一种直流电网的电压下垂控制方法技术

本发明专利技术涉及一种直流电网的电压下垂控制方法，包括：从直流电网的网架结构入手，明确直流电网中换流站电压与电流的关系，并变换直流电网拓扑，将任意结构的直流电网变成只有辐射状连接的拓扑结构；对直流电网的潮流分布进行分析，计算系统电压发生波动时各支路的功率变化；根据系统功率的变化构造换流站电压下垂函数，使系统电压发生波动时各支路的功率维持不变，从而达到减小系统电压波动的效果。本发明专利技术提供的技术方案能够快速稳定系统电压，合理分布系统潮流，减小系统的绝缘要求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种直流输电系统的控制方法，具体讲涉及一种直流电网的电压下垂控制方法。
技术介绍
基于柔性直流输电技术发展起来的直流电网是由大量换流站相互联结组成的能量传输系统，国际大电网会议(CIGRE)工作组B4.52的技术报告对直流电网所做的定义是：直流电网是由多个网状和辐射状联接的变换器组成的直流网络，即其特点是含有网孔和冗余。由于输电灵活，可靠性强，直流电网技术在大规模分布式可再生能源接入、海洋群岛供电、海上风电场群集中送出、新型城市电网构建等方面，被认为是最有效的技术方案，已成为国际电力领域研究的热点。直流电网规划时其安全运行要求至少应满足N-1法则，即当任一换流站由于故障或检修退出运行瞬间，剩余换流站可以自动调整功率缺额，保证站间功率交换平衡，维持直流电压稳定，同时过渡暂态过程中产生的过电压不会超过设备的绝缘裕度；另一方面，直流电网稳定运行的重要前提是控制系统能够有效地控制系统的直流电压在系统允许的运行区间内。若直流电压过高，则系统中主设备的绝缘裕度会降低，主设备可能受到损害；反之若直流电压过低，则直流电流增大，系统损耗将增加。由此可知，直流电网中各换流站的直流电压不仅可以控制整个网络的潮流流向还能反映整个系统的稳定程度，具有举足轻重的地位。因此，直流电网的控制主要在于直流电压的控制。目前，可用于直流电网的电压控制方法有主从控制、直流电压偏差控制和电压下垂控制三种，其中电压下垂控制方法由于控制效果好，扩展性好，可靠性好，且不需站间通信等特点，受到了越来越多学者的青睐，因此目前的换流站电压控制大多使用电压下垂控制方法。直流系统的电压下垂控制来源于交流系统的频率下垂控制，其主要方法是构造换流站电压下垂函数，通过函数中出口电压与其修正功率的下垂关系改善系统潮流的分布，达到稳定系统电压的效果。因此，换流站电压下垂控制的关键在于下垂函数的构造，Haileselassie TM指出此函数与系统结构与支路电阻有关；JefBeerten给出了某一状态下函数与电阻的计算关系；KalidYunus通过网络状态的实时跟踪，提出该函数的实时修正方法。然而上述方法均未给出下垂函数的表达形式。
技术实现思路
为解决上述现有技术中的不足，本专利技术的目的是提供一种直流电网的电压下垂控制方法，用于解决现有技术中未给出下垂函数的表达形式的问题。为了对披露的实施例的一些方面有一个基本的理解，下面给出了简单的概括。该概括部分不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围。其唯一目的是用简单的形式呈现一些概念，以此作为后面的详细说明的序言。本专利技术的目的是采用下述技术方案实现的：本专利技术提供一种直流电网的电压下垂控制方法，其改进之处在于，所述方法包括下述步骤：变换直流电网拓扑：将任意结构的直流网络变换为仅含辐射状连接的直流电网拓扑；根据直流输电系统电压发生波动时支路的功率变化构造电压下垂函数。进一步地，所述变换直流电网拓扑包括：1)根据直流电网参数写出直流输电系统导纳矩阵Y和关系矩阵A；2)确定换流站电压与电流的关系：对于n个换流站组成的直流电网，换流站电压与支路电流的关系如下：Il＝YAU (1)；其中：Il为直流电网支路电流矩阵；Y为直流电网导纳矩阵；A为直流电网关系矩阵；U为换流站电压矩阵；其中n为自然数换流站电流与支路电流关系如下：I＝ATIl (2)；其中：I为换流站电流矩阵；结合式(1)和式(2)得换流站电压与电流的关系：I＝ATIl＝AT(YAU)＝(ATYA)U (3)；3)对矩阵ATYA进行对角变换：ATYA为方阵，则存在对角矩阵Λ与方阵η，使：ATYA＝η-1Λη (4)；4)重新定义换流站电压与电流的关系，进行如下坐标变换：将式(4)代入式(3)，得：I＝(η-1Λη)U (5)；令I*＝ηI，U*＝ηU，有：I*＝ΛU* (6)；通过直流网络拓扑变换，任意直流电网中换流站电压与电流的关系均用线性等式进行描述；各换流站电压和电流均为n维空间向量，且每个维度对应电网中的一个换流站。进一步地，所述任意直流电网包括通过串并联方式连接的n个换流站；所述仅含辐射状连接的直流电网包括n条并联的支路，每条支路的一端连接至直流电网公共母线，另一端通过支路电阻连接换流站，其中n为自然数。