一种根据VSC-MTDC实际运行点动态修正的下垂控制方法技术

本发明专利技术公开了一种根据VSC‑MTDC实际运行点动态修正的下垂控制方法，其特点是基于直流系统运行工况，对分别考虑直流系统运行损耗与功率裕度计算出的两种下垂系数进行自协调加权平均得到改进下垂系数，并采用低压加速因子对权重系数进行调节，使得采用改进下垂控制的换流站可以根据实际运行点动态修正下垂系数。本发明专利技术的有益效果：换流站在直流电压偏高时以具有功率裕度为主控制目标，在直流电压减小至脱离过载风险后过渡至以具有最小运行损耗为主控制目标。换流站针对运行工况的改变，自协调保有功率裕度与降低系统运行损耗控制目标。

A Drop Control Method Based on Dynamic Modification of Actual Operating Point of VSC-MTDC

The present invention discloses a droop control method based on dynamic modification of actual operating point of VSC MTDC. The method is characterized by self-coordinated weighted average of two droop coefficients calculated by considering operation loss and power margin of DC system respectively, and improved droop coefficients are obtained by adjusting the weight coefficients by using low-voltage acceleration factor, so that the improved droop coefficients are adopted. The droop control converter station can dynamically modify the droop coefficient according to the actual operating point. The beneficial effect of the present invention is that the converter station takes the power margin as the main control objective when the DC voltage is too high, and then transits to the minimum operation loss as the main control objective when the DC voltage is reduced to be free from overload risk. In view of the change of operation conditions, the converter station self-coordinates the control objectives of maintaining power margin and reducing system operation loss.

【技术实现步骤摘要】
一种根据VSC-MTDC实际运行点动态修正的下垂控制方法
本专利技术涉及一种根据VSC-MTDC实际运行点动态修正的下垂控制方法，属于电力系统直流输电

