1、第 45 卷 第 2 期国防科技大学学报Vol 45 No 22023 年 4 月JOUNAL OF NATIONAL UNIVESITY OF DEFENSE TECHNOLOGYApr 2023doi:10 11887/j cn 202302004http:/journal nudt edu cn大功率柔性互联设备的有功互济协调控制方法*王洪达1，2，杨曼3，周煜韬1，曹常青1，李霞林2，李志旺2，郭力2(1 海军勤务学院 供应管理系，天津300450;2 天津大学 智能电网教育部重点实验室，天津300072;3 海军勤务学院 海防工程系，天津300450)摘要:针对以常规母联开关互联的交
2、流电网线路变压器容量无法合理利用的问题，提出了依靠由背靠背电压源变流器组成的新型大功率柔性互联装置实现两侧交流电网有功功率互济的协调控制方法。介绍了新型柔性互联装置的拓扑结构与基本的控制原理，为实现两侧线路变压器容量合理的目标制定了一种生成有功功率参考的方法，并基于 PSCAD/EMTDC 搭建了一套仿真算例，对新型柔性互联装置的基本控制与所提出的有功互济的协调控制方法进行了验证。仿真结果表明，在柔性互联装置采用所提方法时能够实现两侧交听语音聊科研与作者互动流线路的有功功率互济，解决了线路变压器容量无法合理分配的问题。关键词:交流电网;柔性互联装置;有功互济;协调控制方法;容量分配中图分类号:
3、TM74文献标志码:A开放科学(资源服务)标识码(OSID):文章编号:1001 2486(2023)02 037 08Coordinated control method of active power cooperation forhigh power flexible interconnected equipmentWANG Hongda1，2，YANG Man3，ZHOU Yutao1，CAO Changqing1，LI Xialin2，LI Zhiwang2，GUO Li2(1 Department of Supply Management，Naval Logistics Acade
4、my，Tianjin 300450，China;2 Key Laboratory of Smart Grid Ministry of Education，Tianjin University，Tianjin 300072，China;3 Department of Coast Defense Engineering，Naval Logistics Academy，Tianjin 300450，China)Abstract:In order to solve the problem that the capacity of line transformer in AC power network
5、 interconnected by conventional bus switchcan not be utilized reasonably，a coordinated control strategy for active power of AC power grid on both sides was proposed，which relies on a newtype of high-power flexible interconnection equipment composed of back-to-back voltage source converter The topolo
6、gical structure and basic controlprinciple of the flexible interconnection equipment were introduced，and a method of generating active power reference was developed to realize thereasonable capacity of the transformers on both sides of the line Moreover，a simulation example was built based on PSCAD/
7、EMTDC to verify thebasic control of the flexible interconnection equipment and the proposed coordinated control method of active power cooperation Simulation resultsshow that when the flexible interconnection equipment adopts the proposed method，the cooperation of active power of AC lines on both si
8、des can berealized，and the problem that the capacity of line transformer can not be allocated reasonably is solvedKeywords:AC power grid;flexible interconnection device;active power cooperation;coordinated control method;capacity allocation随着城市配电网电力需求日益增长，供电的可靠性、安全性与经济性均受到了一定的挑战。在一些异源或多线路并联的系统中，负荷的分
