摘 要：

針對分布式電源大規(guī)模接入低壓臺區(qū)后傳統(tǒng)低壓配電網(wǎng)出現(xiàn)的電壓越限、臺區(qū)負載不平衡、變壓器容量分配不均衡等問題，基于柔性互聯(lián)裝置的功率調(diào)控能力構(gòu)建多臺區(qū)互聯(lián)架構(gòu)，并提出一種計及變壓器功率損耗的負荷調(diào)控策略，實現(xiàn)互聯(lián)臺區(qū)間有功互濟、負荷均衡。首先，介紹加入電容電流反饋有源阻尼環(huán)節(jié)的柔性互聯(lián)裝置控制策略，為確保后續(xù)負荷調(diào)控策略的有效實施打下基礎;其次，提出計及變壓器功率損耗的負荷調(diào)控策略，以生成柔性互聯(lián)裝置功率指令;最后，仿真結(jié)果表明所提策略可以靈活控制各端口傳輸功率并保持母線電壓穩(wěn)定，且相比于傳統(tǒng)負荷調(diào)控策略可以有效降低系統(tǒng)損耗。

關鍵詞：

柔性臺區(qū); 柔性互聯(lián)裝置; 變壓器; 控制策略

中圖分類號： TM71

文獻標志碼： A

文章編號： 2095-8188（2024）09-0015-09

DOI：

10.16628/j.cnki.2095-8188.2024.09.003

Coordinated Control Study on Flexible Interconnection of Distribution Station Areas Considering Transformer Power Losses

LIN Yurun， MIAO Xiren

（College of Electrical Engineering and Automation，F(xiàn)uzhou University， Fuzhou 350116， China）

Abstract：

Aiming at the problems of voltage overrun， unbalanced load in station areas， unbalanced transformer capacity distribution and other problems that occur in the traditional low-voltage distribution network after the large-scale access to low-voltage stations by distributed generator， the power regulation capability of flexible interconnection devices is utilized to construct multi-station interconnections， and a load regulation strategy taking into account the power loss of transformers is proposed to realize the mutual aid of active power and load balancing among the interconnected distribution stations areas.Firstly， the control strategy of the flexible interconnection device with the capacitor current feedback active damping link is introduced to lay the foundation for ensuring the effective implementation of the subsequent load regulation strategy.Then， the load regulation strategy taking into account the transformer power loss is proposed to generate the power command of the flexible interconnection device.Finally， the simulation results show that the proposed strategy can flexibly control the transmission power of the ports and keep the DC voltage at the same time， and can effectively reduce the system loss compared with the traditional load control strategy.

Key words：

flexible distribution station area; flexible interconnection devices; transformer; control strategy

0 引 言

在國務院印發(fā)的《2030年前碳達峰行動方案》中，國家明確提出加快新型電力系統(tǒng)建設、提高新能源占比的行動要求［1］;國家能源局也下發(fā)通知，要求實現(xiàn)分布式光伏“宜建盡建”“宜接盡接”［2］。在國家政策和相關能源技術發(fā)展的驅(qū)動下，可再生能源以分布式電源（DG）的形態(tài)越來越廣泛地接入低壓配電臺區(qū)［3］，其大規(guī)模接入可能引發(fā)功率不平衡、電壓越限、臺區(qū)變壓器輕重載運行等問題［4-5］，對配電臺區(qū)運行的安全性、經(jīng)濟性都將是巨大挑戰(zhàn)。柔性互聯(lián)裝置是一種全控型電力電子器件，具有靈活、精準控制所聯(lián)饋線之間有功功率和無功功率的能力，良好的可控性以及靈活的控制方式使其成為解決當前配電臺區(qū)運行難題的關鍵設備之一［6-8］，其在國內(nèi)外均已有初步的工程應用［9-10］。

