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

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

2、中低壓配電網故障，配電網是提高供電可靠性的關鍵環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)配電網一般遵循“閉環(huán)設計、開環(huán)運行”的原則，即使采用配網自動化等手段，依然無法解決負荷轉供引起的短時停電；單電源配電環(huán)網配備差動保護技術，能夠解決饋線故障引起的停電，但無法應對電源側故障的影響；若采用雙電源配電環(huán)網，能夠同時應對電源側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)功率過大導致的兩側電源出力不均甚至功率倒送問題，而傳統(tǒng)的配電網潮流控制手段存在著調節(jié)次數、

3、調節(jié)連續(xù)性等方面的弊端，無法及時有效保證配電環(huán)網的潮流控制效果。隨著現代電力電子技術與先進控制理論的發(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)中得到了成功應用，憑借其強大的潮流控制能力，能夠有效提高系統(tǒng)運行穩(wěn)定性、增強輸電能力。若將其應用到配電網解決閉環(huán)運行潮流控制問題，技術上不存在難點，但需突破UPFC應用的經濟性瓶頸。功率半導體技術的發(fā)展使得電力電子設備單位容量成

4、本不斷下降；且配電環(huán)網電壓等級低、潮流調節(jié)量有限，所需UPFC容量較?。辉僬?，停電對敏感負荷的損失巨大，用戶關注的不僅僅是用電成本而更為關鍵的是停電損失，諸多因素均為UPFC應用到配電網創(chuàng)造了條件。
　　 本文從社會經濟發(fā)展對提高供電可靠性的內在需求出發(fā)，以解決短時停電為核心目標，分別針對中低壓自愈配電環(huán)網及其潮流控制技術進行研究。提出了基于中壓雙電源配電環(huán)網的故障無縫自愈供電系統(tǒng)實現方案，為保證環(huán)網穩(wěn)定運行，利用UPFC對環(huán)網

5、潮流進行控制，并著重對基于UPFC的中壓配電環(huán)網潮流優(yōu)化控制方法進行研究，以確保UPFC應用的經濟性；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行了相關試驗。具體研究內容如下：
　　 (1)中壓雙電源配電環(huán)網故障無縫自愈供電系統(tǒng)實現方法的研究。通過分析短時停電產生的原因以及傳統(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)網故障無縫自愈供電系統(tǒng)實現方案，并與傳統(tǒng)短時停電

6、解決措施進行了技術經濟性對比；給出了該供電系統(tǒng)的構成環(huán)節(jié)與關鍵實現技術，主要包括環(huán)網潮流控制技術與快速自愈保護算法兩部分，而前者是確保系統(tǒng)穩(wěn)定運行的前提。
　　 (2)基于UPFC的中壓雙電源配電環(huán)網潮流優(yōu)化控制策略的研究。在分析中壓配電環(huán)網潮流分布特征的基礎上，得出了配電環(huán)網與輸電網潮流控制機理之間的區(qū)別，給出了選擇UPFC進行配電環(huán)網潮流控制的原因；為突破UPFC在中壓配電網中應用的經濟性瓶頸，在滿足系統(tǒng)功率調節(jié)要求的前提下

7、，分別提出了基于UPFC輸出串聯補償電壓最小、串聯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的應用經濟性，建模仿真結果證明了三種優(yōu)化方法的有效性。
　　 (3)基于UPFC的中壓配電環(huán)網最優(yōu)潮流控制策略的研究。推導出雙電源配電環(huán)網中考慮網絡損耗與節(jié)點電壓偏差的最優(yōu)潮流控制模型，并將該控制策略應用于含分布式電源的配電環(huán)網，仿真結果表明，網絡損耗與節(jié)點電壓能夠得到進一步改善；為提高UPFC的經濟性

8、，構建了網絡損耗、節(jié)點電壓偏差與UPFC實現成本隸屬函數，通過分配不同權值建立了潮流綜合優(yōu)化控制模型，實現了系統(tǒng)優(yōu)化運行與UPFC應用經濟性的有機結合；并對上述兩種控制模型下的UPFC經濟性進行了對比。
　　 (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狀網絡的構成及其在提高供電可靠性方面的優(yōu)勢；推導出多個電源并供時各自的出力表達式，得到了電源出力與電壓差、系統(tǒng)等值阻抗、低壓負荷等諸多因素之間

9、的關系，分析了導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在低壓母線側進行潮流控制以均衡各電源出力的方法；針對系統(tǒng)參數未知情況，提出了基于擾動信號的阻抗參數在線辨識潮流優(yōu)化控制方法，給出了參數辨識與潮流控制一體化實現流程；為使退出并供的電源能夠及時滿足并供操作條件，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)低壓側繼電保護與基于UPFC的潮流控制之間的協調配合原則，以確保系統(tǒng)故障時UPFC能夠主動配合

10、繼電保護動作，及時實現故障隔離；電源恢復正常后，UPFC能夠主動進行電壓控制，以確保待并入電源及時實現并供運行。
　　 (5)基于UPFC的潮流控制試驗系統(tǒng)開發(fā)。結合實驗室現有條件，設計開發(fā)了基于UPFC的物理試驗系統(tǒng)，并針對低壓多源并供點狀網絡進行了穩(wěn)態(tài)潮流控制和并供操作電壓控制試驗，初步試驗結果表明，該方式能夠有效均衡電源出力、靈活控制并供操作點電壓；且利用較小的UPFC容量即可實現大范圍的系統(tǒng)潮流調節(jié)，并具有較高的調節(jié)精度