本發(fā)明涉及一種面向能源互聯(lián)網(wǎng)的交直流電網(wǎng)運(yùn)行控制方法，屬于電網(wǎng)運(yùn)行技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

傳統(tǒng)電網(wǎng)運(yùn)行調(diào)度技術(shù)無(wú)法對(duì)多種能源進(jìn)行靈活、高效管理，且無(wú)法滿足大規(guī)模分布式能源接入對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性的高要求，需要從區(qū)域能源互聯(lián)網(wǎng)的角度出發(fā)綜合考慮各分布式能源的協(xié)調(diào)運(yùn)行，進(jìn)而為未來(lái)能源互聯(lián)網(wǎng)的能源綜合利用奠定堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)與技術(shù)手段。

直流供電技術(shù)交能夠減少交直流變換環(huán)節(jié)，有效降低損耗、提高系統(tǒng)效率，基于交直流混合配電的能源互聯(lián)網(wǎng)是解決現(xiàn)有配電網(wǎng)存在問(wèn)題的重要手段之一，面向能源互聯(lián)網(wǎng)的交直流電網(wǎng)采用多端互聯(lián)結(jié)構(gòu)，交流網(wǎng)通過(guò)直流多端進(jìn)行互聯(lián)，且可以相互支撐來(lái)均衡不同區(qū)域的負(fù)載，避免交流線路或變壓器過(guò)載，提高整體的運(yùn)行可靠性，同時(shí)，當(dāng)換流站運(yùn)行模式變化或者某端交流系統(tǒng)異常時(shí)可以通過(guò)多端協(xié)調(diào)來(lái)保障交、直流各區(qū)域的穩(wěn)定供電，有效提升系統(tǒng)的供電能力。多端協(xié)調(diào)運(yùn)行成為系統(tǒng)調(diào)度管理的重要功能之一。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明技術(shù)解決問(wèn)題：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種面向能源互聯(lián)網(wǎng)的交直流電網(wǎng)運(yùn)行控制方法，能夠大大有效提升整體供電能力與運(yùn)行效率。

本發(fā)明技術(shù)解決方案：一種面向能源互聯(lián)網(wǎng)的交直流電網(wǎng)運(yùn)行控制方法，所述的交直流電網(wǎng)，包含交流系統(tǒng)、直流網(wǎng)以及換流站。所述的換流站即ac/dc雙向變流器，換流站的控制模式包含控制直流母線電壓模式、控制有功/無(wú)功功率模式、控制交流電壓/頻率模式(細(xì)分為典型的交流恒壓恒頻控制模式以及交流下垂控制模式等)。交流系統(tǒng)通過(guò)換流站接入直流網(wǎng)，多個(gè)交流系統(tǒng)通過(guò)直流網(wǎng)互聯(lián)。其中：直流網(wǎng)包括直流負(fù)載、直流斷路器、以及直流線路，其中，直流線路接入換流站的直流側(cè)，直流負(fù)載通過(guò)直流斷路器與直流線路連接。

所述的交流系統(tǒng)包含交流線路、交流斷路器、交流負(fù)載、交流變壓器和交流母線。其中，交流母線通過(guò)交流線路接入交流變壓器，交流負(fù)載通過(guò)交流斷路器與交流線路接入交流母線，并通過(guò)交流斷路器與交流線路接入換流站的交流側(cè)。

所述運(yùn)行控制方法步驟如下：

(1)運(yùn)行能力分析

當(dāng)由交直流電網(wǎng)運(yùn)行控制系統(tǒng)產(chǎn)生某換流站主動(dòng)轉(zhuǎn)供，或者預(yù)警發(fā)現(xiàn)某交流線路出現(xiàn)異常，需要斷開(kāi)交流側(cè)線路時(shí)，啟動(dòng)運(yùn)行分析，通過(guò)對(duì)各換流站當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行分析，計(jì)算各自的允許運(yùn)行容量，在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步計(jì)算各自的優(yōu)先權(quán)值，確定最小值對(duì)應(yīng)的換流站為主站，所述主站指采用控制直流母線電壓模式的換流站，主站在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中承擔(dān)整個(gè)直流網(wǎng)的正常工作；

(2)主站切換控制

當(dāng)原本為主站的換流站由于主動(dòng)轉(zhuǎn)換或者由于預(yù)警發(fā)現(xiàn)異常需要切換至控制交流電壓/頻率模式，以提供對(duì)交流系統(tǒng)的支撐而不再作為主站時(shí)，需要在其他的換流站中選出主站，維持交直流電網(wǎng)尤其是直流網(wǎng)的正常運(yùn)行；

