多端柔性直流配電網(wǎng)的分層控制策略設(shè)計(jì)

馬秀達(dá),康小寧,李少華,2,蔣帥,屈小云,張超

(1.西安交通大學(xué)電氣工程學(xué)院,710049,西安;2.許繼集團(tuán)有限公司,461000,河南許昌)

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多端柔性直流配電網(wǎng)的分層控制策略設(shè)計(jì)

馬秀達(dá)1,康小寧1,李少華1,2,蔣帥1,屈小云1,張超1

(1.西安交通大學(xué)電氣工程學(xué)院,710049,西安;2.許繼集團(tuán)有限公司,461000,河南許昌)

為了解決直流配電網(wǎng)中通信過程的信息傳遞以及優(yōu)化調(diào)度與分散控制的協(xié)調(diào)問題,針對(duì)含有多類型分布式電源、換流站、儲(chǔ)能裝置和交直流負(fù)荷的直流配電網(wǎng),設(shè)計(jì)了一種基于不同時(shí)間尺度的分層控制策略。在較短時(shí)間尺度內(nèi),第1層控制通過主從控制實(shí)現(xiàn)直流系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)模式下的平穩(wěn)運(yùn)行;在較長(zhǎng)時(shí)間尺度內(nèi),第2層控制通過模式切換或調(diào)整聯(lián)絡(luò)線功率實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)在惡劣運(yùn)行條件下的2次電壓恢復(fù);能量?jī)?yōu)化調(diào)度系統(tǒng)作為第3層控制,以新能源最大接納和網(wǎng)損最小作為優(yōu)化目標(biāo),通過最優(yōu)潮流計(jì)算為系統(tǒng)下一層提供運(yùn)行指令。通過PSCAD/EMTDC的仿真驗(yàn)證表明:當(dāng)發(fā)生新能源功率或負(fù)荷波動(dòng)時(shí),通過主從控制模式可迅速實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)平穩(wěn)控制;當(dāng)主換流站短時(shí)退出運(yùn)行時(shí),通過聯(lián)絡(luò)線功率調(diào)整可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)2次電壓恢復(fù)。該分層控制策略信息傳遞明確,實(shí)現(xiàn)了優(yōu)化調(diào)度與分散控制的協(xié)調(diào)配合,在各種工況下均能保證系統(tǒng)的可靠經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

直流配電網(wǎng);分層控制;分布式電源;能量?jī)?yōu)化調(diào)度

多端柔性直流配電網(wǎng)因采用可關(guān)斷電力電子器件以及脈寬調(diào)制策略,使其具有卓越的靈活性和可控性,從而具備了柔性的特點(diǎn)。相比于交流配電網(wǎng),直流配電網(wǎng)在方便新能源接入、提高輸送容量及保證供電質(zhì)量等方面有著巨大的經(jīng)濟(jì)技術(shù)優(yōu)勢(shì)。隨著電力電子器件技術(shù)的不斷成熟,其實(shí)現(xiàn)成本也將不斷降低,在未來將擁有廣闊的應(yīng)用前景[1-4]。

直流配電網(wǎng)中含有分布式電源(DG)、交直流負(fù)載、儲(chǔ)能以及并網(wǎng)換流器,如何實(shí)現(xiàn)各單元之間的協(xié)調(diào)控制是直流配電網(wǎng)運(yùn)行控制的關(guān)鍵技術(shù)之一。多端柔性直流輸電系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制策略一般分為主從控制、電壓下降控制和電壓偏差控制3類:主從控制策略[5]原理清晰,但對(duì)換流站的通信要求較高;電壓下降控制策略[6]利用多個(gè)換流站共同協(xié)調(diào)有功平衡以控制直流電壓,但難以實(shí)現(xiàn)潮流的自由控制;直流電壓偏差控制策略[7]從換流站通過檢測(cè)直流電壓變化而動(dòng)作,可實(shí)現(xiàn)定有功控制模式與定直流電壓控制模式之間的自動(dòng)轉(zhuǎn)換,文獻(xiàn)[8]將該方法進(jìn)行了改進(jìn)并應(yīng)用于直流微網(wǎng)中,各電力電子器件通過檢測(cè)直流電壓變化選擇動(dòng)作方式。

