俞拙非, 武 迪, 陳璐瑤, 朱金大, 駱 健, 唐成虹

(1. 國電南瑞科技股份有限公司， 江蘇省南京市 211106； 2. 南瑞集團(tuán)(國網(wǎng)電力科學(xué)研究院)有限公司, 江蘇省南京市 211106)

0 引言

多端直流配電網(wǎng)以柔性直流技術(shù)及配電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)為基礎(chǔ),通過臺(tái)區(qū)間直流互聯(lián)形成多端直流互聯(lián)系統(tǒng),在保障交流負(fù)荷供電可靠性的同時(shí)提供直流負(fù)荷的柔性供電,同時(shí)在分布式能源接入、電能質(zhì)量優(yōu)化提升等方面具有顯著優(yōu)勢,已逐漸成為當(dāng)前配電網(wǎng)形態(tài)及架構(gòu)的重要發(fā)展方向之一。

當(dāng)前直流配電網(wǎng)的調(diào)度技術(shù)研究側(cè)重于配電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)(EMS),未針對(duì)多端直流配電網(wǎng)的區(qū)域分散性進(jìn)行以系統(tǒng)運(yùn)行效率為約束目標(biāo)的優(yōu)化調(diào)度[1-3]。直流配電網(wǎng)的控制技術(shù)則通常借鑒微電網(wǎng)的下垂控制,微電網(wǎng)下垂控制主要針對(duì)就地微電源的輸出功率進(jìn)行下垂控制,使其具備發(fā)電機(jī)工作特性,具備較高可靠性及無需站間通信等優(yōu)勢[4-7]。多端直流配電網(wǎng)通過直流向交/直流負(fù)荷供電,所采用下垂控制的潮流方向與微網(wǎng)相反,需利用空間上分散的配電網(wǎng)總實(shí)時(shí)潮流實(shí)現(xiàn)分布式多端直流配電網(wǎng)的潮流控制,則各臺(tái)區(qū)間通常需要通信有功潮流以得到各站的下垂控制目標(biāo)值。

分散式下垂控制無需任何互聯(lián)通信線,變換器僅使用本地信號(hào)進(jìn)行控制,具有擴(kuò)展性好、可靠性高等優(yōu)點(diǎn),但往往以犧牲電壓、頻率的控制精度作為代價(jià),并且容易受到線路參數(shù)的影響[8]。集中式控制的中央控制器將所有相關(guān)信息進(jìn)行統(tǒng)一處理,因此能夠取得精確的控制效果,但是中央控制器一旦出現(xiàn)故障會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的癱瘓[9]。文獻(xiàn)[10]提出,當(dāng)發(fā)生通信故障后,在原本通過直流互聯(lián)互通的電力系統(tǒng)中將出現(xiàn)信息孤島,在此情況下,調(diào)度中心無法掌握全部電力節(jié)點(diǎn)的信息,若本地控制系統(tǒng)不具備相應(yīng)的后備控制措施,潮流自然平衡,將引發(fā)信息網(wǎng)到電力網(wǎng)的連鎖故障,而目前對(duì)直流配電網(wǎng)中通信故障后控制系統(tǒng)的應(yīng)對(duì)措施研究較少。

本文提出一種適用于多端直流配電網(wǎng)的三級(jí)下垂控制體系,有通信時(shí)采用基于優(yōu)化比例系數(shù)的下垂控制;通信故障時(shí)采用隨機(jī)因子下垂控制;隨機(jī)下垂控制出現(xiàn)有功偏差時(shí)采用基于P-Udc的補(bǔ)償下垂控制。具體如下:有通信時(shí)根據(jù)配電網(wǎng)實(shí)時(shí)潮流總和及優(yōu)化比例系數(shù)生成各臺(tái)區(qū)的有功潮流目標(biāo)值,各臺(tái)區(qū)依據(jù)此目標(biāo)進(jìn)行下垂控制,配電網(wǎng)潮流和需通過臺(tái)區(qū)站間通信獲取。當(dāng)直流配電網(wǎng)中某臺(tái)區(qū)出現(xiàn)通信故障時(shí),利用概率分布抽樣疊加得到基于時(shí)間尺度的負(fù)荷潮流分布,通過查表獲得當(dāng)前時(shí)刻的隨機(jī)負(fù)荷潮流,乘以優(yōu)化比例系數(shù)后得到各臺(tái)區(qū)的隨機(jī)因子并進(jìn)行下垂控制。同時(shí),針對(duì)隨機(jī)因子控制可能出現(xiàn)的功率控制偏差值,各臺(tái)區(qū)直流系統(tǒng)通過檢測各自直流母線側(cè)電壓,基于下垂特性曲線及直流電壓偏差進(jìn)行有功目標(biāo)值的補(bǔ)償控制,從而實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)供電及負(fù)荷用電間的動(dòng)態(tài)平衡及系統(tǒng)穩(wěn)定,進(jìn)而保障各復(fù)雜工況下多端直流配電網(wǎng)的可靠及穩(wěn)定運(yùn)行。