(3)多端協(xié)同調(diào)整

當(dāng)主站切換后，交直流電網(wǎng)可能并非運(yùn)行在優(yōu)化狀態(tài)，有些換流站對(duì)應(yīng)的交流線路重載，有些換流站對(duì)應(yīng)的線路輕載，需要通過(guò)各個(gè)換流站之間的功率重新調(diào)整和轉(zhuǎn)移，從輕載線路吸收部分功率注入重載線路，均衡主站切換控制后各換流站交流側(cè)線路負(fù)荷，避免因模式切換出現(xiàn)交流線路或者交流變壓器重載，有效提升系統(tǒng)的供電能力。

所述步驟(1)中運(yùn)行能力分析具體實(shí)現(xiàn)步驟如下：

步驟11：交直流電網(wǎng)運(yùn)行控制系統(tǒng)獲取第n個(gè)換流站以及交流線路的運(yùn)行數(shù)據(jù)，下標(biāo)n表示換流站編號(hào)的任一值，取值范圍為1～n，n為換流站總數(shù)量即交流線路總數(shù)量；獲取各個(gè)換流站對(duì)應(yīng)的靜態(tài)參數(shù)，所述靜態(tài)參數(shù)包括各個(gè)換流站的額定容量sc1,rated,sc2,rated...scn,rated...scn,rated與安全運(yùn)行負(fù)載率ηc1,ηc2...ηcn...ηcn，各個(gè)交流線路變壓器的額定容量st1,rated,st2,rated...stn,rated...stn,rated與安全運(yùn)行負(fù)載率ηt1,ηt2...ηtn...ηtn；以及動(dòng)態(tài)運(yùn)行功率參數(shù)，動(dòng)態(tài)運(yùn)行功率參數(shù)包括各換流站交流有功功率pc1,pc2...pcn...pcn，交流無(wú)功功率qc1,qc2...qcn...qcn；以及各個(gè)交流線路的負(fù)荷總有功功率pt1,ac,pt2,ac...ptn,ac...ptn,ac，總無(wú)功功率qt1,ac,qt2,ac...qtn,ac...qtn,ac；以及直流網(wǎng)內(nèi)的直流負(fù)載的總負(fù)荷值pdc；

步驟12：獲取需要主動(dòng)轉(zhuǎn)供的換流站或者異常交流線路對(duì)應(yīng)的換流站編號(hào)，編號(hào)為i，則設(shè)定為第i個(gè)換流站，計(jì)算其他各換流站的運(yùn)行容量，如果運(yùn)行容量大于零表示功率從交流側(cè)流向直流側(cè)，反之則從直流側(cè)流向交流側(cè)；計(jì)算時(shí)第n個(gè)換流站的允許正功率、允許負(fù)功率，其中，第n個(gè)換流站的允許正功率用pcn,+表示，第n個(gè)換流站的允許負(fù)功率用pcn,-表示，pcn,-計(jì)算公式為：

并計(jì)算：

如果pcn,maxavaible，n≠i值小于零，第n個(gè)換流站的允許正功率pcn,+計(jì)算公式為：

pcn,+＝0，n≠i

如果pcn,maxavaible，n≠i值不小于零，第n個(gè)換流站的允許正功率pcn,+計(jì)算公式為：

pcn,+＝min(pcn,maxavaible,scn,ratedηcn)，n≠i

步驟13：挑選出第i個(gè)換流站以外且滿足pcn,+＞0，n≠i的所有換流站，形成主站預(yù)選集合，設(shè)定m表示該集合中的換流站編號(hào)的任一值，計(jì)算主站預(yù)選集合中各換流站中的最大安全運(yùn)行負(fù)載s：

s＝max{scm,ratedηcm}

計(jì)算主站預(yù)選集合中第m個(gè)換流站的系數(shù)αm：

計(jì)算主站預(yù)選集合中各換流站的αm中的最大值a：

a＝max{αm}

進(jìn)一步計(jì)算主站預(yù)選集合中第m個(gè)換流站的系數(shù)βm：

計(jì)算主站預(yù)選集合中各換流站的βm中的最大值b：

b＝max{βm}

最后計(jì)算主站預(yù)選集合中各個(gè)換流站的優(yōu)先權(quán)值dm：

選擇主站預(yù)選集合中各換流站的dm中的最小值對(duì)應(yīng)的換流站為主站，假定為第j個(gè)換流站。

所述步驟(2)中主站切換實(shí)現(xiàn)步驟如下：

步驟21.交直流電網(wǎng)運(yùn)行控制系統(tǒng)掃描第i個(gè)換流站的控制模式，進(jìn)行判斷：如果為控制直流母線電壓模式的主站，則執(zhí)行步驟22，否則執(zhí)行步驟23：

