多端柔性直流输电系统自适应下垂控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种多端柔性直流输电系统自适应下垂控制方法，包括：分别以系统直流电压偏差和换流站功率偏差作为输入变量，以下垂控制系数作为输出变量，采用模糊逻辑推理方法实时调整下垂系数，使下垂系数随着系统运行工况的变化实时调整。本发明专利技术有益效果：根据系统的运行工况，检测换流站直流电压偏差和功率裕度，实时调整下垂系数，使得系统在换流站功率裕度较大时，保证直流电压的控制精度；在换流站功率裕度较小，接近最大传输容量时，保证功率分配特性良好。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电气工程
，涉及多端柔性直流输电系统运行的协调控制策略，具体为一种适用于海上风电并网的多端柔性直流输电系统自适应下垂控制方法。
技术介绍
大规模海上风电场将成为未来清洁能源的主要来源，海上风电场往往具有离岸距离远、分布范围广的特点。直流输电技术由于不受输电距离的限制，特别是基于电压源换流器的高压直流输电系统具有独立地控制有功功率、无功功率，不需要送端电网有无功支撑的特点，成为近年来大规模、大范围海上风电场接入的关键技术之一。在解决多个海上风电场接入的问题上，由多个换流站及直流网络构成的多端柔性直流输电系统以其灵活性、经济性和可靠性等特点成为目前的研究热点。多端柔性直流输电系统接线方式主要采用并联式，并联接线的多端直流系统中所有的换流站工作于同一直流母线电压下，因此控制直流电压稳定是系统稳定运行的关键。传统下垂控制策略可实现功率在多个换流站之间的分配，不需要换流站之间的通讯，系统可靠性较高。但该控制方法会带来直流电压控制偏差，换流站控制器参数选取困难等问题。传统下垂控制由于采用固定下垂系数，在复杂工况下的灵活性和经济性较差。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了解决上述问题，提出了一种基于模糊逻辑的多端柔性直流输电系统自适应下垂控制方法，该方法在换流站功率裕度允许范围内，能够减小多端柔性直流输电系统传输功率变化造成的直流电压偏差，提高系统运行特性。为实现上述目的，本专利技术的具体方案如下：一种多端柔性直流输电系统自适应下垂控制方法，包括：分别以系统直流电压偏差和换流站功率偏差作为输入变量，以下垂控制系数作为输出变量，采用模糊逻辑推理方法实时调整下垂系数，使下垂系数随着系统运行工况的变化实时调整。进一步地，所述模糊逻辑推理方法具体为：当直流电压超过额定电压的设定倍数值，或者功率裕度充足时，尽可能增大下垂系数；当传输功率超过额定功率的设定倍数时，降低下垂系数。进一步地，电网侧换流站传输功率减少或功率反向时，换流站功率裕度大，此时下垂系数根据直流电压偏差的大小进行调整；而当电网侧换流站传输功率增大时，综合考虑直流电压偏差和换流站功率裕度。进一步地，电网侧换流站传输功率减少或功率反向时，下垂系数根据直流电压偏差的大小进行调整具体为：将输入变量和输出变量的隶属度函数分别划分为负大NL、负中NM、负小NS、零Z、正小PS、正中PM和正大PL7个模糊子集；当直流电压偏差为负大NL时，调整下垂系数为正大PL；当直流电压偏差为负中NM时，调整下垂系数为正中PM；当直流电压偏差为负小NS时，调整下垂系数为正小PS。进一步地，当电网侧换流站传输功率增大时，综合考虑直流电压偏差和换流站功率裕度具体为：将输入变量和输出变量的隶属度函数分别划分为负大NL、负中NM、负小NS、零Z、正小PS、正中PM和正大PL7个模糊子集；功率偏差为正小PS时：当直流电压偏差为零Z或者正小PS时，下垂系数取零Z；当直流电压偏差为正中PM时，下垂系数取正小PS；当直流电压偏差为正大PL时，下垂系数取正中PM；功率偏差为正中PM时：当直流电压偏差为零Z、正小PS或者正中PM时，下垂系数取零Z；当直流电压偏差为正大PL时，下垂系数取正小PS；功率偏差为正大PL时：当直流电压偏差为零Z、正小PS、正中PM或者正大PL时，下垂系数取零Z。一种多端柔性直流输电系统自适应下垂控制器，包括：以系统直流电压偏差和换流站功率偏差作为输入变量，以下垂控制系数作为输出变量，采用模糊逻辑推理方法实时调整下垂系数，使下垂系数随着系统运行工况的变化实时调整。一种海上风电并网系统，所述海上风电并网系统采用多端柔性直流输电系统自适应下垂控制器，实时调整下垂系数。本专利技术的有益效果：由于模糊逻辑善于处理界限不清晰的定性问题，因此本专利技术在设计下垂控制系数时，引入模糊逻辑控制理论。根据系统的运行工况，检测换流站直流电压偏差和功率裕度，实时调整下垂系数，使得系统在换流站功率裕度较大时，保证直流电压的控制精度；在换流站功率裕度较小，接近最大传输容量时，保证功率分配特性良好。