在PSCAD/EMTDC中基于本文控制策略建立了3端直流配電網(wǎng)的仿真模型,進(jìn)行控制器設(shè)計(jì)及控制參數(shù)的優(yōu)化選取,基于有通信工況、單臺(tái)區(qū)通信故障工況、多臺(tái)區(qū)通信故障工況及隨機(jī)因子控制后功率偏差工況進(jìn)行仿真分析。仿真結(jié)果表明,基于所提控制策略的多端直流配電網(wǎng)可實(shí)現(xiàn)有通信時(shí)各站基于優(yōu)化比例系數(shù)的潮流控制、單臺(tái)區(qū)故障時(shí)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行、多臺(tái)區(qū)通信故障時(shí)系統(tǒng)持續(xù)運(yùn)行及存在功率偏差時(shí)潮流的補(bǔ)償控制。通信正常/故障時(shí)均能有效應(yīng)對(duì)突發(fā)性直流負(fù)荷,保持直流配電網(wǎng)在不同工況下的系統(tǒng)穩(wěn)定和動(dòng)態(tài)平衡,實(shí)現(xiàn)各配電臺(tái)區(qū)基于時(shí)間尺度的區(qū)域供電潮流優(yōu)化。

1 多端直流配電網(wǎng)系統(tǒng)調(diào)度

多端直流配電網(wǎng)的典型系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示,各臺(tái)區(qū)通過直流換流站構(gòu)建本臺(tái)區(qū)的直流配電網(wǎng)系統(tǒng),多個(gè)臺(tái)區(qū)通過直流線路實(shí)現(xiàn)區(qū)域直流互聯(lián)。各直流配電網(wǎng)子系統(tǒng)可并列運(yùn)行,針對(duì)區(qū)域內(nèi)突發(fā)性直流負(fù)荷進(jìn)行直流互供,并可實(shí)現(xiàn)直流互聯(lián)系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)度。多端直流配電網(wǎng)易于可再生能源、儲(chǔ)能系統(tǒng)及多類別直流負(fù)載的柔性接入,通過各臺(tái)區(qū)換流站控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)有功潮流的優(yōu)化調(diào)配及無功功率的有效支撐。

圖1 多端直流配電網(wǎng)典型拓?fù)銯ig.1 Typical topology of a multi-terminal DC distribution network

系統(tǒng)調(diào)度是一種以多目標(biāo)優(yōu)化為約束條件的分層分區(qū)調(diào)度技術(shù),是多端直流配電網(wǎng)優(yōu)化及可靠運(yùn)行的關(guān)鍵之一,其調(diào)度系統(tǒng)層級(jí)架構(gòu)見附錄A表A1。通過系統(tǒng)層及站級(jí)層調(diào)度,在維持配電網(wǎng)交/直流側(cè)有功潮流與交/直流電壓穩(wěn)定的基礎(chǔ)上,實(shí)現(xiàn)負(fù)荷優(yōu)化互供、系統(tǒng)損耗降低等多個(gè)優(yōu)化目標(biāo)。

1.1 系統(tǒng)調(diào)度層

在系統(tǒng)層,在充分考慮區(qū)域優(yōu)化運(yùn)行能力的前提下,綜合考慮區(qū)域調(diào)度成本、系統(tǒng)網(wǎng)損及運(yùn)行可靠性等約束條件,通過上層調(diào)度控制系統(tǒng)將各臺(tái)區(qū)收斂到各自優(yōu)化運(yùn)行點(diǎn),保證整體的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性及可靠性等多目標(biāo)最優(yōu)。

