CN103178539B - 一种多端柔性直流输电系统的直流电压偏差斜率控制方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种多端柔性直流输电系统的直流电压偏差斜率控制方法，该方法包括：在所述多端柔性直流输电系统中，其中一个换流站作为直流电压的主控制站，在其功率运行范围内实现稳定系统的直流电压；其他多个换流站连接有源网络，结合直流电压偏差控制方式的偏差特性和直流电压斜率控制方式的斜率特性，使得所述多个换流站具有潮流调节能力和暂态时的快速稳定直流网络功率的能力。该方法将直流电压偏差控制方式与直流电压斜率控制方式相结合，其利用直流电压偏差控制方式的偏差特性实现换流站稳态时的有功功率调节，并且利用直流电压斜率控制方式的斜率特性使多个换流站能够起到后备定直流电压的作用，加快系统的动态响应特性。

Description

一种多端柔性直流输电系统的直流电压偏差斜率控制方法

技术领域

本发明涉及电力系统多端柔性输配电、电力电子和用户电力技术领域，更具体的说，是涉及一种多端柔性直流输电的直流电压偏差斜率控制方法。

背景技术

近年来，随着风电系统的不断发展，大规模风电系统的并网问题成为了热门话题。在众多的风电系统并网问题的解决方案中，VSC-MTDC（VoltageSource Converter Multi-Terminal DC Transmission system,采用电压源换流器的多端柔性直流输电系统）受到了广泛的关注与应用。与传统的LCC-MTDC（Line Commutated Converter Multi-Terminal DC Transmission system,采用相控换流器的多端直流输电系统）相比，VSC-MTDC具有控制灵活、扩建容易、能够与短路容量较小的弱交流系统甚至无源交流系统相连等诸多优点。

在多端柔性直流输电系统中，直流电压的地位可以类比交流系统中频率的地位，其稳定直接影响到直流潮流的稳定，因此多端柔性直流输电系统中，对直流电压控制极其重要。目前，对多端柔性直流输电系统的直流电压的控制有单点直流电压控制、多点直流电压控制以及直流电压斜率控制，其中，单点直流电压控制采用一个换流站作为直流电压控制站，而其余的换流站负责控制其他变量，例如交流功率、交流频率及交流电压等，由于仅有一个换流站对直流电压进行控制，如果此换流站出现故障或功率越限而失去直流电压的控制能力，整个柔性直流输电系统的潮流将失稳，因此单点直流电压控制的使用性比较差。对于多点直流电压控制，即在直流输电系统中有多个换流站具备有直流电压的控制能力，按照是否需要换流站间通讯设备分类，多点直流电压控制又分为主从控制和直流电压偏差控制。主从控制是一种需要换流站间通信的控制方式，其利用换流站间的通信系统实现直流电压的稳定；直流电压偏差控制是一种无需站间通信的控制方式，即是在定直流站故障退出运行后，后备定直流电压站能够检测到直流电压的较大偏差并转入定直流电压运行模拟，保证直流电压的稳定，同时，直流电压偏差控制设计比较简单、可靠性强，因此，成为了最受欢迎的多端柔性直流输电系统的控制方式。而直流电压斜率控制是近年来受到关注的新颖的直流电压控制方式，运用直流电压斜率控制器的多端柔性直流输电系统，各个换流站有独立的直流功率与直流电压的P_dc-U_dc关系曲线或者直流电流与直流电压的I_dc-U_dc关系曲线，其将稳定直流电压的任务分配给多个换流站，以实现在不同运行情况下直流功率快速平衡的分配。

然而，直流电压偏差控制方式以及直流电压斜率控制方式各自都存在着缺陷，使得这两种控制方式的应用受到了一定的限制。对于直流电压偏差控制方式存在如下缺陷：1、由于同一时刻只有单个换流站参与功率调节，因此其响应速度不及直流电压斜率控制方式；2、多个后备定电压换流站需要多个定电压的优先级，增加了控制器设计的复杂度；3、当直流系统规模变大的时候，直流系统需要的后备定直流电压换流站将增多，由于直流电压偏差控制方式中各后备定直流电压偏差将越大，然而电压源型换流站与直流线路存在着直流电压运行范围，即为了维持电压源型换流站功率稳定运行，直流电压存在着运行下限，以及为了保持直流网络绝缘水平，直流电压存在运行上限；因此，偏差取值不能够超出直流电压运行的范围，这限制了后备定直流电压换流站的个数。这些缺陷使得直流电压偏差控制方法在换流站个数较多的直流网络中推广应用有一定的难度。对于直流电压斜率控制方式，其换流站能够迅速地对直流网络的潮流变化作出响应，调整其直流功率，因此这种控制方式比较适合应用于潮流频繁变化的柔性直流输电系统中，例如具有风电场的多端柔性直流输电系统中，但是其缺陷是采用斜率控制器的换流站直流功率不能够精确地跟踪其设定值，从而无法实现直流功率的精确控制。

