所屬技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及輸配電領(lǐng)域，具體涉及一種分布式電壓和潮流控制方法及其裝置。

背景技術(shù)：

降壓節(jié)能技術(shù)是配電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)節(jié)能的一種重要手段。按照國(guó)家的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，供電電壓的合格范圍一般在-10％～+10％之間，而負(fù)載的功率會(huì)隨著供電電壓的下降而下降。

參見(jiàn)圖1，現(xiàn)有技術(shù)中一般通過(guò)調(diào)整變壓器分接頭，降低整條饋線(xiàn)的電壓，只要末端電壓不低于供電電壓的下限就能夠達(dá)到節(jié)能的效果，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明降壓節(jié)能能夠?qū)崿F(xiàn)顯著降低負(fù)載所消耗的功率。

但現(xiàn)有的降壓節(jié)能技術(shù)存在以下主要的問(wèn)題：

(1)當(dāng)線(xiàn)路潮流增大時(shí)，電壓下降的斜率會(huì)增大，此時(shí)電壓能夠調(diào)節(jié)的范圍很小，節(jié)能效果差；

(2)末端電壓接近供電電壓的下限，裕度很小，當(dāng)電壓低于下限值時(shí)會(huì)影響負(fù)載的正常運(yùn)行；

(3)即使采用了最優(yōu)電壓控制(vvo)，也并不是所有負(fù)載點(diǎn)電壓都是最優(yōu)的；

(4)線(xiàn)路電壓下降會(huì)增大線(xiàn)路的損耗，在某些運(yùn)行條件下，整個(gè)系統(tǒng)的節(jié)能量并不明顯。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種新型的分布式電壓和潮流控制方法，該方法通過(guò)直接在負(fù)載側(cè)安裝電壓和潮流控制設(shè)備，使得所有負(fù)載的電壓運(yùn)行在電壓的最優(yōu)點(diǎn)上，且不受電網(wǎng)電壓波動(dòng)的影響，節(jié)能效果顯著；此外這種方法還可以通過(guò)控制電壓和潮流，實(shí)現(xiàn)需求側(cè)響應(yīng)。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種分布式電壓和潮流控制方法，其特征在于，該方法通過(guò)在負(fù)載側(cè)電壓和潮流控制設(shè)備(dcvr)，來(lái)控制負(fù)載的供電電壓，使得所有負(fù)載的電壓運(yùn)行在電壓最優(yōu)點(diǎn)上，其中所述電壓最優(yōu)點(diǎn)是根據(jù)負(fù)載特性、運(yùn)行狀態(tài)等因素綜合決定的，一般在額定點(diǎn)或者額定點(diǎn)到最低允許電壓之間。

優(yōu)選的，在所述控制方法中，每個(gè)負(fù)載均包括與其對(duì)應(yīng)的降壓變壓器，分布式電壓和潮流控制設(shè)備(dcvr)串聯(lián)在變壓器的低壓側(cè)和負(fù)載之間。

優(yōu)選的，所述電壓和潮流控制設(shè)備為全功率變流器(vsc)，所述全功率變流器的兩端分別接到負(fù)載和電網(wǎng)，網(wǎng)側(cè)變換器用于控制直流電壓的穩(wěn)定，負(fù)載側(cè)變換器用于控制負(fù)載的供電電壓，使得負(fù)載側(cè)的電壓始終在降壓運(yùn)行的最優(yōu)點(diǎn)上。

優(yōu)選的，通過(guò)對(duì)全功率變流器(vsc)采用閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)負(fù)載側(cè)的電壓始終在降壓運(yùn)行的最優(yōu)點(diǎn)上。

優(yōu)選的，所述閉環(huán)控制通過(guò)如下步驟實(shí)現(xiàn)：

(1)通過(guò)鎖相環(huán)pll獲取電網(wǎng)電壓值us和相位θs；

(2)采集負(fù)載側(cè)電壓ul，并對(duì)其進(jìn)行abc/dq變換得到分解到dq軸的電壓，參考電壓uref同樣可以分解到dq軸，采用矢量控制策略，在dq軸上分別對(duì)負(fù)載電壓進(jìn)行閉環(huán)控制，根據(jù)需要，控制器可以是pi控制器，也可以是其他類(lèi)型的控制器；

