兼顾柔性直流配电系统经济成本的优化下垂控制策略

doi:10.3969/j.issn.1000－7229.2020.03.015

摘要/Abstract

摘要： 柔性直流配电系统运行方式多样且源荷功率波动具有高频随机性。为解决传统下垂控制未计及运行损耗、功率分配不合理和电压动态调节不理想等问题，首先分析系统运行损耗最小时的潮流优化方法，推导出经济下垂系数优化分配各站功率。为减小直流电压偏差，尽量避免换流站参数越限，提出下垂系数按电压裕度和换流站实时最大功率裕度自适应调整。最后以系统功率波动时直流电压偏差大小作为判断条件，给出优化下垂系数的选择方法，提出一种兼顾系统经济成本和换流站参数裕度的优化下垂控制策略。在PSCAD上搭建双端柔性直流配电系统仿真模型，不同运行工况的仿真结果验证了该策略的有效性。

关键词: 柔性直流配电系统, 运行损耗, 自适应调整, 优化下垂控制

Abstract: A flexible DC power distribution system operates in various ways and the source-load power fluctuations have high-frequency randomness. In order to solve the problems of low power quality， unreasonable power distribution and unsatisfactory dynamic voltage regulation under traditional droop control， a dual-objective optimal droop control strategy considering both economic performance and converter power margin is proposed. Firstly， the power flow optimization is analyzed when the system running loss is minimum， the droop coefficient of economic distribution is derived， and the power of each station is optimized. In order to avoid over-limit of the converter station parameters and reduce the static deviation of DC voltage， it is proposed to adaptively adjust the droop coefficient by considering the voltage margin and the real-time maximum power margin of the converter station. Finally， according to the DC voltage deviation when the system power fluctuates， the selection method for optimizing the droop coefficient is proposed. The simulation model of double-ended flexible DC power distribution system is built in PSCAD. The simulation results of different operating conditions verify the effectiveness of the strategy.

Key words: flexible DC distribution system, operating loss, adaptive adjustment, optimized droop control

中图分类号:

TM 72

陈蒙蒙，高亮，李盈含. 兼顾柔性直流配电系统经济成本的优化下垂控制策略[J]. 电力建设, 2020, 41(3): 119-126.

CHEN Mengmeng， GAO Liang， LI Yinghan. Dual-Objective Optimal Droop Control Strategy for Flexible DC Distribution Systems[J]. Electric Power Construction, 2020, 41(3): 119-126.

