CN102969733B - 一种多端柔性直流输电系统协调控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种多端柔性直流输电系统协调控制方法，如果直流电压主控站停运，则直流电压控制从站接管直流电压控制，剩余换流站维持原控制方式不变；所述接管步骤包括：在站间通讯有效的情况下，主控站通过站间通讯将停运信息发送至从站，从站监视到直流电压主控站停运后，即从当前控制方式切换到直流电压控制方式；在站间通讯失效或者无站间通讯的情况下，从站监测系统直流电压的变化，当直流电压值与额定值的差值超过一定阈值后，即从当前控制方式切换到直流电压控制方式。此方法可以有效地控制直流电压，并且在直流电压主控站因故障停运后，直流电压控制从站能够接管控制，减小系统直流电压振荡。

Description

一种多端柔性直流输电系统协调控制方法
技术领域
本发明涉及一种柔性直流输电领域控制技术，具体涉及一种多端柔性直流输电系统的协调控制方法。
背景技术
随着电力电子器件和控制技术的进步，柔性直流容量和电压等级越来越高。多端柔性直流输电在运行灵活性、可靠性上比两端柔性直流输电更有优势。同时构建多端柔性直流输电能够满足电网互联、城市电网供电、多个风电场（新能源）互联等，具有重要意义。但多端柔性直流输电控制系统相对两端柔性直流输电更加复杂。如何实现多端柔性直流输电各站的协调控制是多端柔性直流输电的难点。
目前业界提出了如下几种多端柔性直流输电的协调控制方式：
(1)单点直流电压协调控制方式；
只有一个换流站控制直流电压，其余换流站选择有功功率控制或频率控制。以三端柔性直流输电为例进行说明，其单点直流电压协调控制原理图如图1所示，同样的原理也适用于其它多端柔性直流输电系统。其中，站1控制直流电压，起直流电压稳定和功率平衡节点作用。其余换流站处于有功功率或频率控制。
单点直流电压协调控制的缺点为当控制直流电压站停运时，整个多端柔性直流输电系统因电压失稳而退出运行。
(2)基于直流电压斜率的多点直流电压协调控制方式；
将与交流电源相连的具有功率调节能力的多个换流器运行于直流电压按斜率控制方式。以三端柔性直流输电为例进行说明，三个换流站中选择站1与站2采用基于斜率的直流电压控制方式，站3选择有功功率控制或频率控制方式，如图2所示。站1与站2的直流参考电压如式（1）所示：
Udc1_ref=Uint-k1Idc1
                            （1）
Udc2_ref=Uint-k2Idc2
其中，Uint是站1和站2的直流电压额定值；k1是站1的电压-电流斜率，k2是站2的电压-电流斜率；Udc1_ref是站1的直流电压参考值，Udc2_ref是站2的直流电压参考值，Idc1是站1的电流参考值，Idc2是站2的电流参考值。通过控制斜率k1与k2的比例关系，从而控制两个定直流电压换流站吸收或者发送的有功功率的比值。
采用基于直流电压斜率的多点直流电压控制方式，提高了整个多端系统的功率调节能力和稳定性，但其直流电压控制质量差，不能恒定，且对于参与直流电压控制的单个换流站无法实现定有功功率控制。
(3)基于直流电压偏差的多点直流电压协调控制方式；
以三端柔性直流为例，采用基于直流电压偏差的多点直流电压协调控制方式原理如图3所示。站1采用定直流电压控制，站2采用带直流电压偏差的功率控制器，站3采用定有功功率控制或者定频率控制。正常运行时指定站1作为直流电压主控站。当站1停运时，直流网络的功率失去平衡，若注入直流网络功率小于直流网络发送功率，则直流电压下降。站2检测到直流电压低于直流电压阈值Urefl时，站2在容量允许范围内由当前控制方式切换为定直流电压控制，稳定柔性直流系统的直流电压。基于直流电压偏差的多点直流电压协调控制方式，相对单点直流电压协调控制方式提高了多端柔性直流系统的稳定性。但通过检测直流电压上升或者下降到设定值较慢，其存在接管时系统直流电压振荡较大，容易出现过电压或者欠压故障。
为了解决以上协调控制策略存在的不足，提高多端柔性直流输电稳定性和可靠性，充分发挥多端柔性直流输电优势，需要一种鲁棒性更强、更灵活的协调控制策略。
发明内容
本发明的目的，在于提供一种多端柔性直流输电系统协调控制方法,其可以有效地控制直流电压，并且在直流电压主控站因故障停运后，直流电压控制从站能够接管控制，减小系统直流电压振荡。
为了达成上述目的，本发明的解决方案是：
一种多端柔性直流输电系统协调控制方法，所述直流输电系统包括一个直流电压主控站、至少一个直流电压控制从站和至少一个普通换流站，直流电压主控站控制整个系统的直流电压，其余所有换流站选择有功功率控制或者频率控制；如果直流电压主控站停运，则一个直流电压控制从站接管直流电压控制，剩余换流站维持原控制方式不变；所述接管步骤包括：
