一种自储能多端柔直系统控制方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种自储能多端柔直系统控制方法和装置，在建立自储能多端柔直系统数学模型的基础上，提出了基于电压裕度控制的协调控制策略，对系统典型的运行模式设计控制策略，详细分析系统的工作原理，使系统在不同工况均能稳定运行。设计指令滤波反推电压控制器，解决了系统模式切换导致的功率振荡与电压波动问题，提高了系统的鲁棒性与动态响应性能。仿真验证了所提方法的可行性与有效性，为自储能多端柔直系统协调控制提供了理论依据和技术支持。

【技术实现步骤摘要】
一种自储能多端柔直系统控制方法和装置
本专利技术属于柔性直流输电
，具体涉及一种自储能多端柔直控制方法和装置。
技术介绍
配电网上联电网主网架，下联千企万户，是连接主网、各类用户和分布式能源的关键环节。近年来，我国电力工业蓬勃发展，各级电网结构得到了显著加强。然而，随着经济社会的持续高速发展，高可靠性供电、高渗透率分布式能源友好接入对配电网建设运行提出了更高要求。与传统两端柔性直流输电系统相比，多端背靠背柔性直流输电系统在灵活性和可靠性方面具有较大优势。储能技术作为时间轴的“能量容器”，具有对功率和能量的时间迁移能力，可起到削峰填谷、平衡功率、对母线电压提供支撑的功能，将储能与多端柔直系统进行有机融合，可更好地解决多端柔直系统的协调问题，系统运行更加灵活、稳定。目前，国内外对直流输电系统的研究多集中在拓扑结构与换流器的控制，尚未见成熟的控制策略。多端柔直系统的常见控制策略有主从控制、电压裕度控制、下垂控制三种控制方式。主从控制是选取一个换流器作为主换流器定直流电压控制，其它换流器各自按指令功率进行定功率控制，主换流器故障退出运行时由一从换流器切换为定直流电压控制成为新的主换流器，该控制方式需要通讯，主换流器调节压力比较大。电压裕度控制是主从控制的优化，当系统无法维持直流电压，直流电压偏差达到设定裕度时，由一从换流器切换为定直流电压控制成为新的主换流器，这种控制方式不依赖通信，但是直流电压波动比较大。下垂控制所有换流器根据各自换流器的功率和直流电压的斜率关系来共同稳定直流电压与功率平衡，该方法不需要通信，但系统运行误差较大，斜率设计较为复杂。专利技术内容针对上述问题，本专利技术提出一种自储能多端背靠背柔直控制方法和装置，解决了系统模式切换导致的功率振荡与电压波动问题，提高了系统的鲁棒性与动态响应性能。实现上述技术目的，达到上述技术效果，本专利技术通过以下技术方案实现：第一方面，本专利技术提供了一种自储能多端柔直系统控制方法，所述自储能多端柔直系统包括第一换流器和若干个第二换流器，所述第一换流器设于储能端口；所述第二换流器设于柔直端口；将其中一个第二换流器设为主换流器，将其余的第二换流器设为第二从换流器，将第一换流器设置为第一从换流器；所有换流器的直流侧公用；所述控制方法包括：获取自储能多端柔直系统的数据；根据获得的自储能多端柔直系统的数据，判断自储能多端柔直系统的工作模式；以系统稳定性为目标，基于不同的工作模式选择设定的控制策略分别控制主换流器、第一从换流器和第二从换流器，所述设定的控制策略为定直流电压控制、定功率控制、下垂控制中的任一种。进一步地，所述自储能多端柔直系统为自储能多端背靠背柔直系统，所述第一换流器和系统中其他所有第二换流器的直流侧通过并联方式连接；所述自储能多端柔直系统的数据包括自储能多端背靠背柔直系统的数学模型；所述自储能多端背靠背柔直系统的数学模型具体为：式中，C表示直流侧电容，Udc表示直流母线电压，表示电压Udc对时间t导数，Usdi、idi分别表示柔直端口处的换流器交流电压与电流的d轴分量，Ub表示储能装置出口电压，ib表示储能装置出口侧电流。