适应于多端直流系统故障恢复的协调启动控制方法和系统技术方案

本发明专利技术提供了一种适应于多端直流系统故障恢复的协调启动控制方法和系统，通过MMC换流站级控制器，在MMC系统完成不可控预充电后投入MMC换流站级控制器，通过控制器实现MMC换流站平稳启动以及充电至最终目标值，当启动过程出现故障时，针对不同故障对控制器的相关控制量进行调节，通过控制主从换流站的MMC控制器，完成多端直流系统的故障恢复。本发明专利技术实现了主换流站的启动、从换流站的同步预充电以及协调并入直流网络的协调启动控制，极大程度上减小了启动过程中的能量暂态冲击，并改变了原有故障后系统经停机后再启动的能量损失及时间延长。

【技术实现步骤摘要】
适应于多端直流系统故障恢复的协调启动控制方法和系统
本专利技术涉及多端直流系统启动控制
，具体地，涉及一种适应于多端直流系统故障恢复的协调启动控制方法和系统。
技术介绍
不同于现有的传统直流输电工程，基于MMC的多端直流输电系统(Multi-TerminalDirectCurrent，MTDC)更适合现代电力系统发展新形势的需要。全球多个基于MMC的多端直流输电工程正在不断建设和运行中，MMC-MTDC直流系统也是当今直流输电领域的研究新热点。关于MMC系统的拓扑结构、调制技术、电容均压控制技术以及环流抑制技术还存在许多有待优化的问题。MMC-MTDC系统的启动控制、主从控制、停机控制、冗余控制以及保护控制等方面，还有许多关键问题有待解决。在多端直流系统的启动过程中，有可能发生多种故障影响系统的启动，故障出现后经过短暂时间可以恢复的故障为暂时性故障，故障出现后经过短暂时间无法恢复的故障为永久性故障。多端直流系统在暂时故障后恢复启动过程一般较为缓慢或直接进入停机放电。若要重新实现启动，则已经损耗大量的能量和延长了启动时间，降低了系统的效率。专利文献CN104578187B(申请号：CN201510006777.3)公开了一种多端柔性直流输系统级协调控制装置，包括数据采集模块、数据处理模块、控制功能处理模块、通信管理模块和冗余控制模块，数据采集模块负责过程数据采集、状态信号以及电压电流等模拟量采样数据，生成控制功能处理模块需要的输入数据；控制功能处理模块包括有功控制、无功控制、直流电压控制、VF控制等模块，最终生成换流站的电压、有功、无功和频率等参考值信号，通过通信管理模块送到换流站单元控制器，完成系统控制目标。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种适应于多端直流系统故障恢复的协调启动控制方法和系统。根据本专利技术提供的适应于多端直流系统故障恢复的协调启动控制方法，包括：步骤1：选定多端直流系统的单端MMC1换流站进行单端预充电，达到预充电目标值的70％；步骤2：对该单端MMC1换流站进行定直流电压和定无功功率的启动控制，完成MMC1换流站的启动和电容充电至目标值；步骤3：在单端MMC1换流站启动时，将MMC从换流站并入直流母线；步骤4：在定有功功率和定无功功率的控制下启动MMC从换流站，实现整个多端直流系统的预充电与启动；步骤5：在启动过程中出现故障时，对故障类型做出判断，并对控制器进行调节，完成多端直流系统的恢复启动。优选的，所述步骤3包括：计算从换流站充电是否超过电压上下限，根据充电的要求以及不可控充电的能力，得到MMC从换流站的子模块电压可行区间上下限，根据可行区间的上限判断协调预充电的方式的可行性；可行区间的上限包括：本地换流站对远端换流站不可控充电子模块电容的最大电压值、MMC1换流站启动完成后直流母线对从换流站的子模块可充电的最大电压值、MMC1换流站启动过程中从换流站子模块电容充电的最大电压值和从换流站启动完成后的子模块电容电压，对应公式和关系表示为：式中，Uph为交流系统相电压，Udcref为直流侧母线电压指定值，uvalid为暂态过程直流侧电压有效值；N表示换流站数量。优选的，暂态过程直流侧电压表示为：Udc(t)＝A1sin(B1x+C1)+D1+A2sin(B2x+C2)+D2+...