目前，國內(nèi)外學者對于柔性互聯(lián)裝置的研究主要集中在控制策略改進以及配電網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度上。文獻［11］介紹柔性互聯(lián)裝置的工作原理;文獻［12］提出一種針對柔性多狀態(tài)開關的改進型下垂控制策略，其能夠根據(jù)變流器端口輸出有功功率動態(tài)調(diào)節(jié)下垂系數(shù)來應對負荷引起的頻率波動;文獻［13］將基于指數(shù)趨近律的滑模用于控制策略的內(nèi)環(huán)，使其比傳統(tǒng)的電流內(nèi)環(huán)具有更好的動態(tài)響應;文獻［14］將虛擬直流發(fā)電機技術用于自儲能柔性互聯(lián)裝置的協(xié)調(diào)控制，以提高直流母線電壓的穩(wěn)定性;文獻［15］提出自儲能柔性互聯(lián)裝置的多模態(tài)有功-無功協(xié)同的調(diào)壓控制策略;文獻［16］提出一種基于兩端口柔性互聯(lián)裝置，將配電網(wǎng)饋線負荷平均分配的均衡控制策略;文獻［17］提出一種根據(jù)變壓器容量生成柔性互聯(lián)裝置功率指令的方法，實現(xiàn)兩側(cè)交流電網(wǎng)有功功率互濟;文獻［18］提出一種柔性互聯(lián)裝置模型預測協(xié)同控制策略，在實現(xiàn)負荷均衡的同時能夠平衡各端口傳輸能力;文獻［19］以多層級負載不均衡度、網(wǎng)損、運營成本為優(yōu)化目標，提出基于多模式柔性互聯(lián)的交直流低壓配電網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度模型;文獻［20］采用分布魯棒機會約束的方法求解含柔性互聯(lián)裝置的配電網(wǎng)多時間尺度電壓優(yōu)化問題。綜上，目前柔性互聯(lián)裝置的應用場景大多為中壓配電網(wǎng)的優(yōu)化運行，對于其在低壓配電網(wǎng)的研究尚在起步階段，同時目前的配電網(wǎng)負荷調(diào)控策略往往只追求饋線負荷均衡，未從全局考慮變壓器功率損耗以及變壓器輕重載運行帶來的隱患。

本文提出一種計及變壓器功率損耗的多臺區(qū)柔性互聯(lián)協(xié)調(diào)控制策略。首先，分析DG接入對低壓臺區(qū)造成的影響，并提出基于柔性互聯(lián)裝置的多臺區(qū)互聯(lián)架構(gòu);其次，介紹引入電容電流反饋有源阻尼的LCL型電壓源換流器（VSC）控制策略;接著，設計一種綜合考慮變壓器損耗及變換器損耗的負荷調(diào)控策略，以生成柔性互聯(lián)裝置功率指令;最后，以基于柔性互聯(lián)裝置構(gòu)建的多臺區(qū)互聯(lián)為例，仿真驗證了本文所提協(xié)調(diào)控制策略的有效性及可行性。

1 區(qū)域多臺區(qū)柔性互聯(lián)系統(tǒng)

1.1 DG接入對傳統(tǒng)臺區(qū)造成的影響

在傳統(tǒng)低壓臺區(qū)中，功率流動方向僅有從饋線首端流向末端用戶一種。然而隨著DG的大規(guī)模接入，若其發(fā)出的電能無法就地消納，將會使功率從末端流回饋線首端，導致公共連接點處電壓抬升甚至越限。DG接入后傳統(tǒng)低壓臺區(qū)等效電路如圖1所示。

圖1中，Ug表示臺區(qū)變壓器出口側(cè)電壓，即饋線首端電壓;U表示末端公共連接點電壓;R、X表示線路阻抗;S、P、Q表示網(wǎng)側(cè)傳遞的視在功率、有功功率和無功功率;PL、QL表示負載的有功功率和無功功率;PDG表示DG輸出的有功功率。則公共連接點處的電壓為