进一步地，所述构造电压下垂函数包括：①确定支路吸收功率：每条支路从公共母线吸收的功率分别用于提供给与之相连的换流站功率和用于支路电阻的损耗，即支路i吸收的总功率表示为由换流站功率和支路电阻的损耗的定义得支路的吸收功率为：Pi*+Plossi*=Σj=1n(ξij2Pj+λiξij2Uj2)---(7);]]>其中：λi为Λ中第i个元素；ξij为方阵η中第i行，第j列中的元素；Pi*和分别表示直流输电系统电压为U*时换流站功率和支路电阻的损耗；Uj为换流站j的出口电压；②确定直流输电系统电压波动时，支路的功率变化：由式(7)知，当直流输电系统电压从U0*变为U*时，支路的功率变化表示为：(Pi*+Plossi*)-(Pi0*+Plossi0*)=Σj=1n(λiξij2Uj2-λiξij2Uj02)---(8);]]>其中：和分别表示直流输电系统电压为U0*时换流站功率和支路电阻的损耗；③构造换流站电压下垂函数：ΔPj=Σj=1nλiξij2(Uj2-Uj02)---(9);]]>其中：Uj0为换流站的稳态电压；Uj为换流站的出口电压；∑λiξij2的大小为换流站j的下垂系数k；ΔPj为换流站的功率修正值。与最接近的现有技术相比，本专利技术提供的技术方案具有的优异效果是：本专利技术实施例提供的直流电网的电压下垂控制方法，首先从直流电网的网架结构入手，明确直流电网中换流站电压与电流的关系，并据此对直流电网进行拓扑变换，将任意结构的直流电网变成只有辐射状连接的拓扑结构；然后在此基础上对直流电网的潮流分布进行分析，计算系统电压发生波动时各支路的功率变化；最后，根据系统功率的变化构造换流站电压下垂函数，使系统电压发生波动时各支路的功率维持不变，从而达到减小系统电压波动的效果。该函数物理意义明确，能够为将来直流电网的换流站电压下垂控制提供理论依据，能够快速稳定系统电压，合理分布系统潮流，减小系统的绝缘要求。为了上述以及相关的目的，一个或多个实施例包括后面将详细说明并在权利要求中特别指出的特征。下面的说明以及附图详细说明某些示例性方面，并且其指示的仅仅是各个实施例的原则可以利用的各种方式中的一些方式。其它的益处和新颖性特征将随着下面的详细说明结合附图考虑而变得明显，所公开的实施例是要包括所有这些方面以及它们的等同。附图说明附图用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本专利技术的实施例一起用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的限制。在附图中：图1是本专利技术实施例中直流电网的电压下垂控制方法的流程图；图2是本专利技术实施例中直流电网拓扑变换方法的流程图；图3是本专利技术实施例中电压下垂函数构造方法的流程图；图4是本专利技术实施例中任意拓扑结构的直流电网拓扑结构图；图5是本专利技术实施例中仅含辐射状连接的直流电网拓扑结构图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种直流电网的电压下垂控制方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：变换直流电网拓扑：将任意结构的直流网络变换为仅含辐射状连接的直流电网拓扑；根据直流输电系统电压发生波动时支路的功率变化构造电压下垂函数。

【技术特征摘要】
1.一种直流电网的电压下垂控制方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：变换直流电网拓扑：将任意结构的直流网络变换为仅含辐射状连接的直流电网拓扑；根据直流输电系统电压发生波动时支路的功率变化构造电压下垂函数。2.如权利要求1所述的电压下垂控制方法，其特征在于，所述变换直流电网拓扑包括：1)根据直流电网参数写出直流输电系统导纳矩阵Y和关系矩阵A；2)确定换流站电压与电流的关系：对于n个换流站组成的直流电网，换流站电压与支路电流的关系如下：Il＝YAU (1)；其中：Il为直流电网支路电流矩阵；Y为直流电网导纳矩阵；A为直流电网关系矩阵；U为换流站电压矩阵；其中n为自然数换流站电流与支路电流关系如下：I＝ATIl (2)；其中：I为换流站电流矩阵；结合式(1)和式(2)得换流站电压与电流的关系：I＝ATIl＝AT(YAU)＝(ATYA)U (3)；3)对矩阵ATYA进行对角变换：ATYA为方阵，则存在对角矩阵Λ与方阵η，使：ATYA＝η-1Λη (4)；4)重新定义换流站电压与电流的关系，进行如下坐标变换：将式(4)代入式(3)，得：I＝(η-1Λη)U (5)；令I*＝ηI，U*＝ηU，有：I*＝ΛU* (6)；通过直流网络拓扑变换，任意直流电网中换流站电压与电流的关系均用线性等式进行描述；各换流站电压和电流均为n维空间向量，且每个维度对应电网中的一个换流站。3.如权利要求2所述的电压下垂控制方法，其特征在于，所述任意...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺之渊，杨越，汤广福，庞辉，安婷，孔明，
申请(专利权)人：国家电网公司，国网智能电网研究院，中电普瑞电力工程有限公司，国网天津市电力公司，
类型：发明
国别省市：北京;11