一種多端柔性直流輸電系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種多端柔性直流輸電系統(tǒng)的控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 多端柔性直流輸電（MTDC)系統(tǒng)由3個以上電壓源型換流器（VSC)以串聯(lián)、并聯(lián)或 混聯(lián)的方式連接構(gòu)成。目前實際工程中通常采用并聯(lián)式連接。VSC的交流側(cè)連接交流電網(wǎng)， 直流側(cè)通過直流母線并聯(lián)構(gòu)成直流網(wǎng)絡(luò)。協(xié)調(diào)控制是多端柔性直流輸電系統(tǒng)維持有功功率 平衡和直流電壓穩(wěn)定的基礎(chǔ)?，F(xiàn)有的協(xié)調(diào)控制策略包括單點直流電壓控制和多點直流電壓 控制兩種方法。
[0003] 單點直流電壓控制又稱作主從式控制，上層控制系統(tǒng)預(yù)先設(shè)定主換流站和從換流 站，其中主換流站負(fù)責(zé)多端柔性直流輸電系統(tǒng)的直流電壓控制，從換流站負(fù)責(zé)有功功率分 配，如圖la所示。主從式控制具有直流電壓質(zhì)量高，系統(tǒng)動態(tài)特性好等優(yōu)點，其缺點在于依 賴上層控制系統(tǒng)與主換流站之間的高速通訊，系統(tǒng)可靠性較低。
[0004] 多點直流電壓控制包括偏差控制和下垂控制。偏差控制包括主控制換流站、從控 制換流站和功率控制換流站，正常運行時由主換流站控制直流電壓，其余換流站控制有功 功率；當(dāng)主換流站發(fā)生故障時，從控制換流站由功率控制模式切換為直流電壓控制模式，使 直流輸電系統(tǒng)恢復(fù)穩(wěn)定運行，如圖lb所示。中國專利201210442336. 4設(shè)置主控站和從站， 在通訊正常情況下，采用主從式控制；在通訊失效情況下，從站通過檢測直流電壓偏差切換 為直流電壓控制模式。其技術(shù)方案的缺陷在于，系統(tǒng)運行穩(wěn)定性嚴(yán)格依賴于從站切換控制 模式的直流電壓偏差閾值，容易引起系統(tǒng)震蕩。
[0005] 現(xiàn)有下垂控制中，直流電壓控制和有功功率分配由多個換流站共同承擔(dān)，根據(jù)換 流站有功功率-直流電壓下垂特性曲線的斜率，決定換流站功率分配和電壓控制的能力。 該技術(shù)方案不依賴上層控制系統(tǒng)與換流站間的通訊，系統(tǒng)可靠性高；但各換流站功率分配 不獨立，直流輸電系統(tǒng)的運行經(jīng)濟性和靈活性較低。中國專利201310585802. 9基于下垂控 制，增加上層控制系統(tǒng)，以最小損耗為目標(biāo)確定直流系統(tǒng)的公共參考電壓、各換流站功率指 令及斜率。其技術(shù)方案的缺陷在于依賴上層控制系統(tǒng)與換流站之間的高速通訊，降低了多 端柔性直流輸電系統(tǒng)的可靠性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有多端柔性直流輸電系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制方法的缺點，提出一種多端 柔性直流輸電系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制方法。本發(fā)明在保留現(xiàn)有下垂控制方法可靠性高的優(yōu)點的同 時，能夠提高多端柔性直流輸電系統(tǒng)的運行經(jīng)濟性和靈活性。
[0007] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0008] 本發(fā)明多端柔性直流輸電系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制方法所基于的多端柔性直流輸電系統(tǒng) 包含1個協(xié)調(diào)控制換流站、m個熱備份控制換流站、η個功率輸入換流站，m和η為正整數(shù)。 協(xié)調(diào)控制換流站和熱備份控制換流站連接功率接收端交流電網(wǎng)，功率輸入換流站連接功率 輸出端交流電網(wǎng)，例如風(fēng)力發(fā)電場。上層控制系統(tǒng)通過光纜與協(xié)調(diào)控制換流站、熱備份控制 換流站以及功率輸入換流站通訊。
[0009] 所述的協(xié)調(diào)控制換流站采用有功功率-直流電壓下垂控制策略，熱備份控制換流 站作為協(xié)調(diào)控制換流站的備用換流站，同樣采用有功功率-直流電壓下垂控制策略，功率 輸入換流站采用定有功功率控制策略。上層控制系統(tǒng)根據(jù)直流輸電系統(tǒng)傳輸功率，選擇部 分或全部熱備份控制換流站參與協(xié)調(diào)控制，選擇依據(jù)包括：（1)避免換流站容量超限；（2) 避免換流站運行于低于額定容量15%的輕載狀態(tài)。具體實施方法如下：
[0010] (1)檢測上層控制系統(tǒng)與協(xié)調(diào)換流站或熱備份控制換流站通訊是否正常。若上層 控制系統(tǒng)與協(xié)調(diào)換流站或熱備份控制換流站發(fā)生通訊故障，則發(fā)生通訊故障的協(xié)調(diào)換流站 或熱備份控制換流站保持當(dāng)前下垂系數(shù)并參與系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制。若上層控制系統(tǒng)與功率輸入 換流站發(fā)生通訊故障，則發(fā)生故障的功率輸入換流站退出運行并檢修；
