一種柔性環(huán)網(wǎng)控制器容量設(shè)計方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種設(shè)計方法，具體涉及一種柔性環(huán)網(wǎng)控制器容量設(shè)計方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 柔性環(huán)網(wǎng)控制器是兩個電壓源換流器以背靠背形式，聯(lián)結(jié)到兩個交流分區(qū)電網(wǎng)之 間，從而使得原本開環(huán)運(yùn)行的電網(wǎng)構(gòu)成"軟環(huán)網(wǎng)"，其中一個換流器以整流方式運(yùn)行，另一個 以逆變方式運(yùn)行。目前柔性環(huán)流網(wǎng)控制器的電壓源換流器一般采用模塊化多電平技術(shù)，它 由一系列結(jié)構(gòu)和功能相同的子模塊構(gòu)成；每個換流器六個橋臂上分別安裝一臺橋臂電抗 器。通過柔性直流環(huán)網(wǎng)控制器獨(dú)特的有功、無功功率快速控制能力，實現(xiàn)兩個分區(qū)電網(wǎng)的穩(wěn) 態(tài)功率交換、緊急有功支援和無功支撐等功能，從而提高分區(qū)電網(wǎng)的供電可靠性。
[0003] 柔性環(huán)網(wǎng)控制器容量設(shè)計是一項非常重要且細(xì)致的工作，與所連接電網(wǎng)負(fù)荷情 況、電網(wǎng)強(qiáng)弱、系統(tǒng)電壓和頻率特性緊密相關(guān)，直接決定了系統(tǒng)整體技術(shù)經(jīng)濟(jì)性。同樣是基 于電壓源換流器的柔性直流輸電技術(shù)在點(diǎn)對點(diǎn)直流遠(yuǎn)距離輸送、島嶼供電和風(fēng)電場接入等 領(lǐng)域已取得了不少工程應(yīng)用，但其容量設(shè)計相對簡單，只需要滿足系統(tǒng)供電需求即可。柔性 環(huán)網(wǎng)控制器的應(yīng)用場景與技術(shù)需求與柔性直流輸電不盡相同，原有設(shè)計理念無法直接套 用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種柔性環(huán)網(wǎng)控制器容量設(shè)計方法， 在滿足穩(wěn)態(tài)功率交換、緊急有功支援和無功支撐的同時，以期具備較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能。
[0005] 為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采取如下技術(shù)方案：
[0006] 本發(fā)明提供一種柔性環(huán)網(wǎng)控制器容量設(shè)計方法，所述方法包括以下步驟：
[0007] 步驟1:確定柔性環(huán)網(wǎng)控制器逆變側(cè)的額定容量；
[0008] 步驟2:確定柔性環(huán)網(wǎng)控制器整流側(cè)的額定容量；
[0009] 步驟3:確定柔性環(huán)網(wǎng)控制器等值換流電抗；
[0010] 步驟4:確定柔性環(huán)網(wǎng)控制器容量設(shè)計是否合理。
[0011] 所述步驟1包括以下步驟：
[0012] 步驟1-1:收集柔性環(huán)網(wǎng)控制器所連接的分區(qū)電網(wǎng)負(fù)荷特性和電力系統(tǒng)中長期發(fā) 展規(guī)劃數(shù)據(jù)；
[0013] 步驟1-2:根據(jù)分區(qū)電網(wǎng)的負(fù)荷特性和電力系統(tǒng)中長期發(fā)展規(guī)劃數(shù)據(jù)，確定分區(qū)電 網(wǎng)的穩(wěn)態(tài)功率輸送需求Pmminal;
[0014] 步驟1-3:對分區(qū)電網(wǎng)進(jìn)行n-1穩(wěn)定性分析，確定分區(qū)電網(wǎng)的緊急有功功率支援需 transfer j :
[001 5] Ρtransfer - Pnominal+A Ρ (1)
[0016] 其中，ΔΡ為采用有功功率控制指令的突變量；
[0017] 步驟1-4:根據(jù)分區(qū)電網(wǎng)在最小運(yùn)行方式下的交流電壓特性與短路特性，確定分區(qū) 電網(wǎng)的無功功率支撐需求Qc^mpensatiiDri，有：
[0018]
⑶