+Ansin(Bnx+Cn)+Dn………(2)式中，A1、B1、C1、D1、A2、B2、C2、D2...An、Bn、Cn、Dn为相关正弦函数的系数；直流侧电压有效值表达式为：在多端直流系统的单端MMC1换流站启动完成，各个MMC从换流站的子模块充电到uvalid/2N后，对MMC从换流站进行定有功功率和定无功功率的启动控制。优选的，所述步骤5包括：在短路故障恢复后，通过电压控制器实现对电压的重新控制，控制器输出量的表达式为：Outcontroller＝Kp·Δx+Ki∫Δxdt………(4)式中，Δx为实际值于参考值的插值，Kp和Ki为PI控制中的比例系数和积分系数；MMC1换流站控制器变化如下式：式中，Δid1、Δiq1为MMC1换流站d、q轴电流变化量，ΔUdc、ΔQ1为MMC1换流站的直流电压及无功功率变化量，Δucd1、Δucq1为控制器输出控制量的变化量，kp1、ki1、kp2、ki2、kp3、ki3、kp4、ki4为MMC1换流站控制器对应的比例和积分参数。优选的，MMC从换流站控制器变化如下式：式中，Δid2、Δiq2为MMC从换流站d、q轴电流变化量，ΔP2、ΔQ2为MMC从换流站的有功功率及无功功率变化量，Δucd2、Δucq2为控制器输出控制量的变化量，kp1'、ki1'、kp2'、ki2'、kp3'、ki3'、kp4'、ki4'为MMC从换流站控制器对应的比例和积分参数。根据本专利技术提供的适应于多端直流系统故障恢复的协调启动控制系统，包括：模块M1：选定多端直流系统的单端MMC1换流站进行单端预充电，达到预充电目标值的70％；模块M2：对该单端MMC1换流站进行定直流电压和定无功功率的启动控制，完成MMC1换流站的启动和电容充电至目标值；模块M3：在单端MMC1换流站启动时，将MMC从换流站并入直流母线；模块M4：在定有功功率和定无功功率的控制下启动MMC从换流站，实现整个多端直流系统的预充电与启动；模块M5：在启动过程中出现故障时，对故障类型做出判断，并对控制器进行调节，完成多端直流系统的恢复启动。优选的，所述模块M3包括：计算从换流站充电是否超过电压上下限，根据充电的要求以及不可控充电的能力，得到MMC从换流站的子模块电压可行区间上下限，根据可行区间的上限判断协调预充电的方式的可行性；可行区间的上限包括：本地换流站对远端换流站不可控充电子模块电容的最大电压值、MMC1换流站启动完成后直流母线对从换流站的子模块可充电的最大电压值、MMC1换流站启动过程中从换流站子模块电容充电的最大电压值和从换流站启动完成后的子模块电容电压，对应公式和关系表示为：式中，Uph为交流系统相电压，Udcref为直流侧母线电压指定值，uvalid为暂态过程直流侧电压有效值；N表示换流站数量。优选的，暂态过程直流侧电压表示为：Udc(t)＝A1sin(B1x+C1)+D1+A2sin(B2x+C2)+D2+...+Ansin(Bnx+Cn)+Dn………(2)式中，A1、B1、C1、D1、A2、B2、C2、D2...An、Bn、Cn、Dn为相关正弦函数的系数；直流侧电压有效值表达式为：在多端直流系统的单端MMC1换流站启动完成，各个MMC从换流站的子模块充电到uvalid/2N后，对MMC从换流站进行定有功功率和定无功功率的启动控制。优选的，所述模本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适应于多端直流系统故障恢复的协调启动控制方法，其特征在于，包括：/n步骤1：选定多端直流系统的单端MMC1换流站进行单端预充电，达到预充电目标值的70％；/n步骤2：对该单端MMC1换流站进行定直流电压和定无功功率的启动控制，完成MMC1换流站的启动和电容充电至目标值；/n步骤3：在单端MMC1换流站启动时，将MMC从换流站并入直流母线；/n步骤4：在定有功功率和定无功功率的控制下启动MMC从换流站，实现整个多端直流系统的预充电与启动；/n步骤5：在启动过程中出现故障时，对故障类型做出判断，并对控制器进行调节，完成多端直流系统的恢复启动。/n