U=Ug2+Ug22－（PR+QX）12=Ug2+Ug22－（PL－PDG）R－QLX12（1）

由式（1）可知，如果臺區(qū)負載不變，PDG增大將會抬升公共連接點處的電壓，而臺區(qū)負載過大則會使公共連接點電壓跌落，這2種情況均有可能導致電壓越限。因此，可以通過潮流控制的方式來解決電壓越限問題，在不同饋線間安裝柔性互聯(lián)裝置，形成多臺區(qū)柔性互聯(lián)，即可實現(xiàn)不同臺區(qū)的有功潮流在空間上的轉(zhuǎn)移，以改善臺區(qū)電壓越限的情況。柔性互聯(lián)裝置可以將無法就地消納的DG發(fā)電量轉(zhuǎn)移至負載過大的臺區(qū)，也可以將過剩功率或負荷分配給各互聯(lián)臺區(qū)共同承擔，將各互聯(lián)臺區(qū)變?yōu)橐粋€“協(xié)同作戰(zhàn)”的整體。

1.2 多臺區(qū)柔性互聯(lián)系統(tǒng)架構(gòu)

在低壓配電臺區(qū)中，柔性互聯(lián)裝置往往安裝于地理位置相近的幾個變壓器的出口側(cè)，由多個變換器通過直流母線形成背靠背的多個端口。本文多臺區(qū)柔性互聯(lián)系統(tǒng)以3個臺區(qū)互聯(lián)為例，三端口柔性互聯(lián)低壓臺區(qū)架構(gòu)如圖2所示。3個臺區(qū)變壓器二次側(cè)通過柔性互聯(lián)裝置連接，從而實現(xiàn)臺區(qū)間容量共享與負荷功率均衡調(diào)控的目的。

圖2中，T1、T2、T3分別表示#1臺區(qū)、#2臺區(qū)、#3臺區(qū)的10.5 kV/0.4 kV變壓器，其容量分別為200 kVA、250 kVA、315 kVA;Pb1、Pb2、Pb3分別表示3個變壓器輸出的有功功率;PS1、PS2、PS3分別表示柔性互聯(lián)裝置3個端口輸出的有功功率;PL1、PL2、PL3分別表示3個臺區(qū)內(nèi)負荷與分布式電源出力的差值，PLi（i=1，2，3）為正代表該臺區(qū)總負荷大于DG出力，為負則表示該臺區(qū)DG出力大于總負荷。

2 區(qū)域多端柔性互聯(lián)裝置控制策略

柔性互聯(lián)裝置的控制策略與區(qū)域多臺區(qū)柔性互聯(lián)系統(tǒng)的響應速度、安全性以及成本效益存在較大的關聯(lián)，為保證各功率變換單元能安全穩(wěn)定運行且實現(xiàn)各低壓配電臺區(qū)間功率轉(zhuǎn)移，同時使臺區(qū)變壓器在更合理的負載運行區(qū)間內(nèi)工作，本文提出一種考慮變壓器經(jīng)濟運行的區(qū)域多端柔性互聯(lián)裝置控制策略。

2.1 三端口柔性互聯(lián)裝置拓撲結(jié)構(gòu)

三端口柔性互聯(lián)裝置拓撲結(jié)構(gòu)如圖3所示。由3個容量均為60 kVA的三相VSC構(gòu)成，VSC1、VSC2、VSC3通過直流側(cè)并聯(lián)形成多端互聯(lián)。

圖3中，Lf表示變換器側(cè)電感;Cf表示交流側(cè)濾波電容;Lg表示網(wǎng)側(cè)電感;C1與C2共同構(gòu)成直流側(cè)濾波電容，電容中點與配電變壓器中性點相連;Ux（x=a，b，c）表示變換器三相交流側(cè)電壓;UCx（x=a，b，c）表示三相輸出濾波電容電壓;Ugx（x=a，b，c）表示電網(wǎng)側(cè)三相電壓;igx（x=a，b，c）表示網(wǎng)側(cè)電感電流;ifx（x=a，b，c）表示變換器側(cè)電感電流;iCx（x=a，b，c）表示濾波電容電流;Udc表示直流側(cè)電壓。本文所提VSC采用LCL型濾波器，與常見的L型、LC型濾波器相比，在相同的濾波要求下，LCL型濾波器可以采用更小的電感值和電容值從而降低成本，并且其對高頻諧波的抑制能力極強，網(wǎng)側(cè)電感對沖擊電流有較強的抑制能力。柔性互聯(lián)裝置3個端口結(jié)構(gòu)完全對稱，為簡化分析，本文僅對單個VSC模型進行研究。