9、配不合理可能会造成单个电源或线路在重载条件下运行1。因此，配电网必须通过良好规划、运行优化或技术设备升级、维护，以消除过载问题、降低电力损耗和改善电压质量等，电力电子设备的出现成为解决此类问题的一大关键2。在配电网优化运行中，智能软开关技术(softnormally open point，SNOP)作为大功率柔性互联装置的一种，由于其良好的可控性，在负荷转供、改善电压质量及运行优化等方面得到了较为广泛的应用3 5。文献 6 针对柔性互联配电网内的SNOP 进行了多种运行模式的控制方法设计，在不同运行模式下分析了功率传输平衡的关系和切换逻辑，依靠 SNOP 的有功传输实现了馈线的负荷均衡;文献
10、7 利用 SNOP 使交流配电网为直流配电网提供惯量支撑，改善了直流电网的运行特*收稿日期:2021 04 25基金项目:天津市自然科学基金资助项目(20JCQNJC00350)作者简介:王洪达(1987)，男，河北沧州人，讲师，博士，E-mail:wanghongda000126 com;杨曼(通信作者)，女，河北承德人，助教，硕士，E-mail:18795851002163 com国 防 科 技 大 学 学 报第 45 卷性;文献 8 探讨了 SNOP 在供电恢复能力上的功能，对比了智能软开关与原始机械开关在供电恢复上的表现，表明了智能软开关在恢复程度、对电网电压和潮流的调节能力等方面的优
11、越性;文献 9 从经济性角度出发，依靠改进的遗传算法对基于 SNOP 交直流主动配电网进行优化，以此降低线路损耗，改善电压越限。在多端交流电网互联时，文献 10利用柔性多状态开关，提出了一种计及关键节点负荷状态的负荷在线转供策略，协调了多条馈线间的功率以及故障区域的紧急转供;文献 11 在短时间尺度上通过引入电压波动迟滞控制实现对 SNOP 输出参考值的动态调整，改善了电压质量，提高了分布式电源的消纳能力。以上文献在理论上多方面探讨了 SNOP 在配电系统诸多领域的作用与价值，文献 12 则阐述了位于北京市延庆区八达岭经济开发区的国内首个多端柔性闭环中压配电网示范工程，介绍了装置的潮流控制策略
12、与三种运行模式，这对后续实际工程的开展具有重要的借鉴意义。从现有的研究与技术中可以看出，智能软开关技术对于配电网的运行改善有着十分重要的作用，对于此类电力电子设备，在未来的电力领域也会逐渐朝着更加先进、更加智能的方向发展。本文的研究对象是双端线路的交流配电网。双端线路的交流配电网在常规母线开关的控制下两侧线路的功率流动是不可控的，解决该问题的思路则是通过电压源换流器(voltage source converter，VSC)替换常规开关，依靠双 VSC 并联的新型柔性互联设备实现对双端线路的柔性互联，进而对功率流动实现控制。在目前针对大功率柔性互联装置的控制方法中，在输电层面采用了诸如 PQ
13、控制 13、下垂控制 14、恒定直流电压控制 15、交流频率和电压控制 16 等一系列的控制方法，若将以上这些方法应用在本文的研究对象中则仅能依靠本地信息来解决本地的功率问题，无法兼顾另外一侧线路的功率过载等极端情况。考虑到在两侧线路中存在功率表等测量仪器，如果能将一端的功率信号传输到 VSC 的定功率控制端，结合两侧变压器的容量比例改变互联装置的有功功率大小，便能实现两侧线路功率的协调控制。为此本文针对此柔性互联设备提出了一种两侧线路有功互济的协调控制策略，解决了单端线路变压器可能过载的问题，进而实现有功功率的合理分配。1系统结构与主要问题在一些集装箱港口区域，供电一般从市电经过 110 k
14、V/10(35)kV 变压器接入，配电系统通常采用 10 kV 或 35 kV 中压配电网络，然后通过该配电网络给港口多个码头供电，接入码头变电房。通常一个码头为保证供电的可靠性，一般会通过两路变压器接入，形成两个独立的 400 V 交流母线。常规下两路交流母线通过母联开关 Switch连接，如图 1 所示。图 1两路交流母线通过母联开关 Switch 连接示意图Fig 1Diagram of the connection of two AC busthrough the bus Switch在图 1 所示的系统中，正常运行情况下，Switch 常开，不并联运行，只有当某路变压器或其上级供电系
15、统出现故障(如 T1支路故障时)，可以通过断开断路器 Break#1 隔离该支路故障，并快速闭合母联开关 Switch，实现负荷的转供。此外，为提高 400 V 交流母线处电压电能质量，可能会配置无功功率补偿装置，例如简单、便宜的装置如电容补偿或者控制能力更强、造价较贵的大功率电力电子装置的静止同步补偿装置(staticsynchronous compensator，STATCOM)。然而，上述系统也存在一些亟待解决的问题:正常运行时，母联开关 Switch 为常开。对于码头供电来说，实际为两路独立的供电回路。当某路的负荷容量接近变压器容量甚至超过该路变压器容量时，在考虑安全裕量的情况下，此时
16、的供电系统是无法为靠岸船只提供全功率电力供应的，但从总的供电能力来讲，两路变压器的容量是足够的。因此，在现有供电结构和运行方式下，变压器容量无法得到合理利用是目前码头供电面临的最重要问题之一。两路所安装的大功率电力电子装置造价高、相互独立，无法解决两个线路变压器容量不合理利用的问题。为解决以上问题，可采用的方案便是采用新型大功率 AC DC AC 背靠背柔性互联电力电子装置对两 400 V 交流母线实施柔性互联，以取代图 1 中两套独立的交流大功率稳压装置，如83第 2 期王洪达，等:大功率柔性互联设备的有功互济协调控制方法图 2所示。图 2新型大功率柔性互联装置示意图Fig 2Diagram of novel high-power flexibleinterconnection device图 2 所示的新型柔性互联装置相比图 1 中独立的大功率电力电子装置的优势如下所示。1)图 2 中的新型大功率柔性互联装置在硬件装备层面仅做了简单改造，即将独立的两套DC AC 变流器的直流侧并联，成本几乎没有任何增加，还可以减小一半的直流母线电容量，能更进一步减小体积。此外，从电力电子装备可靠性