一种直流配电网改进主从控制方法技术

本发明专利技术涉及一种直流配电网改进主从控制方法，其技术特点在于：包括以下步骤：步骤1、设计带死区的自适应下垂控制器；步骤2、设定其中一个MMC换流站为主站，工作模式为恒压控制模式，设定其他MMC换流站为从站，工作模式采用步骤1的带死区的自适应下垂控制器的控制模式。本发明专利技术能够在通信故障时实现运行模式的无缝切换和确保直流电压的稳定。

An improved master-slave control method for DC distribution network

【技术实现步骤摘要】
一种直流配电网改进主从控制方法
本专利技术属于直流配电网
，涉及换流站的控制方法，尤其是一种直流配电网改进主从控制方法。
技术介绍
随着可再生能源的快速发展，越来越多的新能源发电和储能大量接入配电网，配电网的潮流变成了双向流动，这对配电网的容量、可靠性、电能质量等提出了更高的要求，而目前传统的交流配电网并不是针对双向潮流而设计的，已经不能满足某些用户的要求。另外，随着电力电子技术和直流负荷技术取得了较大的进展，使得直流配电网受到了国内外学者的广泛关注。模块化多电平换流器(ModularMulti-levelConverter,MMC)相较于传统的电网换相型换流器(LineCommutatedConverter,LCC)具有不存在换相失败、输出特性好、结构模块化、能实现快速解耦控制等优势，近些年在直流配电网换流站得到了广泛的应用。目前，对于直流配电网电压控制大多数文献还是集中在变换器本身或微网控制技术的研究与分析，尚没有成熟的直流配电网控制策略，相关的柔性直流配电网电压协同控制方法主要参考柔性直流输电中的电压控制方法，其中适用于柔性直流配电网的电压控制方法主要有三种：主从控制方式(Master/SlaveControl)，电压下垂控制方式(DroopControl)和电压裕度控制(MarginControl)。主从控制是利用一个换流站作为松弛节点控制系统直流电压，其它换流站采用定功率控制，这种控制模式依赖各变换器之间的快速通讯，且主站调节压力较大。直流电压下垂控制是指所有具备功率调节能力的换流站利用给定的各直流功率(或电流)与直流电压的斜率关系来实现多个站共同承担直流电压控制，该控制方式无需上层控制器和通信，具有较好的模块性和扩展性，但稳态运行时存在偏差，而直流配网负荷变化复杂，频繁大量的负荷变化将会导致电压波动，甚至稳定运行时电压偏差超出额定范围，该控制方法斜率的选取较为困难。电压裕度控制是当主换流站发生故障或功率超限而无法继续维持直流电压恒定时，另一个换流站将切换至定直流电压控制模式并运行于新的直流电压参考值，这种控制方法无需站间通讯，但直流配网结构复杂，负荷变化大，电压波动厉害，使得电压裕度的选取较为复杂，同时多个后备定电压换流站的优先级确定困难。可见，相对柔性直流输电系统，直流配电网的节点多、潮流更为复杂，而采用主从控制方式比其他方式更易于实现直流配电网的稳定运行，但现有的直流配电网的主从控制方法，仍存在主从控制在通信故障时无法实现运行模式的切换和直流电压稳定控制难的缺点。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提出一种直流配电网改进主从控制方法，能够使主从控制在通信故障时实现运行模式的切换和直流电压稳定控制，并在直流配电网受到扰动时提高了直流电压控制的快速性和可靠性。本专利技术解决其现实问题是采取以下技术方案实现的：一种直流配电网改进主从控制方法，包括以下步骤：步骤1、设计带死区的自适应下垂控制器；步骤2、设定其中一个MMC换流站为主站，工作模式为恒压控制模式，设定其他MMC换流站为从站，工作模式采用步骤1的带死区的自适应下垂控制器的控制模式。而且，所述步骤1的具体步骤包括：(1)测量MMC网侧三相电压和电流，测量MMC直流侧电压和电流；(2)根据步骤(1)测量获得的三相交流电压，通过锁相获得交流电网的参考相位θ和角频率ω；(3)根据步骤(2)获得的交流电网的参考相位θ对MMC网侧三相交流电压和电流进行dq变换，得到电压的d轴分量ud和q轴分量uq，得到电流的d轴分量id和q轴分量iq；(4)根据步骤(3)得到的ud、uq，、id、iq计算有功功率Pg和无功功率Qg；(5)设计MMC交流侧外环控制器为定无功功率控制，将无功功率参考值Q*和MMC实际输出无功功率Qg经过PI从而计算电流内环q轴参考值iq*；设计MMC直流侧外环控制为带死区自适应下垂控制，从而计算电流内环d轴参考值id*；(6)设计dq坐标系下解耦的电流内环控制器，通过PI控制器，电压前馈和耦合补偿从而计算获得MMC调制所需的输出电压参考值。而且，所述步骤1中第(5)步设计MMC直流侧外环控制为带死区自适应下垂控制，从而计算电流内环d轴参考值id*的具体包括：(1)根据配电网极端运行状况，计算直流配电网在稳定运行时从换流站MMC2直流侧电压可能达到的最大值Udc2max和最小值Udc2min；(2)根据Udc2max和Udc2min确定自适应下垂控制器的死区上界值和下界值(3)根据测得的从站MMC直流电压与和的关系确定符号函数的值；设(4)设计自适应下垂系数的倒数式中，P2max为MMC2换流站可以输出的最大有功功率，P2*为MMC2换流站有功功率的设定值，δ为直流电压允许的最大偏差范围；(5)根据直流电压计算从换流站有功功率调节量ΔPdc2*＝sng*β2*|ΔUdc2|；(6)将ΔPdc2*与有功功率给定值P2*和测量值Pg2的偏差叠加，送入PI控制器，构成带死区的自适应下垂控制器，从而计算电流内环d轴参考值id*。本专利技术的优点和有益效果：1、本专利技术在直流配电网主从控制的基础上，对从换流站的控制方法进行了改进，从换流站的功率外环设计了一种带死区的自适应下垂控制的方法，实现了当直流配电网在稳态时，从换流站工作在定功率模式，能够精确控制有功功率输出，当直流配电网出现运行状态转换和N-1故障等扰动时，例如主站满载，负荷突变，主站因故障退出运行，直流母线断线等，如果直流电压偏差过大，从站可以不依靠通信将运行状态快速切换到自适应下垂控制，辅助主站参与直流电压的快速调节。因此本专利技术不仅克服了主从控制在通信故障时无法实现运行模式的切换和直流电压稳定控制的缺点，而且在直流配电网受到扰动时提高了直流电压控制的快速性和可靠性。2、本专利技术针对主从控制在通信故障时无法实现运行模式的切换和直流电压稳定控制的缺点,本专利技术提出一种直流配电网改进主从控制方法，该方法在直流配电网主从控制的基础上，对从换流站的控制方法进行了改进，给从换流站的功率外环设计了一种带死区的自适应下垂控制的方法，实现在直流配电网受到扰动时，如果直流电压偏差过大，从站可以不依靠通信将运行状态快速切换到自适应下垂控制，辅助主站参与直流电压的快速调节，提高了系统的可靠性。3、本专利技术既适用于双端直流配电网又适用于多端和环状直流配电网，实现了在直流配电网在稳态运行时，从换流站可以精确地控制有功功率的输出。附图说明图1为本专利技术的双端手拉手直流配电系统结构图；图2为本专利技术的dq坐标系下解耦的电流内环控制器示意图；图3为本专利技术的d轴带死区自适应下垂控制器示意图；图4为本专利技术的q轴无功功率控制器示意图；图5为本专利技术的Simulink仿真结果图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术实施例作进一步详述：本专利技术涉及的中压直流配电系统包括两个本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种直流配电网改进主从控制方法，其特征在于：包括以下步骤：/n步骤1、设计带死区的自适应下垂控制器；/n步骤2、设定其中一个MMC换流站为主站，工作模式为恒压控制模式，设定其他MMC换流站为从站，工作模式采用步骤1的带死区的自适应下垂控制器的控制模式。/n