步驟22.交直流電網(wǎng)運(yùn)行控制系統(tǒng)下達(dá)第j個(gè)換流站切換為控制直流母線電壓模式的主站、并下達(dá)第i個(gè)換流站切換為控制有功/無(wú)功功率模式的非主站，其中，有功功率指定值pci、無(wú)功功率qci維持當(dāng)前數(shù)值，不做改變，執(zhí)行步驟23；

步驟23.交直流電網(wǎng)運(yùn)行控制系統(tǒng)下達(dá)第i個(gè)交流線路斷路器的斷開(kāi)線路指令、并下達(dá)第i個(gè)換流站切換為控制交流電壓/頻率模式，包括交流恒壓恒頻控制模式以及交流下垂控制模式的指令。

所述步驟(3)多端協(xié)同調(diào)整具體步驟如下：

步驟31.交直流電網(wǎng)運(yùn)行控制系統(tǒng)更新動(dòng)態(tài)運(yùn)行功率數(shù)據(jù)，所述數(shù)據(jù)包含第n個(gè)換流站的pcn，qcn；以及第n個(gè)交流線路的ptn,ac，qtn,ac；以及pdc；

步驟32.以均衡各交流線路負(fù)載率λ為協(xié)同調(diào)度目標(biāo)，忽略換流器運(yùn)行損耗，即：

進(jìn)一步計(jì)算第n個(gè)換流站需要調(diào)節(jié)的功率參考值pcn,ref：

如果pcn,ref＜0，n≠i,n≠j，pcn,ref修正為

如果pcn,ref≥0，n≠i,n≠j，pcn,ref修正為

步驟33.判斷如果則各換流站新功率指令值pcn,newref按比例γ1進(jìn)行調(diào)節(jié)如下：

如果則各換流站新功率指令值pcn,newref按比例γ2進(jìn)行調(diào)節(jié)：

否則各換流站新功率指令值pcn,newref滿足：

步驟34.交直流電網(wǎng)運(yùn)行控制系統(tǒng)下達(dá)各pcn,newref，n≠i,n≠j至第i、j個(gè)換流站以外的對(duì)應(yīng)所有換流站，實(shí)現(xiàn)多端協(xié)同調(diào)整。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于：

(1)本發(fā)明控制方法通過(guò)運(yùn)行能力分析確定直流網(wǎng)控制主站，并通過(guò)主站切換控制快速調(diào)整各換流站的控制模式，保障直流電壓恒定與交流負(fù)荷的穩(wěn)定電力供應(yīng)。進(jìn)一步通過(guò)多端協(xié)同調(diào)整均衡主站切換控制后各換流站交流側(cè)線路負(fù)荷，避免因模式切換出現(xiàn)交流線路或者變壓器重載，有效提升系統(tǒng)的供電能力。

(2)本發(fā)明填補(bǔ)技術(shù)空白，具有廣闊的發(fā)展與應(yīng)用前景。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的面向能源互聯(lián)網(wǎng)的交直流電網(wǎng)的典型結(jié)構(gòu)圖；

圖2為本發(fā)明的面向能源互聯(lián)網(wǎng)的交直流電網(wǎng)運(yùn)行控制方法流程圖；

圖3為本發(fā)明中的運(yùn)行能力分析工作流程圖；

圖4為本發(fā)明中的主站切換控制工作流程圖；

圖5為本發(fā)明中的多端協(xié)同調(diào)整工作流程圖。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，面向能源互聯(lián)網(wǎng)的交直流電網(wǎng)包含交流系統(tǒng)、直流網(wǎng)以及換流站。所述的換流站采用ac/dc雙向變流器，換流站的控制模式包含控制直流母線電壓模式、控制有功/無(wú)功功率模式、控制交流電壓/頻率模式(細(xì)分為典型的交流恒壓恒頻控制模式以及交流下垂控制模式等)。交流系統(tǒng)通過(guò)換流站接入直流網(wǎng)，多個(gè)交流系統(tǒng)通過(guò)直流網(wǎng)互聯(lián)。其中：直流網(wǎng)包括直流負(fù)載、直流斷路器、以及直流線路，其中，直流線路接入換流站的直流側(cè)，直流負(fù)載通過(guò)直流斷路器與直流線路連接。