（1）在站间通讯有效的情况下，直流电压主控站通过站间通讯将停运信息发送至该接管的直流电压控制从站，该直流电压控制从站监视到直流电压主控站停运后，即从当前控制方式切换到直流电压控制方式；
（2）在站间通讯失效或者无站间通讯的情况下，直流电压控制从站监测系统直流电压的变化，当直流电压值与额定值的差值超过一定阈值后，即从当前控制方式切换到直流电压控制方式。
上述直流电压主控站和直流电压控制从站之间通过站间通讯相连。
上述步骤（1）中，直流电压控制从站通过站间通讯监测到直流电压主控站的停运信息后，即快速无偏差接管直流电压控制，直流电压指令值为额定值或当前运行值。
上述步骤（1）中，停运信息是停运状态、闭锁状态、交流开关分位或极隔离信息。
上述步骤（2）中，直流电压控制从站有偏差接管直流电压控制，将直流电压控制在接管时设定的参考值，或通过斜率恢复到额定值。
上述步骤（2）中，阈值是系统直流电压额定值的0.01～0.3倍。
上述直流电压控制从站设有至少两个，这些直流电压控制从站按优先级接管直流电压控制。
上述直流电压控制从站接管直流电压控制后，直流电压主控站停运一段时间后再恢复正常运行情况下，选择有功功率控制或者频率控制。
上述直流电压控制从站接管直流电压控制后，直流电压主控站停运一段时间后再恢复正常运行情况下，将其作为新的直流电压控制从站。
采用上述方案后，本发明可以实现系统直流电压有效控制，在站间通讯有效的情况下，当直流电压主控站退出运行时，直流电压控制从站可以快速且无偏差接管，系统直流电压振荡很小。当站间通讯失效时，可以通过有偏差方法进行接管。在有站间通讯与无站间通讯情况下均能正常工作，以无偏差接管为主选方法，有偏差接管为备选方法，保证直流电压主控站故障后，剩余换流站可以继续稳定运行，提高系统可靠性。
附图说明
图1是现有单点直流电压协调控制方式原理图（以三端柔性直流为例）；
其中，所有子图横坐标为直流电流，纵坐标为直流电压；站1控制直流电压，，站2和站3处于有功功率或频率控制；
图2是基于直流电压斜率的多点直流电压协调控制方式原理图（以三端柔性直流为例）；
其中，所有子图横坐标为直流电流，纵坐标为直流电压；站1与站2采用基于斜率的直流电压控制方式，站3选择有功功率控制或频率控制方式；
图3是基于直流电压偏差的多点直流电压协调控制方式原理图（以三端柔性直流输电为例）；
其中，所有子图横坐标为直流电流，纵坐标为直流电压；站1为直流电压主控站，采用直流电压控制方式；站2为直流电压控制从站，当系统直流电压大于低限定值Urefl且小于高限定值Urefh时，采用定有功功率或者定频率控制方式，当系统直流电压小于低限定值Urefl或大于高限定值Urefh时，切换至直流电压控制方式；站3为普通站，采用有功功率或频率控制方式；
图4是本发明提供的协调控制方法的控制原理图（以三端柔性直流输电为例）。
具体实施方式
以下将结合附图及具体实施例，对本发明的技术方案进行详细说明。
本发明提供的一种多端柔性直流输电系统协调控制方法，将站间通讯功能与基于直流电压偏差的协调控制方法相结合，所述直流输电系统中，通常都会设置一个直流电压主控站和至少一个直流电压控制从站，其它都作为普通换流站，所述直流电压主控站和直流电压控制从站之间通过站间通讯相连，而普通换流站与直流电压主控站或直流电压控制从站之间可以有站间通讯，也可以没有站间通讯；在实现控制时，直流电压主控站控制整个系统的直流电压，也即进行直流电压控制，直流电压控制从站和所有普通换流站均选择有功功率控制或者频率控制；如果直流电压主控站停运，则直流电压控制从站接管直流电压控制，剩余普通换流站维持原控制方式不变，当设置有两个及以上直流电压控制从站时，将按照优先级接管直流电压主控站的直流电压控制；所述接管步骤包括：
（1）在直流电压主控站与直流电压控制从站之间的站间通讯有效的情况下，直流电压主控站通过站间通讯将停运信息发送至直流电压控制从站，该直流电压控制从站监视到直流电压主控站停运后，即快速无偏差接管直流电压控制，从当前控制方式切换到直流电压控制方式，直流电压指令值为额定值或当前运行值；所述停运信息是指停运状态、闭锁状态、交流开关分位、极隔离等所有表征该换流站不能正常运行的信息；
（2）在直流电压主控站与直流电压控制从站之间的站间通讯失效或者无站间通讯的情况下，直流电压控制从站监测直流输电系统直流电压的变化，当直流电压值与额定值的差值超过一定阈值（该差值可以是系统直流电压额定值的0.01～0.3倍之间）后，即有偏差接管直流电压控制，从当前控制方式切换到直流电压控制方式，该直流电压控制从站既可以将直流电压控制在接管时设定的参考值，也可以通过斜率恢复到额定值。
