一种适用于配电网的新分布式潮流控制器拓扑

一种适用于配电网的新分布式潮流控制器拓扑摘要常规分布式潮流控制器(DPFC)需通过3次谐波电流以实现串联侧与系统的有功功率交换，串联侧所在支路首末端分别需/YN、YN/联结型变压器，因此在配电网中的安装地点受到一定限制。为此该文提出一种适用于配电网的新DPFC(NDPFC)拓扑;分析NDPFC工作原理，应用配电网典型系统验证其潮流调节范围与调控特性;此外，研究NDPFC串并联侧电磁暂态数学模型，为提高鲁棒性与控制精度，提出一种采用三环控制的串联侧、控制策略;最后，在不同配电网场景下，通过仿真验证了NDPFC可实现配电网综合潮流调控、补偿三相不平衡、促进新能源消纳，有效地提高了配电网电能质量。关键词：新分布式潮流控制器(NDPFC)三环控制综合潮流调控三相不平衡新能源消纳0引言随着我国电力需求的增加与国民经济日益开展，以风能、太阳能为代表的新能源装机规模快速增加。大量的二次设备投入、汽车充电桩逐渐普及、新能源电力自身的波动性与间歇性、含新能源电源的电力系统双侧随机性以及线路输送能力限制1，将导致配电网可能存在线路潮流可控性低、三相不平衡、新能源消纳能力缺乏等问题2-5。同时，不受控的潮流会造成局部区域电力供应缺乏、线路传输损耗大等问题，甚至降低系统稳定性和可靠性6。配电网论文范例：配电网工程施工阶段技术研究柔性交流潮流控制技术(FlexibleAlternatingCurrentTransmissionSystems,FACTS)可以优化潮流分布，提高电网电能质量。并联型FACTS装置可补偿无功功率、稳定母线电压、提高系统运行稳定性7-9，文献9提出了不平衡条件下的星形联结的链式D-STAT控制策略，可同时补偿无功功率与负序电流。串联型FACTS装置可改善线路电压、降低线路损耗、提高线路输送容量，应用于配电网可实现线路有功潮流调控、三相不对称补偿、谐波抑制等功能10-13，文献13提出采用超级电容器储能的动态电压恢复器以有效提高配电网电能质量，但功率损耗较大、效率太低14。文献15提出一种多并联静止同步补偿器(MultipleStaticSynchronouspensator,MSSSC)以提高线路潮流调控灵活性，但无法实现综合潮流调控。分布式静止串联补偿器(DistributedStaticSeriespensator,DSSC)可解决集中式装置本钱高、灵活性与可靠性缺乏的问题，国内外针对DSSC的控制策略、选址定容、提升系统可靠性等方面进行大量的研究16-18。串并联混合型FACTS装置有统一潮流控制器(UnifiedPowerFlowController,UPFC)、分布式潮流控制器(DistributedPowerFlowController,DPFC)，均可实现稳定电力系统母线电压、调节线路综合潮流、阻塞调度等功能19-21。文献22提出了一种基于多电平UPFC的三相不对称抑制策略，但UPFC高额的造价及较大的占地需求限制了其在配电网的应用。常规DPFC兼顾了UPFC的强大功能性和DSSC的高经济性、灵活性、可靠性等优点，文献23-24分别提出了常规DPFC多目标优化、非线性反响控制策略，但均需向系统注入3次谐波电流以实现串联侧与系统的有功功率交换，这会引起额外的线路损耗，且安装支路两端需中性点接地的变压器以形成3次谐波回路，并不是所有配电网变压器类型及中性点接地方式都能满足常规DPFC的需求。针对以上问题，本文拟提出一种适用于配电网的新型串并联混合型FACTS装置新分布式潮流控制器(NovelDistributedPowerFlowController,NDPFC)。首先对NDPFC拓扑结构和工作原理进行研究，再分析其潮流调节范围与潮流调控特性，得出NDPFC的电磁暂态数学模型，研究可充分发挥NDPFC性能的相关控制策略，并通过仿真验证所提NDPFC对现代配电网控制的适应性。1NDPFC拓扑结构与工作原理1.1拓扑结构拓扑结构。需经/YN联结的变压器T1中性点向系统注入3次谐波电流以实现串联侧与系统的有功功率交换25，另需YN/联结的变压器T2，以形成3次谐波回路。而中低压配电网变压器中性点一般采取不接地或经阻抗接地，且3次谐波电流会增大系统损耗。NDPFC拓扑结构，对变压器型号与接地方式无特殊要求，且无需通过3次谐波进行串并联能量交换，更适用于配电网。NDPFC并联侧由并联变压器、三相变流器、公共直流电容组成。串联侧分为串联侧与串联侧，其中串联侧为三个共直流侧(并联侧公共直流电容)的单相变流器，经三相隔离变压器串入电力线路;串联侧包含多组(A、B、C三个单相为一组)单相变流器，通过单匝耦合变压器串入线路。2NDPFC数学模型与控制策略本节根据NDPFC拓扑结构推导出并、串联侧数学模型，为提高控制精度，提出并联侧双环控制策略与串联侧、的三环控制策略。3NDPFC应用于配电网场景仿真研究本文含NDPFC的仿真系统。系统结构参数如下：首端电压ssPQ+j有效值为10.25kV，初相位为3;末端电压ssPQ+j有效值为10kV，初相位为0;线路阻抗Z1=0.0126+j0.0314W，Z2=Z4= 0.789+j1.97W，Z3=0.942+j2.355W，NDPFC并联侧接于节点，串联侧通过三相隔离变压器串接于线路-上，而串联侧有两组(三个单相变流器为一组)，均匀布置于-支路上。ssPQ+j为首端电源输出功率，linelinePQ+j为-支路末端功率，IL为-支路电流，rrPQ+j为用户侧功率，新能源电源3u输出功率恒定为Px，Px=1.23MW;本地负荷Pload=0.75MW。不对称模块用于模拟三相不对称应用场景，内为不对称阻抗，其中A相为0.08+j0.197W，B相为0.151+j0.377W，C相为0.01W。4结论本文提出了一种适用于配电网的分布式潮流控制器拓扑;应用典型配电网系统验证了其调节特性与调控范围;提出了串并联侧电磁暂态数学模型与高鲁棒性高精度的串联侧三环控制策略，通过NDPFC调控配电网综合潮流、补偿配电网三相不对称、促进新能源消纳的仿真实验，得出如下结论：1)NDPFC可实现配电网综合潮流调控，解决潮流阻塞、系统潮流最优调控等问题。2)NDPFC可通过改变每相出力，有效地改善因系统结构不对称而导致线路电流不对称的问题。3)NDPFC可通过强制控制线路潮流，从而在无储能、负荷不可变的情况下减少首端电源出力，使得新能源电源完全输送至用户侧，促进新能源消纳。参考文献1徐筝,孙宏斌,郭庆来.综合需求响应研究综述及展望J.中国电机工程学报,2022,38(24):7194-7205,7446.XuZheng,SunHongbin,GuoQinglai.ReviewandprospectofintegrateddemandresponseJ.ProceedingsoftheCSEE,2022,38(24):7194-7205,7446.2缪惠宇,梅飞,张宸宇,等.基于虚拟阻抗的虚拟同步整流器三相不平衡控制策略J.电工技术学报,2022,34(17):3622-3630.