各臺(tái)區(qū)借助配電管理系統(tǒng)(DMS)的高級(jí)應(yīng)用軟件對(duì)各臺(tái)區(qū)進(jìn)行配電網(wǎng)潮流計(jì)算、狀態(tài)估計(jì)及負(fù)荷預(yù)測。潮流計(jì)算是狀態(tài)估計(jì)的基礎(chǔ),與傳統(tǒng)配電網(wǎng)潮流計(jì)算不同,由于直流配電網(wǎng)存在大量直流負(fù)荷及分布式電源,需針對(duì)直流負(fù)荷及分布式電源的不同類型建立相應(yīng)模型并確定其節(jié)點(diǎn)類型,在傳統(tǒng)前推回推法、牛頓法及直接法等基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn),使其適應(yīng)直流配電網(wǎng)模型特點(diǎn)。配電網(wǎng)狀態(tài)估計(jì)算法主要有最小二乘估計(jì)法和基于量測變換的傳統(tǒng)狀態(tài)估計(jì)算法,以及基于粒子群算法和遺傳算法的人工智能算法。通過直流配電網(wǎng)狀態(tài)估計(jì)可得各臺(tái)區(qū)交流負(fù)荷狀態(tài),配電變壓器額定容量減去狀態(tài)估計(jì)所得交流負(fù)荷預(yù)測值得出各臺(tái)區(qū)可用容量限值,各臺(tái)區(qū)優(yōu)化比例系數(shù)為各臺(tái)區(qū)可用容量限值與各臺(tái)區(qū)可用容量總和之比,各臺(tái)區(qū)有功目標(biāo)值為潮流總和乘以該臺(tái)區(qū)的優(yōu)化比例系數(shù),可實(shí)現(xiàn)各臺(tái)區(qū)配電潮流的比例優(yōu)化,以及配電變壓器運(yùn)行效率的提升。

1.2 站控調(diào)度層

在站控層,通過有通信下垂控制、無通信隨機(jī)及補(bǔ)償控制,實(shí)現(xiàn)各臺(tái)區(qū)直流系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定及有功優(yōu)化分配,保障系統(tǒng)調(diào)度在站控層的有效執(zhí)行。其控制目標(biāo)包括:①直流電壓的穩(wěn)定,一方面控制各換流站直流輸出電壓波動(dòng)幅度,另一方面需考慮多節(jié)點(diǎn)電壓波動(dòng)均衡性,降低直流聯(lián)絡(luò)線路損耗;②直流功率的優(yōu)化互供,各換流站根據(jù)系統(tǒng)調(diào)度層指令信號(hào),向直流母線輸送功率,實(shí)現(xiàn)互聯(lián)臺(tái)區(qū)的功率互供;③通信故障狀態(tài)下的后備控制,在與系統(tǒng)調(diào)度層通信故障后,能保證區(qū)域穩(wěn)定自治及局部優(yōu)化,應(yīng)對(duì)通信故障狀態(tài)下的隨機(jī)性突發(fā)負(fù)荷,支撐故障恢復(fù)過程的平穩(wěn)過渡。

2 基于優(yōu)化下垂、隨機(jī)因子及補(bǔ)償下垂的控制策略

2.1 控制算法

本文提出的多端直流配電網(wǎng)的控制算法如圖2所示。有通信時(shí)系統(tǒng)層根據(jù)其區(qū)域調(diào)度成本最優(yōu)、系統(tǒng)網(wǎng)損最低、可靠性最優(yōu)等控制目標(biāo)得到各臺(tái)區(qū)的功率指令值,各臺(tái)區(qū)站級(jí)層利用優(yōu)化下垂控制實(shí)時(shí)進(jìn)行系統(tǒng)潮流調(diào)度的動(dòng)態(tài)優(yōu)化;無通信時(shí)所有控制均由站級(jí)層實(shí)現(xiàn),通過基于負(fù)荷群概率分布計(jì)算各通信故障臺(tái)區(qū)的隨機(jī)因子,并且調(diào)整下垂功率目標(biāo)值,從而實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)負(fù)荷功率供電;針對(duì)采用隨機(jī)因子控制時(shí)產(chǎn)生的潮流不平衡和直流電壓偏差,各臺(tái)區(qū)變流站實(shí)時(shí)檢測各自直流側(cè)母線電壓,通過補(bǔ)償下垂控制實(shí)現(xiàn)隨機(jī)因子控制的后備控制,從而實(shí)現(xiàn)直流配電網(wǎng)系統(tǒng)的潮流平衡和直流電壓動(dòng)態(tài)穩(wěn)定。