(3)為了提高控制器的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度，需要加入電流控制環(huán)，將上一步驟輸出作為電流控制環(huán)的給定，電流控制環(huán)的輸出經(jīng)過(guò)調(diào)制之后之間對(duì)變換器的igbt進(jìn)行控制。

優(yōu)選的，采用如下步驟控制直流電壓的穩(wěn)定：

(1)采集vsc的直流電壓udc、電網(wǎng)電壓uabcs和網(wǎng)側(cè)變換器三相電流iabcs；

(2)利用鎖相環(huán)pll和電網(wǎng)電壓uabcs得到電網(wǎng)電壓的相位θs，基于θs將三相電流iabcs變換到dq軸上，分別為ids和iqs；

(3)直流電壓的給定值為將和實(shí)際電壓udc比較之后通過(guò)pi控制器得到了d軸的電流給定將和實(shí)際電流ids比較之后通過(guò)pi控制器再加上相關(guān)耦合項(xiàng)之后得到了變換器輸出的d軸電壓udrs；

(4)利用無(wú)功功率給定構(gòu)成的外環(huán)加上q軸電流iqs構(gòu)成的電流內(nèi)環(huán)得到逆變器輸出的q軸電壓uqrs，udrs和uqrs再經(jīng)過(guò)dq/abc的變換得到變換器輸出電壓的給定值；

(5)逆變器輸出電壓的給定值經(jīng)過(guò)pwm調(diào)理之后直接控制變換器的igbt實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。

優(yōu)選的，所述電壓和潮流控制設(shè)備為統(tǒng)一電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器(upqc)。

優(yōu)選的，所述電壓和潮流控制設(shè)備為統(tǒng)一潮流控制器(upfc)。

優(yōu)選的，所述電壓和潮流控制設(shè)備為動(dòng)態(tài)靜止同步補(bǔ)償器(d-sssc)。

優(yōu)選的，在所述控制方法中，對(duì)于恒阻抗負(fù)載，當(dāng)負(fù)載電壓為v0(標(biāo)幺值)時(shí)，負(fù)載所消耗的功率是p0(標(biāo)幺值)，當(dāng)電壓升高為v0+δv時(shí)，負(fù)載消耗的功率變成：

對(duì)于恒電流負(fù)載，當(dāng)負(fù)載電壓升高時(shí)，負(fù)載消耗的功率變?yōu)椋?/p>

如果負(fù)載是恒功率負(fù)載，電壓變化對(duì)負(fù)載功率沒(méi)有影響。

優(yōu)選的，所述方法還包括如下步驟：使用分布式電壓和潮流控制裝置實(shí)現(xiàn)需求側(cè)響應(yīng)，參與電網(wǎng)的輔助服務(wù)。

優(yōu)選的，由電壓和潮流控制設(shè)備協(xié)同來(lái)完成所述輔助服務(wù)，輔助服務(wù)的指令先發(fā)給中央服務(wù)器，服務(wù)器根據(jù)當(dāng)前每個(gè)負(fù)載的情況計(jì)算出單個(gè)電壓和潮流控制設(shè)備的指令，然后將指令發(fā)給各個(gè)電壓和潮流控制設(shè)備。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提供一種分布式電壓和潮流控制裝置，其特征在于，該裝置包括設(shè)置在負(fù)載側(cè)的電壓和潮流控制設(shè)備，用于控制負(fù)載的供電電壓，使得所有負(fù)載的電壓運(yùn)行在電壓最優(yōu)點(diǎn)上，其中所述電壓最優(yōu)點(diǎn)是根據(jù)負(fù)載特性、運(yùn)行狀態(tài)等因素綜合決定的，一般在額定電壓或者額定電壓到最低允許電壓之間。

優(yōu)選的，所述電壓和潮流控制設(shè)備為全功率變流器(vsc)，所述全功率變流器的兩端分別接到負(fù)載和電網(wǎng)，網(wǎng)側(cè)變換器用于控制直流電壓的穩(wěn)定，負(fù)載側(cè)變換器用于控制負(fù)載的供電電壓，使得負(fù)載側(cè)的電壓始終在降壓運(yùn)行的最優(yōu)點(diǎn)上。

