基于柔性環(huán)網(wǎng)控制器的電磁環(huán)網(wǎng)潮流優(yōu)化控制策略

高宇 袁小華 張藝鐘

摘要：本文對于柔性環(huán)網(wǎng)控制器概念、應(yīng)用原理簡要介紹，并分析了電磁環(huán)網(wǎng)潮流的分布特點，對其產(chǎn)生功率環(huán)流的原因深度分析，提出運用柔性環(huán)網(wǎng)控制器之后，合理給出系統(tǒng)指令的方式，以期對潮流分布狀態(tài)加以改善，提高電網(wǎng)運行效率。

關(guān)鍵詞：電磁環(huán)網(wǎng);柔性環(huán)網(wǎng)控制器;潮流;優(yōu)化控制

引言：

電磁環(huán)網(wǎng)和電網(wǎng)建設(shè)存在緊密該關(guān)聯(lián)。電網(wǎng)建設(shè)期間，需要將電磁環(huán)網(wǎng)問題加以解決，同時，還需從長遠(yuǎn)角度對電網(wǎng)展開規(guī)劃，結(jié)合輸配電結(jié)構(gòu)，保證其合理性。柔性環(huán)網(wǎng)控制器（下文簡稱FLNC）的應(yīng)用，能夠提高電網(wǎng)運行的智能化，調(diào)節(jié)無功功率，維持電網(wǎng)穩(wěn)定性等，可依托此技術(shù)建立電磁環(huán)網(wǎng)的潮流控制策略。

一、柔性環(huán)網(wǎng)控制器相關(guān)介紹

（一）概念介紹

FLNC主要將柔性的直流電作為基礎(chǔ)，依托電磁環(huán)網(wǎng)內(nèi)的柔性換流站，將不同電壓等級進(jìn)行連接，從而組成電磁環(huán)網(wǎng)，并且能夠分區(qū)運行。圖1為FLNC的應(yīng)用圖示：

按照上述方式，利用FLNC對城市電網(wǎng)進(jìn)行分區(qū)控制，能夠迅速完成FLNC輸出功率調(diào)節(jié)，進(jìn)而對電網(wǎng)潮流的分布進(jìn)行調(diào)控，為區(qū)域提供無功動態(tài)化支持，將重點節(jié)點位置電壓穩(wěn)定。若電磁環(huán)網(wǎng)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(jìn)行調(diào)節(jié)，防止故障之后負(fù)荷轉(zhuǎn)移[1]。

（二）基本原理

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

FLNC母線電壓屬于對稱正弦波，電氣結(jié)構(gòu)對稱，環(huán)流電抗值0.1～0.2。如果其工況穩(wěn)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(huán)網(wǎng)控制器的電磁環(huán)網(wǎng)潮流優(yōu)化控制策略

（一）電磁環(huán)網(wǎng)的潮流分布

在電網(wǎng)運行環(huán)節(jié)，因電磁環(huán)網(wǎng)大量存在，如果線路或者變壓器參數(shù)配置不合理，就會導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)部產(chǎn)生功率環(huán)流，大多為無功環(huán)流，可增加電網(wǎng)損耗，不利于其經(jīng)濟運行。系統(tǒng)當(dāng)中，產(chǎn)生有功損耗主要原因為線路電阻產(chǎn)生的無功以及有功功率損耗。計算公式如下：

現(xiàn)實當(dāng)中，主要關(guān)注有功損耗，根本原因為電網(wǎng)傳輸?shù)氖怯泄β?，無功功率在平衡過程，多數(shù)選取就地補償，因此線路當(dāng)中無功功率傳輸較少，可忽略不計。但是，在電磁環(huán)網(wǎng)當(dāng)中，還存在無功功率的環(huán)流，此時其產(chǎn)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(chǎn)生，這時有功損耗和無功環(huán)流平方之間成正比。