进一步地，所述的以系统稳定性为目标，基于不同的工作模式选择设定的控制策略分别控制主换流器、第一从换流器和第二从换流器，具体包括：当判断出直流电压波动的幅度在设定范围内，系统的工作模式为稳态运行模式，则：对主换流器采用定直流电压控制策略控制，由主换流器完成系统功率平衡；对第二从换流器采用定功率控制策略控制；当直流电压波动范围在设定的第一阈值范围内时，对第一从换流器采用定功率控制策略控制；当直流电压波动超出设定的第一阈值范围时，对第一从换流器采用下垂控制策略控制，第一从换流器通过充放电调节功率波动对直流电压的影响，第一从换流器补偿部分缺额功率，当第一从换流器处于待命状态时可通过定功率参与配电网优化运行。进一步地，所述下垂控制策略中，下垂特性曲线表示为：Udc＝Udcref+K(P-Pref)式中，Udc表示直流母线电压，Udcref为直流母线电压参考值，K为有功调节系数，P为实际功率值，Pref为指令功率值。进一步地，所述的以系统稳定性为目标，基于不同的工作模式选择设定的控制策略分别控制主换流器、第一从换流器和第二从换流器，具体包括：当判断出系统功率波动超出主换流器调节裕度时，系统的工作模式为非稳态运行模式，则：主换流器退出定直流电压控制模式，进入限流模式，直流电压上升或者下降；当直流电压波动到第二设定阈值或第三设定阈值时，第一从换流器取代主换流器，对其采用定直流电压控制策略控制；其中，所述的第二设定阈值大于第三设定阈值；对第二从换流器采用定功率控制策略控制；当原主换流器满足稳定运行条件时，自储能多端柔直系统的工作模式恢复为稳态运行模式，则运用对应的控制策略分别控制主换流器、第一从换流器和第二从换流器，同时，储能装置进行荷电状态恢复。进一步地，所述的以系统稳定性为目标，基于不同的工作模式选择设定的控制策略分别控制主换流器、第一从换流器和第二从换流器具体包括：当主换流器因故障退出运行，直流电压跌落至第三设定阈值时，对第一从换流器采用定直流电压控制策略控制；当直流电压继续跌落至第四设定阈值时，所述第四设定阈值小于第三设定阈值，主换流器因故障退出运行，系统的直流电压由其中一个第二从换流器控制，并对该第二从换流器采用定直流电压控制策略控制，其它第二从换流器仍采用定功率控制策略控制；当主换流器的故障消除重新投入运行时，系统可恢复至稳态运行模式。进一步地，当主换流器因故障退出运行，系统中与所述第一换流器相连的储能装置以最大功率放电平衡部分缺额功率，所述储能装置需设定SOC限值，当储能装置达到SOC限值且系统故障仍未消除时，储能装置退出最大功率运行模式，并立即进行SOC恢复，其中，储能装置的荷电状态与充放电功率维持在设定范围内，约束条件为：SOCmin≤SOC(ti)≤SOCmax-Pchmax≤PB(ti)≤Pdismax式中，SOC(ti)、SOC(ti-1)分别表示ti、ti-1时刻储能装置的荷电状态值，PB(ti)为ti时刻储能装置输出有功功率，QB为储能装置额定容量，Δt为时间步长，SOCmax、SOCmin分别为储能装置荷电状态的上下限，Pchmax、Pdismax分别为储能装置所允许的最大充放电功率。进一步地，所述定直流电压控制策略中采用反推法设计控制器，且在控制器的设计过程中引入指令滤波器和自适应控制，并对自储能多端柔直系统中的自适应参数进行优化。进一步地，所述采用反推法设计控制器的控制率为：式中，Urd1、Urq1分别为换流器交流侧出口电压矢量d轴和q轴的分量，C代表电容，R代表电阻，L代表电感；id1、iq1分别为换流器交流侧电流矢量d轴和q轴的分量，ω为电网角频率，k1、k2、k3为大于0的可调参数；为电流参考值，为考虑了指令滤波器误差的影响的电压跟踪误差，Usd1、Usq1分别为电压源换流器网侧电压矢量d轴和q轴的分量；z2和z3为电流跟踪误差。进一步地，所述不确定参数的自适应律设计为：式中，γ1、γ2、γ3为误差系数，Usdi、idi表示交流电压与电流的d轴分量。第二方面，本专利技术提供了一种自储能多端柔直系统控制装置，所述自储能本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种自储能多端柔直系统控制方法，所述自储能多端柔直系统包括第一换流器和若干个第二换流器，所述第一换流器设于储能端口；所述第二换流器设于柔直端口；将其中一个第二换流器设为主换流器，将其余的第二换流器设为第二从换流器，将第一换流器设置为第一从换流器；所有换流器的直流侧公用；其特征在于，所述控制方法包括：获取自储能多端柔直系统的数据；根据获得的自储能多端柔直系统的数据，判断自储能多端柔直系统的工作模式；以系统稳定性为目标，基于不同的工作模式选择设定的控制策略分别控制主换流器、第一从换流器和第二从换流器，所述设定的控制策略为定直流电压控制、定功率控制、下垂控制中的任一种。

