本发明专利技术公开了一种基于多端直流系统的分层控制方法，涉及柔性直流输电领域，具体涉及一种基于基于VSC换流器功率裕度的多端直流系统(MTDC)的分层控制方法。为了解决自主功率共享控制并不能实现如直流电网损失的最小化等的直流电网优化的问题，本发明专利技术提出了一种基于多端直流系统的分层控制方法，基于VSC换流器功率裕度，可以实现成比例地共享功率不匹配可进行作为；以直流电网损耗最小化模型和应急后的直流电压总变化最小化为优化目标，可以实现对网络潮流的优化；利用线性标量化方法将两个目标函数结合在一起，在直流电网损失的最小化和总直流电压变化之间进行权衡，实现多目标优化；可以根据潮流优化结果，实现对功率共享的精确控制。精确控制。精确控制。
【技术实现步骤摘要】
一种基于多端直流系统的分层控制方法
[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换流站多端直流系统的分层控制方法。
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。与点到点VSC HVDC系统相比，多端直流字体(MTDC)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。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。
[0003]自主功率共享控制是一种可以在不制定和解决全局直流潮流的情况下实现相同或比例的功率共享的功率共享控制方式，只需要主层中的VSCs之间的通信来传输本地测量值，即可实现对由于突发事故引起的功率变化的消纳，大大降低了计算成本和通信需求，在功率共享中被广泛使用。然而，自主功率共享控制并不能实现如直流电网损失的最小化等的直流电网优化，使得资源分配效率不能得到有效提升。
技术实现思路
[0004]本专利技术所要解决的技术问题是：
[0005]自主功率共享控制是一种可以在不制定和解决全局直流潮流的情况下实现相同或比例的功率共享的功率共享控制方式，只需要主层中的VSCs之间的通信来传输本地测量值，即可实现对由于突发事故引起的功率变化的消纳，大大降低了计算成本和通信需求，在功率共享中被广泛使用。然而，自主功率共享控制并不能实现如直流电网损失的最小化等的直流电网优化，导致部分资源的浪费。如何在实现对功率共享的精确控制的情况下，依据多个指标实现对潮流的优化，是本本专利技术需要解决的关键技术问题。
[0006]本专利技术为解决上述技术问题采用以下技术方案：
[0007]1.为了根据可用功率裕度成比例地共享功率不匹配，建立比例功率共享模型，直流电网最优潮流方程集中加入n
‑
1个约束，实现等功率共享，可写为：
[0008][0009]其中P
c，pre
与P
c，post
分别是突发事件前后VSC的有功功率；H为VSC裕度空间。
[0010]2.最小化直流电网传输损耗或直流电压变化最优函数表示为：
[0011][0012]其中f
obj
(V
dc
)为优化目标；f1(P
c
，V
dc
)为直流潮流方程；f2(P
c
)为(1)中的功率共享等式约束；g(P
c
，V
dc
)为不等式约束；
[0013]3.建立直流电网损耗最小化模型可表示为：
[0014][0015]其中G
ij
为节点i和j之间传输线的电导；m为MTDC系统中存在的DC节点数，i，j∈{1，...，m}；P
loss
为直流电网损耗；V
pp，i
为节点i的电压；V
pp，j
为节点j的电压；
[0016]4.建立直流电压总变化最小化模型可表示为：
[0017][0018]其中V
pp，pre，i
与V
pp，post，i
分别是第i个VSC突发事件前后的直流电压；m为MTDC系统中存在的DC节点数，i∈{1，
…
，m}；V
variation
为直流电压总变化；
[0019]5.根建立多目标优化模型可表示为：
[0020]f
obj
(V
dc
)＝w*min(P
loss
)+(1
‑
w)*min(V
variation
)
ꢀꢀꢀ
(5)
[0021]其中P
loss
为直流电网损耗；V
variation
为直流电压总变化；w为由系统操作员根据实际优化要求选择的权重；若w值增加则直流电网损耗将减少，但总直流电压变化较大，若w值减小则直流电网损耗将增大，但总直流电压变化较小。
