[发明专利]基于柔性环网控制器电磁环网无功功率环流优化控制方法

摘要

一种基于柔性环网控制器电磁环网无功功率环流优化控制方法，属于电力系统分析、运行与控制技术领域。本发明的目的是对于高低压电磁环网系统，利用柔性输电技术及最忧潮流计算方法来优化控制电磁环网中无功功率分布的基于柔性环网控制器电磁环网无功功率环流优化控制方法。本发明步骤是：①确定环网控制器的拓扑结构及阀级控制策略。②推导出柔性环网控制器的无功环流优化目标函数及约束条件。③采用灾变遗传算法对目标函数进行寻优。④在原有换流器级控制策略上添加了计及电流控制的调控策略。本发明旨在于抑制电磁环网无功功率环流，使电磁环网能够更加经济、稳定的运行。

主权项

一种基于柔性环网控制器电磁环网无功功率环流优化控制方法，其特征在于：（1）确定环网控制器的拓扑结构及阀级控制策略：在电磁环网的低压侧加入柔性环网控制器，即在原来需要开环运行的电磁环网两端采用背靠背柔性直流换流站相连接，由此构成软环网运行，其中柔性环网控制器采用模块化多电平换流器拓扑结构；柔性环网控制器的控制策略分为系统级控制与换流器级控制，系统级控制指令包括有功类指令和无功类指令：有功类指令为换流站Ⅰ采用定有功功率控制策略，换流站Ⅱ采用定直流电压控制策略，无功类指令为两换流站均采用定无功功率控制策略；换流器级调制策略采用：矢量控制，又称为直接电流控制；（2）无功功率环流优化目标函数及约束条件：柔性直流输电稳态运行的基本原理，三相电网平衡条件下存在如下方程组：(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)式中，i表示换流器编号；U_aci为换流器交流侧电压；μ为直流电压利用系数；M为调制比；U_dci为i节点处的换流器直流电压；δ为移相角；P_iref、Q_iref分别为换流器处的输入有功功率和无功功率参考指令；I_aci为换流器交流母线侧交流电流；I_{di_ref}、I_{qi_ref}分别为交流电流的dq轴分量，这里取交流电压U_aci矢量方向为d轴方向；(8)(9)无功功率环流最小的优化目标函数可以表示为：（10）式中，U_NH为电磁环网高压侧的额定电压；k₁,k₂为变压器T1与T2的变比；U_ci，U_c2代表柔性环网控制器的交流母线电压；、为电磁环网的总阻抗值；潮流方程如下：（11）式中：n是系统节点数；P_Gi、Q_Gi为系统发电机节点的有功和无功出力；P_aci、Q_aci为节点的负荷有功功率和无功功率；P_iref、Q_iref为直流系统接入节点有功功率和无功功率，当换流器从节点吸收无功时，Q_iref取正值，当换流器向交流系统输入无功时，Q_iref取负值；Q_ci为节点的无功补偿容量；G_ij、B_ij为节点导纳矩阵行列元素的电导和电纳；U_ij、θ_ij为节点i、j之间的电压幅值和相角；变量约束包括状态变量约束和控制变量约束，控制变量包括发电机机端电压U_G、无功补偿点补偿容量Q_C、变压器抽头档位T、换流器有功功率参考值P_ref和无功功率参考值Q_ref；状态变量主要考虑各节点电压U和柔性换网控制器两侧注入电流Iac ；交流系统时变量约束为：(12)式中：i指交流节点；min下标表示对应变量的下限值；max下标表示对应变量的上限值；直流系统的变量约束时：(13)式中的i指直流节点；（3）含有柔性环网控制器的电磁环网最优潮流求解实现过程，步骤如下：1）给定灾变次数C_a，灾变发生时的代数N_c，最大进化代数N_max；2）根据基本遗传算法寻优；3）当遗传代数N_gen达到N_c时进行灾变处理，保留最优个体，其他个体初始化生成新群体，返回步骤2），直至达到最大灾变次数C_a；4）反复执行上述步骤2）和3），直至达到最大进化代数N_max；（4）计及电流限制的调控策略：由式1、2可知，有功功率和无功功率参考值间接用I_aci(i=1,2)的d轴和q轴分量表示；功率参考值制定策略为：有功电流优先时，要保证需要输送的有功功率量，因此I_d可直接作为参考值I_{d_ref}输入到控制器；结合电流约束I_{ac_max}，得无功电流分量的允许上限值，其与优化值I­q_opt比较，选择较小者作为参考值I_{q_ref}输入到控制器；无功电流优先时，优化计算得到的I­q_opt可直接作为参考值I_{q_ref}输入到控制器；结合电流约束I_{ac_max}，得I_{q_opt}情况下对应的有功电流分量，将其作为参考值I_{d_ref}输入到控制器。