通過上述分析，可以看出，電磁換網(wǎng)當(dāng)中產(chǎn)生無功環(huán)流能夠增加系統(tǒng)損耗，對系統(tǒng)輸電性能造成影響，運行經(jīng)濟性不足。對此，可對變壓器進(jìn)行過調(diào)節(jié)，串聯(lián)特殊補償設(shè)備，提升電力環(huán)網(wǎng)運行經(jīng)濟性。但是這種做法可能影響電網(wǎng)調(diào)度安全。利用FLNC能夠按照潮流的分布狀態(tài)，對其分布情況自動化調(diào)整，滿足電網(wǎng)運行經(jīng)濟、安全需求，提高自動化運行水平。

（二）系統(tǒng)的潮流計算

系統(tǒng)運行時，F(xiàn)LNC與系統(tǒng)的連接圖示如4所示：

實踐應(yīng)用環(huán)節(jié)，F(xiàn)LNC的控制目標(biāo)如下：①交流系統(tǒng)的端口處電壓us，②直流網(wǎng)絡(luò)的電壓udc，③換流站流入功率Ps與Qs。在潮流計算環(huán)節(jié)，需要從每個換流器當(dāng)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(guān)物理量，包括 ，m與udc，因此，求解交流系統(tǒng)環(huán)節(jié)，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(tǒng)指令確認(rèn)母線參數(shù)、類型等。求解FLNC直流系統(tǒng)過程，可將交流母線電壓（Us）、無功功率（Qs）、有功功率（Ps）等當(dāng)作已知量，并利用迭代法求解出FLNC直流系統(tǒng)控制變量。由于交流、直流兩系統(tǒng)間計算解耦，所以利用交直流求解對混合系統(tǒng)展開潮流計算高度可行。

（三）有功損耗潮流計算

電磁環(huán)網(wǎng)當(dāng)中含有FLNC時，可對有功、無功等功率傳輸進(jìn)行過控制。因此，如果FLNC系統(tǒng)當(dāng)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(tǒng)當(dāng)中循環(huán)功率。反之，正確的控制指令，能夠順利經(jīng)過FLNC兩端，利用注入功率實現(xiàn)對系統(tǒng)當(dāng)中功率環(huán)流加以改善，并且能夠穩(wěn)定電壓，增加輸送容量等。電磁環(huán)網(wǎng)發(fā)生有功損耗原因為其在線路當(dāng)中傳輸有功、無功等功率，從而產(chǎn)生損耗。

因此，在電磁環(huán)網(wǎng)當(dāng)中，運用FLNC，可實現(xiàn)對換流站交換有功功率以及換流器的交流側(cè)電壓，降低無功環(huán)流，最終歸降低有功損耗。在運用FLNC系統(tǒng)當(dāng)中，F(xiàn)LNC損耗包括交流變壓器、直流電抗器、直流輸電線和輔助設(shè)備等。在交流系統(tǒng)當(dāng)中，有功損耗是交流變壓器、線路等發(fā)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(tǒng)損耗和傳輸功率之間為非線性關(guān)系?？墒褂藐P(guān)系式 表示。給定FLNC，計算其損耗，可利用其和元件之間函數(shù)關(guān)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(tǒng)當(dāng)中最優(yōu)潮流計算時，需要將PV節(jié)點發(fā)電機電壓（Upv）、無功補償點容量（Qc）和變壓器調(diào)節(jié)檔數(shù)（Tk）等考慮其中。由于FLNC能夠控制支路的傳輸功率。因此，F(xiàn)LNC在控制有功功率以及交流電壓環(huán)節(jié)，還需引入換流站出口位置電壓和換流器當(dāng)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(wǎng)的損耗，在潮流計算之后，可對FLNC提出合理指令，完成對系統(tǒng)潮流最優(yōu)化控制[2]。

結(jié)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(chǎn)生影響的因素，確定其接線方式。利用FLNC能夠完成交流器節(jié)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(jìn)而獲得最低有功功率損耗條件下的控制指令，完成最優(yōu)化的潮流計算。

參考文獻(xiàn)

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

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

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