交流系統(tǒng)包含交流線路、交流斷路器、交流負(fù)載、交流變壓器和交流母線。其中，交流母線通過(guò)交流線路接入交流變壓器，交流負(fù)載通過(guò)交流斷路器與交流線路接入交流母線，并通過(guò)交流斷路器與交流線路接入換流站的交流側(cè)。

如圖2所示，本發(fā)明提出的一種面向能源互聯(lián)網(wǎng)的交直流電網(wǎng)運(yùn)行控制方法步驟如下：

(1)運(yùn)行能力分析

交直流電網(wǎng)中采用控制直流母線電壓模式的換流站(即負(fù)責(zé)控制直流母線電壓的換流站)為主換流站(簡(jiǎn)稱主站)，其在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中承擔(dān)整個(gè)直流網(wǎng)的正常工作，起到關(guān)鍵作用。通過(guò)對(duì)各換流站當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行分析，計(jì)算各自的允許運(yùn)行容量，在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步計(jì)算各自的優(yōu)先權(quán)值，確定最小值對(duì)應(yīng)的換流站為主站。

如圖3所示，運(yùn)行能力分析具體步驟如下：

步驟1.當(dāng)由交直流電網(wǎng)運(yùn)行控制系統(tǒng)產(chǎn)生某換流站主動(dòng)轉(zhuǎn)供或者由系統(tǒng)預(yù)警發(fā)現(xiàn)某交流線路出現(xiàn)異常需要斷開(kāi)交流側(cè)線路時(shí)，轉(zhuǎn)入步驟2。

步驟2.交直流電網(wǎng)運(yùn)行控制系統(tǒng)獲取第n個(gè)換流站以及交流線路變壓器的運(yùn)行數(shù)據(jù)(下標(biāo)n表示換流站編號(hào)的任一值，取值范圍為1～n，n為換流站總數(shù)量即交流線路總數(shù)量)，獲取各自對(duì)應(yīng)的靜態(tài)參數(shù)，包含各個(gè)換流站的額定容量sc1,rated,sc2,rated...scn,rated...scn,rated與安全運(yùn)行負(fù)載率ηc1,ηc2...ηcn...ηcn，包含各個(gè)交流線路變壓器的額定容量st1,rated,st2,rated...stn,rated...stn,rated與安全運(yùn)行負(fù)載率ηt1,ηt2...ηtn...ηtn；以及動(dòng)態(tài)運(yùn)行功率數(shù)據(jù)，包含各換流站交流有功功率pc1,pc2...pcn...pcn，交流無(wú)功功率qc1,qc2...qcn...qcn；以及各個(gè)交流線路的負(fù)荷總有功功率pt1,ac,pt2,ac...ptn,ac...ptn,ac，總無(wú)功功率qt1,ac,qt2,ac...qtn,ac...qtn,ac；以及直流網(wǎng)內(nèi)的直流負(fù)載的總負(fù)荷值pdc。轉(zhuǎn)入步驟3。

步驟3.獲取需要主動(dòng)轉(zhuǎn)供的換流站或者異常交流線路對(duì)應(yīng)的換流站編號(hào)，編號(hào)為i則設(shè)定為第i個(gè)換流站，計(jì)算其他各換流站的運(yùn)行容量(大于零表示功率從交流側(cè)流向直流側(cè)，反之則從直流側(cè)流向交流側(cè))，計(jì)算第n個(gè)換流站的允許正功率、允許負(fù)功率，其中，第n個(gè)換流站的允許正功率用pcn,+表示，第n個(gè)換流站的允許負(fù)功率用pcn,-表示，pcn,-計(jì)算公式為：

并計(jì)算：

如果pcn,maxavaible，n≠i該值小于零，第n個(gè)換流站的允許正功率pcn,+計(jì)算公式為：

pcn,+＝0，n≠i

如果pcn,maxavaible，n≠i該值不小于零，第n個(gè)換流站的允許正功率pcn,+計(jì)算公式為：

pcn,+＝min(pcn,maxavaible,scn,ratedηcn)，n≠i

計(jì)算完畢后，轉(zhuǎn)入步驟4。

步驟4.挑選出第i個(gè)換流站以外且滿足pcn,+＞0，n≠i的所有換流站，形成主站預(yù)選集合，設(shè)定m表示該集合中的換流站編號(hào)的任一值。計(jì)算主站預(yù)選集合中各換流站中的最大安全運(yùn)行負(fù)載s：