優(yōu)選的，所述電壓和潮流控制設(shè)備為統(tǒng)一電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器(upqc)。

優(yōu)選的，所述電壓和潮流控制設(shè)備為統(tǒng)一潮流控制器(upfc)。

優(yōu)選的，所述電壓和潮流控制設(shè)備為動(dòng)態(tài)靜止同步補(bǔ)償器(d-sssc)。

優(yōu)選的，所述裝置還包括中央服務(wù)器，中央服務(wù)器根據(jù)當(dāng)前每個(gè)負(fù)載的情況計(jì)算出單個(gè)負(fù)載控制器的指令，然后發(fā)給各電壓和潮流控制設(shè)備，然后由多個(gè)電壓和潮流控制設(shè)備協(xié)同完成電壓控制。

本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：(1)該方法直接在負(fù)載側(cè)安裝電壓和潮流控制設(shè)備，使得所有負(fù)載的電壓運(yùn)行在電壓的最優(yōu)點(diǎn)上，不受電網(wǎng)電壓的影響，節(jié)能效果非常明顯；(2)該方法可以通過(guò)控制電壓和潮流，實(shí)現(xiàn)需求側(cè)響應(yīng)；(3)由于電網(wǎng)電壓始終是波動(dòng)的，負(fù)載供電電壓一般都在額定電壓的100％～110％之間，如果不采用分布式電壓和潮流控制裝置，負(fù)載的供電電壓也是波動(dòng)的，超出額定電壓之上的電壓會(huì)帶來(lái)額外的功率損耗，采用分布式電壓和潮流控制裝置之后，就不存在這部分損耗了。

附圖說(shuō)明

圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)中的一種傳統(tǒng)降壓節(jié)能系統(tǒng)的框圖；

圖2示出了本發(fā)明的一種分布式電壓和潮流控制方法的流程圖；

圖3示出了本發(fā)明的一種分布式電壓和潮流控制系統(tǒng)的示意框圖；

圖4示出了本發(fā)明的一種分布式電壓和潮流控制系統(tǒng)的協(xié)同控制的框圖。

圖5示出了本發(fā)明的一種以全功率變流器(vsc)作為電壓和潮流控制設(shè)備(dcvr)的實(shí)施方式；

圖6進(jìn)一步示出了圖5中的一種以全功率變流器(vsc)作為電壓和潮流控制設(shè)備(dcvr)的控制框圖；

圖7示出了本發(fā)明的以統(tǒng)一電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器(upqc)作為電壓和潮流控制設(shè)備(dcvr)的實(shí)施方式；

圖8示出了本發(fā)明的一種以統(tǒng)一潮流控制器(upfc)作為電壓和潮流控制設(shè)備(dcvr)的實(shí)施方式；

圖9示出了本發(fā)明的一種以動(dòng)態(tài)靜止同步補(bǔ)償器(d-sssc)作為電壓和潮流控制設(shè)備(dcvr)的實(shí)施方式。

具體實(shí)施方式

圖2示出了一種分布式電壓和潮流控制方法的流程圖，該方法包括如下步驟：

s1.為每個(gè)負(fù)載配置電壓和潮流控制設(shè)備；

s2.通過(guò)電壓和潮流控制設(shè)備控制負(fù)載的供電電壓，使得所有負(fù)載的電壓運(yùn)行在電壓最優(yōu)點(diǎn)上。

其中所述電壓最優(yōu)點(diǎn)是根據(jù)負(fù)載特性、運(yùn)行狀態(tài)等因素綜合決定的，一般在額定電壓或者額定電壓到最低允許電壓之間。

圖3示出了本發(fā)明的一種分布式電壓和潮流控制系統(tǒng)的示意框圖，該系統(tǒng)包括：多個(gè)負(fù)載，與多個(gè)負(fù)載對(duì)應(yīng)的變壓器，每個(gè)變壓器和負(fù)載之間均對(duì)應(yīng)設(shè)置有電壓和潮流控制設(shè)備(dcvr)。