[0019] 其中，UE為分區(qū)電網(wǎng)的系統(tǒng)電壓，Us為分區(qū)電網(wǎng)公共連接點(diǎn)的電壓，Xs為分區(qū)電網(wǎng) 最小運(yùn)行方式下的系統(tǒng)等值電抗；
[0020] 步驟1-5:根據(jù)分區(qū)電網(wǎng)的緊急有功功率支援需求Ptransfe3r和分區(qū)電網(wǎng)的無功功率 支撐需求Qc^pensation確定柔性環(huán)網(wǎng)控制器逆變側(cè)的額定容量，有：
[0021]
(3)
[0022] 其中，Sinverter為柔性環(huán)網(wǎng)控制器逆變側(cè)的額定容量。
[0023] 所述步驟2包括以下步驟：
[0024] 步驟2-1:確定柔性環(huán)網(wǎng)控制器的損耗；
[0025] 步驟2-2:根據(jù)柔性環(huán)網(wǎng)控制器的損耗確定柔性環(huán)網(wǎng)控制器整流側(cè)的額定容量。
[0026] 所述步驟2-1中包括以下步驟：
[0027] 1 )計算橋臂電抗器的損耗Pmctor，有：
[0028]
(4)
[0029] 其中，1〇為橋臂電流直流分量的有效值，Rreactcir為橋臂電抗器繞組電阻山為橋臂 電流工頻分量的有效值，1 2為橋臂電流二倍頻分量的有效值，心為橋臂電抗器的工頻阻抗， X2為橋臂電抗器的二倍頻阻抗，Qi為橋臂電抗器的在工頻下的品質(zhì)因數(shù)，Q2為橋臂電抗器在 二倍頻下的品質(zhì)因數(shù)；
[0030] 2)柔性環(huán)網(wǎng)控制器中，換流閥的子模塊包括IGBT、二極管、直流電容器、均壓電阻、 連接母排和控制電路;于是，換流閥的損耗Pvalve表示為：
[0031]
(5)
[0032]其中，N為換流閥中子模塊的個數(shù)，PIGBT為IGBT的損耗，PDicide為二極管的損耗， ?。@^^為直流電容器損耗，？^^^為均壓電阻的損耗，？^&為連接母排的損耗； ?&^。11^為控制電路的損耗；
[0033] 3)確定柔性環(huán)網(wǎng)控制器的損耗，有：
[0034] Ploss - klPtransformer-^ 1 2Preactor?·2Ρvalve ( 6 )
[0035] 其中，Plciss為柔性環(huán)網(wǎng)控制器的損耗，ki為柔性環(huán)網(wǎng)控制器聯(lián)接變壓器的臺數(shù)， PtransfOTmer為柔性環(huán)網(wǎng)控制器聯(lián)接變壓器的損耗。
[0036] 所述步驟2-2中，根據(jù)柔性環(huán)網(wǎng)控制器的損耗Plciss計算柔性環(huán)網(wǎng)控制器整流側(cè)的 額定容量，有：
[0037]
(7)
[0038] 其中，Srectlfler為柔性環(huán)網(wǎng)控制器整流側(cè)的額定容量，Plciss為柔性環(huán)網(wǎng)控制器的損 耗，P transfCT為分區(qū)電網(wǎng)的緊急有功功率支援需求，Qc^pmation為分區(qū)電網(wǎng)的無功功率支撐需 求。
[0039] 所述步驟3中，柔性環(huán)網(wǎng)控制器等值換流電抗Χτ表示為：
[0040]
(8)
[0041] 其中，m為調(diào)制比，Us為分區(qū)電網(wǎng)公共連接點(diǎn)的電壓，Udc為柔性環(huán)網(wǎng)控制器的直流 電壓，Srac；tlfle3r為柔性環(huán)網(wǎng)控制器整流側(cè)的額定容量。
[0042] 所述步驟4包括以下步驟：
[0043] 步驟4-1:根據(jù)柔性環(huán)網(wǎng)控制器安裝地點(diǎn)的海拔高度和環(huán)境溫度確定換流閥的子 模塊中IGBT最大通流能力Imax;
[0044] 步驟4-2:根據(jù)柔性環(huán)網(wǎng)控制器整流側(cè)的額定容量Sre3C；tlfle3r計算換流閥橋臂電流， 有：
[0045]
^ 9)
[0046] 其中，Iarm為換流閥橋臂電流，Us為分區(qū)電網(wǎng)公共連接點(diǎn)的電壓，ω為工頻角頻率， 灼為Us的初始相角，U C為柔性環(huán)網(wǎng)控制器換流閥交流側(cè)出口電壓，外為的此初始相角，Χτ為 柔性環(huán)網(wǎng)控制器等值換流電抗，Ptransf(3r為分區(qū)電網(wǎng)的緊急有功功率支援需求， Plciss為柔性 環(huán)網(wǎng)控制器的損耗，Ud。為柔性環(huán)網(wǎng)控制器的直流電壓；
