一种频率电压协调控制方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种频率电压协调控制方法及装置，混合直流多端直流输电系统至少包括1个LCC换流器和2个MMC换流器。其中，整流侧LCC为12脉动换流器，采用定直流电压控制；逆变侧包括多个MMC换流器，采用定有功功率与定交流电压控制模式，或者采用定有功功率与定无功功率控制模式；针对受端电网频率波动和直流电压波动，通过在MMC控制器中引入频率下垂策略和电压下垂控制方法，即双下垂控制策略，保证具有调频能力的交流系统通过MMC进行功率支援，实现频率支撑和电压稳定；本发明专利技术提供的技术方案利用混合多端直流输电系统对受端弱电网频率和直流电压的快速高效协同调节，保证受端电网频率和直流侧电压的稳定。

A frequency voltage coordinated control method and device

The invention relates to a frequency and voltage coordinated control method and device. The hybrid DC multi-terminal HVDC transmission system comprises at least one LCC converter and two MMC converters. Among them, the LCC on the rectifier side is a 12-pulse converter with constant DC voltage control; the inverter side includes multiple MMC converters with constant active power and constant AC voltage control mode, or with constant active power and constant reactive power control mode; for the frequency fluctuation and DC voltage fluctuation of the receiving end, the MMC controller is adopted. A frequency droop strategy and a voltage droop control method, i.e. a double droop control strategy, are introduced to ensure that the AC system with the ability of frequency modulation is powered by MMC to achieve frequency support and voltage stability. Fast and efficient coordinated regulation ensures the stability of receiving end grid frequency and DC side voltage.

