技术摘要：
本发明涉及一种针对低压配电网的晶闸管控串联补偿控制方法，属于电力系统领域，包括以下步骤：S1：建立LD‑TCSC拓扑结构；S2：以晶闸管延迟触发角作为主要控制变量，构建LD‑TCSC输出容抗、电阻和谐波电压的等效数学模型；S3：以电网有功功率损耗最小为目标，以功率守  全部
背景技术：
低压配电网络位于系统的末端，其网架薄弱，线路长，线路线径小，负荷增长迅速， 往往导致电压跌落严重，为了解决低压配电网中的低电压问题，电力系统工程师通常采用 调整变压器分变比、加强网络建设、增加电力设备等措施。安装不间断电源(UPS)、静态无功 补偿器(SVC)等电力设备是效率最高、费用最低、应用最广的电压改善手段，但因采用分散 式布置方式，存在数量多、维护量大、开关动作频繁等问题。为了解决辐射状低压配电网结 构下的电压集中改善问题，具有调整电压稳定、优化潮流分配、增强输送能力等功能晶闸管 控制串联补偿技术(TCSC)，引起电力领域的广泛关注。 目前，国内相继开展许多晶闸管控制串联补偿技术在高压输电网或中压配电网中 的应用研究，但鉴于LD-TCSC的特殊性，现有的控制方法与理论不能直接应用于LD-TCSC，其 主要体现在以下两个方面：1)中高压线路中TCSC仅考虑等效容抗或感抗输出，其伴随输出 的等效电阻与等效谐波电压同线路运行参数相比较小可忽略不计，然而，关于LD-TCSC的电 阻与谐波电压输出必须加以考虑。2)在低压配电网拓扑结构十分复杂的条件下，仅依靠安 装节点附近的运行数据与现有单目标控制方式，LD-TCSC难以实现配电网低电压问题的有 效治理。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种针对低压配电网的晶闸管控串联补偿控制 方法。为了满足低压配电网运行和效果与成本，提出基于晶闸管控串联补偿基本模块 (TCSC)与固定电感串联补偿模块(FSL)构成标准拓扑结构。根据电压配电网线路参数特征 与LD-TCSC结构特征，构建了包括容抗、电阻、谐波电压在内的输出量等效数学模型，优化了 包含LD-TCSC的配电线路潮流分析的准确度。在先进配电管理系统(ADMS)中动态电压控制 单元应用的基础上，构建了LD-TCSC的“on-line”或“off-line”运行模式，通过最优化控制 方法实现了设备的驱动，实现了电压改善的目标。 为达到上述目的，本发明提供如下技术方案： 一种针对低压配电网的晶闸管控串联补偿控制方法，包括以下步骤： S1：建立LD-TCSC拓扑结构：利用一个晶闸管控串联补偿基本模块(TCSC)与一个固 定电感串联补偿模块(FSL)构成标准拓扑结构； S2：建立LD-TCSC输出量的等效数学模型：以晶闸管延迟触发角作为主要控制变 量，构建LD-TCSC输出容抗、电阻和谐波电压的等效数学模型； S3：建立LD-TCSC控制模型：以先进配电管理系统(ADMS)为依托，以电网有功功率 损耗最小为目标，以功率守恒、电压可靠等为约束条件，建立控制优化模型，利用最优潮流 6 CN 111600314 A 说　明　书 2/10 页 来解决配电网络的电压分配、损耗抑制等问题，开展设备输出的驱动； S4：建立LD-TCSC控制策略：在充分利用安装节点附近运行数据的基础上，根据电 网全局运行数据能否有效获取为判据，建立依赖先进配电管理系统(ADMS)实时数据的“on- line”模式与依赖历史数据的“off-line”模式，及其相应控制方法。 进一步，步骤S1中所述LD-TCSC拓扑结构包括串联的TCSC基本模块与FSL模块，所 述TCSC基本模块包括一个电容组，以及与所述电容组并联可控晶闸管和晶闸管控电感，所 述FSL模块包括一个固定串联电感，所述的可控晶闸管包括两个并联且方向相反的晶闸管。 进一步，步骤S2具体包括以下步骤： S21：LD-TCSC输出基波容抗的数学模型 式中：α表示以电容过零点为基准的触发角；fN表示配电线路的工作频率；k表示自 震荡频率标幺值；C表示电容器组的电容值；L1表示晶闸管控电感L1的电感值；L2表示固定 串联电感L2的电感值； S22：LD-TCSC输出基波电阻的数学模型 式中：IL表示线路电流有效值；Pv(α)表示晶闸管损耗；Pcap(α)表示电容器损耗；PL1 (α)表示电感L1损耗；PL2表示固定串联电感L2损耗； 其中，晶闸管损耗Pv(α)如下式表示： Pv(α)＝1.15*2*(ITAV(α)*V 2TO IRMS(α) *rT) 式中：VTO表示通态峰值压降；rT表示通态斜率电阻；ITAV(α)表示晶闸管通态平均电 流；IRMS(α)表示晶闸管电流有效值；ITCR(α)表示晶闸管全导通时电流有效值； 电容器组等效损耗如下式表示： Pcap(α)＝[IL*(XLD-TCSC(1)(α) 2πfNL 22)] *2πfNC*tanδ 式中：tanδ表示电容器损耗角正切值 电感的等效损耗如下式表示： P (α)＝R *I (α)2L1 L1 TRMS PL2＝RL2*I 2L 7 CN 111600314 A 说　明　书 3/10 页 式中，RL1表示晶闸管控制电感L1的直流电阻值，RL2表示固定串联电感L2的直流电 阻值； S23：LD-TCSC输出谐波电压的数学模型 式中，h表示谐波次数；UTCSC(h)(α)表示h次数谐波电容电压幅值。 