一种柔性多端与直流电网协调控制方法、介质及设备技术

本发明专利技术属于柔性直流输电和配电技术领域，尤其涉及一种柔性多端与直流电网协调控制方法、介质及设备。该方法包括：基于每个下垂控制站的换流器类型，计算得到每个下垂控制站的电容电压的平均值作为下垂控制的反馈信号；基于每个下垂控制站的当前有功功率、无功功率确定每个下垂控制站的可用调节容量，根据每个下垂控制站的可用调节容量实时自动调节其下垂控制参数值；根据每个下垂控制站的反馈信号的误差值与下垂控制参数计算得到附加功率控制指令并叠加到该站点外环有功功率控制指令中。通过本发明专利技术能够达到避免传统下垂控制出现有差调节以及反馈信号远距离传输产生的延时对直流系统电压动态稳定性的影响的效果。流系统电压动态稳定性的影响的效果。流系统电压动态稳定性的影响的效果。

【技术实现步骤摘要】
一种柔性多端与直流电网协调控制方法、介质及设备


[0001]本专利技术属于柔性直流输电和配电
，尤其涉及一种柔性多端与直流电网协调控制方法、介质及设备。

技术介绍

[0002]随着柔性直流输电系统电压等级和输电容量的不断提升，柔性直流输电系统呈现由两端到多端直流输电系统再到直流电网的发展趋势。由多个柔性直流换流站通过直流线路相互联接而组成的多端柔性直流输电系统和直流电网(以下简称“柔性多端与直流电网”)易于实现多点受电和多落点供电，在大规模分布式可再生能源并网和送出、多个非同步交流电网互联等场合都具有显著技术优势，是能源互联网发展的重要方向之一。
[0003]为提高柔性多端与直流电网系统动态性能，目前基本都是通过多换流器的协调控制策略来实现的，包括主从控制、裕度控制和下垂控制，以及它们的组合等。其中：主从控制和裕度控制都属于单点直流电压控制，直流系统电压动态性能较差；而下垂控制可实现多个换流站同时参与直流电压调控，从而提高直流电压的动态稳定性。因此，目前下垂控制已成为柔性多端与直流电网最受关注的协调控制策略，并已有许多文献提出了下垂控制策略的改进或优化设计方案，大多集中于以下两个方面：
[0004](1)下垂控制反馈信号的选择。目前主要有两种方案：一是选择换流站本地直流电压作为其反馈信号，优点是本地信号传输延时较小；缺点是采用这种反馈信号的下垂控制属于有差调节，即在调节结束后，下垂控制站直流侧端口功率和电压与指令值都存在一定的偏差。二是柔性多端与直流电网中所有下垂控制站都采用同一反馈信号，通常选择定直流电压控制换流站的直流电压作为下垂控制的广域反馈信号，优点是这样所有下垂控制站都具有相同的控制目标，动态响应速度快；但缺点是反馈信号延时会影响下垂控制系统的稳定性，延时较大时甚至还可能造成柔性多端与直流电网系统失稳。
[0005](2)下垂控制参数的整定。下垂控制参数整定会直接影响其控制效果，当整定值较小时，下垂控制效果不明显；而其值较大时，反而可能会影响直流系统电压的动态稳定性。因此，下垂控制参数的取值直接影响调控效果，需对其取值进行优化以获得较好的控制效果与动态响应之间的平衡。
[0006]综上所述：多端与直流电网系统协调控制策略中，下垂控制器反馈信号的选择和控制参数的取值都会直接影响其控制器的效果，如果反馈信号或控制参数选择不当，不但不能实现多换流器协调控制提高系统动态稳定性，还可能恶化直流系统电压的动态稳定性。

