一种换流器自主功率共享控制方法技术

本发公开了一种换流器自主功率共享控制方法，涉及柔性直流输电领域，具体涉及一种基于VSC换流站的自主功率共享控制方法。目前分层控制是管理变流器之间的功率共享的主流方法之一，然而由于分层控制是基于全局潮流或中央控制器，需要一级和二级控制层之间的通信，若通信丢失则无法运行，影响MTDC系统的稳定性。本发提出了一种换流器自主功率共享控制方法，在不制定和直流潮流调度的情况下，基于VSC换流器功率裕度实现比例功率共享，无需进行一级和二级控制层之间的通信，只需一级控制层内的换流器之间的通信；在一级控制层内换流器之间的通信也中断时，换流器可以自主采用等功率共享控制；大大降低了计算成本和通信需求，提高了MTDC网络的稳定性。高了MTDC网络的稳定性。高了MTDC网络的稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种换流器自主功率共享控制方法


[0001]本专利技术涉及柔性直流输电领域，具体涉及一种基于VSC换流站的自主功率共享控制方法。

技术介绍

[0002]基于电压源换流器(VSC)的高压直流(HVDC)输电系统已被广泛接受为远距离大规模可再生能源发电的一种使能技术。由电压源换流器(VSC)技术实现的直流电网具有许多优势，例如提高效率、提高可靠性和减少换流站数量等。较新的功率变换器技术，即模块化多电平变换器(MMC)，由于其在性能、可扩展性和可控性方面的突出优点，已经取代了传统的用于HVDC应用的两电平或三电平变换器技术。此外，多端HVDC(MTDC)系统是一种新兴技术，与点到点VSC HVDC系统相比，它在降低资本成本、实际配电灵活性和增强系统可靠性方面具有多项优势。
[0003]一般来说，直流电网中的直流电压控制有三种主要方案，即主从控制、电压裕度控制和下垂控制。对于主从控制，直流平衡节点的中断可能会导致整个直流电网断电。电压裕度控制被视为主从控制的扩展，但在主变流器的过渡过程中可能会出现较大的振荡。相比之下，下垂控制被认为是MTDC系统更可靠的控制方案，因为多个换流器可以共同参与直流电压调节。
[0004]由于新能源的灵活性与不确定性，在发生如变流器停运、直流输电线路或电缆故障、可再生能源发电引起的功率变化等意外事件后，如何在稳态下管理变流器之间的功率共享以避免过载对于系统的运行至关重要。在基于下垂的MTDC系统中，稳态下的事故后功率分配取决于下垂常数和电压变化。目前，分层控制是管理变流器之间的功率共享的主流方法之一。对于分层控制策略，在二级控制层中，系统收集稳态测量和应急信息并求解交直流电网最优潮流；通过通信系统将所得到最优潮流结果传输至一级控制层中，作为一级控制层中VSC换流站的自适应参数；一级控制层中的VSC换流站根据收到的自适应参数，设置其参考功率为基于最优潮流的参数值，并对注入功率进行控制。然而由于分层控制是基于全局潮流或中央控制器，需要一级和二级控制层之间的通信，若通信丢失，则无法运行，影响MTDC系统的稳定性。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题是：
[0006]分层控制是管理变流器之间的功率共享的主流方法之一。对于分层控制策略，在二级控制层中，系统收集稳态测量和应急信息并求解交直流电网最优潮流；通过通信系统将所得到最优潮流结果传输至一级控制层中，作为一级控制层中VSC换流站的自适应参数；一级控制层中的VSC换流站根据收到的自适应参数，设置其参考功率为基于最优潮流的参数值，并对注入功率进行控制。然而由于分层控制是基于全局潮流或中央控制器，需要一级和二级控制层之间的通信，若通信丢失，则无法运行，影响MTDC系统的稳定性。如何在一层
和二层控制间通信中断时，对突发事故后出现的功率不匹配进行准确的功率共享是本专利技术需要解决的关键技术问题。
[0007]本专利技术为解决上述技术问题采用以下技术方案：本专利技术提出了一种换流器自主功率共享控制方法，其特征在于可以在不制定和直流潮流调度的情况下，基于VSC换流器功率裕度实现比例功率共享，无需进行一级和二级控制层之间的通信，只需一级控制层内的换流器之间的通信，大大降低了计算成本和通信需求。其具体步骤包括：
[0008]1.建立直流电网的线性化模型，主要步骤包括：
[0009]假设节点控制类型分为恒定有功功率控制与下垂控制，其功率与电压关系可以用统一的方程表示如下：
[0010][0011]其中P
c，i
与P
c，i*
分别为从交流电网注入VSC换流站的实际功率和参考功率；V
pp，i
与分别为对应直流节点的实际电压和参考电压；R
i
为对应换流站下垂系数，定义为：
[0012][0013]与是第i个VSC的额定功率和电压；k
i
是第i个VSC的下垂系数标幺值；
[0014]设置一初始稳态条件，计算该条件下的网络潮流，并将潮流解设置为网络各节点参考功率与参考电压；
[0015]利用计算得到的参考功率与参考电压，突发事故后，部分节点参考功率发生变化，MTDC网络稳态工作状态可以表示为：