由于電網(wǎng)電壓始終是波動(dòng)的，負(fù)載供電電壓一般都在額定電壓的100％～110％之間，超出額定電壓之上的電壓會(huì)帶來(lái)額外的功率損耗，采用分布式電壓和潮流控制裝置之后，可以使得這部分損耗消失，降低負(fù)載消耗功率的原理如下：

對(duì)于恒阻抗負(fù)載，當(dāng)負(fù)載電壓為v0(標(biāo)幺值)時(shí)，負(fù)載所消耗的功率是p0(標(biāo)幺值)，當(dāng)電壓升高為v0+δv時(shí)，負(fù)載消耗的功率變成：

對(duì)于恒電流負(fù)載，當(dāng)負(fù)載電壓升高時(shí)，負(fù)載消耗的功率變?yōu)椋?/p>

如果負(fù)載是恒功率負(fù)載，電壓變化對(duì)負(fù)載功率沒(méi)有影響，因此降壓節(jié)能的效果還取決于負(fù)載的種類(lèi)和組成。

此外，根據(jù)電網(wǎng)的需要，分布式電壓和潮流控制裝置還可以實(shí)現(xiàn)需求側(cè)響應(yīng)，參與電網(wǎng)的輔助服務(wù)，輔助服務(wù)包括調(diào)峰、調(diào)頻、備用容量等。

加入了分布式電壓和潮流控制裝置之后，負(fù)載的電壓就不再隨電網(wǎng)電壓的變化而變化，而控制電壓就可以在一定范圍內(nèi)控制負(fù)載的功率，因此當(dāng)電網(wǎng)需要的情況下，可以通過(guò)電壓的控制，降低或者提高負(fù)載功率，實(shí)現(xiàn)需求側(cè)響應(yīng)。

當(dāng)然，當(dāng)單個(gè)負(fù)載的容量太小時(shí)，很難直接參與輔助服務(wù)。在實(shí)際應(yīng)用中可以由電壓和潮流控制設(shè)備協(xié)同來(lái)完成的。協(xié)同完成的一種具體實(shí)施方式可參見(jiàn)附圖4，輔助服務(wù)的指令先發(fā)給中央服務(wù)器，服務(wù)器根據(jù)當(dāng)前每個(gè)負(fù)載的情況計(jì)算出單個(gè)負(fù)載控制器的指令，然后發(fā)給各個(gè)電壓和潮流控制設(shè)備(dcvr)，由多個(gè)電壓和潮流控制設(shè)備(dcvr)協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)負(fù)載潮流和電壓的控制。

參見(jiàn)圖5，以全功率變流器(vsc)為例來(lái)說(shuō)明分布式電壓和潮流控制的具體實(shí)施。vsc的兩端分別接到負(fù)載和電網(wǎng)，連接電網(wǎng)側(cè)的變換器稱(chēng)為網(wǎng)側(cè)變換器，主要用來(lái)控制直流電壓的穩(wěn)定；連接負(fù)載側(cè)的變換器稱(chēng)為負(fù)載側(cè)變換器，主要用于來(lái)控制負(fù)載的供電電壓，使得負(fù)載側(cè)的電壓始終在降壓運(yùn)行的最優(yōu)點(diǎn)上。由于采用了ac/dc/ac變換，使得電網(wǎng)側(cè)和負(fù)載側(cè)完全隔離，通過(guò)電壓閉環(huán)控制就可以控制負(fù)載電壓在任意的設(shè)定點(diǎn)上

參見(jiàn)圖5，所述閉環(huán)控制通過(guò)如下步驟實(shí)現(xiàn)：

(1)通過(guò)鎖相環(huán)pll獲取電網(wǎng)電壓值us和相位θs；

(2)采集負(fù)載側(cè)電壓ul，并對(duì)其進(jìn)行abc/dq變換得到分解到dq軸的電壓，參考電壓uref同樣可以分解到dq軸，采用矢量控制策略，在dq軸上分別對(duì)負(fù)載電壓進(jìn)行閉環(huán)控制，根據(jù)需要，控制器可以是pi控制器(比例積分調(diào)節(jié))，也可以是其他類(lèi)型的控制器；

