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计及多端口直流潮流控制器的直流电网潮流计算

更新时间：2019-12-30 17:49:26 大小：3M 上传用户：xiaohei1810 查看TA发布的资源 标签：直流潮流控制器 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

基于含模块化多电平换流器的多端口直流潮流控制器(MDCPFC)的工作原理,提出了一种计及MDCPFC的直流电网潮流计算方法.该方法将加装的MDCPFC用安装支路端点的节点注入功率的修正量来表示,使得运算简便,从而提高了运算效率.以舟山五端柔性直流工程为例,通过对比加装MDCPFC直流电网的潮流计算结果与PSAT软件计算结果以及加装2个直流潮流控制器的计算结果,验证MDCPFC的控制效果更好.

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计及多端13直流潮流控制器的直流电网潮流计算

竞1

王鹤1，朱琳1，单凤军2，边

(1．东北电力大学电气工程学院，吉林吉林132000；

2．江苏省电力检修分公司苏州分部．江苏苏州215000)

摘要：基于含模块化多电平换流器的多端口直流潮流控制器(MDCPFC)的工作原理，提出了一种计及

MDCPFC的直流电网潮流计算方法。该方法将加装的MDCPFC用安装支路端点的节点注入功率的修正量来

表示．使得运算简便．从而提高了运算效率。以舟山五端柔性直流工程为例，通过对比加装MDCPFC直流电

网的潮流计算结果与PSAT软件计算结果以及加装2个直流潮流控制器的计算结果，验证MDCPFC的控制

效果更好。

关键词：直流电网；模块化多电平换流器：多端口直流潮流控制器；潮流计算

721Il

中图分类号：TM

文献标识码：A

DOI：10．16081／j．issn．1006-6047．2018．08．002

DCPFC的配置和变比计算。文献[16]在进行含

DCPFC的直流电网潮流计算时，利用等效注入功率

法避免了引人新节点的大量计算。文献[17]针对

换流站采用多点电压下垂控制的直流电网，提出了

一种DCPFC的优化配置及变比计算方法。文献

引言

与传统直流输电相比．柔性直流输电能够有效

地改善新能源发电功率的波动性对电网运行的影

响，是当前国际公认的解决新能源发电并网问题的

有效技术方案之一1。3。j柔性直流输电技术的发展

经历了“双端一多端一直流电网”的发展历程MJ。通

过引入直流断路器，大幅减少了直流电网换流站的

数量，其具有重大的经济意义．但换流站的减小和直

流线路的自由连接也带来了潮流控制自由度降低的

问题”击j。在含有』v．个换流站的直流电网中，有且

仅有N，一1条支路的潮流能够通过换流站进行控

制，其余支路潮流均不可控。潮流分布的不合理将

引发线路过载，导致直流电网低效率运行或者带来

严重的安全隐患。7|。

『18]设计了基于模块化多电平换流器MMC

Multilevel

(Modular

Converter)结构的辅助电压源型

DCPFC，在线路中串人正的或负的电压来调节直流

系统的功率分布，其控制灵活、电压等级较低。文献

『19]提出了确定电流灵敏度值的调整方向及计算

调整量的方法．最终得到了基于灵敏度分析法的

DCPFC配置原则。文献f20]给出了含电压源型换

流器(VSC)交直流网络的统一模型，通过附加非零

元素解决了雅可比矩阵非结构堆成问题。文献

『21]采用内点法研究了最优潮流分布的概率分布

和数字特征，内点法在收敛性和鲁棒性方面具有优

越性，但其收敛性差、计算速度慢。

针对直流潮流控制器DCPFC(Direct Current

Power Flow

Controller)的研究对提高直流电网潮流

控制的自由度、保障直流电网的安全稳定运行具有

重要的实际意义。目前提出的DCPFC主要有3

类。8：可变串联电阻器型、直流变压器型和串联电压

源型。文献『9．10]介绍了3种DCPFC的拓扑结构

和工作原理，并分析了它们各自的功率损耗、调节范

围和额定工况。文献『1l—13]重点研究了串联电压

源型DCPFC的功率损耗、调节范围和额定工况。原

理为在支路中串联一个电压源，串联电压源的电压

值可正可负，其控制灵活性好、功率额定值低、损耗

小。文献[14]提出了一种DCPFC的配置方法，在扩

大潮流运行空间、保障系统安全运行的基础上．保证

了潮流的均衡分布。文献『15]通过引入DCPFC降

低系统网损，并以直流网损最小化为目标进行

现有研究大多针对双端口DCPFC，只能辅助控

制一条线路的直流潮流。在含有多个环网的复杂直

流电网中需要在多条线路上同时安装多个DCPFC

并进行协调控制，实现成本较高且可靠性较低，并且

现有潮流计算研究所采用的模型与直流电网均不相

同。针对上述应用场景，可以考虑在直流电网中加装

基于MMC的多端口直流潮流控制器MDCPFC(Multi．

DC Power

Flow

Controller)，同时实现对多条支

port

路潮流的控制。

本文对MDCPFC的T作原理进行了研究，推导

了一般直流电网安装基于MMC的MDCPFC后的基

尔霍夫方程组，得到了MDCPFC的等效电路模型：

在此基础上，提出了一种计及MDCPFC的直流电网

潮流计算方法，并将加装MDCPFC之后直流网络发

生的变化用安装支路端点的节点注入功率的修正量

来表示，使得运算简便，从而提高了运算效率：以改

造后的舟山五端柔性直流系统为例．验证MDCPFC

收稿日期：2017—07—24；修回日期：2018—05—28

基金项目：国家自然科学基金资助项目(51507029，51507023)

the National

Natural Science Foundation of

Projeet supported by

China(51507029。51507023)

