[发明专利]一种基于混合式配电变压器的主动配电网及其控制方法

权利要求书

1.一种基于混合式配电变压器的主动配电网的控制方法，其特征在于，混合式配电变压器的主动配电网，包括供电区域、中压交流母线、配电网综合控制中心、通信网络、n_H个混合式配电变压器、n_F条低压馈线和n_G个分布式电源；主动配电网采用辐射式拓扑结构，其中压交流母线通过高压/中压变压器与高压主干输电网相连；配电网所含n_F条低压馈线中，按节点电压灵敏度区分，n_H条为关键馈线，其余nF-nH条为非关键馈线；每条关键馈线通过一台混合式配电变压器与中压交流母线相连，每条非关键馈线通过一台常规配电变压器与中压交流母线相连；

混合式配电变压器包括主变压器、隔离变压器、串联变流器和并联变流器；主变压器一次侧绕组连接配电网中压交流母线、二次侧绕组连接低压馈线、控制绕组连接并联变流器；隔离变压器的变流器侧绕组与串联变流器相连、网侧绕组与主变压器一次侧绕组串联；串联变流器和并联变流器之间通过直流环节实现背靠背连接；

配电网内存在分布式电源，分布式电源选自风电机组、光伏电站或微型燃气轮机中的一种或多种；各混合式配电变压器、分布式电源通过通信网络与配电网综合控制中心连接，并对各混合式配电变压器和分布式电源下达控制指令；

包括：中压母线节点电压协调控制、低压馈线电压控制、混合式配电变压器一次侧无功功率控制、混合式配电变压器二次侧电压控制；

中压母线节点电压协调控制和混合式配电变压器一次侧无功功率控制共同实现配电网中压母线节点电压的调节；配网综合控制中心建立旨在令中压母线各节点电压等于其额定值的协调优化问题，通过求解该问题得到各混合式配电变压器的一次侧无功功率参考指令，并分别下达给各个混合式配电变压器的本地控制器；混合式配电变压器的本地控制器基于比例-积分控制和前馈控制逻辑，令混合式配电变压器一次侧无功功率跟随参考指令，实现配电网中压母线节点电压分布的协调优化控制；

该协调控制方法具体包括：

1)在每个控制周期起始，配电网综合控制中心通过通信网络获取各条馈线的有功功率、无功功率、电压、电流等物理量的测量值；

2)根据所收集到的各条馈线的有功功率、无功功率、电压、电流物理量的测量值，建立优化控制问题，该问题的代价函数为：

该代价函数旨在通过求解n_H台混合式配电变压器各自的一次侧无功功率增量最优值ΔQ^*_HDT,i，最小化配电网范围内n_F个节点电压V_MV,j与额定值V^*_MV之间的偏差，其中K_Q,i为节点电压灵敏度系数；

该优化控制模型考虑如下约束条件：

a)潮流方程约束，包括中压交流母线上的有功功率潮流约束与无功功率潮流约束；

其中NB表示与节点j直接相邻的节点集合；

b)节点电压约束，保证中压母线上各节点电压在其额定值的0.95倍至1.05倍之间；

c)混合式配电变压器功率约束，确保各混合式配电变压器的有功功率P_HDT,i与无功功率Q_HDT,i的平方和小于其额定视在功率S_HDTn,i的平方；

3)求解上述非线性优化控制问题，得到各混合式配电变压器一次侧无功功率参考值Q^*_HDT,i；这些参考值作为控制信号，经由通信网络下达至各混合式配电变压器本地控制器，具体执行；

4)混合式配电变压器i接收到由配电网综合控制中心所计算的一次侧无功功率参考值Q^*_HDT,i之后，将该参考信号转换为并联变流器q轴电流参考指令，基于矢量控制思想，并辅以一次侧电压前馈控制改善动态特性，令混合式配电变压器一次侧无功功率跟随其参考指令Q^*_HDT,i；具体的q轴电流控制器基于比例-积分调节器实现，最终的控制信号经调制后，施加给混合式配电变压器内的并联变流器CV_p具体执行。