串联电压源三种潮流控制器，  
对三种拓扑的控制特性进行了阐述。文献[19]对交  
直流系统进行多目标潮流优化，通过调整换流站控  
制系数，进而优化换流站控制策略。很多文献对换  
流站的控制策略以及潮流控制器的拓扑结构、控制  
方法、潮流计算等方面进行了深入的研究，但鲜有  
考虑 DCPFC 和换流站的协调控制。  
本文首先分析直流电网的潮流控制策略，其中  
包括直流电网的控制架构、换流站以及 DCPFC 的  
控制策略。其次，提出含 DCPFC 的交直流系统多  
目标潮流优化模型并进行最优潮流计算，得到潮流  
优化的结果。接着，提出了换流站和 DCPFC 的协  
调控制方法，将潮流优化的结果转化成换流站和  
DCPFC 的上层控制命令从电网调度中心发出，最  
后，通过算例验证了所提协调控制方法的有效性。  
图 1 直流电网控制架构  
Fig. 1 Control architecture of DC power grid  
流站需要完成维持功率平衡的任务；下垂控制不需  
要换流站之间的实时通信，通过就地控制使各个换  
流站协调配合控制系统潮流，但是换流站的直流电  
压不能稳定在固定值；定功率控制的换流站自身接  
收和发出的功率保持恒定，根据不同的电压值来实  
现调节输入和输出的电流大小。三种控制方式有各  
自适用的条件。  
1
含 DCPFC 直流电网的控制架构  
1.1 直流电网的控制架构  
基于最优潮流直流电网的控制架构如图 1 所示  
(以三端环网为例)。图中：  
控制系数，UM1 M2 为 DCPFC 控制系数，12  
23 为加入 DCPFC 后的线路电流(后文中将详细介  
α
、
β
、
γ
为换流站的  
本文采用这三种控制方法的统一形式，实现当  
系统潮流发生变化，系统选择相应的控制方式运行  
在最优状态。如图 2 所示，可以用一条直线来表示  
这三种常用的控制方式，该直线可以由式(1)表示。  
、U  
I
、I13 、  
I
绍)。首先，在直流网络中加入 DCPFC。将从交直  
流系统中得到的电压、电流等数据传送到电网调度  
中心(Grid Dispatch Centre, GDC)。GDC 根据测量值  
对整个交直流混合电网进行多目标潮流优化，依据  
多目标优化的结果，调度中心发出指令去调整换流  
αUDC + βP +γ =0  
(1)  
U
式中： DC 为换流站直流电压； 为换流站有功功  
P
率。三种控制方式可以由  
实现。  
α
、 、 的不同取值来  
β γ  
站和 DCPFC 各自的参考值，其中，UDCref 1,2,3) 分别  
(
为第一个换流站到第三个换流站的直流电压参考  
值；  
P
) 分别为第一个换流站到第三个换流站的  
ref 1,2,3  
(
功率参考值；UM1ref  
、
U
M2ref 分别为 DCPFC 中 MMC  
DCref 为直流线路  
电压参考值(后文中将详细介绍)；  
I
电流参考值。其次，利用多目标优化的结果去调整  
换流站和 DCPFC 的控制系数，实现换流站与  
DCPFC 相互配合去控制系统潮流，如此按照设定的  
控制周期循环往复，保持系统运行在最优状态。  
1.2 换流站的控制策略  
目前，直流电网中常用的直流电压控制方式包  
括定电压控制、下垂控制及定功率控制等[20]。定电  
压控制是指给定某一个换流站的直流电压值，该换  
图 2 广义下垂控制方式  
Fig. 2 Commonly used DC voltage control mode  
万方数据  

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