万方数据

第8期

王鹤，等：计及多端口直流潮流控制器的直流电网潮流计算

。

的控制效果以及本文方法的有效性。

为支路电压降；尺。为支路电阻。

将MDCPFC等效成在支路L弘、L。。、L。，上分别串

联电压源‰ 。、yM：、‰ ，，就可以实现调节整个电网潮

流的功能。

MDCPFC的工作原理

MDCPFC可以由DCPFC扩展而来，对3种普通

DCPFC进行分析，其原理图见附录中图A1。可变串

联电阻器型DCPFC见图A1(a)，将电阻串联到电路

中，在每个电阻上并联一个开关，通过控制开关的开

通和关断，改变串联到电路的电阻值．最终实现潮流

控制，但是该方法只能改变其安装电路上的电流．并

且功率损耗较大，在实际应用中不常选用。直流变

压器型DCPFC见图A1(b)，通过升压或降压调整支

路电压，从而调节支路电流，但存在额定容量高、功

率损耗大、经济性较差的问题，不宜推广。辅助电压

源型DCPFC见图Al(C)，辅助电压源型DCPFC直接

接人电路中，若只考虑其外部特性。辅助电压源型

DCPFC可以等效为一个串联电压源，通过改变其值的

正负和大小，最终实现支路之间潮流的实际分配．在

费用、功率损耗和控制方面具有一定的优势。

系统的基尔霍夫方程如式(2)所示。

，12

，13

，14

‰ ：一‰ 。

R13一R14

R34

一‰ ：一‰ ，

R14

一R15

R45

，．

0 0 0

1、

，15

，45

一l

0——1

—1

，E

(2)

功率方程如式(3)所示。

即¨ ．=y。LV％I-V2+百VI-V3+TVl-VM2-V．+百Vl-V5]

P：=一K，：=一K百Vl-V2

在含有多个环网的复杂直流系统中，需要在多

条线路上同时安装多个DCPFC，并进行协调控制，

实现成本较高且可靠性较低。在如附录中图A2所

示的舟山五端系统中，要想控制整个直流系统的潮

流分布，至少需要在L L，。上加装2个辅助电压源

型DCPFC。并且，辅助电压源型DCPFC需要与外

部交流系统进行功率交换，绝缘要求高，增加了系统

牛吼=K( Vl-，V3一半)

—V,-Vm—-V．]

除吼=u(半一警

R14

／

卜叫，一v，L(V‰ I--V5-+TV4-VM3-V5]

的复杂性。

(3)

文献『18]在传统DCPFC的基础上，提出了MD—

CPFC．其由MMC和交流变压器组合而成。以三端

口的MDCPFC为例，其拓扑结构如附录中图A3所

示。该拓扑的特点是：将MDCPFC的直流侧串联到

线路中，在线路上额外增加电压改变线路压降，实现

功率调节的目的；交流侧无需外部取能，其自身通过

交流变压器连接就能够实现内部能量交换，实现能

量平衡。同时其具有额外损耗小、阶跃电压低、输出

波形质量高和高度模块化等优点。并且可安装在多

条线路上．起到同时安装多个DCPFC的效果。文献

『181仅分析了MDCPFC的拓扑结构和控制方法，下

面以附录中图A4为例．从电路的角度出发详细分析

MDCPFC接入后对直流电网潮流的影响。图A4为

三端MDCPFC用于舟山五端柔性直流输电系统示

意图。由图可知，系统由6条支路构成，其中有2条

支路的潮流是不可控的，其内部还包含2个环网，潮

流控制复杂．故需在岱山站处加装三端MDCPFC。

直流电网中某支路电压降和传输功率之间的关

其中，R。：、R13、R。。、R。，、RM、R。5为各支路电阻；，。2、

，13、叱、，15、，，。、，4，为各支路电流；VM。、‰ ：、‰ ，为

MDCPFC串联电压；V。、坎、K、K、以为各换流站母

线电压；，1、k，3、，4、，，为各换流站的输出／输入电

流；P。、尸：、P，、P。、P，为各个换流站输／V输出的有

功功率。

此外。MDCPFC需满足功率平衡：

(4)

，M。VM。=0

l=l

其中，，Mi为流过MDCPFC端口的电流。

综合分析式(3)和(4)可知，若给定2条线路电

流，就能够知道‰ 。、‰ ：、‰ ，的大小与方向。

拓展到一般形式，对于任一直流电网，其基尔霍

夫方程组如下：

阻。一f捌删

系如式(1)所示。通过改变△y或尺¨ 可以使P。．发

生变化。

其中，A．为(M一，v+1)xM维的矩阵，其元素为线路

阻值或0，N为线路条数，M为换流站个数；曰，为

(M一Ⅳ+1)× 1维的列阵，其元素为串人直流电压值；

A：为(Ⅳ一1)xM维的方阵，其元素为± l或0；B：为

(1)

PI．=VAV／RL

其中，P．为支路上的传输功率；V为换流站电压；AV

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