圖2 直流配電網(wǎng)控制算法Fig.2 Control algorithm of DC distribution network

2.2 通信正常時(shí)優(yōu)化下垂控制策略

通信正常時(shí),通過各臺(tái)區(qū)本地調(diào)度控制器接收各臺(tái)區(qū)的實(shí)時(shí)有功潮流,疊加求和后得到直流配電網(wǎng)的總供電潮流,將該值乘以各臺(tái)區(qū)優(yōu)化比例系數(shù)得到下垂有功控制指令值并送至各臺(tái)區(qū)的下垂控制器,其優(yōu)化下垂控制策略示意圖見附錄A圖A1。各站有功指令值與有功實(shí)時(shí)值的差值乘以各站下垂系數(shù)得到下垂電壓偏差量,疊加直流母線電壓指令值與其采樣值的差值后輸入電壓外環(huán),再通過電流內(nèi)環(huán)及調(diào)制環(huán)得到各臺(tái)區(qū)換流站的控制脈沖[11]。

2.3 通信故障時(shí)多端直流配電網(wǎng)控制策略

當(dāng)直流互聯(lián)的臺(tái)區(qū)中出現(xiàn)通信故障時(shí),直流配電網(wǎng)中各臺(tái)區(qū)劃分為通信正常區(qū)域和通信故障區(qū)域。通信正常配電臺(tái)區(qū)的本地控制器仍保持原優(yōu)化下垂控制,保持基于優(yōu)化比例系數(shù)的下垂控制。通信故障區(qū)域的各臺(tái)區(qū)控制策略采取基于隨機(jī)因子的下垂控制,由隨機(jī)因子得到各臺(tái)區(qū)的有功功率直流電壓下垂信號(hào)見附錄A圖A2,各臺(tái)區(qū)隨機(jī)因子的計(jì)算方法見3.3節(jié)。

2.4 基于直流電壓下垂的補(bǔ)償控制策略

當(dāng)通信故障臺(tái)區(qū)切換至隨機(jī)因子控制后,由于臺(tái)區(qū)輸出有功與實(shí)際負(fù)荷有功需求可能存在偏差,導(dǎo)致直流電壓存在跌落或爬升,因此需針對(duì)電壓的差值進(jìn)行補(bǔ)償控制。根據(jù)電壓跌落比例及下垂特性曲線得到實(shí)現(xiàn)該臺(tái)區(qū)直流電壓穩(wěn)定的有功功率目標(biāo)值,該目標(biāo)值減去當(dāng)前隨機(jī)功率因子得到各臺(tái)區(qū)補(bǔ)償后的有功功率控制指令值,通過該站直流電壓的穩(wěn)定控制維持直流配電網(wǎng)系統(tǒng)有功潮流的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定,其控制器如附錄A圖A3所示。

3 基于負(fù)荷概率分布的隨機(jī)因子算法及仿真驗(yàn)算

3.1 基于負(fù)荷概率分布的隨機(jī)因子算法

直流配電網(wǎng)的隨機(jī)功率因子目標(biāo)值的計(jì)算方法見附錄A圖A4。首先,根據(jù)直流負(fù)荷的類型及特性確定其不同分布函數(shù)的概率函數(shù)及參數(shù),采用概率抽樣法得到單種直流負(fù)荷的投入時(shí)間、持續(xù)時(shí)長,同時(shí)確定單個(gè)負(fù)荷的用電方式及各需求功率,建立單種負(fù)荷的功率分布。在分析不同負(fù)荷相關(guān)指標(biāo)的概率函數(shù)時(shí),需參照統(tǒng)計(jì)調(diào)查數(shù)據(jù)對(duì)相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行概率擬合,提取出其概率函數(shù)后再進(jìn)行抽樣演算。

對(duì)單種負(fù)荷進(jìn)行基于概率分布的抽樣,得到該類型負(fù)荷的單個(gè)負(fù)荷功率,再根據(jù)不同直流負(fù)荷的比例、數(shù)量,得到基于時(shí)間尺度的總負(fù)荷潮流分布。基于交/直流配電方式、潮流控制策略及總負(fù)荷潮流分布得到隨機(jī)功率因子的目標(biāo)值。需要指出的是,不同臺(tái)區(qū)的隨機(jī)功率因子由于其可用配電容量的不同會(huì)存在差異。