附图说明图1是本专利技术提供的基于模糊逻辑的控制框图；图2是本专利技术实施例中模糊逻辑推理控制器的输入变量隶属度函数；图3是本专利技术实施例中模糊逻辑推理控制器的输出变量隶属度函数；图4是本专利技术实施例中模糊逻辑推理控制器的推理结果；图5是本专利技术实施例中海上风电场并网的多端柔性直流输电系统拓扑图；图6是本专利技术实施例中风电场侧换流站1退出运行情况下的控制效果图；图7是本专利技术实施例中风电场侧换流站1退出运行情况下的下垂系数取值变化图；图8是本专利技术实施例中电网侧主换流站3退出运行情况下的控制效果图。图9是本专利技术实施例中电网侧主换流站3退出运行情况下的下垂系数取值变化图。具体实施方式：下面结合附图对本专利技术进行详细说明：为了使下垂系数能够随着系统运行工况的变化实时调整，通过检测直流电压偏差和换流站功率偏差，采用如图1所示的模糊推理的方法确定下垂系数，其中换流站功率裕度用换流站的实际传输功率与功率指令之间的差值来表征，功率偏差越大表示换流站裕度越小。功率裕度充足表明换流站的实际传输功率与功率指令之间的差值足够小，满足系统设定的要求。本专利技术设计的模糊逻辑推理控制器的输入为直流电压偏差和换流站功率偏差，输出为下垂控制系数。输入、输出变量的隶属度函数如图2、图3所示。其中NL(负大)、NM(负中)、NS(负小)、Z(零)、PS(正小)、PM(正中)、PL(正大)分别表示7个模糊子集。本专利设计时直流电压偏差NL(负大)范围为-5％～-2.5％，NM(负中)范围为-3.75％～-1.25％，NS(负小)范围为-2.5％～0，Z(零)的范围为-1.25％～1.25％，PS(正小)范围为0～2.5％，PM(正中)范围为1.25％～3.75％，PL(正大)范围为2.5％～5％；功率偏差NL(负大)范围为-0.4p.u.～-0.2p.u.，NM(负中)范围为-0.3p.u.～-0.1p.u.，NS(负小)范围为-0.2p.u.～0，Z(零)的范围为-0.1p.u.～0.1p.u.，PS(正小)范围为0～0.2p.u.，PM(正中)范围为0.1p.u.～0.3p.u.，PL(正大)范围为0.2p.u.～0.4p.u.；下垂系数Z(零)的范围为4p.u.～6p.u.，PS(正小)范围为6p.u.～12p.u.，PM(正中)范围为8p.u.～14p.u.，PL(正大)范围为12p.u.～16p.u.。模糊逻辑推理结果决定了下垂系数指令，不同的模糊逻辑推理规则会导致不同的下垂控制效果。综合考虑直流电压特性与功率分配特性，其基本的推理规则是：当直流电压偏差较大、功率裕度充足时，尽可能增大下垂系数；当功率裕度不足时，则降低下垂系数。具体直流电压偏差范围以及换流站功率裕度范围需要根据实际工程要求进行设计与选择。本实施例设计时电压偏差较大的范围为直流电压超过额定电压的±2.5％，功率裕度不足的范围为传输功率超过额定功率的20％。电网侧换流站传输功率减小或功率反向时，换流站功率裕度大，此时下垂系数可根据直流电压偏差的大小进行调整；而当电网侧换流站传输功率增大时，需要综合考虑直流电压偏差和换流站功率裕度。控制器的详细逻辑推理规则如表1所示。依据此规则可以得到如图4本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多端柔性直流输电系统自适应下垂控制方法，其特征是，包括：分别以系统直流电压偏差和换流站功率偏差作为输入变量，以下垂控制系数作为输出变量，采用模糊逻辑推理方法实时调整下垂系数，使下垂系数随着系统运行工况的变化实时调整。

【技术特征摘要】
1.一种多端柔性直流输电系统自适应下垂控制方法，其特征是，包括：分别以系统直流电压偏差和换流站功率偏差作为输入变量，以下垂控制系数作为输出变量，采用模糊逻辑推理方法实时调整下垂系数，使下垂系数随着系统运行工况的变化实时调整。2.如权利要求1所述的一种多端柔性直流输电系统自适应下垂控制方法，其特征是，所述模糊逻辑推理方法具体为：当直流电压超过额定电压的设定倍数值，或者功率裕度充足时，尽可能增大下垂系数；当传输功率超过额定功率的设定倍数时，降低下垂系数。3.如权利要求1所述的一种多端柔性直流输电系统自适应下垂控制方法，其特征是，电网侧换流站传输功率减少或功率反向时，换流站功率裕度大，此时下垂系数根据直流电压偏差的大小进行调整；而当电网侧换流站传输功率增大时，综合考虑直流电压偏差和换流站功率裕度。4.如权利要求3所述的一种多端柔性直流输电系统自适应下垂控制方法，其特征是，电网侧换流站传输功率减少或功率反向时，下垂系数根据直流电压偏差的大小进行调整具体为：将输入变量和输出变量的隶属度函数分别划分为负大NL、负中NM、负小NS、零Z、正小PS、正中PM和正大PL7个模糊子集；当直流电压偏差为负大NL时，调整下垂系数为正大PL；当直流电压偏差为负中NM时，调整下垂系数为正...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐进，金逸，韦古强，张文，阚芝南，
申请(专利权)人：都城绿色能源有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11