2.2 VSC數(shù)學模型

參考圖2電流方向，根據(jù)基爾霍夫電流定律可得VSC主電路在abc靜止坐標系下的數(shù)學模型為

Ux_abc=UCx_abc+Lfdifx_abcdt

UCx_abc=Ugx_abc+Lgdigx_abcdt

ifx_abc=igx_abc+CfdUCx_abcdt（2）

在dq同步旋轉(zhuǎn)坐標系下，可以更直觀地控制VSC輸出電流的有功及無功分量，便于有功功率和無功功率的調(diào)節(jié)，因此需要將VSC在abc坐標系下的數(shù)學模型轉(zhuǎn)換到dq坐標系下，abc靜止坐標系下的三相電壓與電流轉(zhuǎn)換到dq坐標系下的變換表達式為

xaxbxc=cosθpcosθp－2π3cosθp+2π3sinθpsinθp－2π3sinθp+2π3xdxq（3）

式中： x——電壓或電流;

下標——相應坐標系;

θp——鎖相環(huán)獲得的角度。

鎖相環(huán)通過對網(wǎng)側(cè)電壓進行dq變換形成閉環(huán)控制，網(wǎng)側(cè)電壓的q軸分量經(jīng)過環(huán)路濾波器得到電網(wǎng)頻率的偏移量后，將偏移量與額定頻率相疊加即可得到鎖相環(huán)的估計頻率，將估計頻率積分就能得到估計相位，重復上述過程直到網(wǎng)側(cè)電壓的q軸分量為0即可得到電網(wǎng)實際相位的近似值。

對式（1）進行變換后整理，可得到VSC主電路在dq同步旋轉(zhuǎn)坐標系下的數(shù)學模型為

Ud=UCd+Lfdifddt－ω0LfifqUq=UCq+Lfdifqdt+ω0Lfifdifd=igd+CfdUCddt－ω0CfUCqifq=igq+CfdUCqdt+ω0CfUCd（4）

式中： Ux（x=d，q）——變換器側(cè)電壓矢量的d、q軸分量;

UCx（x=d，q）——輸出濾波電容電壓矢量的d、q軸分量;

Ugx（x=d，q）——電網(wǎng)電壓矢量的d、q軸分量;

igx（x=d，q）——網(wǎng)側(cè)電感電流的d、q軸分量;

ifx（x=d，q）——變換器側(cè)電感電流的d、q軸分量;

iCx（x=d，q）——濾波電容電流的d、q軸分量。

經(jīng)過坐標變換，控制系統(tǒng)的設計得到了極大的簡化，但由式（3）可知，d軸與q軸分量仍然存在耦合關系，難以實現(xiàn)d、q兩軸的獨立控制，不利于實現(xiàn)對變換器輸出有功和無功功率的獨立控制，因此需要在進行電流控制時采用前饋解耦的方法。

根據(jù)基爾霍夫電流定律，直流動態(tài)電壓方程為

CdUdcdt=i1+i2+i3（5）

式（5）變換可得：

UdcCdUdcdt=Udci1+Udci2+Udci3=P1+P2+P3（6）

若系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運行，即保持直流母線電壓穩(wěn)定，由式（6）可知，P1+P2+P3=0，即3個變換器之間傳輸?shù)挠泄β手蜑?，故柔性互聯(lián)裝置可以通過保持母線電壓恒定來實現(xiàn)各個端口所連電網(wǎng)間功率的穩(wěn)定傳輸。忽略開關管和線路損耗，VSC在dq坐標系下端口傳輸?shù)挠泄盁o功功率的表達式為