技术实现思路

[0007]本专利技术所要解决的技术问题是提供一种柔性多端与直流电网协调控制方法、系统、介质及设备。
[0008]本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：一种柔性多端与直流电网协调控制方
法，包括：
[0009]步骤1，在柔性多端与直流电网中，将满足预设需求的一个或者多个换流站确定为下垂控制站，所述预设需求为外环有功功率控制模式为定有功功率，且该换流站的有功功率允许调整，选择一个或者多个外环有功功率控制模式为定有功功率、且有功功率可以灵活调整的换流站确定为下垂控制站；
[0010]步骤2，基于每个下垂控制站中换流器的拓扑结构，计算每个下垂控制站电容电压的平均值，并将每个下垂控制站电容电压的平均值设定为下垂控制站中下垂控制的反馈信号；
[0011]步骤3，建立每个下垂控制站的功率/直流电压控制系统模型，分析每个下垂控制站直流电压控制系统模型的频域特性，确定各个下垂控制站的下垂控制参数值的取值范围；根据各个下垂控制站的额定容量以及下垂控制参数值的范围，确定每个下垂控制站的下垂控制参数的初始值；
[0012]步骤4，根据每个下垂控制站的控制保护系统测量得到的输出有功功率、无功功率，计算每个下垂控制站的可用调节容量；根据每个下垂控制站可用调节容量与阀值的大小关系，对下垂控制参数值进行实时调节，得到每个下垂控制参数的实际值；
[0013]步骤5，计算每个下垂控制站的下垂控制的反馈信号的误差值，将每个下垂控制站的反馈信号的误差值与对应的下垂控制参数的实际值相乘得到下垂控制的附加功率指令，将附加功率指令叠加到下垂控制站的外环有功功率控制指令中，基于叠加后的外环有功功率控制指令对下垂控制站进行控制。
[0014]本专利技术的有益效果是：本专利技术提出的下垂控制的反馈信号采用换流站本地电容电压信号，无需远距离传输，可以避免反馈信号远距离传输产生的延时对直流系统电压动态稳定性的影响；本专利技术提出的下垂控制反馈信号选择方法可以避免采用本地直流电压作为反馈信号的下垂控制器出现有差控制问题，同时使得所有下垂控制站的控制目标都是一样的，这样就与交流系统发电机频率一次调整类似；本专利技术提供的方法适用于任意拓扑的直流网络结构，适用于各种网络拓扑躲多端柔性直流输电系统和直流电网等；本专利技术提供的方法适用于模块化多电平、两电平和三电平等多种柔性直流换流器的拓扑；适用于各种子模块结构的模块化多电平换流器，包括但不限于半桥子模块、全桥子模块、钳位双子模块等。
[0015]在上述技术方案的基础上，本专利技术还可以做如下改进。
[0016]进一步，所述步骤2具体为：
[0017]当下垂控制站的类型为模块化多电平类型换流器时，将三相六个桥臂中所有子模块的电容电压相加取平均值，得到下垂控制站的电容电压的第一平均值，所述第一平均值的额定值为下垂控制站的电容电压的第一额定值；
[0018]当下垂控制站的类型为两/三电平类型换流器时，将直流侧所有子模块的电容电压相加取平均值，得到下垂控制站的电容电压的第二平均值，所述第二平均值的额定值为下垂控制站的电容电压的第二额定值；
[0019]将所述第一平均值或所述第二平均值设定为该站下垂控制的反馈信号的实际值，将所述第一额定值或所述第二额定值设定为反馈信号的参考值。
[0020]进一步，所述步骤3具体为：
[0021]根据每个下垂控站的拓扑结构和控制系统结构及数学模型，建立每个下垂控制站的功率/直流电压控制系统模型，对每个下垂控制站的功率/直流电压控制系统模型的频域特性进行分析，确定各个下垂控制站的下垂控制参数值的取值范围；
[0022]根据各个下垂控制站间额定容量S0之间的比例关系，对各个下垂控制站下垂控制参数之间的比例关系进行设定；根据各个下垂控制站下垂控制参数之间的比例关系和下垂控制参数值的范围，确定各个下垂控制站的下垂控制参数的初始值。
[0023]进一步，所述步骤4具体为：
[0024]根据每个下垂控制站的当前输出有功功率P、无功功率Q，通过第一公式计算每个下垂控制站的可用调节容量，第一公式具体为：
[0025][0026]基于第二公式，根据每个下垂控制站的可用调节容量与阀值
Cv
的大小关系，对下垂控制参数值进行实时调节得到每个下垂控制参数的实际值
KD
；所述第二公式具体为：
[0027][0028]进一步，所述步骤5具体为：
[0029]将每个下垂控制站的电容电压的第一额定值与第一平均值进行相减处本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种柔性多端与直流电网协调控制方法，其特征在于，包括：步骤1，在柔性多端与直流电网中，将满足预设需求的一个或者多个换流站确定为下垂控制站，所述预设需求为外环有功功率控制模式为定有功功率，且该换流站的有功功率允许调整，选择一个或者多个外环有功功率控制模式为定有功功率、且有功功率可以灵活调整的换流站确定为下垂控制站；步骤2，基于每个下垂控制站中换流器拓扑结构，计算每个下垂控制站电容电压的平均值，并将每个下垂控制站电容电压的平均值设定为下垂控制站中下垂控制的反馈信号；步骤3，建立每个下垂控制站的功率/直流电压控制系统模型，分析每个下垂控制站直流电压控制系统模型的频域特性，确定各个下垂控制站的下垂控制参数值的取值范围；根据各个下垂控制站的额定容量以及下垂控制参数值的范围，确定每个下垂控制站的下垂控制参数的初始值；步骤4，根据每个下垂控制站的控制保护系统测量得到的输出有功功率、无功功率，计算每个下垂控制站的可用调节容量；根据每个下垂控制站可用调节容量与阀值的大小关系，对下垂控制参数值进行实时调节，得到每个下垂控制参数的实际值；步骤5，计算每个下垂控制站的下垂控制的反馈信号的误差值，将每个下垂控制站的反馈信号的误差值与对应的下垂控制参数的实际值相乘得到下垂控制的附加功率指令，将附加功率指令叠加到下垂控制站的外环有功功率控制指令中，基于叠加后的外环有功功率控制指令对下垂控制站进行控制。2.根据权利要求1所述的一种柔性多端与直流电网协调控制方法，其特征在于，所述步骤2具体为：当下垂控制站的类型为模块化多电平类型换流器时，将三相六个桥臂中所有子模块的电容电压相加取平均值，得到下垂控制站的电容电压的第一平均值，所述第一平均值的额定值为下垂控制站的电容电压的第一额定值；当下垂控制站的类型为两/三电平类型换流器时，将直流侧所有子模块的电容电压相加取平均值，得到下垂控制站的电容电压的第二平均值，所述第二平均值的额定值为下垂控制站的电容电压的第二额定值；将所述第一平均值或所述第二平均值设定为该站下垂控制的反馈信号的实际值，将所述第一额定值...

【专利技术属性】
技术研发人员：阎发友，胡剑，唐超，赵仲勇，曹亮，
申请(专利权)人：西南大学，
类型：发明
国别省市：