进一步，步骤S3所述优化控制模型包括： S31：目标函数 LD-TCSC控制的主要目标是通过设置最优的设备参数获取配电网输送过程中最小 的有功损耗，输送损耗由线路有功损耗与LD-TCSC有功损耗构成，则目标函数表达式为： 式中，PLINEij表示配电网络中节点i与节点j之间线路的有功功率损耗；∑ PLINEij ij表 示配电网络中所有节点之间线路的有功功率损耗；PLD-TCSCij表示配电网络中节点i与节点j 之间LD-TCSC的有功功率损耗；∑ PLD-TCSCij ij表示配电网络中所有节点之间LD-TCSC的有功功 率损耗。 S32：功率守恒约束条件 配电网任意一支路首端节点功率守恒条件，则约束条件函数为： 式中：Pij和Qij表示由节点i经支路ij注入节点j的有功功率与无功功率； 和 表示节点j处出产生有功与无功功率； 和 表示节点j处消耗的有功与无功功率；QLINEij 表示配电网络中节点i与节点j之间线路的无功功率损耗；QLD-TCSCij表示配电网络中节点i与 节点j之间LD-TCSC的无功功率损耗；Cj表示除i节点外所有与j节点相连节点的集合；∑k∈ CjPjk和∑k∈CjQjk表示除支路ij之外所有与j节点相连的支路有功与无功功率之和。 S33：节点电压可靠约束条件 Vimin≤Vi≤Vimax 式中：Vimin表示允许的最低电压，Vimax表示允许的最高电压。 S34：延迟导通角输入范围约束条件 αcmin≤α≤αCmax 8 CN 111600314 A 说　明　书 4/10 页 式中：αCmin·αCmax表示LD-TCSC在容性调节模式下延迟导通角的上下限范围； S35：谐波输出约束条件 式中：UL表示配电网络的额定电压；K表示谐波输出限制条件。 进一步，步骤S4所述建立LD-TCSC控制策略，具体包括： S41：LD-TCSC的控制器依靠自身设备中的电流传感器(CT)与电压传感器(VT)模块 采集安装点附近节点或支路的本地数据，包括节点电压、支路电流等，并利用5G或者GPRS尝 试与ADMS取得通讯，若取得通讯，将采集的本地数据上传至ADMS，继续第S42步骤，否则跳到 第S44步； S42：根据上传的LD-TCSC本地数据，结合远端的智能电表获取变压器二次侧与负 荷节点的电压、电流、功率等数据，通过优化潮流分析单元与配电网状态估计单元进一步处 理数据，评估整个配电网的包括支路阻抗、节点功率、节点电压、支路电流等；动态电压控制 单元评估分析数据是否完整，通过5G或GPRS将运行数据和评估结果发送到LD-TCSC的控制 器； S43：LD-TCSC如果收到完整运行数据，运行“on-line”模式，以变压器二次供电侧 与所有负荷节点之间的支路构建基于全局潮流分析的控制模型，跳到第S45步，继续分析计 算；若收到电网运行数据不完整，则跳到第S44步；控制模型以配电网内线路有功损耗最低 作为评价目标，以线路节点允许运行电压下限VLmin和上限VLmax为电压可靠约束条件，结合功 率守恒、延迟导通角范围、谐波输出控制约束条件，从而满足在配电网末端负荷电压的保 障； S44：LD-TCSC运行“off-line”模式，根据已存的历史运行数据获取配电网支路阻 抗参数、负荷中枢点-末端负荷之间的历史最高线损电压Vloss；根据本地运行数据，“off- line”模式下，D-TCSC控制模型以供电中枢点与负荷中枢点之间的支路构建基于局域潮流 分析的控制模型，继续第S45步；控制模型以配电网局域内线路有功损耗最低作为最优化目 标，供电中枢点以线路节点允许运行电压下限VLmin和上限VLmax为电压可靠约束条件，负荷中 枢点以下限VLmin Vloss和上限VLmax为电压可靠约束条件，结合功率守恒、延迟导通角范围、谐 波输出控制约束条件，从而满足在负荷点运行数据不可获取和配电网改线频繁条件下末端 负荷电压的保障； S45：根据标准粒子群算法，将延迟导通角设为种群的粒子，采用罚函数法将LD- TCSC的最优潮流控制模型设为种群的适应值函数，完成种群中粒子位置和速度的初始化， 代入适应值函数，求解每个粒子的适应值； S46：由个体极值与全局最优解更新粒子位置与速度，代入适应值函数，求解每个 粒子的适应值；判断是否满足收敛条件，若满足则跳到第S47步；若不满足则开展自然选择 操作，根据适应值将粒子群进行排序，将最优粒子的位置与速度替换较差粒子的，重复第 S46步。 S47：输出全局最优的粒子作为LD-TCSC的控制延迟导通角。 本发明的有益效果在于：本发明基于TCSC FSL的双模块设计的思路，在保持现有 串补设备结构与技术特征的基础上，避免了在低压配电网中采用多TCSC模块方式，大幅降 9 CN 111600314 A 说　明　书 5/10 页 低了LD-TCSC成本。在现有串补技术仅考虑输出容抗或感抗的基础上，增补了基于晶闸管延 迟导通角的等效电阻与谐波电压输出模型，使得包含LD-TCSC的配电线路潮流分析更加准 确。根据ADMS系统的讯通情况，提出了LD-TCSC的“on-line”和“off-line”运行模式，实现了 LD-TCSC的有效驱动。 本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并 且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可 以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和 获得。 附图说明 为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优 选的详细描述，其中： 图1为本发明所述低压LD-TCSC拓扑结构图； 图2为基于ADMS的LD-TCSC控制原理图； 图3为低压配电网的9节点分析模型。