目前,多端柔性直流輸電系統(tǒng)采用有通信要求的集中控制和無通信要求的分散控制兩類。其中,集中控制受通信速度限制,不適用于各單元分布較為分散的直流配電網(wǎng);分散控制基于本地信息量實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行控制,但未考慮到系統(tǒng)整體運(yùn)行優(yōu)化要求。借鑒交流電網(wǎng)3次調(diào)頻技術(shù),文獻(xiàn)[9]提出了交直流微電網(wǎng)的分層控制策略,其中直流微電網(wǎng)采用1次電壓下降控制、2次電壓恢復(fù)控制及3次聯(lián)絡(luò)線電流控制的分層控制策略,利用分散控制與集中控制相結(jié)合的分層控制,既能滿足各單元就地響應(yīng)要求,又便于對(duì)直流微電網(wǎng)中的各單元進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度。但是,文獻(xiàn)[9]中的3次控制并未考慮系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)調(diào)度以及上下層控制之間的協(xié)調(diào)問題。

為有效解決通信過程中的信息傳遞以及優(yōu)化調(diào)度與分散控制的協(xié)調(diào)問題,本文提出了直流配電網(wǎng)的分層控制策略。第1層控制和第2層控制基于本地信息量實(shí)現(xiàn)直流電壓控制,第3層控制通過最優(yōu)潮流計(jì)算給出最優(yōu)調(diào)度方案。為驗(yàn)證本文方法對(duì)直流配電網(wǎng)的有效控制,基于PSCAD/EMTDC建立直流配電網(wǎng)的仿真模型,并對(duì)不同運(yùn)行工況下的系統(tǒng)進(jìn)行仿真研究。

1 不同時(shí)間尺度的分層控制體系

在實(shí)現(xiàn)直流配電網(wǎng)運(yùn)行平穩(wěn)的前提下,為實(shí)現(xiàn)新能源最大出力、降低網(wǎng)損和儲(chǔ)能裝置損耗等功能,建立直流配電網(wǎng)的多層級(jí)控制系統(tǒng),包括各換流器內(nèi)部的控制系統(tǒng)、多端協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)以及能量?jī)?yōu)化調(diào)度系統(tǒng)。以一個(gè)包含主、從換流站,風(fēng)光儲(chǔ)系統(tǒng)以及交直流負(fù)荷的環(huán)形直流配電網(wǎng)為例,分層控制框架如圖1所示,主要包括如下結(jié)構(gòu)。

圖1 直流配電網(wǎng)的分層控制體系

(1)第1層控制:通過主從控制維持系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)。運(yùn)行指令由能量?jī)?yōu)化調(diào)度系統(tǒng)給出,各單元內(nèi)部控制系統(tǒng)在ms級(jí)內(nèi)實(shí)現(xiàn)該運(yùn)行指令。風(fēng)機(jī)和光伏電池運(yùn)行于最大功率跟蹤(MPPT)模式[10-11],蓄電池通過削峰填谷與分布式電源組成功率可控源。

(2)第2層控制:利用換流站、分布式電源和儲(chǔ)能系統(tǒng)的配合實(shí)現(xiàn)2次電壓恢復(fù)。各單元通過檢測(cè)直流電壓變化,將動(dòng)作指令下達(dá)至第1層控制,進(jìn)行模式切換,調(diào)整s級(jí)的功率波動(dòng),實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行。

(3)第3層控制:根據(jù)最優(yōu)潮流計(jì)算給出第1層控制的調(diào)度指令,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的能量?jī)?yōu)化調(diào)度。將直流配電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)、預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)以及儲(chǔ)能裝置的荷電狀態(tài)(SOC)等數(shù)據(jù)輸入能量?jī)?yōu)化調(diào)度系統(tǒng),在min級(jí)的優(yōu)化區(qū)間長(zhǎng)度內(nèi)進(jìn)行最優(yōu)潮流計(jì)算,得到系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的優(yōu)化指令,實(shí)現(xiàn)技術(shù)與經(jīng)濟(jì)的最佳效益。

在以上各層控制中,第1層控制和第2層控制是對(duì)直流配電網(wǎng)進(jìn)行分散控制的管理單元,無需通信,可靠性高且調(diào)節(jié)時(shí)間短;第3層控制是用于實(shí)現(xiàn)全局集中控制的管理單元,雖然需要依靠上下層的通信來完成,但由于優(yōu)化區(qū)間較長(zhǎng),對(duì)通信時(shí)間要求不高。