技术介绍
多端柔性直流输电网络(voltagesourceconverterbasedmulti-terminalhigh-voltagedirectcurrent,VSC-MTDC)采用IGBT全控器件，具有能够灵活协调各个换流站间的有功功率、不存在换相失败问题、在远距离功率输送中具有较小的损耗、换流站的有功和无功可实现快速解耦控制等优点，易于构成多端输电网络，在异步联网、孤岛供电、城市配电、新能源并网等领域中具有广泛的应用前景。VSC-MTDC功能的实现取决于其控制系统，核心问题是直流电压的建立以及有功功率的分布，以协调数目众多的换流站，建立目标潮流。目前，VSC-MTDC的系统级控制策略主要有主从控制、电压裕度控制、下垂控制。其中，下垂控制属于多点直流电压控制，采用多个换流站承担有功功率平衡任务，共同维持直流电压稳定，在换流站数目较多时是最有效的系统级控制策略。下垂系数的合理选择是下垂控制策略的核心，在采用P-V特性设计下垂曲线时，其定义为换流站直流电压相对其参考值的变化量与有功功率相对其参考值的变化量的比值。换流站稳态运行点的选择主要考虑两种目标：减小系统的运行损耗和保有换流站的功率裕度。以前者为单一目标优化得到的下垂系数往往采用固定数值，在系统不平衡功率较大时易导致换流站过载；以后者为单一目标计算得到的下垂系数往往与功率裕度呈反比，在换流站载荷较小时，系统运行损耗较大。因此需要寻求一种可以兼顾两种控制目标的下垂控制方法，使得换流站能够针对运行工况的改变，自主协调保有功率裕度与降低系统运行损耗控制目标，实现运行点的动态修正。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提出了一种根据VSC-MTDC实际运行点动态修正的下垂控制方法；其特点为在直流电压较低时可使直流网络下垂系数的分布具有最优经济性能，降低直流网络损耗。随着换流站承担有功功率的增大，令下垂特性曲线上翘，斜率增大，减少单位直流电压增大下承担的不平衡有功功率，同时适当兼顾直流网络运行点的经济性。该方法与传统下垂控制策略相比，最有更大的灵活性，且能够尽可能大的保证潮流分布合理性。本专利技术采用的技术方案为：一种根据VSC-MTDC实际运行点动态修正的下垂控制方法，包括：以考虑功率裕度的下垂系数和考虑直流系统运行损耗的下垂系数进行加权平均，权重系数随系统运行工况的变化实时调整，从而动态调整换流站运行点。进一步地，所述改进下垂控制方法具体原理为：换流站下垂控制器在功率裕度较小时以保有有功率裕度为主控制目标，避免换流站过载，在功率裕度较大时以直流系统具有最小损耗为主控制目标，目标间的过渡点经由权重的动态变化表现出了目标自协调能力；进一步地，当柔性直流换流站功率裕度较小时，换流站以保有功率裕度为主控制目标，以该控制目标计算出的下垂系数在换流站实际下垂系数中具有较大比重，且功率裕度越小，该比重越大；当柔性直流换流站功率裕度较大时，换流站逐渐过渡到以直流系统运行损耗最小为主控制目标，以该控制目标计算出的下垂系数在换流站实际下垂系数中具有较大比重，且功率裕度增大时，该比重加速增大，以迅速降低系统运行损耗。进一步地，换流站运行点的确定方法具体为：k*＝(1-α)k'+αk"(3)上式中，k’为以直流系统具有最小损耗为单一目标的下垂系数；k”为以换流站保有功率裕度为单一目标的下垂系数；k*为改进下垂系数；α为自协调权重因子；c为低压加速因子；γ为加速倍数；P*为有功功率指令值；Ucri为低压加速因子作用的电压临界值，其数值与脱离过载风险的直流电压临界值相同；P和Udc分别为有功功率和直流电压的实测值；Pmax为换流站容量；Udcmin为换流站正常运行时直流电压允许的最小值。经由上式计算出的改进下垂系数，其取值由换流站直流电压与有功功率共同决定。确定改进下垂系数后，各个换流站的运行特性曲线随即得到确定，进而得到了换流站的最佳稳态运行点。在换流站功率裕度较小时，直流电压较大，低压加速因子取1，α具有较大数值，且功率越小该数值越大，k”在k*所占比例较大；在换流站功率裕度较大时，直流电压较小，低压加速因子经由加速倍数的作用迅速减小，c具有较小数值，进而使α具有较小数值，且功率越大该数值越小，k’在k*所占比例较小。进一步地，k’以直流系统运行损耗为目标函数，构建非线性约束问题，经最优潮流算法优化求得；k”按与换流站功率裕度呈反比原则，经适度缩放求得。进一步地，脱离过载风险的直流电压临界值确定方法为：在初始功率指令下，分别单独增加某一个定有功功率站的功率指令，使得任何一个换流站达到满载，记录此时直流系统的各直流母线电压。然后从初始点开始，单独增加其它定有功功率站的功率指令，重复上述操作。各种情况下的直流电压最小值，可反映在该控制方式下换流站有功功率脱离过载风险的临界值。本专利技术的有益效果是，有效维持直流电压稳定与站间功率协调，使得下垂控制器在直流电压偏高时以具有功率裕度为主控制目标，避免换流站过载，并适当兼顾直流系统经济性能；在直流电压偏低时以直流系统具有最小损耗为主控制目标，加速基于运行损耗最小计算出的下垂系数在改进下垂系数中的占比，迅速降低直流网络的损耗值；在故障下表现出一定的鲁棒性。附图说明图1为传统下垂控制结构图。图2为传统下垂控制特性曲线。其中，Udcmax为换流站正常运行时直流电压允许的最大值。图3为本专利技术提供的下垂控制方法流程图。图4为本专利技术提供的下垂控制方法对应的特性曲线。图5为本专利技术实施例中考虑的五端柔性直流输电系统结构图。图6为本专利技术实施例中采用改进下垂控制方法下直流功率指令提升的仿真曲线。图7为本专利技术实施例中采用传统下垂控制方法下直流功率指令提升的仿真曲线。图8为本专利技术实施例中采用改进下垂控制方法下直流功率指令回降的仿真曲线。图9为本专利技术实施例中采用传统下垂控制方法下直流功率指令回降的仿真曲线。图10为本专利技术实施例中采用改进下垂控制方法下换流站闭锁的仿真曲线。具体实施方式下面结合附图和实例对本专利技术的技术方案进行详细说明。对于采用下垂控制的换流站，直流电压的改变会导致其传输有功功率的改变，稳态下对应关系为上式中，Udc*为换流站直流电压指令值。对于采用下垂控制和定有功功率控制的换流站，其有功控制方程为P＝P*(5)若直流节点数为nc，对直流节点列写潮流方程上式中，Yij为节点导纳矩阵第i行、第j列元素；Ui为节点i的直流电压；Pi为节点i的注入有功功率，定功率站与下垂控制站注入功率可分别由式(4)和式(5)求得，各中间节点的注入有功功率为0。联立式(4)、(5)、(6)，可得P1:P2:...:Pm＝f1(Y,k):f2(Y,k):...:fm(Y,k)(7)由式(6)可知，下垂控制站的有功功率比值仅与下垂系数和线路电阻有关，求得最小运行损耗下的潮流，即可反推出服从经济分布的下垂系数比值。选择目标函数为直流系统运行损耗，包括直流线路损耗和换流站损耗；等式约束条件包括直流系统潮流方程、下垂控制站和定有功功率站的有功控制方程；不等式约束条件为直流网络各节点电压的波动限制。则该最优潮流实质上为非线性本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种根据VSC‑MTDC实际运行点动态修正的下垂控制方法，其特征在于该方法包括以下步骤：1)输入直流系统拓扑及参数，求解以直流系统运行损耗最小为单一目标的非线性优化问题，得到最优潮流，进而计算出下垂系数k’；2)计算以换流站保有功率裕度为单一目标的下垂系数k”；3)对k’与k”进行加权平均得到改进下垂系数k*，其权重的选择在考虑控制目标协调决策的同时，实现从k”到k’过渡的加速过程，以在换流站脱离过载风险时迅速降低直流系统的损耗；4)若由于故障或操作使直流系统拓扑结构发生改变，重复上述步骤计算得到新的k*。

