基于UPFC的自愈配電環(huán)網(wǎng)及其潮流優(yōu)化控制技術(shù)的研究.pdf

1、供電可靠性用于表征供電系統(tǒng)持續(xù)供電的能力，是衡量電網(wǎng)性能的根本指標(biāo)。傳統(tǒng)的供電可靠性只關(guān)注停電時(shí)間大于3min的持續(xù)停電，對于短時(shí)間停電影響不大的傳統(tǒng)負(fù)荷而言能夠滿足要求；而隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對供電可靠性要求較高的敏感設(shè)備得到了廣泛應(yīng)用，停電尤其短時(shí)停電引起的負(fù)荷損失越來越大。提高供電可靠性尤其解決短時(shí)停電問題已成為國內(nèi)外電網(wǎng)企業(yè)乃至整個(gè)社會(huì)普遍關(guān)注的焦點(diǎn)。
　　 配電網(wǎng)處于電力系統(tǒng)的末端，直接面向用戶，70％的負(fù)荷停電都源于

2、中低壓配電網(wǎng)故障，配電網(wǎng)是提高供電可靠性的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)配電網(wǎng)一般遵循“閉環(huán)設(shè)計(jì)、開環(huán)運(yùn)行”的原則，即使采用配網(wǎng)自動(dòng)化等手段，依然無法解決負(fù)荷轉(zhuǎn)供引起的短時(shí)停電；單電源配電環(huán)網(wǎng)配備差動(dòng)保護(hù)技術(shù)，能夠解決饋線故障引起的停電，但無法應(yīng)對電源側(cè)故障的影響；若采用雙電源配電環(huán)網(wǎng)，能夠同時(shí)應(yīng)對電源側(cè)以及饋線故障引起的停電問題，但需要采取潮流控制措施以解決循環(huán)功率過大導(dǎo)致的兩側(cè)電源出力不均甚至功率倒送問題，而傳統(tǒng)的配電網(wǎng)潮流控制手段存在著調(diào)節(jié)次數(shù)、

3、調(diào)節(jié)連續(xù)性等方面的弊端，無法及時(shí)有效保證配電環(huán)網(wǎng)的潮流控制效果。隨著現(xiàn)代電力電子技術(shù)與先進(jìn)控制理論的發(fā)展，統(tǒng)一潮流控制器(unifiedpower flow controller，UPFC)在電力系統(tǒng)尤其輸電系統(tǒng)中得到了成功應(yīng)用，憑借其強(qiáng)大的潮流控制能力，能夠有效提高系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性、增強(qiáng)輸電能力。若將其應(yīng)用到配電網(wǎng)解決閉環(huán)運(yùn)行潮流控制問題，技術(shù)上不存在難點(diǎn)，但需突破UPFC應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)性瓶頸。功率半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展使得電力電子設(shè)備單位容量成

4、本不斷下降；且配電環(huán)網(wǎng)電壓等級低、潮流調(diào)節(jié)量有限，所需UPFC容量較??；再者，停電對敏感負(fù)荷的損失巨大，用戶關(guān)注的不僅僅是用電成本而更為關(guān)鍵的是停電損失，諸多因素均為UPFC應(yīng)用到配電網(wǎng)創(chuàng)造了條件。
　　 本文從社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對提高供電可靠性的內(nèi)在需求出發(fā)，以解決短時(shí)停電為核心目標(biāo)，分別針對中低壓自愈配電環(huán)網(wǎng)及其潮流控制技術(shù)進(jìn)行研究。提出了基于中壓雙電源配電環(huán)網(wǎng)的故障無縫自愈供電系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案，為保證環(huán)網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行，利用UPFC對環(huán)網(wǎng)

5、潮流進(jìn)行控制，并著重對基于UPFC的中壓配電環(huán)網(wǎng)潮流優(yōu)化控制方法進(jìn)行研究，以確保UPFC應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)性；針對低壓多源并供系統(tǒng)存在的問題，提出了基于UPFC的低壓母線潮流控制方法并初步進(jìn)行了相關(guān)試驗(yàn)。具體研究內(nèi)容如下：
　　 (1)中壓雙電源配電環(huán)網(wǎng)故障無縫自愈供電系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方法的研究。通過分析短時(shí)停電產(chǎn)生的原因以及傳統(tǒng)供電可靠性提高措施存在的局限性，提出了基于UPFC的中壓雙電源配電環(huán)網(wǎng)故障無縫自愈供電系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案，并與傳統(tǒng)短時(shí)停電

