一種適用于配電網(wǎng)的新分布式潮流控制器拓撲

　　摘要常規(guī)分布式潮流控制器(DPFC)需通過3次諧波電流以實現(xiàn)串聯(lián)側與系統(tǒng)的有功功率交換，串聯(lián)側所在支路首末端分別需△/YN、YN/△聯(lián)結型變壓器，因此在配電網(wǎng)中的安裝地點受到一定限制。為此該文提出一種適用于配電網(wǎng)的新DPFC(NDPFC)拓撲;分析NDPFC工作原理，應用配電網(wǎng)典型系統(tǒng)驗證其潮流調節(jié)范圍與調控特性;此外，研究NDPFC串并聯(lián)側電磁暫態(tài)數(shù)學模型，為提高魯棒性與控制精度，提出一種采用三環(huán)控制的串聯(lián)側Ⅰ、Ⅱ控制策略;最后，在不同配電網(wǎng)場景下，通過仿真驗證了NDPFC可實現(xiàn)配電網(wǎng)綜合潮流調控、補償三相不平衡、促進新能源消納，有效地提高了配電網(wǎng)電能質量。

　　關鍵詞：新分布式潮流控制器(NDPFC)三環(huán)控制綜合潮流調控三相不平衡新能源消納

　　0引言

　　隨著我國電力需求的增加與國民經(jīng)濟日益發(fā)展，以風能、太陽能為代表的新能源裝機規(guī)模快速增加。大量的二次設備投入、汽車充電樁逐漸普及、新能源電力自身的波動性與間歇性、含新能源電源的電力系統(tǒng)雙側隨機性以及線路輸送能力限制[1]，將導致配電網(wǎng)可能存在線路潮流可控性低、三相不平衡、新能源消納能力不足等問題[2-5]。同時，不受控的潮流會造成部分區(qū)域電力供給不足、線路傳輸損耗大等問題，甚至降低系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性[6]。

　　配電網(wǎng)論文范例：配電網(wǎng)工程施工階段技術研究

　　柔性交流潮流控制技術(FlexibleAlternatingCurrentTransmissionSystems,FACTS)可以優(yōu)化潮流分布，提高電網(wǎng)電能質量。并聯(lián)型FACTS裝置可補償無功功率、穩(wěn)定母線電壓、提高系統(tǒng)運行穩(wěn)定性[7-9]，文獻[9]提出了不平衡條件下的星形聯(lián)結的鏈式D-STATCOM控制策略，可同時補償無功功率與負序電流。串聯(lián)型FACTS裝置可改善線路電壓、降低線路損耗、提高線路輸送容量，應用于配電網(wǎng)可實現(xiàn)線路有功潮流調控、三相不對稱補償、諧波抑制等功能[10-13]，文獻[13]提出采用超級電容器儲能的動態(tài)電壓恢復器以有效提高配電網(wǎng)電能質量，但功率損耗較大、效率太低[14]。文獻[15]提出一種多并聯(lián)靜止同步補償器(MultipleStaticSynchronousCompensator,MSSSC)以提高線路潮流調控靈活性，但無法實現(xiàn)綜合潮流調控。

　　分布式靜止串聯(lián)補償器(DistributedStaticSeriesCompensator,DSSC)可解決集中式裝置成本高、靈活性與可靠性不足的問題，國內(nèi)外針對DSSC的控制策略、選址定容、提升系統(tǒng)可靠性等方面進行大量的研究[16-18]。串并聯(lián)混合型FACTS裝置有統(tǒng)一潮流控制器(UnifiedPowerFlowController,UPFC)、分布式潮流控制器(DistributedPowerFlowController,DPFC)，均可實現(xiàn)穩(wěn)定電力系統(tǒng)母線電壓、調節(jié)線路綜合潮流、阻塞調度等功能[19-21]。文獻[22]提出了一種基于多電平UPFC的三相不對稱抑制策略，但UPFC高額的造價及較大的占地需求限制了其在配電網(wǎng)的應用。

　　常規(guī)DPFC兼顧了UPFC的強大功能性和DSSC的高經(jīng)濟性、靈活性、可靠性等優(yōu)點，文獻[23-24]分別提出了常規(guī)DPFC多目標優(yōu)化、非線性反饋控制策略，但均需向系統(tǒng)注入3次諧波電流以實現(xiàn)串聯(lián)側與系統(tǒng)的有功功率交換，這會引起額外的線路損耗，且安裝支路兩端需中性點接地的變壓器以形成3次諧波回路，并不是所有配電網(wǎng)變壓器類型及中性點接地方式都能滿足常規(guī)DPFC的需求。針對以上問題，本文擬提出一種適用于配電網(wǎng)的新型串并聯(lián)混合型FACTS裝置—新分布式潮流控制器(NovelDistributedPowerFlowController,NDPFC)。首先對NDPFC拓撲結構和工作原理進行研究，再分析其潮流調節(jié)范圍與潮流調控特性，得出NDPFC的電磁暫態(tài)數(shù)學模型，研究可充分發(fā)揮NDPFC性能的相關控制策略，并通過仿真驗證所提NDPFC對現(xiàn)代配電網(wǎng)控制的適應性。