2 分散控制

直流配電網(wǎng)的分散控制是指各單元的控制切換條件由本地信息決定,包括直流電壓變化量、并網(wǎng)器件容量以及蓄電池荷電狀態(tài)等條件。結(jié)合主從控制策略與電壓下降控制的優(yōu)點(diǎn),本文提出的分散控制策略如圖2所示,取功率流出換流器的方向?yàn)檎騾⒖挤较?Udcref表示直流側(cè)額定電壓。當(dāng)直流電壓波動(dòng)不超過一定范圍時(shí),通過第1層控制實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的直流電壓控制;當(dāng)直流電壓波動(dòng)范圍較大時(shí),通過第2層控制實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的2次電壓恢復(fù)。

圖2 提出的分散控制策略

2.1 主從控制

在第1層控制中,主換流站控制直流電壓,從換流站和風(fēng)-光-儲(chǔ)聯(lián)合系統(tǒng)按能量?jī)?yōu)化調(diào)度系統(tǒng)給出的運(yùn)行指令恒功率運(yùn)行。當(dāng)分布式電源輸出功率出現(xiàn)波動(dòng)時(shí),蓄電池通過雙向DC/DC變換裝置進(jìn)行充放電,實(shí)現(xiàn)削峰填谷,保證聯(lián)合系統(tǒng)的有功恒定,以減小分布式電源功率輸出波動(dòng)對(duì)系統(tǒng)的影響[12];當(dāng)負(fù)荷出現(xiàn)波動(dòng)時(shí),主換流站調(diào)節(jié)輸入功率,維持直流電壓穩(wěn)定。

在實(shí)際系統(tǒng)中,由于功率流動(dòng),各節(jié)點(diǎn)電壓并不相等,第1層與第2層控制模式切換的直流電壓閾值應(yīng)大于各器件穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)直流電壓的最大波動(dòng)值,從而保證動(dòng)作的可靠裕度,本文將第1層控制的直流電壓波動(dòng)范圍定為(1±3%)Udcref。

2.2 2次電壓恢復(fù)

當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)較惡劣的不正常運(yùn)行狀態(tài)(如重載負(fù)荷的變化、大容量換流器的投切等)時(shí),系統(tǒng)進(jìn)入第2層控制,利用換流站、分布式電源和儲(chǔ)能系統(tǒng)的配合實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)有功平衡,使電壓得到恢復(fù)。

若直流電壓波動(dòng)超過(1±3%)Udcref,主換流站轉(zhuǎn)入限流模式,不再維持直流電壓,從換流站進(jìn)入下垂控制,圖2中的U-P下垂特性曲線可表示為

(1)

換流站的控制策略如圖3所示,對(duì)PI控制器輸出進(jìn)行最大、最小操作得到idref,將其輸入內(nèi)環(huán)電流控制器中實(shí)現(xiàn)有功和電壓的調(diào)整。當(dāng)輸入功率達(dá)到自身容量限制時(shí),自動(dòng)進(jìn)入限流模式。

圖3 從換流站的控制策略

若直流電壓波動(dòng)范圍超過±5%Udcref,蓄電池并網(wǎng)換流器進(jìn)入下降控制,控制策略如圖4所示,通過快速充放電快速實(shí)現(xiàn)二次電壓恢復(fù)。同時(shí),電壓波動(dòng)范圍設(shè)定為±5%Udcref,避免了DC/DC變換器在boost與buck模式間頻繁切換,提高了蓄電池的運(yùn)行壽命,且減小了器件頻繁動(dòng)作引起的諧波[13]。

圖4 DC/DC變換器的控制策略

蓄電池的容量和輸出功率有限,為保證其運(yùn)行壽命,應(yīng)使蓄電池SOC值維持在一定范圍。對(duì)蓄電池的SOC值進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè),當(dāng)檢測(cè)到SOC值超出范圍時(shí),關(guān)閉蓄電池的充放電狀態(tài)。

當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)較大功率缺額且各調(diào)壓器件的輸入功率均達(dá)到容量極限時(shí),直流電壓將長(zhǎng)時(shí)間處于較小值,當(dāng)負(fù)荷側(cè)檢測(cè)到電壓小于0.95Udcref且經(jīng)過一定延時(shí)后,應(yīng)按照負(fù)荷的優(yōu)先級(jí)別進(jìn)行切負(fù)荷操作。當(dāng)系統(tǒng)的分布式電源滲透率較高且系統(tǒng)負(fù)荷較小時(shí),直流電壓將長(zhǎng)時(shí)間處于較大值,當(dāng)分布式電源檢測(cè)到直流電壓大于1.05Udcref且經(jīng)過一定延時(shí)后,應(yīng)調(diào)整MPPT模式為降功率運(yùn)行。