s＝max{scm,ratedηcm}

計(jì)算主站預(yù)選集合中第m個(gè)換流站的系數(shù)αm：

計(jì)算主站預(yù)選集合中各換流站的αm中的最大值a：

a＝max{αm}

進(jìn)一步計(jì)算主站預(yù)選集合中第m個(gè)換流站的系數(shù)βm：

計(jì)算主站預(yù)選集合中各換流站的βm中的最大值b：

b＝max{βm}

最后計(jì)算主站預(yù)選集合中各個(gè)換流站的優(yōu)先權(quán)值dm：

選擇主站預(yù)選集合中各換流站的dm中的最小值對(duì)應(yīng)的換流站(假定為第j個(gè)換流站)，確定為主站。

(2)主站切換控制

主站在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中起到關(guān)鍵作用。當(dāng)原本為主站的換流站由于主動(dòng)轉(zhuǎn)換控制模式或者由于系統(tǒng)預(yù)警發(fā)現(xiàn)異常需要切換至控制交流電壓/頻率模式以提供對(duì)交流系統(tǒng)的支撐而不再作為主站時(shí)，需要在其他的換流站中選出主站，以維持系統(tǒng)尤其是直流網(wǎng)的正常運(yùn)行。

如圖4所示，主站切換控制具體步驟如下：

步驟1.交直流電網(wǎng)運(yùn)行控制系統(tǒng)掃描第i個(gè)換流站的控制模式，進(jìn)行判斷：如果為控制直流母線電壓模式的主站，則執(zhí)行步驟2，否則執(zhí)行步驟3：

步驟2.交直流電網(wǎng)運(yùn)行控制系統(tǒng)下達(dá)第j個(gè)換流站切換為控制直流母線電壓模式的主站、并下達(dá)第i個(gè)換流站切換為控制有功/無(wú)功功率模式的非主站，其中，有功功率指定值pci、無(wú)功功率qci維持當(dāng)前數(shù)值，不做改變。執(zhí)行步驟3。

步驟3.交直流電網(wǎng)運(yùn)行控制系統(tǒng)下達(dá)第i個(gè)交流線路斷路器的斷開(kāi)線路指令、并下達(dá)第i個(gè)換流站切換為控制交流電壓/頻率模式(如交流恒壓恒頻控制模式以及交流下垂控制模式等)指令。

(3)多端協(xié)同調(diào)整

當(dāng)主站切換后，系統(tǒng)可能并非運(yùn)行在優(yōu)化狀態(tài)，有些換流站對(duì)應(yīng)的交流線路重載，有些換流站對(duì)應(yīng)的線路輕載，需要通過(guò)各個(gè)換流站之間的功率重新調(diào)整和轉(zhuǎn)移，例如從輕載線路吸收部分功率注入重載線路，均衡主站切換控制后各換流站交流側(cè)線路負(fù)荷，避免因模式切換出現(xiàn)交流線路或者變壓器重載，有效提升系統(tǒng)的供電能力。

如圖5所示，多端協(xié)同調(diào)整具體步驟如下：

步驟1.交直流電網(wǎng)運(yùn)行控制系統(tǒng)更新動(dòng)態(tài)運(yùn)行功率數(shù)據(jù)，包含第n個(gè)換流站的pcn，qcn；以及第n個(gè)交流線路的ptn,ac，qtn,ac；以及pdc。轉(zhuǎn)入步驟2。

步驟2.以均衡各交流線路負(fù)載率λ為協(xié)同調(diào)度目標(biāo)，忽略換流器運(yùn)行損耗，即：

進(jìn)一步計(jì)算第n個(gè)換流站需要調(diào)節(jié)的功率參考值pcn,ref：

如果pcn,ref＜0，n≠i,n≠j，pcn,ref修正為

如果pcn,ref≥0，n≠i,n≠j，pcn,ref修正為

轉(zhuǎn)入步驟3。

步驟3.判斷如果則各換流站新功率指令值pcn,newref按比例γ1進(jìn)行調(diào)節(jié)：

如果則各換流站新功率指令值pcn,newref按比例γ2進(jìn)行調(diào)節(jié)：

否則各換流站新功率指令值pcn,newref滿足：

步驟4.交直流電網(wǎng)運(yùn)行控制系統(tǒng)下達(dá)各pcn,newref，n≠i,n≠j至第i、j個(gè)換流站以外的對(duì)應(yīng)所有換流站，實(shí)現(xiàn)多端協(xié)同調(diào)整。

提供以上實(shí)施例僅僅是為了描述本發(fā)明的目的，而并非要限制本發(fā)明的范圍。本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求限定。不脫離本發(fā)明的精神和原理而做出的各種等同替換和修改，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。