【技术特征摘要】
1.一种根据VSC-MTDC实际运行点动态修正的下垂控制方法，其特征在于该方法包括以下步骤：1)输入直流系统拓扑及参数，求解以直流系统运行损耗最小为单一目标的非线性优化问题，得到最优潮流，进而计算出下垂系数k’；2)计算以换流站保有功率裕度为单一目标的下垂系数k”；3)对k’与k”进行加权平均得到改进下垂系数k*，其权重的选择在考虑控制目标协调决策的同时，实现从k”到k’过渡的加速过程，以在换流站脱离过载风险时迅速降低直流系统的损耗；4)若由于故障或操作使直流系统拓扑结构发生改变，重复上述步骤计算得到新的k*。2.一种同时考虑功率裕度与运行损耗的换流站稳态运行点确定方法，其特征在于定义了低压加速因子c、自协调权重因子α与改进下垂系数。3.根据权利要求2所述的同时考虑功率裕度与运行损耗的换流站稳态运行点确定方法，其特征在于低压加速因子c的确定方法：设定换流站脱离过载风险的直流电压临界值，在换流站直流母线电压大于该数值时，低压加速因子取1；在换流站直流母线电压小于该数值时，低压加速因子为直流电压实际值与下限值、临界值与下限值分别作差后相除，再在该比值的基础上除以加速倍数。直流电压大于临界值，低压加速因子取1时加速过程实际不起作用；直流电压小于临界值，低压加速因子表现为随直流电压的减小从低压加速倍数的倒数逐渐减小至0。4.根据权利要求2所述的同时考虑功率裕度与运行损耗的换流站稳态运行点确定方法，其特征在于自协调权重因子α的确定方法：换流站公...

【专利技术属性】
技术研发人员：王渝红，李天泽，曾琦，阳莉汶，陈勇，张文韬，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：四川,51