基于柔性環網控制器的電磁環網潮流優化控制策略

高宇 袁小華 張藝鐘

摘要：本文對于柔性環網控制器概念、應用原理簡要介紹，并分析了電磁環網潮流的分布特點，對其產生功率環流的原因深度分析，提出運用柔性環網控制器之后，合理給出系統指令的方式，以期對潮流分布狀態加以改善，提高電網運行效率。

關鍵詞：電磁環網;柔性環網控制器;潮流;優化控制

引言：

電磁環網和電網建設存在緊密該關聯。電網建設期間，需要將電磁環網問題加以解決，同時，還需從長遠角度對電網展開規劃，結合輸配電結構，保證其合理性。柔性環網控制器（下文簡稱FLNC）的應用，能夠提高電網運行的智能化，調節無功功率，維持電網穩定性等，可依托此技術建立電磁環網的潮流控制策略。

一、柔性環網控制器相關介紹

（一）概念介紹

FLNC主要將柔性的直流電作為基礎，依托電磁環網內的柔性換流站，將不同電壓等級進行連接，從而組成電磁環網，并且能夠分區運行。圖1為FLNC的應用圖示：

按照上述方式，利用FLNC對城市電網進行分區控制，能夠迅速完成FLNC輸出功率調節，進而對電網潮流的分布進行調控，為區域提供無功動態化支持，將重點節點位置電壓穩定。若電磁環網線存在故障，可借助FLNC迅速閉鎖換流器或者對交換功率大小進行調節，防止故障之后負荷轉移[1]。

（二）基本原理

FLNC是基于柔性直流輸電這一技術，并使用換流閥、換流變壓器等組合而成雙端FLNC結構，換流器以背對背方式連接，結構示意圖如圖2所示：

FLNC母線電壓屬于對稱正弦波，電氣結構對稱，環流電抗值0.1～0.2。如果其工況穩定，可使用等效電抗代替橋臂電抗器與換流變壓器，控制原理如圖3所示：

二、柔性環網控制器的電磁環網潮流優化控制策略

（一）電磁環網的潮流分布

在電網運行環節，因電磁環網大量存在，如果線路或者變壓器參數配置不合理，就會導致系統內部產生功率環流，大多為無功環流，可增加電網損耗，不利于其經濟運行。系統當中，產生有功損耗主要原因為線路電阻產生的無功以及有功功率損耗。計算公式如下：

現實當中，主要關注有功損耗，根本原因為電網傳輸的是有功功率，無功功率在平衡過程，多數選取就地補償，因此線路當中無功功率傳輸較少，可忽略不計。但是，在電磁環網當中，還存在無功功率的環流，此時其產生無功損耗難以忽略，共有兩部分，其中之一為無功功率流動產生，這時有功損耗和無功環流平方之間成正比。

通過上述分析，可以看出，電磁換網當中產生無功環流能夠增加系統損耗，對系統輸電性能造成影響，運行經濟性不足。對此，可對變壓器進行過調節，串聯特殊補償設備，提升電力環網運行經濟性。但是這種做法可能影響電網調度安全。利用FLNC能夠按照潮流的分布狀態，對其分布情況自動化調整，滿足電網運行經濟、安全需求，提高自動化運行水平。

（二）系統的潮流計算

系統運行時，FLNC與系統的連接圖示如4所示：

實踐應用環節，FLNC的控制目標如下：①交流系統的端口處電壓us，②直流網絡的電壓udc，③換流站流入功率Ps與Qs。在潮流計算環節，需要從每個換流器當中選擇兩個變量，使用下列組合方式：第一，確定Ps、Qs控制;第二，確定Qs與ud控制;第三，確定Ps、us控制;第四，確定該us，ud控制。按照上述控制方式，在FLNC的運用之下，常使用第一種和第二種控制方式組合;第一種和第四種控制方式組合;第二種和第三種控制方式組合;第三種和第四種控制方式組合。

FLNC控制變量為控制換流閥的輸出電壓以及有關物理量，包括 ，m與udc，因此，求解交流系統環節，可將FLNC換流閥視為恒定電流源、電壓源等，按照FLNC控制方式以及系統指令確認母線參數、類型等。求解FLNC直流系統過程，可將交流母線電壓（Us）、無功功率（Qs）、有功功率（Ps）等當作已知量，并利用迭代法求解出FLNC直流系統控制變量。由于交流、直流兩系統間計算解耦，所以利用交直流求解對混合系統展開潮流計算高度可行。

（三）有功損耗潮流計算

電磁環網當中含有FLNC時，可對有功、無功等功率傳輸進行過控制。因此，如果FLNC系統當中給出指令不合理，就難以對潮流分布加以改善，同時，還可能給增加系統當中循環功率。反之，正確的控制指令，能夠順利經過FLNC兩端，利用注入功率實現對系統當中功率環流加以改善，并且能夠穩定電壓，增加輸送容量等。電磁環網發生有功損耗原因為其在線路當中傳輸有功、無功等功率，從而產生損耗。

因此，在電磁環網當中，運用FLNC，可實現對換流站交換有功功率以及換流器的交流側電壓，降低無功環流，最終歸降低有功損耗。在運用FLNC系統當中，FLNC損耗包括交流變壓器、直流電抗器、直流輸電線和輔助設備等。在交流系統當中，有功損耗是交流變壓器、線路等發生的損耗。而FLNC是背靠背方式連接，因此可將直流線路損耗忽略，直流系統損耗和傳輸功率之間為非線性關系。可使用關系式 表示。給定FLNC，計算其損耗，可利用其和元件之間函數關系完成，按照計算要求，有功損耗為定額容量1.0～3.6%時，可忽略。在交流系統當中最優潮流計算時，需要將PV節點發電機電壓（Upv）、無功補償點容量（Qc）和變壓器調節檔數（Tk）等考慮其中。由于FLNC能夠控制支路的傳輸功率。因此，FLNC在控制有功功率以及交流電壓環節，還需引入換流站出口位置電壓和換流器當中注入的有功功率等變量。使用此計算方式，能夠減少有功網的損耗，在潮流計算之后，可對FLNC提出合理指令，完成對系統潮流最優化控制[2]。

結束語：

總之，從FLNC使用原理角度分析，能夠得出對FLNC傳輸功率產生影響的因素，確定其接線方式。利用FLNC能夠完成交流器節點間功率交換，對有功、無功功率之間展開獨立解耦，并利用迭代法計算潮流模型，分析控制指令，進而獲得最低有功功率損耗條件下的控制指令，完成最優化的潮流計算。

參考文獻

[1]張艷軍，周季，高凱等.柔性環網控制器原理及緊湊化研究[J].智能電網，2017，（5）：434-441.

[2]劉博文，于雷.基于模塊化多電平直流輸電技術的電磁環網潮流優化控制[J].電氣開關，2017，（2）：70-73，76.

作者簡介：高宇1996年5月，女，遼寧省朝陽市，大學本科，研究方向：電力系統自動化及智能電器。