　　1NDPFC拓撲結構與工作原理

　　1.1拓撲結構

　　拓撲結構。需經(jīng)△/YN聯(lián)結的變壓器T1中性點向系統(tǒng)注入3次諧波電流以實現(xiàn)串聯(lián)側與系統(tǒng)的有功功率交換[25]，另需YN/△聯(lián)結的變壓器T2，以形成3次諧波回路。而中低壓配電網(wǎng)變壓器中性點一般采取不接地或經(jīng)阻抗接地，且3次諧波電流會增大系統(tǒng)損耗。NDPFC拓撲結構，對變壓器型號與接地方式無特殊要求，且無需通過3次諧波進行串并聯(lián)能量交換，更適用于配電網(wǎng)。NDPFC并聯(lián)側由并聯(lián)變壓器、三相變流器、公共直流電容組成。

　　串聯(lián)側分為串聯(lián)側Ⅰ與串聯(lián)側Ⅱ，其中串聯(lián)側Ⅰ為三個共直流側(并聯(lián)側公共直流電容)的單相變流器，經(jīng)三相隔離變壓器串入電力線路;串聯(lián)側Ⅱ包含多組(A、B、C三個單相為一組)單相變流器，通過單匝耦合變壓器串入線路。

　　2NDPFC數(shù)學模型與控制策略

　　本節(jié)根據(jù)NDPFC拓撲結構推導出并、串聯(lián)側數(shù)學模型，為提高控制精度，提出并聯(lián)側雙環(huán)控制策略與串聯(lián)側Ⅰ、Ⅱ的三環(huán)控制策略。

　　3NDPFC應用于配電網(wǎng)場景仿真研究

　　本文含NDPFC的仿真系統(tǒng)。系統(tǒng)結構參數(shù)如下：首端電壓ssPQj有效值為10.25kV，初相位為3°;末端電壓ssPQj有效值為10kV，初相位為0°;線路阻抗Z1=0.0126+j0.0314，Z2=Z4= 0.789+j1.97，Z3=0.942+j2.355，NDPFC并聯(lián)側接于節(jié)點Ⅰ，串聯(lián)側Ⅰ通過三相隔離變壓器串接于線路Ⅰ-Ⅱ上，而串聯(lián)側Ⅱ有兩組(三個單相變流器為一組)，均勻布置于Ⅰ-Ⅱ支路上。ssPQj為首端電源輸出功率，linelinePQj為Ⅰ-Ⅱ支路末端功率，IL為Ⅰ-Ⅱ支路電流，rrPQj為用戶側功率，新能源電源3u輸出功率恒定為Px，Px=1.23MW;本地負荷Pload=0.75MW。不對稱模塊用于模擬三相不對稱應用場景，內(nèi)為不對稱阻抗，其中A相為0.08+j0.197，B相為0.151+j0.377，C相為0.01。

　　4結論

　　本文提出了一種適用于配電網(wǎng)的分布式潮流控制器拓撲;應用典型配電網(wǎng)系統(tǒng)驗證了其調節(jié)特性與調控范圍;提出了串并聯(lián)側電磁暫態(tài)數(shù)學模型與高魯棒性高精度的串聯(lián)側三環(huán)控制策略，通過NDPFC調控配電網(wǎng)綜合潮流、補償配電網(wǎng)三相不對稱、促進新能源消納的仿真實驗，得出如下結論：

　　1)NDPFC可實現(xiàn)配電網(wǎng)綜合潮流調控，解決潮流阻塞、系統(tǒng)潮流最優(yōu)調控等問題。2)NDPFC可通過改變每相出力，有效地改善因系統(tǒng)結構不對稱而導致線路電流不對稱的問題。3)NDPFC可通過強制控制線路潮流，從而在無儲能、負荷不可變的情況下減少首端電源出力，使得新能源電源完全輸送至用戶側，促進新能源消納。

　　參考文獻

　　[1]徐箏,孫宏斌,郭慶來.綜合需求響應研究綜述及展望[J].中國電機工程學報,2018,38(24):7194-7205,7446.XuZheng,SunHongbin,GuoQinglai.Reviewandprospectofintegrateddemandresponse[J].ProceedingsoftheCSEE,2018,38(24):7194-7205,7446.

　　[2]繆惠宇,梅飛,張宸宇,等.基于虛擬阻抗的虛擬同步整流器三相不平衡控制策略[J].電工技術學報,2019,34(17):3622-3630.

　　作者：唐愛紅1翟曉輝1盧智鍵1鄭旭2徐秋實2

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