一种提高电压稳定性的VSC-HVDC功率控制方法技术

本发明专利技术涉及一种提高电压稳定性的VSC‑HVDC功率控制方法，对含VSC‑HVDC交直流混联电网电压稳定性问题，考虑VSC‑HVDC容量限制等约束条件，建立了基于电压稳定的交直流混合系统VSC‑HVDC有功功率、无功功率优化计算模型。通过求解拉格朗日函数，可以得到VSC‑HVDC最佳有功输送容量、无功出力以及交直流混联系统最大供电负荷等。本发明专利技术通过对VSC‑HVDC有功功率、无功出力优化，为交直流混合系统提高电压稳定性提供了一种可行的方法。

【技术实现步骤摘要】
一种提高电压稳定性的VSC-HVDC功率控制方法
本专利技术涉及电力系统分析和控制
，特别是一种提高电压稳定性的VSC-HVDC功率控制方法。
技术介绍
传统VSC-HVDC是自20世纪90年代发展起来的一种高压直流输电技术，其具有可对交流电网进行动态无功补偿，为受端系统提供电压支撑的优点。因此，VSC-HVDC成为一种改善交流系统电压稳定性的较有潜力的方案。然而，在直流混联系统中VSC-HVDC向交流系统输送的有功功率和无功功率大小均对电压稳定有影响。一般地说，在无功功率不变前提下，输送的有功功率越大，电压稳定性越好；在有功功率不变前提下，输送的无功功率越大，电压稳定性越好。而受容量限制，VSC-HVDC向交流系统输送的有功功率和无功功率是相互制约的，因此在电压下降过程中，目前VSC-HVDC有功功率和无功功率控制方式可分为以下三种：一是通过减小有功出力为代价获得较大无功输出；二是以减小无功出力为代价来获得较大的有功输出；三是有功功率和无功功率同比例减小。应该采用何种控制方式对提高系统电压稳定最有利，以及如何根据交直流电网自身参数来计算基于提高电压稳定性的VSC-HVDC功率最佳控制值，现有的技术未能完全揭示。本专利技术针对上述问题，提出了一种以提高电压稳定水平为目标的VSC-HVDC功率控制方法，即考虑VSC-HVDC容量限制等约束条件，建立了基于电压稳定的交直流混合系统VSC-HVDC有功功率、无功功率优化计算模型，通过求解拉格朗日函数，得到VSC-HVDC最佳有功输送容量、无功出力以及交直流混联系统最大供电负荷等，用于提高交直流混联系统电压稳定性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种提高电压稳定性的VSC-HVDC功率控制方法，以克服现有技术中存在的缺陷。为实现上述目的，本专利技术的技术方案是：一种提高电压稳定性的VSC-HVDC功率控制方法，其流程图如图1所示，包括如下步骤：步骤S1：输入交流、直流电网参数数据，形成节点导纳矩阵；步骤S2：计算交流系统戴维南等值模型参数；步骤S3：计算VSC-HVDC有功和无功运行范围；步骤S4：建立含VSC-HVDC的有功电压关系式；步骤S5：计算基于提高电压稳定的VSC-HVDC最佳功率值；步骤S6：进行VSC-HVDC功率控制。进一步地，在所述步骤S1中，所述交流电网参数数据包括：输电线路的首端、末端节点编号，变压器变比、阻抗，串联电阻、电抗以及并联电导、电纳；所述直流网络参数包括：VSC-HVDC桥臂电抗器阻抗，换流变容量、阻抗，换流器调制比以及最大允许电流Ilim。进一步地，在所述步骤S2中，获取交流系统与VSC-HVDC等值电路，如图2所示，记VSC-HVDC换流站所接入交流母线为交流电网的第i个节点，其电压相量为换流器输出的基波电压相量为换流器与交流母线i之间的等值连接阻抗为Z1∠θ1＝R1+jX1，且根据该第i节点确定的系统等值阻抗Z2∠θ2＝R2+jX2，戴维南等值阻抗R2和X2可通过PSD-BPA计算软件获取交流系统。