参考文献

［1］姚钢，纪飞鹏，殷志柱，等. 直流配电电能质量研究综述［J］. 电力系统保护与控制， 2017， 45（16）： 163-170.
YAO Gang， JI Feipeng， YIN Zhizhu， et al. Review on the research of DC power distribution power quality［J］. Power System Protection and Control， 2017， 45（16）： 163-170.
［2］叶莘，韦钢，马雷鹏，等. 含分布式电源的直流配电网供电能力评估［J］. 电力系统自动化， 2017， 41（9）： 58-64.
YE Shen， WEI Gang， MA Leipeng， et al. Power supply capability evaluation of DC distribution network with distributed generators［J］. Automation of Electric Power Systems， 2017， 41（9）： 58-64.
［3］熊雄，季宇，李蕊，等. 直流配用电系统关键技术及应用示范综述［J］. 中国电机工程学报， 2018， 38（23）： 6802-6813.
XIONG Xiong， JI Yu， LI Rui， et al. An overview of key technology and demonstration application of DC distribution and consumption system［J］. Proceedings of the CSEE， 2018， 38（23）： 6802-6813.
［4］ZHENG H， WU G L， LIN H Y， et al. Adaptability research and construction scheme of DC distribution network topologies［C］//2018 2nd IEEE Advanced Information Management，Communicates，Electronic and Automation Control Conference （IMCEC）. Xian： IEEE， 2018： 1114-1118.
［5］张明，和敬涵，张义志，等. 多端柔性直流电网的故障定位方法［J］. 电力建设， 2017， 38（8）： 24-32.
ZHANG Ming， HE Jinghan， ZHANG Yizhi， et al. Fault location technique for multi-terminal VSC-HVDC system［J］. Electric Power Construction， 2017， 38（8）： 24-32.
［6］王丹，柳依然，梁翔，等. 直流配电网电压等级序列研究［J］. 电力系统自动化， 2015， 39（9）： 19-25， 47.
WANG Dan， LIU Yiran， LIANG Xiang， et al. DC distribution network voltage class series［J］. Automation of Electric Power Systems， 2015， 39（9）： 19-25， 47.
［7］吴蒙，贺之渊，阎发友，等. 下垂控制对直流电网动态电压稳定性的影响分析［J］. 电力系统保护与控制， 2019， 47（10）： 8-15.
WU Meng， HE Zhiyuan， YAN Fayou， et al. Influence of droop control on the dynamic voltage stability of DC grid analysis［J］. Power System Protection and Control， 2019， 47（10）： 8-15.
［8］杨海柱，岳刚伟，康乐. 微网分段动态自适应下垂控制策略研究［J］. 电力系统保护与控制， 2019， 47（8）： 80-87.
YANG Haizhu， YUE Gangwei， KANG Le. Research on piecewise dynamic adaptive droop control strategy for microgrid［J］. Power System Protection and Control， 2019， 47（8）： 80-87.
［9］米根锁，谌杰，高磊，等. VSC-MTDC系统下垂控制优化策略［J/OL］. 电力系统及其自动化学报： 1-7 （2019-04-17）［2019-07-09］. http：//kns.cnki.net/kcms/detail/12.1251.TM.20190416.1308.001.html.
MI Gensuo， CHEN Jie， GAO Lei， et al. Improved droop control stratage of voltage sourced converter based multi-terminal HVDC ［J/OL］. Proceedings of the CSU-EPSA： 1-7 （2019-04-17）［2019-07-09］. http：//kns.cnki.net/kcms/detail/12.1251.TM.20190416.1308.001.html.
［10］彭乔，刘天琪，张英敏，等. 考虑功率裕度与系统稳定性的直流电网自适应下垂控制［J］. 中国电机工程学报， 2018， 38（12）： 3498-3506.
PENG Qiao， LIU Tianqi， ZHANG Yingmin， et al. Adaptive droop control of VSC based DC grid considering power margin and system stability［J］. Proceedings of the CSEE， 2018， 38（12）： 3498-3506.
［11］CHEN X， WANG L， SUN H S， et al. Fuzzy logic based adaptive droop control in multiterminal HVDC for wind power integration［J］. IEEE Transactions on Energy Conversion， 2017， 32（3）： 1200-1208.
［12］刘瑜超，武健，刘怀远，等. 基于自适应下垂调节的VSC-MTDC功率协调控制［J］. 中国电机工程学报， 2016， 36（1）： 40-48.
LIU Yuchao， WU Jian， LIU Huaiyuan， et al. Effective power sharing based on adaptive droop control method in VSC multi-terminal DC grids［J］. Proceedings of the CSEE， 2016， 36（1）： 40-48.
［13］CHAUDHURI N R， CHAUDHURI B. Adaptive droop control for effective power sharing in multi-terminal DC （MTDC） grids［J］. IEEE Transactions on Power Systems， 2013， 28（1）： 21-29.
［14］徐进，金逸，胡从川，等. 适用于海上风电并网的多端柔性直流系统自适应下垂控制研究［J］. 电力系统保护与控制， 2018， 46（4）： 78-85.
XU Jin， JIN Yi， HU Congchuan， et al. DC voltage adaptive droop control of multi-terminal VSC-HVDC system for offshore wind farms integration［J］. Power System Protection and Control， 2018， 46（4）： 78-85.
［15］CHAI R Z， ZHANG B H， DOU J M. Improved DC voltage margin control method for DC grid based on VSCs［C］//2015 IEEE 15th International Conference on Environment and Electrical Engineering （EEEIC）. Rome， Italy： IEEE， 2015： 1683-1687.
［16］MAHMOODI M， GHAREHPETIAN G B， ABEDI M， et al. A suitable control strategy for source converters and a novel load- generation voltage control scheme for DC voltage determination in DC distribution systems［C］//2006 IEEE International Power and Energy Conference. Putra Jaya， Malaysia： IEEE， 2006： 363-367.
［17］王毅，黑阳，付媛，等. 基于变下垂系数的直流配电网自适应虚拟惯性控制［J］. 电力系统自动化， 2017， 41（8）： 116-124.
WANG Yi， HEI Yang， FU Yuan， et al. Adaptive virtual inertia control of DC distribution network based on variable droop coefficient［J］. Automation of Electric Power Systems， 2017， 41（8）： 116-124.
［18］俞拙非，武迪，陈璐瑶，等. 基于随机因子及优化下垂的多端直流配电网控制策略［J］. 电力系统自动化， 2018， 42（14）： 145-150.
YU Zhuofei， WU Di， CHEN Luyao， et al. Control strategies for multi-terminal DC distribution network based on random factor and optimized droop［J］. Automation of Electric Power Systems， 2018， 42（14）： 145-150.
［19］赵学深，彭克，张新慧，等. 基于前馈补偿的柔性直流配电系统下垂控制方法［J］. 电力系统自动化， 2018， 42（15）： 94-101.
ZHAO Xueshen， PENG Ke， ZHANG Xinhui， et al. Droop control method for flexible DC distribution system based on feedforward compensation［J］. Automation of Electric Power Systems， 2018， 42（15）： 94-101.
［20］陈东，许冬，韩民晓，等. 混合多端直流输电系统的损耗优化控制［J］. 电力系统自动化， 2018， 42（10）： 100-105.
CHEN Dong， XU Dong， HAN Minxiao， et al. Loss optimization control for hybrid multi-terminal DC transmission system［J］. Automation of Electric Power Systems， 2018， 42（10）： 100-105.
［21］和敬涵，李智诚，王小君，等. 计及换流器损耗与电压下垂控制的交直流系统最优潮流算法［J］. 电力系统自动化， 2017， 41（22）： 48-55.
HE Jinghan， LI Zhicheng， WANG Xiaojun， et al. Optimal power flow algorithm for hybrid AC/DC power systems considering power loss of converter and voltage-droop control［J］. Automation of Electric Power Systems， 2017， 41（22）： 48-55.
［22］雷婧婷，安婷，杜正春，等. 含直流配电网的交直流潮流计算［J］. 中国电机工程学报， 2016， 36（4）： 911-918.
LEI Jingting， AN Ting， DU Zhengchun， et al. A unified AC/DC power flow algorithm with DC distribution［J］. Proceedings of the CSEE， 2016， 36（4）： 911-918.