Pj=1.5（udjidj+uqjiqj）， j=1，2，3

Qj=1.5（uqjidj－udjiqj）， j=1，2，3（7）

式中： Pj、Qj——第j個VSC的有功功率和無功功率;

udj、uqj——第j個VSC網(wǎng)側(cè)電壓的d、q軸分量;

idj、iqj——第j個VSC網(wǎng)側(cè)電流的d、q軸分量。

2.3 控制策略

由2.2節(jié)的分析可知，三端口柔性互聯(lián)裝置中必須有一個端口的VSC采用穩(wěn)定直流母線電壓的控制策略，其余端口則進行功率控制，因此本文采用的控制策略為一個VSC端口采用直流電壓-無功功率控制，另外兩端采用恒功率（PQ）控制。2種控制策略均采用雙環(huán)控制，外環(huán)根據(jù)VSC需要控制的量經(jīng)過PI控制后得到內(nèi)環(huán)控制量的參考值，內(nèi)環(huán)均為對三相瞬時電流的d軸、q軸分量進行控制的電流環(huán)。三端口柔性互聯(lián)裝置控制策略框圖如圖4所示。

圖4中，Udc_ref 、Pref、Qref分別為直流母線電壓參考值、VSC有功功率參考值以及無功功率參考值，Pref和Qref由功率指令模塊輸出;igd_ref和igq_ref分別為網(wǎng)側(cè)電流的d軸和q軸分量參考值;UPCC_abc為VSC與電網(wǎng)連接節(jié)點的三相電壓，其經(jīng)鎖相環(huán)后得到的角度θp用于后續(xù)控制中所有坐標變換。

將直流電壓或有功功率實際值和參考值的誤差送入PI控制器得到igd的參考值，將無功功率實際值和參考值的誤差送入PI控制器得到igq的參考值，再對igd和igq實際值與參考值的誤差進行PI控制同時限制最大輸出電流。為了便于實現(xiàn)變換器輸出有功和無功功率的獨立控制，提高系統(tǒng)的控制性能，同時保證LCL型濾波器良好的濾波特性，在電流內(nèi)環(huán)的PI控制之后，引入交叉耦合補償來消除d軸與q軸間的電流耦合影響，引入電容電流反饋有源阻尼來抑制LCL濾波器的諧振尖峰。

2.4 計及變壓器功率損耗的調(diào)控策略

在本文的三端口柔性互聯(lián)裝置中，VSC1采用電壓-無功功率控制，VSC2、VSC3采用PQ控制，VSC1實現(xiàn)直流電壓控制后，需設定合理的VSC2、VSC3外環(huán)功率指令，以實現(xiàn)不同臺區(qū)間能量轉(zhuǎn)移，降低系統(tǒng)損耗。常規(guī)PQ控制策略通常以實現(xiàn)不同臺區(qū)間負荷均衡為目標，往往將互聯(lián)臺區(qū)總負荷平均分配，并未考慮到各臺區(qū)變壓器容量及型號的差異，從而導致變壓器輸出有功功率分配不合理，造成變壓器損耗過大，因此本文提出一種考慮變壓器功率損耗的柔性互聯(lián)裝置調(diào)控策略。

2.4.1 變壓器功率損耗特性分析

臺區(qū)配電變壓器的運行損耗約占整個配電網(wǎng)損耗的70%，因此合理分配變壓器輸出功率，使其工作在綜合功率損耗率較低的經(jīng)濟運行區(qū)間，對降低配電網(wǎng)損耗具有重大意義。變壓器綜合損耗率是指變壓器綜合功率損耗與其輸入的有功功率之比的百分數(shù)，其值越小，則變壓器工作效率越高，其計算公式［21］為

η0=ΔPZP1=P0Z+KTβ2PKZβSNcosφ+P0Z+KTβ2PKZ×100%（8）

β=SSN=PbSNcosφ（9）

式中： η0——變壓器綜合功率損耗率;

