一种用于多端直流输电系统的非线性下垂控制方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种用于多端直流输电系统的非线性下垂控制方法及系统，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：对多端直流输电系统，以多端直流输电系统中的换流站的响应时间进行分层，将所述多端直流输电系统分为第I、II和III层；控制第III层，根据所述运行参数和限制条件，确定多端直流输电系统的非线性下垂控制参考工作点；控制第II层，根据换流站的电压及功率的限制条件和所述下垂控制参考点，确定多端直流输电系统的非线性下垂控制参数；控制第I层，根据非线性下垂控制参数，对多端直流输电系统进行非线性下垂控制。本发明专利技术实现了在同一个多端直流输电系统中，基于非线性下垂控制的各换流站功率‑电压动态调节特性。

A nonlinear droop control method and system for multi terminal HVDC system

【技术实现步骤摘要】
一种用于多端直流输电系统的非线性下垂控制方法及系统
本专利技术涉及多端直流输电控制
，并且更具体地，涉及一种用于多端直流输电系统的非线性下垂控制方法及系统。
技术介绍
电压源型换流器是多端直流输电系统的重要组成部分，采用全可控半导体开关器件，能有效地控制换流站直流侧的电压或有功功率，以及交流侧的电压或无功功率。电压源型换流器的拓扑结构主要包括，两电平型换流器，三电平型换流器和模块化多电平换流器。基于电压源型换流器的直流输电系统，能够在不间断运行和不改变直流线路电压极性的前提下，改变直流功率的传送方向。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[12][13][14]。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，本专利技术提出了一种用于多端直流输电系统的非线性下垂控制方法，包括：对多端直流输电系统，以多端直流输电系统中的换流站的响应时间进行分层，将所述多端直流输电系统分为第I、II和III层；控制第III层，获取多端直流输电系统的当前运行状态下的运行参数和多端直流输电系统当前运行状态的限制条件，根据所述运行参数和限制条件，确定多端直流输电系统的非线性下垂控制参考工作点；控制第II层，获取多端直流输电系统当前运行状态下多端直流输电系统的换流站的电压及功率的限制条件，根据换流站的电压及功率的限制条件和所述下垂控制参考点，确定多端直流输电系统的非线性下垂控制参数；控制第I层，根据非线性下垂控制参数，对多端直流输电系统进行非线性下垂控制。可选的，进行分层还包括，第IV层，所述第IV层，用于确定对多端直流输电系统进行非线性下垂控制过程中，多端直流输电系统的低频功率振荡情况，针对低频功率振荡情况及故障情况进行辅助控制，抑制低频功率振荡。可选的，运行参数包括：多端直流输电系统的最大接收功率、最小线路损耗及平衡各换流站的功率裕度。可选的，限制条件包括：多端直流输电系统的拓扑结构、节点功率平衡点、直流端口电压满足基尔霍夫电压定律、多端直流输电系统中新能源电站的输出功率、多端直流输电系统中换流站的最大功率和发出功率、多端直流输电系统中换流站的电压限制条件和直流线路的最大传输容量。可选的，第I层为执行层，根据非线性下垂控制参数，实时执行非线性下垂控制并实时反馈控制结果。本专利技术还提出了一种用于多端直流输电系统的非线性下垂控制系统，包括：分层模块，对多端直流输电系统，以多端直流输电系统中的换流站的响应时间进行分层，将所述多端直流输电系统分为第I、II和III层；第一控制模块，控制第III层，获取多端直流输电系统的当前运行状态下的运行参数和多端直流输电系统当前运行状态的限制条件，根据所述运行参数和限制条件，确定多端直流输电系统的非线性下垂控制参考工作点；第二控制模块，控制第II层，获取多端直流输电系统当前运行状态下多端直流输电系统的换流站的电压及功率的限制条件，根据换流站的电压及功率的限制条件和所述下垂控制参考点，确定多端直流输电系统的非线性下垂控制参数；第三控制模块，控制第I层，根据非线性下垂控制参数，对多端直流输电系统进行非线性下垂控制。