【技术特征摘要】
1.一种直流配电网改进主从控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1、设计带死区的自适应下垂控制器；
步骤2、设定其中一个MMC换流站为主站，工作模式为恒压控制模式，设定其他MMC换流站为从站，工作模式采用步骤1的带死区的自适应下垂控制器的控制模式。


2.根据权利要求1所述的一种直流配电网改进主从控制方法，其特征在于：所述步骤1的具体步骤包括：
(1)测量MMC网侧三相电压和电流，测量MMC直流侧电压和电流；
(2)根据步骤(1)测量获得的三相交流电压，通过锁相，获得交流电网的参考相位θ和角频率ω；
(3)根据步骤(2)获得的交流电网的参考相位θ对MMC网侧三相交流电压和电流进行dq变换，得到电压的d轴分量ud和q轴分量uq，得到电流的d轴分量id和q轴分量iq；
(4)根据步骤(3)得到的ud、uq，、id、iq计算有功功率Pg和无功功率Qg；
(5)设计MMC交流侧外环控制器为定无功功率控制，将无功功率参考值Q*和MMC实际输出无功功率Qg经过PI从而计算电流内环q轴参考值iq*；
设计MMC直流侧外环控制为带死区自适应下垂控制，从而计算电流内环d轴参考值id*；
(6)设计dq坐标系...

【专利技术属性】
技术研发人员：霍现旭，徐科，李树鹏，尚学军，李国栋，张剑，杨卫东，吴东，谢兴峰，吴在军，曹骁勇，
申请(专利权)人：国网天津市电力公司电力科学研究院，国网天津市电力公司，国家电网有限公司，东南大学，
类型：发明
国别省市：天津;12