[0016][0017][0018]其中ΔP
loss
是突发事故前后的传输损失差异；ΔP*是突发事故前后参考功率的变化；P
c，i
为从交流电网注入VSC换流站的实际功率；为对应直流节点参考电压；ΔV
pp
与ΔP
c，i
分别为突发事故前后直流节点实际电压差与实际功率差；R
i
为对应换流站下垂系数；
[0019]2.判断换流器间通信是否丢失，若通信丢失则进入步骤3，否则进入步骤4；
[0020]3.建立突发事故发生时等自主功率共享模型，计算突发事故发生前后节点参考功率变化导致的其余节点换流器注入有功变化，计算步骤如下：
[0021]忽略突发事故前后的有功输损失差异ΔP
loss
，根据所建立的直流网络模型，MTDC网络稳态工作状态可表示为：
[0022][0023][0024]其中ΔV
pp
与ΔP
c，i
分别为突发事故前后直流节点实际电压差与实际功率差；与ΔP*是突发事故前后直流节点参考电压与参考功率的变化；R
i
为对应换流站下垂系数；
[0025]对于忽略突发事故前后传输损失差异ΔP
loss
的理想模型，突发事故发生时等功率共享模型可表示为：
[0026][0027]其中与ΔP*是突发事故前后直流节点参考电压与参考功率的变化；R
i
为对应换流站下垂系数；P
v
可由下式给出：
[0028][0029]其中V
pp，i
为直流节点的实际电压；V
nominal
为直流电压标称值；R
i
为对应换流站下垂系数；计算结束后进入步骤5；
[0030]4.基于VSC换流器功率裕度，建立比例自主功率共享模型，计算突发事故发生前后节点参考功率变化导致的其余节点换流器注入有功变化，计算步骤如下：
[0031]定义功率裕度为：
[0032][0033]其中H
i
与分别为第i个VSC功率裕度空间和额定功率；P
c，i
为从交流电网注入VSC换流站的实际功率；基于VSC换流器功率裕度计算突发事故发生时各节点换流器功率共享的计算公式可表示为：
[0034][0035]其中与ΔP*是突发事故前后直流节点参考电压与参考功率的变化；R
i
为对应换流站下垂系数；H
i
为第i个VSC功率裕度空间；P
v
可由下式给出：
[0036][0037]其中V
pp，i
为直流节点的实际电压；V
nominal<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种换流器自主功率共享控制方法，其特征在于，所述自主功率共享控制方法在不制定和直流潮流调度的情况下，基于VSC换流器功率裕度实现比例功率共享，无需进行一级和二级控制层之间的通信，只需一级控制层内的换流器之间的通信；在一级控制层内换流器之间的通信也中断时，换流器自主采用等功率共享控制；降低计算成本和通信需求，提高MTDC网络的稳定性；其具体步骤包括：步骤S1：建立直流电网的线性化模型；步骤S2：判断换流器间通信是否丢失，若通信丢失则进入步骤S3，否则进入步骤S4；步骤S3：建立突发事故发生时等自主功率共享模型，计算突发事故发生前后节点参考功率变化导致的其余节点换流器注入有功变化，计算结束后进入步骤S5；步骤S4：基于VSC换流器功率裕度，建立比例自主功率共享模型，计算突发事故发生前后节点参考功率变化导致的其余节点换流器注入有功变化；步骤S5：基于反馈下垂控制进行自主功率共享控制。2.根据权利要求1所述的一种换流器自主功率共享控制方法，其特征在于，所述直流电网的线性化模型建立步骤如下：步骤S11：假设节点控制类型分为恒定有功功率控制与下垂控制，其功率与电压关系用统一的方程表示如下：其中P
c，i
与P
c，i*
分别为从交流电网注入VSC换流站的实际功率和参考功率；V
pp，i
与分别为对应直流节点的实际电压和参考电压；R
i
为对应换流站下垂系数，定义为：定义为：与是第i个VSC的额定功率和电压；k
i
是第i个VSC的下垂系数标幺值；步骤S12：设置一初始稳态条件，计算该条件下的网络潮流，并将潮流解设置为网络各节点参考功率与参考电压；步骤S13：利用步骤S12中计算得到的参考功率与参考电压，突发事故后，部分节点参考功率发生变化，MTDC网络稳态工作状态表示为：MTDC网络稳态工作状态表示为：其中ΔP
loss
是突发事故前后的传输损失差异；ΔP
*
是突发事故前后参考功率的变化；P
c，i
为从交流电网注入VSC换流站的实际功率；为对应直流节点参考电压；ΔV
pp
与ΔP
c，i
分别为突发事故前后直流节点实际电压差与实际功率差；R
i
为对应换流站下垂系数。3.根据权利要求1所述的一种换流器自主功率共享控制方法，其特征在于，所述突发事故考虑三种突发事故：第一种为有源功率控制变流器的功率变化，适用于海上风电场或负荷的功率增减的情况；第二种为有源电源控制的VSC的中断；第三种为处于下垂控制VSC的停机。4.根据权利要求1所述的一种换流器...

【专利技术属性】
技术研发人员：张远实，钱文妍，章飞，李扬，汤奕，周吉，钱俊良，
申请(专利权)人：东南大学溧阳研究院，
类型：发明
国别省市：