ΔPZ——變壓器綜合功率損耗;

P0Z——變壓器綜合功率空載損耗;

KT——負載波動損耗系數(shù);

β——變壓器負載率;

PKZ——變壓器綜合功率額定負載功率損耗;

SN——變壓器額定容量;

cosφ——變壓器功率因數(shù);

S——變壓器平均輸出的視在功率;

Pb——變壓器平均輸出的有功功率。

本文選用的變壓器均為S11系列，其中T1容量為200 kVA，T2容量為250 kVA，T3容量為315 kVA，負載波動損耗系數(shù)取1，功率因數(shù)取0.95。根據(jù)式（8），變壓器綜合功率損耗率曲線如圖5所示。

由圖5可知，變壓器綜合功率損耗率與其負載率并不是線性關系，負載過輕或負載過重都會導致其損耗率增大，由GB/T 13462—2008《電力變壓器經(jīng)濟運行》可以得到S11型變壓器的最佳經(jīng)濟運行區(qū)間為負載率在0.18～0.75［21］，經(jīng)濟運行區(qū)間為負載率在0.14～1.00，最佳運行負載率約為0.37。

2.4.2 調(diào)控策略

本文提出一種考慮變壓器功率損耗特性的多臺區(qū)柔性互聯(lián)調(diào)控策略，以實現(xiàn)各臺區(qū)負荷均衡的同時，讓變壓器工作在功率損耗最小的運行區(qū)間。由于無功功率不影響變壓器綜合功率損耗，為便于分析，本文僅考慮柔性互聯(lián)裝置在單位功率因數(shù)下運行的情況。

本文優(yōu)化運行調(diào)控策略以降低系統(tǒng)總損耗為目標，柔性互聯(lián)裝置的3個端口直接連在各臺區(qū)變壓器的低壓側(cè)出口，其端口傳輸?shù)挠泄β蕦Φ蛪航涣鱾?cè)網(wǎng)絡沒有影響，因此可以忽略線路傳輸損耗，設立目標函數(shù)為

minF=min（F1+F2）（10）

式中： F——系統(tǒng)總損耗;

F1——變壓器綜合功率損耗;

F2——柔性互聯(lián)裝置功率傳輸損耗。

變壓器綜合功率損耗計算公式為

F1=∑i=1，2，3PZi=∑i=1，2，3（P0Zi+β2iPKZi）（11）

柔性互聯(lián)裝置各端口損耗主要與端口傳輸功率以及傳輸效率有關，其計算公式為

F2=∑i=1，2，3PSi_loss=∑i=1，2，3（1－η）PSi（12）

式中： PSi_loss——柔性互聯(lián)裝置端口i的傳輸損耗;

η——傳輸效率，取98%。

三端口柔性互聯(lián)裝置需滿足功率守恒的約束為

∑i=1，2，3PSi=0（13）

三端口柔性互聯(lián)裝置還需滿足端口容量約束為

PSi≤SNi， i=1，2，3（14）

式中： SNi——柔性互聯(lián)裝置端口容量，取60 kVA。

本文設計的調(diào)控策略流程：首先采集臺區(qū)內(nèi)柔性互聯(lián)裝置、變壓器等的硬件信息，并實時更新各臺區(qū)負荷PLi、變壓器輸出有功功率Pbi、柔性互聯(lián)裝置端口輸出有功功率PSi;然后進入模型計算環(huán)節(jié)，將采集到的硬件信息和臺區(qū)實時運行信息，輸入根據(jù)式（10）～式（14）定義的目標函數(shù)和約束條件，以此求解出能使系統(tǒng)綜合損耗最小的最優(yōu)值，即輸出最優(yōu)調(diào)控功率指令PSi_ref。

