一种用于分层控制多端直流输电系统的方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种用于分层控制多端直流输电系统的方法及系统，属于多端直流输电控制技术领域。本发明专利技术方法包括：一种用于分层控制多端直流输电系统的方法，所述的方法，包括：第I层，采集多端直流输电系统交直流电网数据；第II层，获取多端直流输电系统下垂控制的实际工作点和参考工作点；第III层，根据优化目标的参考工作点，获取优化目标换流站下垂控制参数；第IV层，获取换流站信号

A Method and System for Hierarchical Control of Multi-terminal HVDC Transmission System

【技术实现步骤摘要】
一种用于分层控制多端直流输电系统的方法及系统
本专利技术涉及多端直流输电控制
，并且更具体地，涉及一种用于分层控制多端直流输电系统的方法及系统。
技术介绍
直流输电控制系统分层结构(hierarchystructureofDCtransmissioncontrolsystem)将直流输电换流站和直流输电线路的全部控制功能按等级分为若干层次而形成的控制系统结构。各层次在结构上分开，层次等级高的控制功能层次等级高的控制功能可以作用于其所属的低等级层次，且作用方向是单向的，即低等级层次不能作用于高等级层次；层次等级相同的各控制功能及其相应的硬、软件在结构上尽量分开，以减小相互影响；直接面向被控设备的控制功能设置在最低层次等级，控制系统中有关的执行环节也属于这一层次等级，它们一般就近设置在被控设备近旁；系统的主要控制功能尽可能地分散到较低的层次等级，以提高系统可用率；当高层次控制发生故障时，各下层次控制能按照故障前的指令继续工作，并保留尽可能多的控制功能。复杂的控制系统采用分层结构，可以提高运行的可靠性，使任一控制环节故障所造成的影响和危害程度最小，同时还可提高运行操作和维护的方便性和灵活性。直流电压控制是多端直流输电系统控制方法的研究重点。在点对点的高压直流输电系统中，通常用一个换流站控制直流电压，另一个换流站控制有功功率。而当拓展成多端直流输电系统，直流电网电压控制及电网功率的分配将由多个换流站协作完成，控制方法也将变得复杂。目前，直流系统的控制方法主要包括主从控制，电压边际控制和电压下垂控制。近年国内外的最新研究，也是基于以上三种控制方案，并重点针对下垂控制，展开对多端直流输电系统换流站控制的研究工作。主从控制是目前多端直流输电实际工程中大都采用的方法，其工作原理是用一个主换流站控制整个直流电网的电压，其他的换流站控制其所在端口的功率。然而，主从控制对主换流站及与其相连接的交流电网的性能要求很高，整个直流电网中功率异动都将由主换流站及其相连的交流电网承担。当异动过大时，容易发生(1)超出换流站最大容量，(2)改变该换流站功率传输方向，影响所连接的交流电网。而当主换流站发生故障时，整个直流电网的电压将立即崩溃。电压边际控制被认为是一种基于主从控制的优化控制方法。同样是由一个换流站控制电压，其他换流站控制功率。当控制电压的换流站到达最大输出功率后，这个换流站将不再控制直流电压，并将控制电压的任务交由另外一个备用换流站执行。然而，在每一时刻都只有一个换流站在控制直流电网的电压，对抵御该换流站故障的能力有限。同时，由于在交换电压控制权时，需要多个换流站之间通讯，会产生低频潮流震荡，易造成较严重的直流电网稳定性问题。电压下垂控制是近年业界专家学者提出的一种新的方法，可以解决上述主从控制和电压边际控制中的问题。电压下垂控制方法是一种去中心的控制方法，各换流站的控制相互独立，不需要通讯。