另外，采用本发明所提供的协调控制方法后，所述直流电压主控站停运一段时间后再恢复正常运行情况下，选择有功功率控制或者频率控制，可以将其作为新的直流电压控制从站。
下面结合附图以三端柔性直流输电系统为具体实施例，对协调控制的具体实施方式做进一步的详细说明。参照图4，三端柔性直流输电系统中，正常运行时，站1为直流电压主控站，选择定直流电压控制方式；站2为直流电压控制从站，选择定有功功率控制或者定频率控制方式；站3为普通换流站，选择定有功功率控制或者定频率控制方式。站1和站2之间通过站间通讯相连，站1将系统停运信息通过站间通讯发送至站2。
当站1退出运行时，如果站间通讯正常，则站2通过选择器，确定直流电压接管方式为无偏差接管，站2通过站间通讯监测到站1停运信息后，将自身的控制方式由定有功功率或者定频率控制方式切换为定直流电压控制方式，直流电压参考值选择额定值，实现无偏差直流电压接管控制，维持柔性直流输电系统直流电压的恒定；站3还是维持原来的控制方式不变。
当站1退出运行时，如果站间通讯失效，则站2通过选择器，确定直流电压接管方式为有偏差接管，站1停运后会引起直流电压的波动，站2监测到直流电压的波动范围超过阈值后，判断站1停运，即将控制方式由定有功功率或者定频率控制方式切换为定直流电压控制方式，直流电压参考值选择预设的定值，实现有偏差直流电压接管控制，维持柔性直流输电系统直流电压的恒定。
本发明以三端柔性直流输电系统介绍实施方案，但本发明不限于三端系统，对三端以上的多端柔性直流输电系统都适用。任何牵涉到将站间通讯协调控制方法与基于直流电压偏差控制方法结合起来的协调控制方法都属于本发明范围之内。
最后应该说明的是：结合上述实施例仅说明本发明的技术方案而非对其限制。所属领域的普通技术人员应当理解到：本领域技术人员可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，但这些修改或变更均在申请待批的专利要求保护范围之内。

Claims (9)

1.一种多端柔性直流输电系统协调控制方法，所述直流输电系统包括一个直流电压主控站、至少一个直流电压控制从站和至少一个普通换流站，直流电压主控站控制整个系统的直流电压，其余所有换流站选择有功功率控制或者频率控制；其特征在于：如果直流电压主控站停运，则一个直流电压控制从站接管直流电压控制，剩余换流站维持原控制方式不变；所述接管步骤包括：
（1）在站间通讯有效的情况下，直流电压主控站通过站间通讯将停运信息发送至该接管的直流电压控制从站，该直流电压控制从站监视到直流电压主控站停运后，即从当前控制方式切换到直流电压控制方式；
（2）在站间通讯失效或者无站间通讯的情况下，直流电压控制从站监测系统直流电压的变化，当直流电压值与额定值的差值超过一定阈值后，即从当前控制方式切换到直流电压控制方式。
2.如权利要求1所述的一种多端柔性直流输电系统协调控制方法，其特征在于：所述直流电压主控站和直流电压控制从站之间通过站间通讯相连。
3.如权利要求1所述的一种多端柔性直流输电系统协调控制方法，其特征在于：所述步骤（1）中，直流电压控制从站通过站间通讯监测到直流电压主控站的停运信息后，即快速无偏差接管直流电压控制，直流电压指令值为额定值或当前运行值。
4.如权利要求1所述的一种多端柔性直流输电系统协调控制方法，其特征在于：所述步骤（1）中，停运信息是停运状态、闭锁状态、交流开关分位或极隔离信息。
5.如权利要求1所述的一种多端柔性直流输电系统协调控制方法，其特征在于：所述步骤（2）中，直流电压控制从站有偏差接管直流电压控制，将直流电压控制在接管时设定的参考值，或通过斜率恢复到额定值。
6.如权利要求1所述的一种多端柔性直流输电系统协调控制方法，其特征在于：所述步骤（2）中，阈值是系统直流电压额定值的0.01～0.3倍。
7.如权利要求1所述的一种多端柔性直流输电系统协调控制方法，其特征在于：所述直流电压控制从站设有至少两个，这些直流电压控制从站按优先级接管直流电压控制。
8.如权利要求1所述的一种多端柔性直流输电系统协调控制方法，其特征在于：所述直流电压控制从站接管直流电压控制后，直流电压主控站停运一段时间后再恢复正常运行情况下，选择有功功率控制或者频率控制。
9.如权利要求1所述的一种多端柔性直流输电系统协调控制方法，其特征在于：所述直流电压控制从站接管直流电压控制后，直流电压主控站停运一段时间后再恢复正常运行情况下，将其作为新的直流电压控制从站。
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