[0011] (2)測量功率輸入換流站向多端柔性直流輸電系統(tǒng)輸入的有功功率Pin_k，k= 1，2,…，η ;
[0012] (3)多端柔性直流輸電系統(tǒng)的傳輸功率，由上層控制系統(tǒng)分為m+1個傳輸功率區(qū) 間0〈Pstate_0〈…<Pstate_j〈…<Pstate_m = Pm，其中Pm為系統(tǒng)額定傳輸功率。傳輸功率 區(qū)間由下式確定，
[0013]
[0014] 式中Pm_control_0為協(xié)調(diào)控制換流站額定容量，Pm_control_i為序號i的熱備 份控制換流站額定容量；
[0015] (4)判斷多端柔性直流輸電系統(tǒng)的傳輸功率所對應(yīng)的系統(tǒng)傳輸功率區(qū)間，假設(shè)傳 輸功率區(qū)間為[Pstate_(k-1)，Pstate_k]，則序號1至序號k的熱備份控制換流站切換為有 功功率-直流電壓下垂控制模式，序號k+Ι至序號m的熱備份控制換流站不參與協(xié)調(diào)控制 和功率分配，處于熱備份狀態(tài)。
[0016] 所述的多端柔性直流輸電系統(tǒng)傳輸功率在區(qū)間[Pstate_(k-l)，Pstate_k]內(nèi)時， 協(xié)調(diào)控制換流站與序號1至序號k的熱備份控制換流站共同參與協(xié)調(diào)控制；上層控制系統(tǒng) 對換流站的有功功率-直流電壓下垂控制系數(shù)進(jìn)行修正，控制目標(biāo)為抑制直流電壓偏差不 超過直流電壓上限值，該直流電壓上限值通常為額定電壓110%。下垂控制系數(shù)由下式確 定，
[0017]
[0018] 式中Udcmax為直流電壓上限值，Udcm為直流電壓額定值；其中協(xié)調(diào)控制換流站有 功功率上限值為P〇_state_k，下垂控制系數(shù)為KO_state_k，Pi_state_k為序號i的熱備份 控制換流站有功功率上限值為，Ki_state_k為下垂控制系數(shù)。
[0019] 若上層控制系統(tǒng)與協(xié)調(diào)控制換流站或某一熱備份控制換流站發(fā)生通訊故障，則該 換流站維持當(dāng)前下垂系數(shù)不變，仍參與系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制，多端柔性直流輸電系統(tǒng)正常運行。若 上層控制系統(tǒng)與功率輸入換流站發(fā)生通訊故障，則該換流站退出運行并檢修，多端柔性直 流輸電系統(tǒng)健全部分繼續(xù)運行。
[0020] 現(xiàn)有技術(shù)中，所有換流站均采用固定系數(shù)下垂控制方法，各換流站功率分配特性 不能隨直流輸電系統(tǒng)運行工況的變化而改變，影響直流輸電系統(tǒng)的運行經(jīng)濟型和靈活性。 例如在低傳輸功率條件下，直流輸電系統(tǒng)中全部換流站均處于輕載狀態(tài)，換流站容量利用 率低且控制系統(tǒng)動態(tài)特性較差。
[0021] 本發(fā)明利用上層控制系統(tǒng)選擇參與系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制的熱備份控制換流站，多余的熱 備份控制換流站處于熱備份狀態(tài)；并實時修正下垂控制系數(shù)，能夠提升直流輸電系統(tǒng)的運 行經(jīng)濟性和靈活性。當(dāng)某一換流站與上層控制系統(tǒng)通訊中斷時，通訊中斷的換流站以固定 下垂系數(shù)參與協(xié)調(diào)控制；通訊正常的換流站則仍以上層控制系統(tǒng)實時修正下垂系數(shù)。多端 直流輸電系統(tǒng)對通訊依賴較低，保證了系統(tǒng)可靠性。
[0022] 本發(fā)明一種多端柔性直流輸電系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制方法具有以下特點和優(yōu)勢：
[0023] 1.提高了多端柔性直流輸電系統(tǒng)的運行經(jīng)濟性和靈活性。
[0024] 2.通訊故障情況下，能夠維持多端柔性直流輸電系統(tǒng)可靠運行。
【附圖說明】
[0025] 圖la為采用直流電壓主從式控制方法的多端柔性直流輸電系統(tǒng)控制原理圖；
[0026] 圖lb為采用直流電壓偏差控制的多端柔性直流輸電系統(tǒng)控制原理圖；
[0027] 圖lc為采用直流電壓下垂控制的多端柔性直流輸電系統(tǒng)控制原理圖；
[0028] 圖2為本發(fā)明提出的協(xié)調(diào)控制流程圖；
[0029]圖3為一個四端柔性直流輸電系統(tǒng)實例的拓?fù)涫疽鈭D；
[0030] 圖4a為本發(fā)明實施例的協(xié)調(diào)控制方法在工況1下的運行原理圖；
[0031] 圖4b為本發(fā)明實施例的協(xié)調(diào)控制方法在工況2下的運行原理圖；
[0032] 圖4c為本發(fā)明實施例的協(xié)調(diào)控制方法在工況3下的運行原理圖。
【具體實施方式】
[0033] 以下結(jié)合附圖和【具體實施方式】進(jìn)一步說明本發(fā)明。
[0034] 本發(fā)明多端柔性直流輸電系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控