【技术实现步骤摘要】
一种频率电压协调控制方法及装置
本专利技术涉及一种输配电
，特别是关于一种混合多端直流输电系统频率电压协调控制方法及装置。
技术介绍
在现代电力系统中，基于晶闸管器件和相控换流器的直流输电技术在电力远距离大功率输送方面具有显著技术优势。随着新能源发电并网和海上电力输送的需求增加，LCC-HVDC已不能满足需求，由此出现了新型的基于电压源型换流器的柔性直流输电技术(MMC-HVDC)。该技术的特点是采用了全控型电力电子器件，但存在传送容量小、电压等级低等缺点。因此，继承了传统直流输电和柔性直流输电两者优点的混合直流输电系统被视为一种经济有效的直流输电方案，并逐渐成为目前全球能源输电网发展背景下的研究热点。由于受端弱电网的装机容量有限，整个系统惯性小，频繁的负荷投切将导致受端交流系统频率的不稳定，需要通过调节直流系统的传输功率使交流系统频率维持在正常范围之内。当受端频率或系统电压发生偏差时，通过站间通信将信号传输给送端换流站的频率控制器，调节送端换流站输送的功率。由于传输信号的迟滞，影响系统的控制精度，此外对于瞬时负荷变化引起的频率瞬时跳变，送端频率、电压控制器无法及时作用，且频繁切换频率、电压控制器也会带来额外的设备损耗。
技术实现思路
为使输电交流系统在发生事故时具有相互功率支援的能力，本专利技术的目的是提供一种频率电压协调控制方法及装置，一方面可以让换流站对交流侧系统的频率和电压做出响应，另一方面保证所有具备功率调节能力的换流器都参与直流网络不平衡功率的调节，实现系统频率电压稳定控制。为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案：一种频率电压协调控制方法，其包括以下步骤：1)根据频率下垂控制和电压下垂控制原理，建立各换流站的有功功率偏差值表达式；2)基于功率守恒的原则，建立频率偏差和电压偏差的关系式，将频率偏差和电压偏差的关系式代入步骤1)中的有功功率偏差值表达式，得到各换流站有功功率偏差值转化为频率偏差单一变量控制的表达式；3)根据各换流站有功功率偏差值和频率偏差单一变量之间的表达式判断换流站交流侧系统频率偏差和直流电压偏差是否分别小于预先设定的允许频率偏差和允许电压偏差，若两者均不小于，则不需对各换流站的有功功率参考值进行调整；反之，则根据有功功率功率偏差值对各换流站的有功功率参考值进行调整。进一步，所述步骤1)中，各换流站的有功功率偏差值表达式为：式中，ΔPi为各换流站的有功功率偏差值，功率的正方向为直流侧流向交流侧；i＝1，2，...，N+1，分别代表LCC换流站、MMC1换流站、MMC2换流站...、MMCN换流站；Δui为MMC换流站i直流侧电压的偏差值；Δfi为MMC换流站i交流侧系统频率的偏差值；kui为MMC换流站i直流侧电压偏差系数；kfi为MMC换流站i交流侧系统频率偏差系数；MMC换流站为多电平换流站，LCC换流站为电网换相型换流站。进一步，所述步骤2)中，各换流站有功功率偏差值和频率偏差单一变量之间的表达式为：式中，N大于等于3；kfj为MMC换流站j交流侧系统频率偏差系数。一种频率电压协调控制装置，其特征在于：该装置包括有功功率偏差值表达式建立模块、有功功率偏差值转换模块以及频率偏差和电压偏差判断模块；所述有功功率偏差值表达式建立模块用于根据频率下垂控制和电压下垂控制原理，建立各换流站的有功功率偏差值表达式；所述有功功率偏差值转换模块用于建立频率偏差和电压偏差的关系式，将频率偏差和电压偏差的关系式代入有功功率偏差值表达式，得到各换流站有功功率偏差值和频率偏差单一变量之间的表达式；所述频率偏差和电压偏差判断模块根据各换流站有功功率偏差值和频率偏差单一变量之间的表达式判断换流站交流侧系统频率偏差和直流电压偏差是否分别小于预先设定的允许频率偏差和允许电压偏差，不小于则根据有功功率功率偏差值对各换流站的有功功率参考值进行调整。进一步，所述有功功率偏差值表达式为：式中，ΔPi为各换流站的有功功率偏差值，功率的正方向为直流侧流向交流侧；i＝1，2，...，N+1，分别代表LCC换流站、MMC1换流站、MMC2换流站...、MMCN换流站；Δui为MMC换流站i直流侧电压的偏差值；Δfi为MMC换流站i交流侧系统频率的偏差值；kui为MMC换流站i直流侧电压偏差系数；kfi为MMC换流站i交流侧系统频率偏差系数；MMC换流站为多电平换流站，LCC换流站为电网换相型换流站。进一步，所述各换流站有功功率偏差值和频率偏差单一变量之间的表达式为：式中，N大于等于3；kfj为MMC换流站j交流侧系统频率偏差系数。本专利技术由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本专利技术针对受端交流系统频率和直流电压波动的影响，建立考虑频率电压双下垂特性的协调控制策略；在系统频率或直流电压出现较为明显的偏差时，通过频率电压协调控制方法使多个换流站共同分担直流网络中的不平衡功率，从而保证受端交流系统频率和直流侧电压的稳定。在一端交流系统频率发生较大变化时，各交流系统可以通过直流系统相互进行功率支援，缓解事故端系统的有功不平衡状况，从而减小事故端交流系统的频率变化量和直流电压偏差，保证整个系统的有序运行。2、本专利技术能实现利用混合直流输电系统对受端弱电网频率的快速、高效协同调节功能，整个动态调节过程无需通信辅助，具有较快的响应特性。附图说明图1是本专利技术的整体流程示意图；图2是本专利技术的混合多端直流输电系统拓扑图；图3是本专利技术的直流电压—有功功率斜率控制特性；图4是本专利技术的交流频率—有功功率斜率控制特性；图5是本专利技术的MMC换流器控制框图。具体实施方式本专利技术考虑电压源型换流器控制方式的灵活性，提供一种适用于混合多端直流输电系统的频率电压协调控制方法。引入频率下垂和电压下垂控制方法，建立各换流站有功功率偏差值的表达式，进而对各换流站的有功功率参考值进行调整，无需站间通信即可降低受端系统频率和电压波动。下面结合附图和实施例对本专利技术进行详细的描述。如图1所示，本专利技术提供一种频率电压协调控制方法，其包括以下步骤：1)获取受端弱电网系统频率偏差绝对值|Δf|和直流电压绝对值|Δu|，根据频率下垂控制和电压下垂控制原理(如图2、图3所示)，并考虑各换流站间的耦合关系，建立各换流站的有功功率偏差值表达式；式中，ΔPi为各换流站的有功功率偏差值，功率的正方向为直流侧流向交流侧；i＝1，2，...，N+1，分别代表LCC换流站、MMC1换流站、MMC2换流站...、MMCN换流站；Δui为MMC换流站i直流侧电压的偏差值；Δfi为MMC换流站i交流侧系统频率的偏差值；kui为MMC换流站i直流侧电压偏差系数；kfi为MMC换流站i交流侧系统频率偏差系数；MMC换流站为多电平换流站，LCC换流站为电网换相型换流站。2)基于功率守恒的原则，建立频率偏差和电压偏差的关系式，将频率偏差和电压偏差的关系式代入步骤1)中的有功功率偏差值表达式，得到各换流站有功功率偏差值和频率偏差单一变量之间的表达式；忽略直流侧的电压损耗，则直流线路各节点的电压偏差均一致，即有：Δui＝ΔuN个功率偏差表达式求和有：根据功率守恒原则，有故推得电压偏差Δui和频率偏差Δfi的关系式为：式中，N大于等于3。将上式代入步骤1)中的有功功率偏差值表达式，可推导出有功功率偏差值和频本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种频率电压协调控制方法，其特征在于包括以下步骤：1)根据频率下垂控制和电压下垂控制原理，建立各换流站的有功功率偏差值表达式；2)基于功率守恒的原则，建立频率偏差和电压偏差的关系式，将频率偏差和电压偏差的关系式代入步骤1)中的有功功率偏差值表达式，得到各换流站有功功率偏差值和频率偏差单一变量之间的表达式；3)根据各换流站有功功率偏差值和频率偏差单一变量之间的表达式判断换流站交流侧系统频率偏差和直流电压偏差是否分别小于预先设定的允许频率偏差和允许电压偏差，若两者均不小于，则不需对各换流站的有功功率参考值进行调整；反之，则根据有功功率功率偏差值对各换流站的有功功率参考值进行调整。