其工作原理与交流电网的频率下垂控制类似，直流电压将不再被控制成一个固定值，而是在一个范围内依照系统的反馈自动调节。各换流站将依照下垂特性，共同控制直流电网的电压，同时，各换流站将分担直流电网内的功率异动。当发生换流站故障时，正常工作的换流站能够分担由故障产生的不平衡功率。而相比主从控制，电压下垂控制消除了直流电网对单一换流站的依赖。相比电压边际控制，电压下垂控制不会产生低频潮流震荡。然而，与交流电网频率下垂控制不同的是，多端直流输电系统电压下垂控制的直流电压，不是一个全局变量，直流电压在直流电网的各端口会略有不同。多端直流输电系统各换流站的直流电压，受直流系统的拓扑结构与各直流线路电导的限制，需满足基尔霍夫电压定律(KVL)。经换流站传送的功率，等于与该换流站相连的各直流线路传送功率的代数和。因此，设计各换流站的下垂控制参数比较困难，通常的做法是参照换流站在主从控制下稳定的工作状态来设计一组参考工作点，再依照参考工作点来设计各换流站的下垂控制参数。各换流站的下垂控制相互独立，下垂控制参数不会依照系统状态的变化而调整。因此，当直流电网的状态发生变化后，各换流站会按照电网状态发生改变前的下垂控制方案继续运行，各换流站和直流线路则将处于“亚健康”状态，易产生直流线路过载，应对故障能力不强等问题。
技术实现思路
针对上述问题本专利技术提供了一种用于分层控制多端直流输电系统的方法，包括：第I层，采集多端直流输电系统交直流电网数据，根据电网数据对多端直流输电系统频率辅助支持和对多端直流输电系统低频功率进行震荡抑制；第II层，获取多端直流输电系统下垂控制的实际工作点和参考工作点，包括：确定多端直流输电系统优化目标和限制条件，根据优化目标和限制条件确定电导矩阵G和直流电网电压向量V；根据电导矩阵G和直流电网电压向量V，确定优化目标的电压下垂控制关系，表示：其中，Vi为优化目标换流站i的实际电压、Pi为优化目标换流站i的实际功率、βi为优化目标换流站i的下垂系数、为优化目标换流站i的电压下垂控制的参考功率和为的优化目标换流站i的电压下垂控制参考电压；根据公式(1)确定优化目标的实际工作点(Pi,Vi)和参考工作点第III层，根据优化目标的参考工作点获取优化目标换流站i下垂控制参数；所述的控制参数包括：优化目标换流站i的电压上限优化目标换流站i的电压下限优化目标换流站i的功率上限和优化目标换流站i的功率下限第IV层，将公式(1)推广为多端直流系统下垂控制公式，公式如下：其中，Fi为单调函数；获取换流站i信号和换流站i直流侧实时测量的电压信号Vi-com，根据优化目标实际工作点(Pi,Vi)和优化目标参考工作点和控制参数，执行多端直流系统下垂控制。可选的，优化目标包括：系统最大接收功率、最小线路损耗及最大各部件裕度。可选的，限制条件包括：系统当前的拓扑结构、各节点功率平衡、各直流端口电压、各新能源电站的输出功率、各换流站的最大功率、各交流系统接受或发出功率的能力、各换流站的电压限制条件和各直流线路的最大传输容量。可选的，电导矩阵G，表示为：其中，gij为连接多端直流系统直流端口i和多端直流系统直流端口j的直流电缆的电导值。可选的，电导矩阵G和直流电网电压向量V可用于表示多端直流系统参数；所述参数包括：多端直流系统的总线损，公式如下：Ploss＝∑gij·(Vi-Vj)2＝VT·G·V(4)多端直流系统直流端口的功率和，公式如下：多端直流系统的直流线路的电流，公式如下：iij＝gij·(Vj-Vi)。