【技术特征摘要】
1.一种自储能多端柔直系统控制方法，所述自储能多端柔直系统包括第一换流器和若干个第二换流器，所述第一换流器设于储能端口；所述第二换流器设于柔直端口；将其中一个第二换流器设为主换流器，将其余的第二换流器设为第二从换流器，将第一换流器设置为第一从换流器；所有换流器的直流侧公用；其特征在于，所述控制方法包括：获取自储能多端柔直系统的数据；根据获得的自储能多端柔直系统的数据，判断自储能多端柔直系统的工作模式；以系统稳定性为目标，基于不同的工作模式选择设定的控制策略分别控制主换流器、第一从换流器和第二从换流器，所述设定的控制策略为定直流电压控制、定功率控制、下垂控制中的任一种。2.根据权利要求1所述的一种自储能多端柔直系统控制方法，其特征在于：所述自储能多端柔直系统为自储能多端背靠背柔直系统；所述第一换流器和系统中其他所有第二换流器的直流侧通过并联方式连接；所述的自储能多端柔直系统的数据包括获取自储能多端背靠背柔直系统的数学模型；所述自储能多端背靠背柔直系统的数学模型具体为：式中，C表示直流侧电容，Udc表示直流母线电压，表示电压Udc对时间t导数，Usdi、idi分别表示柔直端口处的换流器交流电压与电流的d轴分量，Ub表示储能装置出口电压，ib表示储能装置出口侧电流。3.根据权利要求1所述的一种自储能多端柔直系统控制方法，其特征在于：所述的以系统稳定性为目标，基于不同的工作模式选择设定的控制策略分别控制主换流器、第一从换流器和第二从换流器，具体包括：当判断出直流电压波动的幅度在设定范围内时，系统的工作模式为稳态运行模式，则：对主换流器采用定直流电压控制策略控制，由主换流器完成系统功率平衡；对第二从换流器采用定功率控制策略控制；当直流电压波动范围在设定的第一阈值范围内时，对第一从换流器采用定功率控制策略控制；当直流电压波动超出设定的第一阈值范围时，对第一从换流器采用下垂控制策略控制，第一从换流器通过充放电调节功率波动对直流电压的影响，第一从换流器补偿部分缺额功率，当第一从换流器处于待命状态时可通过定功率参与配电网优化运行。4.根据权利要求3所述的一种自储能多端柔直系统控制方法，其特征在于：所述下垂控制策略中，下垂特性曲线表示为：Udc＝Udcref+K(P-Pref)式中，Udc表示直流母线电压，Udcref为直流母线电压参考值，K为有功调节系数，P为实际功率值，Pref为指令功率值。5.根据权利要求1所述的一种自储能多端柔直系统控制方法，其特征在于：所述以系统稳定性为目标，基于不同的工作模式选择设定的控制策略分别控制主换流器、第一从换流器和第二从换流器，，具体包括：当判断出系统功率波动超出主换流器调节裕度时，系统的工作模式为非稳态运行模式，则：主换流器退出定直流电压控制模式，进入限流模式，直流电压上升或者下降；当直流电压波动到第二设定阈值或第三设定阈值时，第一从换流器取代主换流器，对其采用定直流电压控制策略控制；其中，所述的第二设定阈值大于第三设定阈值；对第二从换流器采用定功率控制策略控制；当原主换流器满足稳定运行条件时，自储能多端柔直系统的工作模式恢复为稳态运行模式，则运用对应的控制策略分别控制主换流器、第一从换流器和第二从换流器，同时，储能装置进行荷电状态恢复。6.根据权利要求1所述的一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：葛乐，韩华春，李强，吕振华，褚国伟，许建明，
申请(专利权)人：国网江苏省电力有限公司电力科学研究院，国家电网有限公司，南京工程学院，国网江苏省电力有限公司常州供电分公司，江苏省电力试验研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32