綜上所述,直流配電網(wǎng)中各單元實(shí)現(xiàn)分散控制的總體結(jié)構(gòu)如圖5所示,其中“1”表示第1層控制模式,“2”表示第2層控制模式。

圖5 分散控制總體結(jié)構(gòu)

3 能量?jī)?yōu)化調(diào)度系統(tǒng)

直流配電網(wǎng)的能量?jī)?yōu)化調(diào)度通過最優(yōu)潮流控制實(shí)現(xiàn),以負(fù)荷預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)以及分布式電源預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),利用最優(yōu)算法求解出直流配電網(wǎng)可控單元(包括從換流站、風(fēng)-光-儲(chǔ)聯(lián)合系統(tǒng))的優(yōu)化調(diào)度指令。最優(yōu)潮流模型由約束條件和優(yōu)化目標(biāo)兩部分組成[14],其中前者要求調(diào)度指令在各種運(yùn)行條件下都能保證系統(tǒng)的安全平穩(wěn);而后者則針對(duì)調(diào)度部門要求對(duì)調(diào)度目標(biāo)進(jìn)行數(shù)學(xué)模型表示,并選擇準(zhǔn)確高效的求解算法,以實(shí)現(xiàn)預(yù)定目標(biāo)最優(yōu)化計(jì)算。

3.1 約束條件

(1)潮流方程等式約束

(2)

式中:I表示所有節(jié)點(diǎn)的集合;gij表示節(jié)點(diǎn)i與節(jié)點(diǎn)j之間的電導(dǎo)值。

(2)節(jié)點(diǎn)電壓約束

(3)

(4)

式中:Udc0表示主換流站所在節(jié)點(diǎn)直流電壓;Udci,min和Udci,max分別表示節(jié)點(diǎn)i的最小和最大額定電壓,按第1層控制對(duì)電壓波動(dòng)的要求,Udci,min和Udci,max分別取為1.03Udcref和0.97Udcref。

(3)節(jié)點(diǎn)有功約束

(5)

(6)

式中:C表示換流站和風(fēng)光儲(chǔ)系統(tǒng)所在節(jié)點(diǎn)集合;L表示負(fù)荷所在節(jié)點(diǎn)集合;Pimin和Pimax分別表示換流器i節(jié)點(diǎn)的最小和最大額定功率。

(4)線路有功約束

(7)

式中:Pijmax表示線路最大傳輸功率。

(5)儲(chǔ)能裝置的荷電狀態(tài)約束

(8)

(9)

式中:CSOCmin和CSOCmax分別表示蓄電池SOC值的最小和最大額定值;CSOC0表示上一優(yōu)化時(shí)刻的SOC值;Q表示蓄電池容量;Δt表示優(yōu)化時(shí)間長(zhǎng)度。式(9)是充放電效率為1且不考慮自放電過程時(shí)的SOC值計(jì)算公式。

3.2 目標(biāo)函數(shù)

本文以新能源最大接納水平和網(wǎng)損最小為優(yōu)化目標(biāo)。其中,新能源最大接納水平通過風(fēng)機(jī)和光伏電池在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)的MPPT模式實(shí)現(xiàn),以保證其最大出力。網(wǎng)損最小通過目標(biāo)函數(shù)的建立實(shí)現(xiàn),由于配電網(wǎng)系統(tǒng)中網(wǎng)損較大,因此進(jìn)行合理調(diào)度優(yōu)化實(shí)現(xiàn)損耗降低是必要的。

整個(gè)直流配電網(wǎng)的網(wǎng)損等于變流前的網(wǎng)絡(luò)輸入功率之和,即n節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)中由網(wǎng)損最小約束下的優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)為

(10)

式中:Pi為各節(jié)點(diǎn)直流側(cè)的功率;ηi表示i節(jié)點(diǎn)換流器的電能損耗率,即換流器的損耗功率與流過功率的百分比,該值可通過對(duì)換流站的多次試驗(yàn)測(cè)量并進(jìn)行擬合得到,直流負(fù)荷所在節(jié)點(diǎn)的ηi取為0。

由上述的優(yōu)化建模過程可知,直流配電網(wǎng)的優(yōu)化調(diào)度本質(zhì)上是二階非線性優(yōu)化問題,適合利用二階錐規(guī)劃(SOCP)求解[15-16],其作為線性規(guī)劃的推廣,具有解的最優(yōu)性和計(jì)算的高效性,在此不再贅述。