[0047] 步驟3-3:確定柔性環(huán)網(wǎng)控制器容量設(shè)計是否合理，有：
[0048] 若換流閥橋臂電流幅值| Iarm|不高于IGBT最大通流能力Imax，即| Iarm| dx，則表 明柔性環(huán)網(wǎng)控制器容量設(shè)計合理，否則表明柔性環(huán)網(wǎng)控制器容量設(shè)計不合理，返回步驟3重 新確定柔性環(huán)網(wǎng)控制器等值換流電抗Χτ。
[0049] 與最接近的現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的技術(shù)方案具有以下有益效果：
[0050] 1)本發(fā)明所提出的柔性環(huán)網(wǎng)控制器容量設(shè)計方法不僅考慮正常功率輸送需求、η-1故障時緊急有功支援需求和動態(tài)無功功率支撐需求，還將考慮了柔性環(huán)網(wǎng)控制器的損耗， 最后還通過IGBT通流能力校核，設(shè)計全面、工程針對性強(qiáng)，極具應(yīng)用推廣價值；
[0051] 2)本發(fā)明所提出的柔性環(huán)網(wǎng)控制器容量設(shè)計方法中，在分區(qū)電網(wǎng)中某一路線路發(fā) 生故障時，能夠憑借自身有功功率快速可控的特點(diǎn)，為分區(qū)電網(wǎng)提供緊急有功支援，對于維 持分區(qū)電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行意義重大；
[0052] 3)本發(fā)明所提出的柔性環(huán)網(wǎng)控制器容量設(shè)計方法中，換流電抗大小與IGBT通流水 平可配合達(dá)到最優(yōu)，技術(shù)經(jīng)濟(jì)性顯著。
【附圖說明】
[0053]圖1是本發(fā)明實施例中柔性環(huán)網(wǎng)控制器容量設(shè)計方法流程圖。
【具體實施方式】
[0054]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0055] 本發(fā)明提供一種柔性環(huán)網(wǎng)控制器容量設(shè)計方法，如圖1，所述方法包括以下步驟：
[0056] 步驟1:確定柔性環(huán)網(wǎng)控制器逆變側(cè)的額定容量；
[0057] 步驟2:確定柔性環(huán)網(wǎng)控制器整流側(cè)的額定容量；
[0058] 步驟3:確定柔性環(huán)網(wǎng)控制器等值換流電抗；
[0059] 步驟4:確定柔性環(huán)網(wǎng)控制器容量設(shè)計是否合理。
[0060] 所述步驟1包括以下步驟：
[0061]步驟1-1:收集柔性環(huán)網(wǎng)控制器所連接的分區(qū)電網(wǎng)負(fù)荷特性和電力系統(tǒng)中長期發(fā) 展規(guī)劃數(shù)據(jù)；
[0062]步驟1-2:根據(jù)分區(qū)電網(wǎng)的負(fù)荷特性和電力系統(tǒng)中長期發(fā)展規(guī)劃數(shù)據(jù)，確定分區(qū)電 網(wǎng)的穩(wěn)態(tài)功率輸送需求?_^1;
[0063] 步驟1-3:對分區(qū)電網(wǎng)進(jìn)行n-1穩(wěn)定性分析，確定分區(qū)電網(wǎng)的緊急有功功率支援需 <JcPtransfer j 有"：
[0064] Ptransfer - Pnominal+A P ( 1 )
[0065] 其中，△ P為采用有功功率控制指令的突變量；
[0066] 步驟1-4:根據(jù)分區(qū)電網(wǎng)在最小運(yùn)行方式下的交流電壓特性與短路特性，確定分區(qū) 電網(wǎng)的無功功率支撐需求Qc^mpensatiiDri，有：
[0067]
(2)
[0068] 其中，UE為分區(qū)電網(wǎng)的系統(tǒng)電壓，Us為分區(qū)電網(wǎng)公共連接點(diǎn)的電壓，Xs為分區(qū)電網(wǎng) 最小運(yùn)行方式下的系統(tǒng)等值電抗；
[0069] 步驟1-5:根據(jù)分區(qū)電網(wǎng)的緊急有功功率支援需求Ptransfe3r和分區(qū)電網(wǎng)的無功功率 支撐需求Qc^pensation確定柔性環(huán)網(wǎng)控制器逆變側(cè)的額定容量，有：
[0070]
(3)
[0071 ]其中，Si_rter為柔性環(huán)網(wǎng)控制器逆變側(cè)的額定容量。
[0072] 所述步驟2