【技术特征摘要】
1.一种适应于多端直流系统故障恢复的协调启动控制方法，其特征在于，包括：
步骤1：选定多端直流系统的单端MMC1换流站进行单端预充电，达到预充电目标值的70％；
步骤2：对该单端MMC1换流站进行定直流电压和定无功功率的启动控制，完成MMC1换流站的启动和电容充电至目标值；
步骤3：在单端MMC1换流站启动时，将MMC从换流站并入直流母线；
步骤4：在定有功功率和定无功功率的控制下启动MMC从换流站，实现整个多端直流系统的预充电与启动；
步骤5：在启动过程中出现故障时，对故障类型做出判断，并对控制器进行调节，完成多端直流系统的恢复启动。


2.根据权利要求1所述的适应于多端直流系统故障恢复的协调启动控制方法，其特征在于，所述步骤3包括：
计算从换流站充电是否超过电压上下限，根据充电的要求以及不可控充电的能力，得到MMC从换流站的子模块电压可行区间上下限，根据可行区间的上限判断协调预充电的方式的可行性；
可行区间的上限包括：本地换流站对远端换流站不可控充电子模块电容的最大电压值、MMC1换流站启动完成后直流母线对从换流站的子模块可充电的最大电压值、MMC1换流站启动过程中从换流站子模块电容充电的最大电压值和从换流站启动完成后的子模块电容电压，对应公式和关系表示为：



式中，Uph为交流系统相电压，Udcref为直流侧母线电压指定值，uvalid为暂态过程直流侧电压有效值；N表示换流站数量。


3.根据权利要求2所述的适应于多端直流系统故障恢复的协调启动控制方法，其特征在于，暂态过程直流侧电压表示为：
Udc(t)＝A1sin(B1x+C1)+D1+A2sin(B2x+C2)+D2+...+Ansin(Bnx+Cn)+Dn………(2)
式中，A1、B1、C1、D1、A2、B2、C2、D2...An、Bn、Cn、Dn为相关正弦函数的系数；
直流侧电压有效值表达式为：



在多端直流系统的单端MMC1换流站启动完成，各个MMC从换流站的子模块充电到uvalid/2N后，对MMC从换流站进行定有功功率和定无功功率的启动控制。


4.根据权利要求1所述的适应于多端直流系统故障恢复的协调启动控制方法，其特征在于，所述步骤5包括：在短路故障恢复后，通过电压控制器实现对电压的重新控制，控制器输出量的表达式为：
Outcontroller＝Kp·Δx+Ki∫Δxdt………(4)
式中，Δx为实际值于参考值的插值，Kp和Ki为PI控制中的比例系数和积分系数；
MMC1换流站控制器变化如下式：



式中，Δid1、Δiq1为MMC1换流站d、q轴电流变化量，ΔUdc、ΔQ1为MMC1换流站的直流电压及无功功率变化量，Δucd1、Δucq1为控制器输出控制量的变化量，kp1、ki1、kp2、ki2、kp3、ki3、kp4、ki4为MMC1换流站控制器对应的比例和积分参数。


5.根据权利要求4所述的适应于多端直流系统故障恢复的协调启动控制方法，其特征在于，MMC从换流站控制器变化如下式：



式中，Δid2、Δiq2为MMC从换流站d、q轴电流变化量，ΔP2、ΔQ2为MMC从换流站的有功功率及无功功率变化量，Δucd2、Δucq2为控制器输出控制量的变化量，kp1'、ki1'、kp2'、ki2'、kp3'、ki3'、kp4'、ki4'为MMC从换流站控制器对应的比例和积分参数。

【专利技术属性】
技术研发人员：解大，王西田，王晨磊，张鑫林，潘明杰，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31