[0022]6.在二层控制中，利用上述步骤中建立的模型对网络进行潮流优化，得到的潮流解通过通信系统传输给一层控制层；
[0023]7.在一层控制层中采用自适应下垂控制，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，并根据参考功率对物理层注入功率实施控制。
[0024]本专利技术采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
[0025]所提出的多端直流系统的分层控制方法基于VSC换流器功率裕度，可以实现成比例地共享功率不匹配可进行作为；以直流电网损耗最小化模型和应急后的直流电压总变化最小化为优化目标，可以实现对网络潮流的优化；利用线性标量化方法将两个目标函数结合在一起，在直流电网损失的最小化和总直流电压变化之间进行权衡，实现多目标优化；可以根据潮流优化结果，实现对功率共享的精确控制。
附图说明
[0026]图1是带VSC换流站的5节点MTDC网络结构图；
[0027]图2是MTDC系统分层控制框架；
[0028]图3是直流电网损耗和直流电压变化与加权因子w的关系图。
具体实施方式
[0029]下面结合附图对本专利技术的技术方案做进一步的详细说明：
[0030]本专利技术在Matlab/Simulink/SimPowerSystems Toolbox中实现了一个五端MTDC系
统的EMT仿真以验证所提出的分层和自主控制策略。
[0031]如图1所示，五端MTDC系统的MMC换流站采用平均值建模技术，直流传输线长度和参数分别见表1和表2。当有功功率从交流侧流到直流侧时，假设功率为正。VSCs
‑
1、2和4在下垂控制模式下工作，初始电压参考为标称电压，即640kV，而VSCs
‑
3和
‑
5在恒定有功功率控制模式下工作，其下垂系数为零。交流电网由交流电等效电路表示。(2)中的额定功率、单位功率下降系数和功率参考值见表3。
[0032]表1直流传输线长度
[0033]支路1
‑
21
‑
31
‑
42
‑
33
‑
44
‑
5长度(km)80200125160160250
[0034]表2直流传输线参数
[0035]参数R(Ω/km)L(mH/km)C(μF/km)阻抗0.010.150.27
[0036]表3VSC换流站额定功率、单位功率下降系数和参考功率
[0037]VSC12本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于多端直流系统的分层控制方法，其特征在于，所述的分层控制由一层控制和二层控制组成；在一层控制中，处于下垂控制的外环回路的参考电压是自适应的，该参考电压设定值由二层控制获得；在二层控制中，提出了以比例功率共享、直流电网损耗最小化和应急后的直流电压总变化最小为优化目标的直流潮流优化模型；所述方法具体步骤包括：步骤S1：建立优化目标模型，包括功率裕度成比例地共享功率不匹配模型、直流电网损耗最小化模型和应急后的直流电压总变化最小化模型；步骤S2：根据步骤S1中的优化目标，建立多目标优化模型；步骤S3：在二层控制中，利用上述步骤中建立的模型对网络进行潮流优化，得到的潮流解通过通信系统传输给一层控制；步骤S4：在一层控制中采用自适应下垂控制，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，并根据参考功率对物理层注入功率实施控制。2.根据权利要求1所述的一种基于多端直流系统的分层控制方法，其特征在于，比例功率共享模型表示为：为了根据可用功率裕度成比例地共享功率不匹配，直流电网最优潮流方程集中加入n
‑
1个约束，实现等功率共享，写为：其中P
c，pre
与P
c，post
分别是突发事件前后VSC的有功功率；H为VSC裕度空间。3.根据权利要求1所述的一种基于多端直流系统的分层控制方法，其特征在于，最小化直流电网传输损耗或直流电压变化最优函数表示为：其中f
obj
(V
dc
)为优化目标；f1(P
c
，V
dc
)为直流潮流方程；f2(P
c
)为(1)中的功率共享等式约束；g(P
c
，V
dc
)为不等式约束。4.根据权利要求1所述的一种...
【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：
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