可选的，分层模块，还用于确定第IV层，所述第IV层，用于确定对多端直流输电系统进行非线性下垂控制过程中，多端直流输电系统的低频功率振荡情况，针对低频功率振荡情况及故障情况进行辅助控制，抑制低频功率振荡。可选的，运行参数包括：多端直流输电系统的最大接收功率、最小线路损耗及平衡各换流站的功率裕度。可选的，限制条件包括：多端直流输电系统的拓扑结构、节点功率平衡点、直流端口电压满足基尔霍夫电压定律、多端直流输电系统中新能源电站的输出功率、多端直流输电系统中换流站的最大功率和发出功率、多端直流输电系统中换流站的电压限制条件和直流线路的最大传输容量。可选的，第I层为执行层，根据非线性下垂控制参数，实时执行非线性下垂控制并实时反馈控制结果。本专利技术解决了大规模新能源电站出力波动与交直流输电系统各端口接纳电力的裕度分配问题本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于多端直流输电系统的非线性下垂控制方法，所述方法包括：/n对多端直流输电系统，以多端直流输电系统中的换流站的响应时间进行分层，将所述多端直流输电系统分为第I、II和III层；/n控制第III层，获取多端直流输电系统的当前运行状态下的运行参数和多端直流输电系统当前运行状态的限制条件，根据所述运行参数和限制条件，确定多端直流输电系统的非线性下垂控制参考工作点；/n控制第II层，获取多端直流输电系统当前运行状态下多端直流输电系统的换流站的电压及功率的限制条件，根据换流站的电压及功率的限制条件和所述下垂控制参考点，确定多端直流输电系统的非线性下垂控制参数；/n控制第I层，根据非线性下垂控制参数，对多端直流输电系统进行非线性下垂控制。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于多端直流输电系统的非线性下垂控制方法，所述方法包括：
对多端直流输电系统，以多端直流输电系统中的换流站的响应时间进行分层，将所述多端直流输电系统分为第I、II和III层；
控制第III层，获取多端直流输电系统的当前运行状态下的运行参数和多端直流输电系统当前运行状态的限制条件，根据所述运行参数和限制条件，确定多端直流输电系统的非线性下垂控制参考工作点；
控制第II层，获取多端直流输电系统当前运行状态下多端直流输电系统的换流站的电压及功率的限制条件，根据换流站的电压及功率的限制条件和所述下垂控制参考点，确定多端直流输电系统的非线性下垂控制参数；
控制第I层，根据非线性下垂控制参数，对多端直流输电系统进行非线性下垂控制。


2.根据权利要求1所述的方法，所述进行分层还包括，第IV层，所述第IV层，用于确定对多端直流输电系统进行非线性下垂控制过程中，多端直流输电系统的低频功率振荡情况，针对低频功率振荡情况及故障情况进行辅助控制，抑制低频功率振荡。


3.根据权利要求1所述的方法，所述运行参数包括：
多端直流输电系统的最大接收功率、最小线路损耗及平衡各换流站的功率裕度。


4.根据权利要求1所述的方法，所述限制条件包括：
多端直流输电系统的拓扑结构、节点功率平衡点、直流端口电压满足基尔霍夫电压定律、多端直流输电系统中新能源电站的输出功率、多端直流输电系统中换流站的最大功率和发出功率、多端直流输电系统中换流站的电压限制条件和直流线路的最大传输容量。


5.根据权利要求1所述的方法，所述第I层为执行层，根据非线性下垂控制参数，实时执行非线性下垂控制并实时反馈控制结果。


6.一种用于多端...

【专利技术属性】
技术研发人员：余佶成，雷民，周峰，岳长喜，胡浩亮，李小飞，黄俊昌，余也凤，田爽，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42