3.2 典型負(fù)荷的概率分布函數(shù)及仿真驗(yàn)算

下面分別針對(duì)電動(dòng)汽車開始充電時(shí)間、充電時(shí)長、充電功率等進(jìn)行概率分布分析及仿真驗(yàn)算。

通常用戶在每天最后一次出行結(jié)束后開始充電,結(jié)束時(shí)間即為電動(dòng)汽車的開始充電時(shí)間。根據(jù)美國國家公路交通安全管理局(NHTS)的統(tǒng)計(jì)調(diào)查數(shù)據(jù)對(duì)開始充電時(shí)間進(jìn)行概率函數(shù)擬合,其滿足雙邊正態(tài)分布[12]。設(shè)某典型區(qū)域內(nèi)電動(dòng)汽車為1 000輛,得到一日內(nèi)開始充電時(shí)間的概率分布函數(shù)為式(1),其概率分布見附錄A圖A5。

f(c)=

(1)

式中:μc=17.6;σc=3.4。

電動(dòng)汽車日行駛里程通常決定了電動(dòng)汽車的充電時(shí)長,結(jié)合電動(dòng)汽車百公里機(jī)械特性耗能可得到電動(dòng)汽車的充電時(shí)長。根據(jù)美國交通部的統(tǒng)計(jì)調(diào)查數(shù)據(jù)對(duì)日行駛里程進(jìn)行概率函數(shù)擬合,其滿足對(duì)數(shù)正態(tài)分布[13]。設(shè)某典型區(qū)域內(nèi)電動(dòng)汽車為1 000輛,得到充電時(shí)長的概率分布函數(shù)為式(2),其概率分布見附錄A圖A6。

(2)

式中:μd=3.2;σd=0.88。

3.3 隨機(jī)功率因子計(jì)算流程

本文直流配電網(wǎng)主要針對(duì)電動(dòng)汽車直流負(fù)荷進(jìn)行供電及潮流控制,因此以電動(dòng)汽車為典型直流負(fù)荷。

1)基于概率分布(式(1))抽樣取得某區(qū)域內(nèi)電動(dòng)汽車的開始充電時(shí)間。

2)基于概率分布(式(2))抽樣取得某區(qū)域內(nèi)電動(dòng)汽車的實(shí)際行駛里程。

3)根據(jù)電動(dòng)汽車的實(shí)際行駛里程獲得電動(dòng)汽車初始荷電狀態(tài)S:

(3)

(4)

式中:EC和EN分別為電動(dòng)汽車蓄電池的日耗電量和額定容量;h為單位行駛距離的能耗;η為汽車行駛效率常數(shù)(0.672);d為實(shí)際行駛里程。

4)利用線性差值法,根據(jù)電動(dòng)汽車初始荷電狀態(tài)及荷電狀態(tài)時(shí)間特性確定基于時(shí)間尺度的單個(gè)電動(dòng)汽車充電時(shí)長,以及對(duì)應(yīng)不同充電時(shí)刻的充電功率。電動(dòng)汽車采用先恒流、后恒壓/恒功率的常規(guī)充電方式,其典型充電功率分布為:

(5)

式中:P0為初始充電功率;PN為額定充電功率;α1為充電起始階段差值系數(shù);α2為充電結(jié)束階段差值系數(shù)。

5)利用數(shù)組存儲(chǔ)得到每個(gè)電動(dòng)汽車的充電工況,基于時(shí)間尺度進(jìn)行疊加,可得到典型區(qū)域內(nèi)電動(dòng)汽車負(fù)荷的充電負(fù)荷數(shù)據(jù)(數(shù)組形式),加上區(qū)域內(nèi)其他規(guī)劃負(fù)荷,得到隨機(jī)功率因子的指令值。

4 系統(tǒng)仿真驗(yàn)證

4.1 系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置

為了驗(yàn)證本文提出的基于隨機(jī)因子及偏差補(bǔ)償?shù)亩喽酥绷髋潆娋W(wǎng)自適應(yīng)下垂控制策略的有效性和優(yōu)越性,在PSCAD/EMTDC中構(gòu)建三端電動(dòng)汽車直流負(fù)荷互供系統(tǒng)仿真模型,三臺(tái)區(qū)換流站均采用兩電平電壓源型換流器拓?fù)?交流濾波器采用二階高通濾波器設(shè)計(jì),系統(tǒng)主要仿真參數(shù)見附錄A表A2,其中各臺(tái)區(qū)的優(yōu)化比例系數(shù)為5∶4∶4。