3 仿真驗證

為驗證本文所提計及變壓器功率損耗多臺區(qū)柔性互聯(lián)協(xié)調(diào)控制策略的有效性，在MATLAB/Simulink仿真平臺中搭建圖2的交流電網(wǎng)和三端口柔性互聯(lián)裝置模型，系統(tǒng)仿真步長設定為1 μs，柔性互聯(lián)裝置開關頻率為10 kHz。系統(tǒng)仿真參數(shù)如表1所示。

3.1 柔性互聯(lián)裝置改善電壓越限仿真驗證

在該仿真工況中，設定#2臺區(qū)為光伏超發(fā)臺區(qū)，導致公共連接點電壓越上限;#3臺區(qū)為重負荷臺區(qū)，導致公共連接點電壓越下限。在0～0.5 s，使系統(tǒng)正常啟動，VSC1設置直流母線電壓指令為750 V，VSC2、VSC3有功功率指令及無功功率指令均設為0;在0.5～1.0 s，#2臺區(qū)的DG無法就地消納向變壓器倒送30 kW功率，#3臺區(qū)投切30 kW負載;在1.0～1.5 s，VSC2設定有功功率指令為-30 kW，VSC3設定有功功率指令為30 kW，柔性互聯(lián)裝置有功功率指令為正的功率流向同圖1中PSi方向。柔性互聯(lián)裝置改善電壓越限仿真波形如圖6所示。

由圖6可知，0.5 s時，#2臺區(qū)功率倒送，網(wǎng)側(cè)峰值電壓升至356 V（Un取326 V，即356 V=1.09Un），#3臺區(qū)由于負載投切，網(wǎng)側(cè)峰值電壓降至296 V（Un取326 V，即296 V=0.9Un）;1 s時，VSC2輸出有功功率-30 kW，VSC3輸出有功功率30 kW，將#2臺區(qū)超發(fā)的30 kW有功功率轉(zhuǎn)供至#3臺區(qū)投切的30 kW負載;1 s后，#2臺區(qū)和#3臺區(qū)網(wǎng)側(cè)電壓均恢復正常。該工況下，直流母線電壓全程基本保持恒定，僅VSC2和VSC3在1 s時開始轉(zhuǎn)供功率產(chǎn)生的擾動下發(fā)生微小波動（lt;5 V），且在0.1 s內(nèi)恢復至750 V。

可見，柔性互聯(lián)裝置可以有效改善因臺區(qū)負荷過大或臺區(qū)分布式電源超發(fā)導致的網(wǎng)側(cè)電壓越限情況，同時所提控制策略可以保證柔性互聯(lián)裝置轉(zhuǎn)供期望達到的功率并穩(wěn)定輸出，且能保證直流母線電壓波動在受到擾動后僅發(fā)生微小波動并在極短的時間內(nèi)恢復至750 V。

3.2 計及變壓器功率損耗的控制策略仿真驗證

本文變壓器分為輕載運行（βlt;18%）、重載運行（βgt;75%）、正常運行（18%lt;βlt;75%）3種運行模式。為驗證本文控制策略的有效性，在該仿真工況下將3個臺區(qū)變壓器按不同運行模式組合，用計及變壓器功率損耗的控制策略并讓柔性互聯(lián)裝置生成輸出功率指令。計及變壓器功率損耗的控制策略仿真波形如圖7所示。

0～1.0 s，系統(tǒng)正常啟動，VSC1設置直流母線電壓指令為750 V，VSC2、VSC3有功功率指令及無功功率指令均設為0;

1.0～2.5 s，#1、#2、#3臺區(qū)的有功負荷功率分別為100 kW、200 kW、180 kW，T1和T3工作在正常運行模式，T2工作在重載模式，此時柔性互聯(lián)裝置傳輸?shù)挠泄β蕿镻S1=-17.10 kW、PS2=44.02 kW、PS3=-26.92 kW，轉(zhuǎn)供后3個變壓器輸出的有功功率變?yōu)镻b1=117.1 kW、Pb2=155.98 kW、Pb3=206.92 kW;