进一步地，在所述步骤S3中，获取交流系统与VSC-HVDC系统等值电路，根据该交流系统与VSC-HVDC系统等值电路，计算直流侧功率：其中：Pdc、Qdc分别为VSC-HVDC注入节点i的有功与无功功率，δik＝δi-δk＝δ-δk为节点i与节点k的电压相角差；M为换流器调制比，Ud为换流器直流侧电压，μ是PWM直流电压利用率；由上述两式可推得：其中，VSC向交流系统输出无功时，Qdc为正；VSC-HVDC运行时最大允许电流限制：其中，Ilim为VSC-HVDC最大允许电流。进一步地，在所述步骤S4中，基于潮流方程建立P与Pdc、Qdc、U的关系方程式。根据该交流系统与VSC-HVDC系统等值电路中的交流支路，计算交流侧功率：其中，Pac、Qac分别为交流支路注入节点i的有功与无功功率，和分别为交流支路两端电压，δij＝δi-δj＝δ；则可得：其中，再根据Pac+Pdc＝P，Qac+Qdc＝Q，ZD＝RD+jXD，经推导，可得P与Pdc、Qdc、U、RD、XD的关系方程式(交直流混联系统负荷功率计算公式)：式中：P、Q分别为交直流混联电网供电的负荷有功功率和无功功率；ZD、RD和XD为交直流混联电网供电负荷的等值阻抗、等值电阻和等值电抗。通常情况下，负荷功率因数短时间内变化不大，可假定为常数，经推导，可得P与Pdc、Qdc、U的关系方程式：进一步地，在所述步骤S5中，P为关于Pdc、Qdc、U、RD、XD的函数，即记拉格朗日函数L(Pdc,Qdc,U,RD,XD)为：式中，为约束条件；对上式求偏导，可得方程组求解上述6个方程可得6个未知数Pdc、Qdc、U、RD、XD和λ，代入方程P＝f(Pdc,Qdc,U,RD,XD)可解得在约束条件下的最大负荷功率P，而Pdc、Qdc即为基于提高电压稳定水平的VSC-HVDC最佳功率设置。进一步地，在所述步骤S6中，VSC-HVDC采用传统的功率外环、dq解耦电流内环控制方式；受端逆变侧采用定有功功率Pdc和定无功功率Qdc控制。正常运行情况下，设VSC-HVDC按照系统需求，将有功功率参考值Pref和无功功率参考值Qref分别设定为Pref0和Qref0，即：Pref＝Pref0,Qref＝Qref0；当交流系统处于电压失稳过程，即VSC-HVDC所接交流母线i的电压幅值U小于越限值Ulim且持续时间大于tlim(tlim按避开故障切除时间等进行设定)，VSC-HVDC受端的控制系统切换进入提高电压稳定性的VSC-HVDC功率控制模式。该模式下，首先根据步骤S1和步骤S2计算得到的网络等值参数，以及步骤S5的计算方法，计算得出此刻负荷功率下VSC-HVDC的最佳功率设置Pdc、Qdc；其次，为减小VSC-HVDC有功功率和无功功率的调节对系统的冲击，将VSC-HVDC有功功率参考值Pref和无功功率参考值Qref分别由原设定值Pref0和Qref0，通过步进方式过渡到其最佳功率设置Pdc、Qdc，使功率参考值最终设置为：Pref＝Pdc,Qref＝Qdc；最后，分别经有功和无功功率外环PI控制器输出产生d、q轴电流参考值idref和iqref，并传入电流内环控制；经调制和触发后，VSC-HVDC输出功率将以步进方式逐渐过渡至Pdc、Qdc，即为提高电压稳定水平的VSC-HVDC最佳功率。相较于现有技术，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术提出的一种提高电压稳定性的VSC-HVDC功率控制方法，通过VSC-HVDC有功功率、无功出力优化为交直流混合系统的提高电压稳定性提供了一种可行的方法。为含VSC-HVDC的交直流混合系统电压稳定性改善和运行控制奠定基础。附图说明图1为本专利技术中一种提高电压稳定性的VSC-HVDC功率控制方法流程图。