4.2 多端通信正常時(shí)的系統(tǒng)暫穩(wěn)態(tài)運(yùn)行特性

附錄A圖A7為各配電臺(tái)區(qū)通信系統(tǒng)正常時(shí),采用基于配電變壓器容量比例及可用容量限額的下垂控制方法下的各臺(tái)區(qū)有功功率波形。3.2 s時(shí),電動(dòng)汽車負(fù)荷接入臺(tái)區(qū)三直流母線,各臺(tái)區(qū)變壓器輸出功率相應(yīng)增加,臺(tái)區(qū)1輸出功率從125 kW增加到250 kW,臺(tái)區(qū)2和臺(tái)區(qū)3輸出功率相等,分別從100 kW增加到195 kW,優(yōu)化下垂比例系統(tǒng)為5∶3.9∶3.9,基本保持最初優(yōu)化下垂比例系數(shù)。配電變壓器輸出功率按優(yōu)化比例系數(shù)分配突發(fā)性隨機(jī)負(fù)荷,各臺(tái)區(qū)按可用容量限值比例負(fù)荷互供,實(shí)現(xiàn)了各臺(tái)區(qū)的負(fù)載率平衡;5 s時(shí),電動(dòng)汽車負(fù)荷切出,各配電臺(tái)區(qū)變壓器輸出功率相應(yīng)減小。附錄A圖A8為負(fù)載變化過程中各臺(tái)區(qū)直流母線電壓波形,在負(fù)荷功率變化瞬間,直流電壓由于瞬時(shí)功率不平衡出現(xiàn)了一定范圍的波動(dòng),但在直流電壓控制的作用下,各臺(tái)區(qū)的直流電壓在0.1 s內(nèi)均能迅速恢復(fù)穩(wěn)定,與參考值偏差不超過2%,保證了負(fù)荷互供系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。仿真結(jié)果與預(yù)期控制目標(biāo)相符,驗(yàn)證了在各臺(tái)區(qū)通信系統(tǒng)正常情況下,直流電壓—有功功率下垂控制方法能夠保證基于直流組網(wǎng)的電動(dòng)汽車配電臺(tái)區(qū)負(fù)荷互供系統(tǒng)的正常穩(wěn)定運(yùn)行。

4.3 多端通信故障時(shí)的系統(tǒng)暫穩(wěn)態(tài)運(yùn)行特性

為了驗(yàn)證多個(gè)臺(tái)區(qū)同時(shí)通信故障時(shí)控制方法的有效性,仿真工況為:臺(tái)區(qū)1和臺(tái)區(qū)2在3.5 s時(shí)同時(shí)發(fā)生通信系統(tǒng)故障,5 s時(shí),臺(tái)區(qū)3接入另一個(gè)電動(dòng)汽車負(fù)荷。圖3和圖4分別為各臺(tái)區(qū)的有功功率P1,P2,P3及直流電壓Udc1,Udc2,Udc3波形。

圖3 多端通信故障后互供系統(tǒng)有功功率波形Fig.3 Active power waveforms of mutual supply system after multi-terminal communication failure

圖4 多端通信故障后互供系統(tǒng)直流電壓波形Fig.4 DC voltage waveforms of mutual supply system after multi-terminal communication failure