(3)為了提高控制器的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度，需要加入電流控制環(huán)，將上一步驟輸出作為電流控制環(huán)的給定，電流控制環(huán)的輸出經(jīng)過(guò)調(diào)制之后之間對(duì)變換器的igbt進(jìn)行控制。

這樣既可以滿(mǎn)足負(fù)載的優(yōu)質(zhì)供電電壓要求，又可以達(dá)到很好的節(jié)能效果。當(dāng)電網(wǎng)電壓低于最低供電電壓時(shí)，負(fù)載側(cè)變換器還能夠通過(guò)在直流上加裝儲(chǔ)能環(huán)節(jié)，采用上面相同的控制策略，即可控制負(fù)載側(cè)變換器的輸出電壓，保持供電電壓在合格的范圍之內(nèi)。

圖6給出了以全功率變流器(vsc)作為電壓和潮流控制設(shè)備(dcvr)這一實(shí)施方式的具體控制框圖。電網(wǎng)側(cè)變換器和負(fù)載側(cè)變換器都采用矢量控制策略，主要的功能模塊包括：用于檢測(cè)電網(wǎng)側(cè)電壓相位的pll鎖相環(huán)、pi控制器(以pi為例，根據(jù)實(shí)際情況需要可以采用其他類(lèi)型的控制器)、坐標(biāo)變換模塊(abc/dq變換和dq/abc變換器)、比較器等。通過(guò)矢量控制可以保持各個(gè)給定量(包括直流電壓、網(wǎng)側(cè)無(wú)功功率、負(fù)載電壓的d軸分量、負(fù)載電壓的q軸分量)達(dá)到設(shè)定值，以直流電壓udc為例說(shuō)明如下：

(1)采集vsc的直流電壓udc、電網(wǎng)電壓uabcs和網(wǎng)側(cè)變換器三相電流iabcs。

(2)利用鎖相環(huán)pll和電網(wǎng)電壓uabcs得到電網(wǎng)電壓的相位θs?；讦萻將三相電流iabcs變換到dq軸上，分別為ids和iqs。

(3)直流電壓的給定值為將和實(shí)際電壓udc比較之后通過(guò)pi控制器得到了d軸的電流給定將和實(shí)際電流ids比較之后通過(guò)pi控制器再加上相關(guān)耦合項(xiàng)之后得到了變換器輸出的d軸電壓udrs。

(4)類(lèi)似地利用無(wú)功功率給定構(gòu)成的外環(huán)加上q軸電流iqs構(gòu)成的電流內(nèi)環(huán)得到逆變器輸出的q軸電壓uqrs，udrs和uqrs再經(jīng)過(guò)dq/abc的變換得到變換器輸出電壓的給定值。

(5)逆變器輸出電壓的給定值經(jīng)過(guò)pwm調(diào)理之后直接控制變換器的igbt實(shí)現(xiàn)了閉環(huán)控制。

負(fù)載側(cè)變換器同樣采用類(lèi)似的矢量控制策略，在此不再贅述。

圖7、圖8和圖9分別給出了采用統(tǒng)一電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器(upqc)、統(tǒng)一潮流控制器(upfc)和動(dòng)態(tài)靜止同步補(bǔ)償器(d-sssc)作為分布式電壓和潮流控制設(shè)備的實(shí)施方式，該三種實(shí)施方式的控制方法和全功率變流器(vsc)類(lèi)似，但與全功率變流器(vsc)直接控制負(fù)載側(cè)電壓不同的是，統(tǒng)一電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器(upqc)、統(tǒng)一潮流控制器(upfc)和動(dòng)態(tài)靜止同步補(bǔ)償器(d-sssc)是通過(guò)控制串聯(lián)側(cè)變換器來(lái)控制串聯(lián)變壓器副邊的電壓，從而控制串聯(lián)變壓器原邊的電壓，實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)載電壓的控制。統(tǒng)一電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器(upqc)、統(tǒng)一潮流控制器(upfc)和動(dòng)態(tài)靜止同步補(bǔ)償器(d-sssc)作為分布式電壓和潮流控制設(shè)備時(shí)，采用的控制策略可以參照全功率變流器(vsc)的控制策略，在此不再贅述。

以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說(shuō)明。對(duì)于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，做出若干等同替代或明顯變型，而且性能或用途相同，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。