4 仿真驗(yàn)證

為了驗(yàn)證本文提出的直流配電網(wǎng)分層控制策略的有效性,采用PSCAD/EMTDC軟件仿真,所搭建直流配電網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。直流母線額定電壓為±10 kV,兩端電網(wǎng)電壓均為6 kV。直流線路參數(shù)如表1所示。

主、從換流站由VSC換流器組成,并網(wǎng)等值電阻和電感均為0.02 Ω和1 mH。主換流站的額定容量為5 MW,無功參考值為0;從換流站的額定容量為5 MW,無功參考值為0,U-P下降特性曲線斜率為-1 MW/kV。VSC換流器并網(wǎng)電能損耗率為2%。

風(fēng)機(jī)容量為1.5 MW,風(fēng)機(jī)額定風(fēng)速為10.5 m/s,切入、切出風(fēng)速分別為3 m/s和15 m/s,交流側(cè)輸出電壓為0.69 kV,額定頻率為12.18 Hz;光伏發(fā)電系統(tǒng)最大輸出功率為1.3 MW,通過boost變換器并網(wǎng)運(yùn)行;儲(chǔ)能裝置由鉛酸蓄電池的串并聯(lián)組成,容量和最大轉(zhuǎn)輸功率為1.2 MW·h/2.4 MW,SOC最大值和最小值分別為0.8和0.4,SOC初值定為0.6,U-P下降特性曲線斜率取為-2 MW/kV。風(fēng)光儲(chǔ)聯(lián)合系統(tǒng)并網(wǎng)電能損耗率為3%。

表1 直流配電網(wǎng)的線路參數(shù)

某一時(shí)刻風(fēng)機(jī)和光伏系統(tǒng)總的有功輸出功率為1.5 MW,交流負(fù)荷為3 MV·A,功率因數(shù)為0.95,直流負(fù)荷為3 MW。仿真開始時(shí),通過最優(yōu)潮流計(jì)算得到從換流站有功參考值為2.76 MW,風(fēng)光儲(chǔ)聯(lián)合系統(tǒng)的有功參考值為1.87 MW,將指令下達(dá)至直流配電網(wǎng),通過第1層控制實(shí)現(xiàn)該運(yùn)行指令,此時(shí)得到的最小網(wǎng)損為0.24 MW。

4.1 新能源功率和負(fù)荷波動(dòng)時(shí)的仿真結(jié)果

圖6給出了當(dāng)新能源功率輸出和負(fù)荷變化時(shí)直流配電網(wǎng)的仿真結(jié)果。

圖6 新能源功率和負(fù)荷波動(dòng)時(shí)的仿真波形

在2.2 s之前,系統(tǒng)按能量?jī)?yōu)化調(diào)度系統(tǒng)給出的運(yùn)行指令穩(wěn)定運(yùn)行。在2.2 s時(shí),DG單元輸出減少至0.7 MW,見圖6中II;為了保證風(fēng)光儲(chǔ)系統(tǒng)仍舊按照能量管理系統(tǒng)的運(yùn)行指令運(yùn)行,蓄電池快速放電,輸出功率升至約1.2 MW,如圖6中VI所示,通過削峰填谷實(shí)現(xiàn)了風(fēng)光儲(chǔ)系統(tǒng)功率輸出的可控。在3.2 s時(shí),直流負(fù)荷增大至4 MW,如圖6中III所示;由于直流電壓下降幅度較小,從換流站繼續(xù)控制功率恒定,如圖6中V所示;主換流站通過增大輸入功率(如圖6中IV所示)來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功率平衡,從而將直流電壓穩(wěn)定為20 kV。

在上述調(diào)節(jié)過程中,直流電壓變化較小,均未超過±3%Udcref,如圖6中I所示,因此可通過第1層控制實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)穩(wěn)定,調(diào)節(jié)過程為ms級(jí),快速有效。

4.2 主換流站短時(shí)退出運(yùn)行的仿真結(jié)果

圖7給出了當(dāng)主換流站短時(shí)退出運(yùn)行時(shí)的仿真結(jié)果。

圖7 主換流站短時(shí)退出運(yùn)行時(shí)的仿真波形

在2 s時(shí),主換流站交流側(cè)斷路器跳開,換流器內(nèi)IGBT閉鎖,功率降為0;在3.5 s時(shí),斷路器重合成功,IGBT解鎖,主換流站投入運(yùn)行,見圖7中II。