由仿真波形發(fā)現(xiàn),3.5 s時(shí),兩臺(tái)區(qū)同時(shí)通信故障,各臺(tái)區(qū)按其負(fù)荷的概率分布函數(shù)及隨機(jī)因子給出功率指令信號(hào),并根據(jù)直流電壓波動(dòng)調(diào)整隨機(jī)因子,由于此時(shí)功率指令信號(hào)變化幅度較小,直流電壓基本平穩(wěn)而未發(fā)生較大波動(dòng),故未觸發(fā)后備補(bǔ)償控制。5 s時(shí),另一電動(dòng)汽車隨機(jī)負(fù)荷接入后,由于瞬時(shí)功率變化幅值較大,各臺(tái)區(qū)輸出功率從優(yōu)化下垂比例系數(shù)為5∶4∶4瞬間變化為5∶4∶16.8,三臺(tái)區(qū)功率瞬間不平衡,故障臺(tái)區(qū)直流電壓發(fā)生較大幅度跌落,觸發(fā)后備控制,故障臺(tái)區(qū)控制系統(tǒng)根據(jù)跌落幅度進(jìn)行隨機(jī)因子調(diào)整,重新給出本地臺(tái)區(qū)的功率指令值?？梢钥吹?在5 s后各臺(tái)區(qū)的功率隨之爬升,臺(tái)區(qū)1,2,3功率分別增加到250,170,225 kW,達(dá)到新的優(yōu)化下垂比例系數(shù)5∶3.4∶4.5,而各臺(tái)區(qū)直流母線電壓在0.1 s內(nèi)短暫跌落后恢復(fù)穩(wěn)定。

圖5和圖6分別為多端通信故障后未使用后備補(bǔ)償控制的各臺(tái)區(qū)有功功率波形及直流電壓波形。可以看出5 s時(shí),瞬時(shí)功率陡升造成直流側(cè)電壓驟降,由800 V降至720 V,由于未采用后備補(bǔ)償控制,潮流自然平衡,完全由未發(fā)生通信故障臺(tái)區(qū)補(bǔ)償功率偏差,明顯不符合各臺(tái)區(qū)當(dāng)前的負(fù)載情況,直流電壓超出穩(wěn)定范圍,不利于系統(tǒng)穩(wěn)定。通過對(duì)比仿真,驗(yàn)證了本文提出控制方法在多個(gè)臺(tái)區(qū)同時(shí)發(fā)生通信故障時(shí),仍能在一定范圍內(nèi)均衡各臺(tái)區(qū)負(fù)荷并維持直流電壓穩(wěn)定,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)在多臺(tái)區(qū)通信故障下的穩(wěn)定運(yùn)行。

圖5 多端通信故障后未使用后備補(bǔ)償控制時(shí)的有功功率波形Fig.5 Active power waveforms without backup compensation control after multi-terminal communication failure

圖6 多端通信故障后未使用后備補(bǔ)償控制時(shí)的直流電壓波形Fig.6 DC voltage waveforms without backup compensation control after multi-terminal communication failure

5 結(jié)語

本文提出一種基于隨機(jī)因子及優(yōu)化下垂的多端直流配電網(wǎng)控制策略,通過設(shè)計(jì)優(yōu)化比例系數(shù)結(jié)合負(fù)荷潮流分布算法,并設(shè)計(jì)隨機(jī)因子的補(bǔ)償控制目標(biāo)量,實(shí)現(xiàn)了有通信時(shí)各站基于比例系數(shù)的潮流優(yōu)化控制。通信故障時(shí)系統(tǒng)有效持續(xù)運(yùn)行并根據(jù)系統(tǒng)功率偏差實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償控制,通信正常/故障均能有效應(yīng)對(duì)突發(fā)性直流負(fù)荷,保持直流配電網(wǎng)在不同工況下的系統(tǒng)穩(wěn)定和動(dòng)態(tài)平衡,實(shí)現(xiàn)各配電臺(tái)區(qū)基于時(shí)間尺度的區(qū)域供電潮流優(yōu)化。

近年來,配電網(wǎng)發(fā)展趨勢呈現(xiàn)主動(dòng)靈活性特征,以電動(dòng)汽車為代表的多樣化負(fù)荷給配電網(wǎng)的運(yùn)行帶來了新的挑戰(zhàn),本文提出的控制算法可為隨機(jī)負(fù)荷接入配電網(wǎng)的運(yùn)行控制提供借鑒思路。后續(xù)將進(jìn)一步研究不同組網(wǎng)架構(gòu)下的控制策略及通信速率對(duì)本文所提控制策略的影響,搭建試驗(yàn)?zāi)M平臺(tái)對(duì)控制算法進(jìn)行驗(yàn)證優(yōu)化。

本文得到南瑞集團(tuán)科技項(xiàng)目“直流互聯(lián)負(fù)荷轉(zhuǎn)供關(guān)鍵技術(shù)研究”(524606176033)資助,特此感謝!

附錄見本刊網(wǎng)絡(luò)版(http://www.aeps-info.com/aeps/ch/index.aspx)。