(6)本专利技术还提供了一种用于分层控制多端直流输电系统的系统，包括：采集模块，采集多端直流输电系统交直流电网数据，根据电网数据对多端直流输电系统频率辅助支持和对多端直流输电系统低频功率进行震荡抑制；第一确定模块，获取多端直流输电系统下垂控制的实际工作点和参考工作点，包括：确定多端直流输电系统优化目标和限制条件，根据优化目标和限制条件确定电导矩阵G和直流电网电压向量V；根据电导矩阵G和直流电网电压向量V，确定优化目标的电压下垂控制关系，表示：其中，Vi为优化目标换流站i的实际电压、Pi为优化目标换流站i的实际功率、βi为优化目标换流站i的下垂系数、为优化目标换流站i的电压下垂控制的参考功率和为的优化目标换流站i的电压下垂控制参考电压；根据公式(1)确定优化目本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于分层控制多端直流输电系统的方法，所述的方法，包括：第I层，采集多端直流输电系统交直流电网数据，根据电网数据对多端直流输电系统频率辅助支持和对多端直流输电系统低频功率进行震荡抑制；第II层，获取多端直流输电系统下垂控制的实际工作点和参考工作点，包括：确定多端直流输电系统优化目标和限制条件，根据优化目标和限制条件确定电导矩阵G和直流电网电压向量V；根据电导矩阵G和直流电网电压向量V，确定优化目标的电压下垂控制关系，表示：

【技术特征摘要】
1.一种用于分层控制多端直流输电系统的方法，所述的方法，包括：第I层，采集多端直流输电系统交直流电网数据，根据电网数据对多端直流输电系统频率辅助支持和对多端直流输电系统低频功率进行震荡抑制；第II层，获取多端直流输电系统下垂控制的实际工作点和参考工作点，包括：确定多端直流输电系统优化目标和限制条件，根据优化目标和限制条件确定电导矩阵G和直流电网电压向量V；根据电导矩阵G和直流电网电压向量V，确定优化目标的电压下垂控制关系，表示：其中，Vi为优化目标换流站i的实际电压、Pi为优化目标换流站i的实际功率、βi为优化目标换流站i的下垂系数、为优化目标换流站i的电压下垂控制的参考功率和为的优化目标换流站i的电压下垂控制参考电压；根据公式(1)确定优化目标的实际工作点(Pi,Vi)和参考工作点第III层，根据优化目标的参考工作点获取优化目标换流站i下垂控制参数；所述的控制参数包括：优化目标换流站i的电压上限优化目标换流站i的电压下限优化目标换流站i的功率上限和优化目标换流站i的功率下限第IV层，将公式(1)推广为多端直流系统下垂控制公式，公式如下：其中，Fi为单调函数；获取换流站i信号和换流站i直流侧实时测量的电压信号Vi-com，根据优化目标实际工作点(Pi,Vi)和优化目标参考工作点和控制参数，执行多端直流系统下垂控制。2.根据权利要求1所述的方法，所述的优化目标包括：系统最大接收功率、最小线路损耗及最大各部件裕度。3.根据权利要求1所述的方法，所述的限制条件包括：系统当前的拓扑结构、各节点功率平衡、各直流端口电压、各新能源电站的输出功率、各换流站的最大功率、各交流系统接受或发出功率的能力、各换流站的电压限制条件和各直流线路的最大传输容量。4.根据权利要求1所述的方法，所述的电导矩阵G，表示为：其中，gij为连接多端直流系统直流端口i和多端直流系统直流端口j的直流电缆的电导值。5.根据权利要求1所述的方法，所述的电导矩阵G和直流电网电压向量V可用于表示多端直流系统参数；所述参数包括：多端直流系统的总线损，公式如下：Ploss＝∑gij·(Vi-Vj)2＝VT·G·V(4)多端直流系统直流端口的功率和，公式如下：多端直流系统的直流线路的电流，公式如下：iij＝gij·(Vj-Vi)(6)...

【专利技术属性】
技术研发人员：余佶成，岳长喜，李登云，李鹤，朱凯，熊魁，李军，张冬青，李智成，田爽，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院有限公司，国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42