6、解決措施進(jìn)行了技術(shù)經(jīng)濟(jì)性對比；給出了該供電系統(tǒng)的構(gòu)成環(huán)節(jié)與關(guān)鍵實(shí)現(xiàn)技術(shù)，主要包括環(huán)網(wǎng)潮流控制技術(shù)與快速自愈保護(hù)算法兩部分，而前者是確保系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的前提。
　　 (2)基于UPFC的中壓雙電源配電環(huán)網(wǎng)潮流優(yōu)化控制策略的研究。在分析中壓配電環(huán)網(wǎng)潮流分布特征的基礎(chǔ)上，得出了配電環(huán)網(wǎng)與輸電網(wǎng)潮流控制機(jī)理之間的區(qū)別，給出了選擇UPFC進(jìn)行配電環(huán)網(wǎng)潮流控制的原因；為突破UPFC在中壓配電網(wǎng)中應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)性瓶頸，在滿足系統(tǒng)功率調(diào)節(jié)要求的前提下

7、，分別提出了基于UPFC輸出串聯(lián)補(bǔ)償電壓最小、串聯(lián)輸出有功功率最小以及輸出視在功率最小的潮流優(yōu)化控制策略，從不同角度提高UPFC的應(yīng)用經(jīng)濟(jì)性，建模仿真結(jié)果證明了三種優(yōu)化方法的有效性。
　　 (3)基于UPFC的中壓配電環(huán)網(wǎng)最優(yōu)潮流控制策略的研究。推導(dǎo)出雙電源配電環(huán)網(wǎng)中考慮網(wǎng)絡(luò)損耗與節(jié)點(diǎn)電壓偏差的最優(yōu)潮流控制模型，并將該控制策略應(yīng)用于含分布式電源的配電環(huán)網(wǎng)，仿真結(jié)果表明，網(wǎng)絡(luò)損耗與節(jié)點(diǎn)電壓能夠得到進(jìn)一步改善；為提高UPFC的經(jīng)濟(jì)性

8、，構(gòu)建了網(wǎng)絡(luò)損耗、節(jié)點(diǎn)電壓偏差與UPFC實(shí)現(xiàn)成本隸屬函數(shù)，通過分配不同權(quán)值建立了潮流綜合優(yōu)化控制模型，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行與UPFC應(yīng)用經(jīng)濟(jì)性的有機(jī)結(jié)合；并對上述兩種控制模型下的UPFC經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了對比。
　　 (4)基于UPFC的低壓多源并供系統(tǒng)潮流優(yōu)化控制方法的研究。分析了低壓多源并供點(diǎn)狀網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成及其在提高供電可靠性方面的優(yōu)勢；推導(dǎo)出多個(gè)電源并供時(shí)各自的出力表達(dá)式，得到了電源出力與電壓差、系統(tǒng)等值阻抗、低壓負(fù)荷等諸多因素之間

9、的關(guān)系，分析了導(dǎo)致電源出力不均衡甚至引起功率倒送的原因，提出了采用UPFC在低壓母線側(cè)進(jìn)行潮流控制以均衡各電源出力的方法；針對系統(tǒng)參數(shù)未知情況，提出了基于擾動(dòng)信號的阻抗參數(shù)在線辨識潮流優(yōu)化控制方法，給出了參數(shù)辨識與潮流控制一體化實(shí)現(xiàn)流程；為使退出并供的電源能夠及時(shí)滿足并供操作條件，提出了基于UPFC的并供操作電壓控制方法；簡單給出了多源并供系統(tǒng)低壓側(cè)繼電保護(hù)與基于UPFC的潮流控制之間的協(xié)調(diào)配合原則，以確保系統(tǒng)故障時(shí)UPFC能夠主動(dòng)配合

10、繼電保護(hù)動(dòng)作，及時(shí)實(shí)現(xiàn)故障隔離；電源恢復(fù)正常后，UPFC能夠主動(dòng)進(jìn)行電壓控制，以確保待并入電源及時(shí)實(shí)現(xiàn)并供運(yùn)行。
　　 (5)基于UPFC的潮流控制試驗(yàn)系統(tǒng)開發(fā)。結(jié)合實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有條件，設(shè)計(jì)開發(fā)了基于UPFC的物理試驗(yàn)系統(tǒng)，并針對低壓多源并供點(diǎn)狀網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了穩(wěn)態(tài)潮流控制和并供操作電壓控制試驗(yàn)，初步試驗(yàn)結(jié)果表明，該方式能夠有效均衡電源出力、靈活控制并供操作點(diǎn)電壓；且利用較小的UPFC容量即可實(shí)現(xiàn)大范圍的系統(tǒng)潮流調(diào)節(jié)，并具有較高的調(diào)節(jié)精度