在斷路器跳開和重合過程中,由于平衡節(jié)點(diǎn)的切換,系統(tǒng)出現(xiàn)短時(shí)有功不平衡,直流電壓將出現(xiàn)較大幅度波動(dòng),見圖7中I。當(dāng)主換流站退出運(yùn)行時(shí),從換流站的控制策略轉(zhuǎn)為下降控制,有功輸出增大,同時(shí)改變聯(lián)絡(luò)線功率,實(shí)現(xiàn)了2次電壓恢復(fù);當(dāng)主換流站恢復(fù)運(yùn)行時(shí),從換流站轉(zhuǎn)為恒功率控制,有功輸出減少,直流電壓繼續(xù)由主換流站控制,見圖7中III。斷路器重合過程中,由于產(chǎn)生了較大的沖擊電流,最小電壓低于0.95Udcref,蓄電池并網(wǎng)換流器轉(zhuǎn)入下降控制,蓄電池快速放電,如圖7中IV所示,從而減小了主換流站重新投運(yùn)對(duì)系統(tǒng)的沖擊影響。

在直流配電網(wǎng)中,大容量換流站的投、退引起劇烈的功率波動(dòng),可能會(huì)引起系統(tǒng)崩潰,采用上述分層控制方法可有效實(shí)現(xiàn)電壓迅速恢復(fù),且不受通信過程影響,該控制過程可在s級(jí)內(nèi)實(shí)現(xiàn)。

5 結(jié) 論

本文提出的分層控制策略有效解決了直流配電網(wǎng)通信過程中的信息傳遞以及優(yōu)化調(diào)度與分散控制的協(xié)調(diào)問題。理論推導(dǎo)及仿真驗(yàn)證表明,該控制策略具有以下優(yōu)點(diǎn):

(1)解決了分散控制與優(yōu)化調(diào)度的協(xié)調(diào)問題,既保證了穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)和惡劣運(yùn)行條件下的系統(tǒng)穩(wěn)定控制,又實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)調(diào)度;

(2)本地控制與集中控制的信息傳遞清晰明確,且對(duì)通信速度要求不高,易于應(yīng)用于工程實(shí)踐;

對(duì)于各層控制策略之間的信息傳遞問題,本文提出了設(shè)計(jì)方案,但具體通信結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)是該控制策略實(shí)際應(yīng)用中尚存在的問題,將在今后繼續(xù)進(jìn)行研究。

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(編輯 杜秀杰)

Hierarchical Control in Multi-Terminal Flexible DC Distribution System

MA Xiuda1,KANG Xiaoning1,LI Shaohua1,2,JIANG Shuai1,QU Xiaoyun1,ZHANG Chao1

(1. School of Electrical Engineering, Xi’an Jiaotong University, Xi’an 710049, China; 2. Xuji Group Corporation, Xuchang, Henan 461000, China)

In DC distribution system, it is necessary to accomplish immediate information transmission and coordination between optimal dispatch and decentralized control. Aiming at a DC distribution system with many kinds of distributed generations, energy storage device, converter stations and loads, a hierarchical control strategy with different time scales is proposed. In a short-term time scale, the first layer control enables to realize smooth system operation in the steady-state mode by means of master-slave control; in a longer time scale, secondary voltage recovery in harsh operating condition is achieved by mode switch or adjusting tie-line power; as the third layer control, targeting maximum new energy integration and minimum network loss, energy optimal dispatch system provides operation instructions for the lower control by optimal power flow calculation. Simulation results of PSCAD/EMTDC show that when new energy power or load fluctuation occurs, the system can achieve stable control rapidly by master-slave control; when the master converter station is out-of-operation, secondary voltage recovery is achieved by adjusting tie-line power. This hierarchical control strategy realizes clear information transmission and coordinated control between optimal dispatch and decentralized control to guarantee the system to operate smoothly and economically under various conditions.

DC distribution system; hierarchical control; distributed generation; energy optimal dispatch

10.7652/xjtuxb201608019

2016-03-11。 作者簡(jiǎn)介:馬秀達(dá)(1992—),男,碩士生;康小寧(通信作者),男,副教授。 基金項(xiàng)目:國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃資助項(xiàng)目(2015AA050101)。

時(shí)間:2016-05-17

http:∥www.cnki.net/kcms/detail/61.1069.T.20160517.1920.014.html

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0253-987X(2016)08-0117-06