【技术特征摘要】
1.一种频率电压协调控制方法，其特征在于包括以下步骤：1)根据频率下垂控制和电压下垂控制原理，建立各换流站的有功功率偏差值表达式；2)基于功率守恒的原则，建立频率偏差和电压偏差的关系式，将频率偏差和电压偏差的关系式代入步骤1)中的有功功率偏差值表达式，得到各换流站有功功率偏差值和频率偏差单一变量之间的表达式；3)根据各换流站有功功率偏差值和频率偏差单一变量之间的表达式判断换流站交流侧系统频率偏差和直流电压偏差是否分别小于预先设定的允许频率偏差和允许电压偏差，若两者均不小于，则不需对各换流站的有功功率参考值进行调整；反之，则根据有功功率功率偏差值对各换流站的有功功率参考值进行调整。2.如权利要求1所述控制方法，其特征在于：所述步骤1)中，各换流站的有功功率偏差值表达式为：式中，ΔPi为各换流站的有功功率偏差值，功率的正方向为直流侧流向交流侧；i＝1，2，...，N+1，分别代表LCC换流站、MMC1换流站、MMC2换流站...、MMCN换流站；Δui为MMC换流站i直流侧电压的偏差值；Δfi为MMC换流站i交流侧系统频率的偏差值；kui为MMC换流站i直流侧电压偏差系数；kfi为MMC换流站i交流侧系统频率偏差系数；MMC换流站为多电平换流站，LCC换流站为电网换相型换流站。3.如权利要求2所述控制方法，其特征在于：所述步骤2)中，各换流站有功功率偏差值和频率偏差单一变量之间的表达式为：式中，N大于等于3；kfj为MMC换流站j交流侧系统频率偏差系数。4.一种频率电压协调...

【专利技术属性】
技术研发人员：高得力，刘建琴，马为民，高丙团，杨志超，
申请(专利权)人：国网经济技术研究院有限公司，东南大学，
类型：发明
国别省市：北京,11