图2为本专利技术中含VSC-HVDC交直流混联系统的等值电路。图3为本专利技术中典型的PV曲线。图4为本专利技术中基于提高电压稳定性的VSC-HVDC最佳功率控制过程流程图。图5为本专利技术一实施例中含VSC-HVDC交直流混联系统示意图。具体实施方式下面结合附图，对本专利技术的技术方案进行具体说明。本专利技术提供一种提高电压稳定性的VSC-HVDC功率控制方法，如图1所示，包括本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种提高电压稳定性的VSC‑HVDC功率控制方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1：输入交流、直流电网参数数据，形成节点导纳矩阵；步骤S2：计算交流系统戴维南等值模型参数；步骤S3：计算VSC‑HVDC有功和无功运行范围；步骤S4：建立含VSC‑HVDC的有功电压关系式；步骤S5：计算基于提高电压稳定的VSC‑HVDC最佳功率值；步骤S6：进行VSC‑HVDC功率控制。

【技术特征摘要】
1.一种提高电压稳定性的VSC-HVDC功率控制方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1：输入交流、直流电网参数数据，形成节点导纳矩阵；步骤S2：计算交流系统戴维南等值模型参数；步骤S3：计算VSC-HVDC有功和无功运行范围；步骤S4：建立含VSC-HVDC的有功电压关系式；步骤S5：计算基于提高电压稳定的VSC-HVDC最佳功率值；步骤S6：进行VSC-HVDC功率控制。2.根据权利要求1所述的一种提高电压稳定性的VSC-HVDC功率控制方法，其特征在于，在所述步骤S1中，所述交流电网参数数据包括：输电线路的首端、末端节点编号，变压器变比、阻抗，串联电阻、电抗以及并联电导、电纳；所述直流网络参数包括：VSC-HVDC桥臂电抗器阻抗，换流变容量、阻抗，换流器调制比以及最大允许电流Ilim。3.根据权利要求1所述的一种提高电压稳定性的VSC-HVDC功率控制方法，其特征在于，在所述步骤S2中，获取交流系统与VSC-HVDC等值电路，记VSC-HVDC换流站所接入交流母线为交流电网的第i个节点，其电压相量为换流器输出的基波电压相量为换流器与交流母线i之间的等值连接阻抗为Z1∠θ1＝R1+jX1，且根据该第i节点确定的系统等值阻抗Z2∠θ2＝R2+jX2，戴维南等值阻抗R2和X2可通过PSD-BPA计算软件获取交流系统。4.根据权利要求1所述的一种提高电压稳定性的VSC-HVDC功率控制方法，其特征在于，在所述步骤S3中，获取交流系统与VSC-HVDC系统等值电路，根据该交流系统与VSC-HVDC系统等值电路，计算直流侧功率：其中：Pdc、Qdc分别为VSC-HVDC注入节点i的有功与无功功率，δik＝δi-δk＝δ-δk为节点i与节点k的电压相角差；M为换流器调制比，Ud为换流器直流侧电压，μ是PWM直流电压利用率；由上述两式可推得：其中，VSC向交流系统输出无功时，Qdc为正；VSC-HVDC运行时最大允许电流限制：其中，Ilim为VSC-HVDC最大允许电流。5.根据权利要求1所述的一种提高电压稳定性的VSC-HVDC功率控制方法，其特征在于，在所述步骤S4中，基于潮流方程建立P与Pdc、Qdc、U的关系方程式。根据该交流系统与VSC-HVDC系统等值电路中的交流支路，计算交流侧功率：

【专利技术属性】
技术研发人员：林章岁，胡臻达，黎萌，易杨，叶荣，
申请(专利权)人：国网福建省电力有限公司，国家电网公司，国网福建省电力有限公司经济技术研究院，
类型：发明
国别省市：福建,35