2.5～4.0 s，#1、#2、#3臺區(qū)的有功負荷功率分別為160 kW、180 kW、280 kW，T1、T2、T3均工作在重載模式，此時柔性互聯(lián)裝置傳輸?shù)挠泄β蕿镻S1=8.74 kW、PS2=-21.47 kW、PS3=12.73 kW，轉(zhuǎn)供后3個變壓器輸出的有功功率變?yōu)镻b1=151.26 kW、Pb2=201.47 kW、Pb3=267.27 kW;

4.0～5.5 s，#1、#2、#3臺區(qū)的有功負荷功率分別為30 kW、40 kW、100 kW，T1、T2、T3均工作在輕載模式，此時柔性互聯(lián)裝置傳輸?shù)挠泄β蕿镻S1=-11.47 kW、PS2=-15.24 kW、PS3=26.71 kW，轉(zhuǎn)供后3個變壓器輸出的有功功率變?yōu)镻b1=41.47 kW、Pb2=55.24 kW、Pb3=73.29 kW;

5.5～7.0 s，#1、#2、#3臺區(qū)的有功負荷功率分別為200 kW、-30 kW、110 kW，T1工作在重載模式，#2臺區(qū)分布式電源電能超發(fā)倒送至T2，T3工作在正常運行模式，此時柔性互聯(lián)裝置傳輸?shù)挠泄β蕿镻S1=19.65 kW、PS2=-60 kW、PS3=40.35 kW，轉(zhuǎn)供后3個變壓器輸出的有功功率變?yōu)镻b1=90.35 kW、Pb2=30 kW、Pb3=159.65 kW。

由圖7可知，柔性互聯(lián)裝置各端口按照指令輸出有功功率，改善了各臺區(qū)變壓器輕重載不均衡的情況，保證了變壓器在大部分時間工作在最佳經(jīng)濟運行區(qū)間（極端重負荷或輕負荷情況除外），同時大大降低了系統(tǒng)的總損耗。傳統(tǒng)調(diào)控策略一般有平均負荷調(diào)控和變壓器容量比調(diào)控，其中平均負荷調(diào)控策略是將3個臺區(qū)的總負荷平均分配到3臺變壓器上，變壓器容量比調(diào)控策略是將3個臺區(qū)的總負荷根據(jù)3臺變壓器的容量之比分配到3臺變壓器。由圖7（c）可知，在各種不同的運行工況下，本文所提調(diào)控策略的系統(tǒng)綜合損耗F均低于平均負荷調(diào)控和變壓器容量比調(diào)控。

4 結(jié) 語

本文介紹了一種計及變壓器功率損耗的柔性互聯(lián)裝置協(xié)調(diào)控制策略，以解決當前低壓臺區(qū)存在的電壓越限、變壓器損耗過高及輕重載不均衡等問題，并在MATLAB/Simulink平臺對其進行了仿真驗證，結(jié)果表明：

（1） 柔性互聯(lián)裝置可以靈活控制所連臺區(qū)間有功功率的傳輸，從而改善因負荷不均衡造成的電壓越限情況。

（2） 本文所提控制策略可以保證柔性互聯(lián)裝置能夠依據(jù)指令精準輸出相應的功率，同時保證直流母線電壓在受到擾動后也僅有微小擾動且快速恢復至設定值。

（3） 本文所提計及變壓器功率損耗的柔性互聯(lián)裝置協(xié)調(diào)控制策略適用于臺區(qū)不同型號變壓器以及臺區(qū)各種運行工況，可有效解決柔性互聯(lián)臺區(qū)間變壓器輕重載不均衡問題，同時在降低系統(tǒng)損耗方面效果顯著，好于傳統(tǒng)調(diào)控策略。

在低壓配電網(wǎng)中，柔性互聯(lián)裝置將會有更多的應用場景，本文所提調(diào)控策略為柔性互聯(lián)裝置在臺區(qū)互聯(lián)的工程化應用中提供了借鑒和參考，有利于提高電網(wǎng)智能化程度及安全可靠性，后續(xù)將繼續(xù)對相關方面展開研究。

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收稿日期： 2024-04-12