一種適用于配電網的新分布式潮流控制器拓撲

　　摘要常規分布式潮流控制器(DPFC)需通過3次諧波電流以實現串聯側與系統的有功功率交換，串聯側所在支路首末端分別需△/YN、YN/△聯結型變壓器，因此在配電網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的新DPFC(NDPFC)拓撲;分析NDPFC工作原理，應用配電網典型系統驗證其潮流調節范圍與調控特性;此外，研究NDPFC串并聯側電磁暫態數學模型，為提高魯棒性與控制精度，提出一種采用三環控制的串聯側Ⅰ、Ⅱ控制策略;最后，在不同配電網場景下，通過仿真驗證了NDPFC可實現配電網綜合潮流調控、補償三相不平衡、促進新能源消納，有效地提高了配電網電能質量。

　　關鍵詞：新分布式潮流控制器(NDPFC)三環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濟日益發展，以風能、太陽能為代表的新能源裝機規模快速增加。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雙側隨機性以及線路輸送能力限制[1]，將導致配電網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域電力供給不足、線路傳輸損耗大等問題，甚至降低系統穩定性和可靠性[6]。

　　配電網論文范例：配電網工程施工階段技術研究

　　柔性交流潮流控制技術(FlexibleAlternatingCurrentTransmissionSystems,FACTS)可以優化潮流分布，提高電網電能質量。并聯型FACTS裝置可補償無功功率、穩定母線電壓、提高系統運行穩定性[7-9]，文獻[9]提出了不平衡條件下的星形聯結的鏈式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，應用于配電網可實現線路有功潮流調控、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電壓恢復器以有效提高配電網電能質量，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，但無法實現綜合潮流調控。

　　分布式靜止串聯補償器(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，國內外針對DSSC的控制策略、選址定容、提升系統可靠性等方面進行大量的研究[16-18]。串并聯混合型FACTS裝置有統一潮流控制器(UnifiedPowerFlowController,UPFC)、分布式潮流控制器(DistributedPowerFlowController,DPFC)，均可實現穩定電力系統母線電壓、調節線路綜合潮流、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的應用。

　　常規DPFC兼顧了UPFC的強大功能性和DSSC的高經濟性、靈活性、可靠性等優點，文獻[23-24]分別提出了常規DPFC多目標優化、非線性反饋控制策略，但均需向系統注入3次諧波電流以實現串聯側與系統的有功功率交換，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，并不是所有配電網變壓器類型及中性點接地方式都能滿足常規DPFC的需求。針對以上問題，本文擬提出一種適用于配電網的新型串并聯混合型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，再分析其潮流調節范圍與潮流調控特性，得出NDPFC的電磁暫態數學模型，研究可充分發揮NDPFC性能的相關控制策略，并通過仿真驗證所提NDPFC對現代配電網控制的適應性。

　　1NDPFC拓撲結構與工作原理

　　1.1拓撲結構

　　拓撲結構。需經△/YN聯結的變壓器T1中性點向系統注入3次諧波電流以實現串聯側與系統的有功功率交換[25]，另需YN/△聯結的變壓器T2，以形成3次諧波回路。而中低壓配電網變壓器中性點一般采取不接地或經阻抗接地，且3次諧波電流會增大系統損耗。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次諧波進行串并聯能量交換，更適用于配電網。NDPFC并聯側由并聯變壓器、三相變流器、公共直流電容組成。

　　串聯側分為串聯側Ⅰ與串聯側Ⅱ，其中串聯側Ⅰ為三個共直流側(并聯側公共直流電容)的單相變流器，經三相隔離變壓器串入電力線路;串聯側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數學模型與控制策略

　　本節根據NDPFC拓撲結構推導出并、串聯側數學模型，為提高控制精度，提出并聯側雙環控制策略與串聯側Ⅰ、Ⅱ的三環控制策略。

　　3NDPFC應用于配電網場景仿真研究

　　本文含NDPFC的仿真系統。系統結構參數如下：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并聯側接于節點Ⅰ，串聯側Ⅰ通過三相隔離變壓器串接于線路Ⅰ-Ⅱ上，而串聯側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的分布式潮流控制器拓撲;應用典型配電網系統驗證了其調節特性與調控范圍;提出了串并聯側電磁暫態數學模型與高魯棒性高精度的串聯側三環控制策略，通過NDPFC調控配電網綜合潮流、補償配電網三相不對稱、促進新能源消納的仿真實驗，得出如下結論：

　　1)NDPFC可實現配電網綜合潮流調控，解決潮流阻塞、系統潮流最優調控等問題。2)NDPFC可通過改變每相出力，有效地改善因系統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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