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交直流配电网成为未来的发展趋势,然而交直流电压偏差和波动问题愈发突出,一方面,系统中各节点电压偏差较大、整体分布不均匀;另一方面,局部直流和交流节点易受功率波动的影响,导致弱交流网电压稳定性较差、直流电压惯性进一步降低。在此背景下,本文引入柔性多状态开关,提出了一种电压自适应动态控制及稳态优化调控策略,能够在改善电压整体分布的同时提高局部交、直流节点电压的动态稳定性。
本文以基于三端口柔性多状态开关的交直流配电网为研究对象,从电压自适应动态控制和电压稳态优化两个层面开展研究,主要研究成果如下:
1、针对局部交流节点电压稳定性较差的问题,本文首先在分析交流电压扰动对直流电压动态响应和惯性调节过程影响机理的基础上,通过设计电压前馈控制环节有效抑制了扰动作用;其次,考虑弱交流电网调节能力不足,设计了自适应功率补偿控制环节,使得柔性多状态开关能够根据工作点处电压变化量自适应地补偿功率,从而提高电压稳定性。
2、针对局部直流节点电压惯性较低的问题,本文综合考虑直流电压偏差与电压变化率设计了改进的自适应虚拟惯性控制方法,与现有直流虚拟惯性控制策略相比,使得直流系统在受扰程度增加时能够进一步提升直流系统惯性。其次,本文通过建立交直流配电网系统小信号模型分析了控制器主要控制参数变化对交直流系统稳定性的影响,并明确了控制参数的取值范围。
3、为了改善交直流配电网电压整体分布,本文综合考虑配电网电压偏差度和分布均匀度建立了电压优化目标函数,结合交直流潮流约束、柔性多状态开关运行控制约束、电压自适应动态控制约束等约束条件构建了电压优化模型。其次,根据柔性多状态开关的工作状态将其划分为不同的运行场景,并分别设计了求解算法。
4、针对各节点电压偏差较大、整体分布不均匀的问题,在柔性多状态开关额定运行的场景下,通过求解电压优化模型得到端口变流器参考指令值;针对端口变流器原有自适应控制参数难以适应新参考指令值的问题,在柔性多状态开关工作状态变化的场景下,通过对自适应控制参数的联合优化求解得到自适应功率补偿控制参数、自适应虚拟惯性控制参数的优化值,在改善电压分布的同时实现了对动态控制灵活性的提升。
最后,在Matlab/Simulink 中搭建了基于柔性多状态开关的交直流配电网仿真模型,对比分析了系统在不同运行状态下控制效果;在 Optimization Toolbox 中求解交直流配网电压优化模型,通过拓展的IEEE 33节点系统仿真算例分析了系统在不同场景下的优化效果,综合验证了所提调控策略的有效性。
本文以基于三端口柔性多状态开关的交直流配电网为研究对象,从电压自适应动态控制和电压稳态优化两个层面开展研究,主要研究成果如下:
1、针对局部交流节点电压稳定性较差的问题,本文首先在分析交流电压扰动对直流电压动态响应和惯性调节过程影响机理的基础上,通过设计电压前馈控制环节有效抑制了扰动作用;其次,考虑弱交流电网调节能力不足,设计了自适应功率补偿控制环节,使得柔性多状态开关能够根据工作点处电压变化量自适应地补偿功率,从而提高电压稳定性。
2、针对局部直流节点电压惯性较低的问题,本文综合考虑直流电压偏差与电压变化率设计了改进的自适应虚拟惯性控制方法,与现有直流虚拟惯性控制策略相比,使得直流系统在受扰程度增加时能够进一步提升直流系统惯性。其次,本文通过建立交直流配电网系统小信号模型分析了控制器主要控制参数变化对交直流系统稳定性的影响,并明确了控制参数的取值范围。
3、为了改善交直流配电网电压整体分布,本文综合考虑配电网电压偏差度和分布均匀度建立了电压优化目标函数,结合交直流潮流约束、柔性多状态开关运行控制约束、电压自适应动态控制约束等约束条件构建了电压优化模型。其次,根据柔性多状态开关的工作状态将其划分为不同的运行场景,并分别设计了求解算法。
4、针对各节点电压偏差较大、整体分布不均匀的问题,在柔性多状态开关额定运行的场景下,通过求解电压优化模型得到端口变流器参考指令值;针对端口变流器原有自适应控制参数难以适应新参考指令值的问题,在柔性多状态开关工作状态变化的场景下,通过对自适应控制参数的联合优化求解得到自适应功率补偿控制参数、自适应虚拟惯性控制参数的优化值,在改善电压分布的同时实现了对动态控制灵活性的提升。
最后,在Matlab/Simulink 中搭建了基于柔性多状态开关的交直流配电网仿真模型,对比分析了系统在不同运行状态下控制效果;在 Optimization Toolbox 中求解交直流配网电压优化模型,通过拓展的IEEE 33节点系统仿真算例分析了系统在不同场景下的优化效果,综合验证了所提调控策略的有效性。