交直流配电网的控制策略研究

发布时间：2020-08-19 12:08

【摘要】：配电网是电力系统中的重要组成部分,也是用户从电网中获取电能的关键。交流系统以结构简单、技术成熟等优势在配电中占主导地位;但随着分布式电源的发展及直流负荷的快速增长,传统交流配电的局限性逐步表现出来。于是相关学者提出了交直流配电网的概念,其以符合能源互联网的发展需求,并具备电能质量高、电能损耗低、可控性好等优势而受到广泛的关注。在此背景下,以两端供电型的交直流配电网为研究对象,提出了一种新型的优化控制策略,使得系统在正常及故障状态下均具有较好的控制效果。首先,介绍了几种常见交直流配电网的拓扑结构,并从供电可靠性、电能质量等几个方面对其进行分析。建立了两端供电型配电网的拓扑结构及各单元的数学模型;进一步建立了以系统总电能损耗和电压偏差最小为优化目标的优化调度模型。其次,针对传统主从控制及对等控制的特点,提出了一种基于不同时间尺度的分层控制,将两种控制的优点结合起来。在较短时间尺度内,第1层控制协调系统中各换流站共同为直流子网提供电压支撑;第2层通过切换储能系统的控制策略以减小系统在恶劣运行状态下的电压偏差;在较长时间尺度内,第3层优化调度系统通过最优潮流计算为下层控制提供优化调度指令,使得系统稳定时运行于最优状态。另外分析了在系统运行状态改变时,各层控制之间的协调配合及相互影响。最后,分别对系统正常运行、调度故障和直流断线故障进行仿真,验证本文控制方法的有效性。通过分析系统运行状态改变时各可控单元控制策略的切换及输出功率的调整,并与传统控制策略的仿真结果进行对比,可知:本文控制一方面能改善系统运行状态且对通讯要求较低;另一方面在发生调度故障和直流断线故障运行时,系统也能稳定地运行。
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM721
【图文】：

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图 1-1 芬兰 Elenia Oy 公司交直流配电线路典型结构图2006 年，日本大阪大学设计基于双极型结构的交直流混合微电网，将±170V的直流母线经换流器接到 230V 交流电网，在直流侧并入光伏电池及储能系统[8]，并对其特性进行了研究，其拓扑结构如图 1-2 所示。韩国政府专门成立了智能微电网研究中心，2007 年由明知大学牵头准备搭建起直流微电网，主要研发直流电分配、功率变换器和控制通讯三个方面。

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华北电力大学硕士学位论文即插即用。图 1-1 芬兰 Elenia Oy 公司交直流配电线路典型结构图2006 年，日本大阪大学设计基于双极型结构的交直流混合微电网，将±170V的直流母线经换流器接到 230V 交流电网，在直流侧并入光伏电池及储能系统[8]，并对其特性进行了研究，其拓扑结构如图 1-2 所示。韩国政府专门成立了智能微电网研究中心，2007 年由明知大学牵头准备搭建起直流微电网，主要研发直流电分配、功率变换器和控制通讯三个方面。

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目前交流系统发展比较成熟，但交直流配电网发展较为缓慢，其主要原因是交直流变电设备、保护装置、最优潮流、控制策略等方面的研究存在着不足。各部分分析如下：1）直流断路器：断路器是将电网和故障部分隔开的必要设备，其在保护配电网稳定运行、限制系统过负荷等方面起着关键作用。如今交流断路器技术较为成熟，其原理为在电流过零点时使用断路器切除线路，同时配合着灭弧装置使得线路隔开时不发生过电压、击穿、放电等现象。但直流系统在运行时有别于交流系统，其电流在运行时方向不变，无法使用类似于交流系统的隔离方法，且系统中感性元件所储存的能量增加了线路断开的难度。为了解决这些问题，未来直流断路器的研究重点主要在于：1）断开电流时熄灭电弧；2）抑制线路断开时感性元件产生的过电压，同时吸收感性原件储存的能量[19]。ABB 公司已研制出混合式的直流断路器[20]，其主要由快速机械隔离开关（UFD）；负载转换开关（LCS）；主断路器（MCB）；残余电流断路器（RCB）；限流电抗器（R）；控制保护系统（C&P）六部分串联组成。其拓扑结构如图 1-3 所示。

【参考文献】