[發(fā)明專利]一種用于固態(tài)變壓器低電壓穿越的SFCL和SMES聯(lián)合優(yōu)化配置系統(tǒng)及方法

在審

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• 申請日: 2022-07-22
• 公開（公告）號(hào): CN115528899A
• 公開（公告）日: 2022-12-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳磊;喬雪峰;陳紅坤;周保榮;李詩旸;李俊杰
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢大學(xué);南方電網(wǎng)科學(xué)研究院有限責(zé)任公司
• 主分類號(hào): H02M1/32
• 分類號(hào): H02M1/32;H02M5/42;H02J3/06;G06N3/12;G06Q10/04;G06Q10/06;G06Q50/06
• 代理公司: 武漢科皓知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 魯力

本發(fā)明公開一種用于固態(tài)變壓器低電壓穿越的SFCL和SMES的聯(lián)合優(yōu)化配置系統(tǒng)及方法，將SFCL安裝于固態(tài)變壓器出口處，抑制短路故障引起的故障電流；將SMES安裝于固態(tài)變壓器的直流電容處，以吸收冗余能量穩(wěn)定直流電壓；在電網(wǎng)電壓跌落時(shí)，實(shí)現(xiàn)無功功率注入以抬升固態(tài)變壓器輸出電壓。4)建立多目標(biāo)優(yōu)化模型，以最小化SMES容量及SFCL容量為目標(biāo)，以各參數(shù)取值范圍等為約束條件；利用錦標(biāo)賽法進(jìn)行選擇操作，采用MATLAB與simulink聯(lián)合優(yōu)化的方法求解該帶約束的多目標(biāo)優(yōu)化問題，獲得SMES和SFCL容量帕累托最優(yōu)解集。本發(fā)明可保障不同電網(wǎng)電壓跌落深度下固態(tài)變壓器的低電壓穿越運(yùn)行。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)及自動(dòng)化領(lǐng)域，尤其是涉及一種用于固態(tài)變壓器 (Solid-State Transformer,SST)低電壓穿越的超導(dǎo)故障限流器 (Superconducting FaultLimiter，SFCL)和超導(dǎo)磁儲(chǔ)能裝置(Superconducting Magnetic Energy Storage,SMES)的聯(lián)合優(yōu)化配置方法，用以保障電網(wǎng)電壓跌 落時(shí)固態(tài)變壓器的低電壓穿越運(yùn)行。

背景技術(shù)

固態(tài)變壓器是一種將電力電子變換技術(shù)和基于電磁感應(yīng)原理的高頻電 能變換技術(shù)相結(jié)合的新型變壓器，具有電壓等級變換、電氣隔離、交流側(cè) 無功功率補(bǔ)償及諧波治理、可再生能源/儲(chǔ)能設(shè)備接入等多種功能。近年來， 固態(tài)變壓器的相關(guān)研究與應(yīng)用得到了快速發(fā)展，其運(yùn)行性能對電網(wǎng)的安全 穩(wěn)定運(yùn)行具有重要影響。當(dāng)與固態(tài)變壓器相連接的交流電網(wǎng)發(fā)生電壓跌落 時(shí)，固態(tài)變壓器應(yīng)實(shí)現(xiàn)低電壓穿越運(yùn)行，以提高固態(tài)變壓器運(yùn)行的可靠性 與電網(wǎng)供電的可靠性。

超導(dǎo)電力裝置在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用得到國內(nèi)外專家學(xué)者的重視，其中 SFCL具有反應(yīng)迅速、可自動(dòng)復(fù)位、自動(dòng)觸發(fā)、限流效果突出、多次動(dòng)作等 特點(diǎn)，其正常情況下具有低阻抗、低損耗特性，限流狀態(tài)下能夠迅速失超 呈現(xiàn)電阻特性；SMES具有響應(yīng)速度快、效率高、能量密度高、可控性強(qiáng)、 充放電循環(huán)次數(shù)不受限制等優(yōu)勢。當(dāng)與固態(tài)變壓器耦合連接的電網(wǎng)因故障 發(fā)生電壓跌落時(shí)，固態(tài)變壓器出口處會(huì)產(chǎn)生故障電流，固態(tài)變壓器直流電 容處會(huì)出現(xiàn)故障電壓，如果沒有適當(dāng)?shù)囊种拼胧?，故障電流、故障電壓?可能會(huì)超出電力電子器件的耐受范圍，將導(dǎo)致固態(tài)變壓器的損毀和低電壓 穿越的失敗。在電網(wǎng)電壓跌落期間，SFCL可以安裝在固態(tài)變壓器出口處以 抑制故障電流，SMES可安裝在固態(tài)變壓器的直流電容處以抑制故障電壓。

SFCL和SMES能夠幫助固態(tài)變壓器成功完成低電壓穿越。為了在使 SFCL容量與SMES容量最小的同時(shí)，滿足固態(tài)變壓器低電壓穿越時(shí)對電壓、 電流的范圍要求，本發(fā)明采用改進(jìn)的非支配排序遺傳算法NSGA-II并利用 MATLAB與simulink聯(lián)合優(yōu)化的方法求解該帶約束的多目標(biāo)優(yōu)化問題，獲 得SFCL和SMES容量的帕累托最優(yōu)解集，得出優(yōu)化配置方案。

本發(fā)明涉及一種用于固態(tài)變壓器低電壓穿越的SFCL和SMES的聯(lián)合 優(yōu)化配置方法，以保障不同電網(wǎng)電壓跌落深度下固態(tài)變壓器的低電壓穿越 運(yùn)行。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對連接中壓電網(wǎng)與低壓電網(wǎng)的AC-DC-AC三級結(jié)構(gòu)固態(tài)變壓 器，基于改進(jìn)的非支配排序遺傳算法NSGA-II并利用MATLAB與simulink 聯(lián)合優(yōu)化，完成SFCL和SMES的容量優(yōu)化配置以實(shí)現(xiàn)固態(tài)變壓器的低電 壓穿越。

本發(fā)明采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種用于固態(tài)變壓器低電壓穿越的SFCL和SMES聯(lián)合優(yōu)化配置系統(tǒng)， 其特征在于，包括輸入與低壓交流電網(wǎng)連接的AC-DC-AC三級固態(tài)變壓器， 輸出通過超導(dǎo)故障限流器SFCL與中壓交流電網(wǎng)連接，超導(dǎo)磁儲(chǔ)能裝置 SMES安裝于AC-DC-AC三級固態(tài)變壓器的直流電容處。