一种旋转潮流控制器的功率和电压调节能力评估方法与流程

本发明提供一种旋转潮流控制器的功率和电压调节能力评估方法，属于旋转潮流控制器功率电压调节能力评估。

背景技术：

1、近年来高比例分布式能源并网和多元化负荷的接入促使电网规模快速扩张，由此引发的配电网双向潮流、电压越限及馈线负载失衡等问题日益凸显，这些问题不仅增加了系统运行损耗，降低了新能源消纳能力，还可能导致配电设备过载，严重影响电网经济运行效率；传统依靠有载调压器等一次设备进行网络重构的调控方式，受限于响应时间、开关动作次数及合闸冲击电流等因素，已难以满足高比例新能源接入场景下的电压控制需求，而通过馈线直接环网实现负荷均衡又会引发循环功率和电磁环网等新问题。

2、目前以智能软开关、电力电子变压器和统一潮流控制器为代表的柔性互联设备，凭借其快速响应和精准控制特性，正逐步成为实现智能配电网控制的核心技术手段，为提升配电网运行灵活性、增强新能源消纳能力提供了有效解决方案；采用基于旋转移相变压器技术的旋转潮流控制器（rotary power flow controller, rpfc）属于电磁式控制装置，该装置通过动态调节电压和潮流分布，能显著提升电力系统的运行稳定性，与传统的机械开关式移相装置相比，rpfc在控制精度和响应速度方面具有明显优势，为电力系统的经济运行和灵活调控提供了新的技术路径。

3、现有研究侧重于功率补偿装置的拓扑构建和改进方法，为配电网柔性互联提供了具有成本优势的拓扑结构，但目前对于基于rpfc用于配电网柔性互联时的调节能力定量分析研究尚少，对其缺少有效的功率和电压调节能力评估，使得rpfc实际的运行特性不明，难以在配电网柔性化建设中实际应用；同时，在当前基于旋转潮流控制器的柔性互联系统中，因缺乏对其功率和电压调节能力的精确量化分析，将导致实际调控能力受限、系统运行趋于保守，现有技术虽能实现rpfc的功率解耦控制，却未能对其调节范围进行精准刻画，也未充分考虑电压安全约束对其有效调节范围的影响，使得装置在实际运行中难以充分发挥其潜在性能。

技术实现思路

1、本发明为了解决背景技术中存在的技术问题，采用的技术方案为：提供一种旋转潮流控制器的功率和电压调节能力评估方法，包括如下的评估步骤：

2、步骤1，采集rpfc柔性互联系统运行时的各电气量数据，包括rpfc串联侧电压、线路电流、rpfc接入点母线电压、rpfc转子角、线路传输功率，并实时监测这些电气量数据，判断系统是否运行于稳定边界附近；

3、步骤2，若系统运行点接近稳定边界，则对步骤1中采集的电气量数据进行预处理，在pq平面上构建当前运行点对应的运行边界模型；

4、在此基础上，模拟系统运行电压改变，在安全运行裕度充足的前提下，得到不同电压水平下运行边界模型的动态偏移特性；

5、步骤3，引入调节装置，保持与步骤2相同的测试条件，构建运行边界模型；

6、在此基础上，模拟系统运行电压改变，在安全运行裕度充足的前提下，模拟运行边界模型的动态响应特性，获取调节装置支撑下的边界拓展效果；

7、步骤4，将引入调节装置后的rpfc运行边界模型与单一rpfc运行边界模型进行对比分析，通过计算运行边界面积拓展率、关键运行点裕度提升率、运行边界偏移率的指标，量化调节装置对rpfc功率调节裕度、系统电压、运行灵活性的改善程度。

8、所述步骤2的具体方法为：

9、在rpfc的单相等效电路中，rpfc通过两组rpst的转子角转动，分别合成一个幅值不变，相角360°可调的定子电压相量，两组定子电压相量经过叠加，实现在线路中注入一个幅值、相角可调的串联电压；

10、分别定义和为接入rpfc前的电压和电流，zrt为rpst并联转子绕组等效阻抗，zrpst1、zrpst2分别为rpst1和rpst2串联定子绕组等效阻抗，为转子侧电流，k为定子侧和转子侧绕组变比，a1和a2分别为两rpst的定转子相对角度，为rpfc串入线路等效电压，为rpfc接入点下方电压；

11、则rpfc串入线路电压矢量、并网点电压、转子角大小、设备阻抗之间的关系表达为：

12、（1）；

13、（2）；

14、式中：、；

15、通过改变定转子相对角度a1、a2大小来影响rpfc串入线路电压矢量，在此基础上，构建其功率解耦模型；

16、分别定义母线1、2线路阻抗分别为r1+jx1、r2+jx2，负载功率分别为p1+jq1、p2+jq2，此时合环开关k两侧电压分别为和，闭环运行下线路l3电流为i，合环点流过功率为p3+jq3，则在rpfc投入运行后，通过动态调节串联注入电压的幅值δu和相角θ实现对线路功率的主动控制，基于瞬时功率理论，rpfc接入点的有功功率p3与无功功率q3的计算公式为：

17、（3）；

18、在rpfc内部满足ωl>>r的条件下，得到rpfc输出电压的dq轴分量urpfcd、urpfcq与rpfc接入点功率的关系，表达式为：

19、（4）；

20、urpfcd和urpfcq是rpfc输出电压的dq轴分量，在相量表达形式中，具有如下关系：

21、（5）；

22、系统在接入rpfc后节点功率的调节范围由输出电压和并网点电压构成，输出电压最大值urpfcmax与urpfcd、urpfcq具有如下约束：

23、（6）；

24、基于上述约束关系与urpfcd、urpfcq与rpfc接入点功率的关系，得到rpfc功率运行范围与并网点电压、rpfc输出电压dq轴分量、接入点下方电压之间的约束关系满足：

25、（7）；

26、通过上述约束关系在pq平面上构建当前运行点对应的运行边界模型。

27、所述步骤2和步骤3中的安全运行裕度具体为：

28、结合和的安全运行条件，定义rpfc安全运行裕度的表达式为：

29、（8）；

30、当0<<5%时，系统进入电压越限风险状态，当<0时，系统电压越限。

31、在步骤4中：

32、计算的运行边界面积拓展率具体为：评估引入调节装置后，rpfc运行边界在pq平面上所围面积相对于原有边界面积的增加比率；

33、计算的关键运行点裕度提升率具体为：在额定功率点、极限传输点引入调节装置前后rpfc安全运行裕度的相对提升率；

34、计算的运行边界偏移率具体为：并网点电压变化引起运行边界偏移，获取引入调节装置前后在安全运行裕度充足的前提下模拟的运行边界偏移状况，比较他们的最大运行边界圆心偏移率。

35、本发明相对于现有技术具备的有益效果为：本发明提供一种旋转潮流控制器的功率和电压调节能力评估方法，通过在rpfc功率解耦控制模型的基础上，完成对rpfc运行边界的精准刻画，并考虑电压约束对其安全运行裕度进行定义，从而为其在复杂配电网环境中的可靠运行提供理论依据与判据支撑；然后进一步引入svc作为典型无功调控设备，系统分析其对rpfc运行边界的动态影响机制；最终通过构建rpfc与svc协调运行的广义运行边界，拓展该运行边界分析方法在配电网多场景下的适用性，为实现系统调节裕度提升与电压安全运行提供一套完整的技术路径；本发明基于rpfc的功率调节能力刻画了运行边界，基于电压偏移定义了安全运行裕度，能够为rpfc在配电网优化运行中的实际应用提供科学的决策参考。