发明内容

有鉴于此，针对上述提出的直流电压偏差控制方式以及直流电压斜率控制方式的缺陷，本发明提供了一种多端柔性直流输电系统的直流电压偏差斜率控制方法，将直流电压偏差控制方式与直流电压斜率控制方式相结合，其利用直流电压偏差控制方式的偏差特性实现换流站稳态时的有功功率调节，并且利用直流电压斜率控制方式的斜率特性使多个换流站能够起到后备定直流电压的作用，加快系统的动态响应特性。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种多端柔性直流输电系统的直流电压偏差斜率控制方法，包括：

在所述多端柔性直流输电系统中，其中一个换流站作为直流电压的主控制站，在其功率运行范围内实现稳定系统的直流电压；

其他多个换流站连接有源网络，结合直流电压偏差控制方式的偏差特性和直流电压斜率控制方式的斜率特性，使得所述多个换流站具有潮流调节能力和暂态时的快速稳定直流网络功率的能力。

其中，所述多端柔性直流输电系统包含两种运行方式，即：稳态工作模式和暂态稳定工作模式。

优选的，所述稳态工作模式的直流网络的直流电压由直流电压的主控制站控制，另外的换流站运行于稳定直流功率的工作方式，通过负荷的需求在所述主控制站功率允许范围内自由调节直流功率，实现稳态调度。

优选的，所述暂态稳定工作模式的直流电压主控制站由于直流功率越限或发生短路故障等原因丧失了稳定直流网络电压能力时，直流网络的电压降失稳，当具备有直流电压偏差斜率控制器的换流站检测到端口的直流电压超过设定的偏差限值时，该换流站将由直流功率控制方式转为斜率运行方式，转入斜率运行方式的换流站将能够快速地根据直流电压的变化趋势调节其直流功率出力，最终实现直流网络功率的平衡；当直流电压主控制换流站恢复稳定直流网络电压能力之后，直流网络的电压将由其起到主导作用，直流网络的电压将逐渐恢复至初始状态值，工作于斜率曲线段的换流站将受到直流电压恢复的影响，逐渐恢复其直流功率出力，当直流电压恢复至偏差范围内后，具备直流电压偏差斜率控制器的换流站将恢复至定功率运行的模式。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开了一种多端柔性直流输电系统的直流电压偏差斜率控制方法，该方法包括：在所述多端柔性直流输电系统中，其中一个换流站作为直流电压的主控制站，在其功率运行范围内实现稳定系统的直流电压；其他多个换流站连接有源网络，结合直流电压偏差控制方式的偏差特性和直流电压斜率控制方式的斜率特性，使得所述多个换流站具有潮流调节能力和暂态时的快速稳定直流网络功率的能力。该方法将直流电压偏差控制方式与直流电压斜率控制方式相结合，其利用直流电压偏差控制方式的偏差特性实现换流站稳态时的有功功率调节，并且利用直流电压斜率控制方式的斜率特性使多个换流站能够起到后备定直流电压的作用，加快系统的动态响应特性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例公开的一种多端柔性直流输电系统的直流电压偏差斜率控制方法的流程图；

图2为本发明实施例为说明多端柔性直流输电系统的直流电压偏差斜率控制方法所采用的六端直流输电系统的结构示意图；

图3为本发明实施例中一种多端柔性直流输电系统的直流电压偏差斜率控制方法运行方式1的原理示意图；

图4为本发明实施例中一种多端柔性直流输电系统的直流电压偏差斜率控制方法运行方式2的原理示意图；

图5为本发明实施例直流电压偏差斜率控制器的示意图；

图6为本发明实施例直流电压偏差斜率控制器中直流电压比例系数的取值函数f(U_dc)；

图7为本发明实施例中换流站直流功率调节前后运行曲线变化的示意图；

图8为本发明实施例中稳态仿真1的仿真图；

图9为本发明实施例中稳态仿真2的仿真图；

图10为本发明实施例中稳态仿真3的仿真图；

图11为本发明实施例中交流故障仿真图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明公开了一种多端柔性直流输电系统的直流电压偏差斜率控制方法，该方法包括：在所述多端柔性直流输电系统中，其中一个换流站作为直流电压的主控制站，在其功率运行范围内实现稳定系统的直流电压；其他多个换流站连接有源网络，结合直流电压偏差控制方式的偏差特性和直流电压斜率控制方式的斜率特性，使得所述多个换流站具有潮流调节能力和暂态时的快速稳定直流网络功率的能力。该方法将直流电压偏差控制方式与直流电压斜率控制方式相结合，其利用直流电压偏差控制方式的偏差特性实现换流站稳态时的有功功率调节，并且利用直流电压斜率控制方式的斜率特性使多个换流站能够起到后备定直流电压的作用，加快系统的动态响应特性。

请参阅附图1，为本发明实施例公开的一种多端柔性直流输电系统的直流电压偏差斜率控制方法的流程图。本发明实施例公开了一种多端柔性直流输电系统的直流电压偏差斜率控制方法，具体该方法包括步骤如下：

步骤101：在多端柔性直流输电系统中，其中一个换流站作为直流电压的主控制站，在其功率运行范围内实现稳定系统的直流电压。

步骤102：其他多个换流站连接有源网络，结合直流电压偏差控制方式的偏差特性和直流电压斜率控制方式的斜率特性，使得多个换流站具有潮流调节能力和暂态时的快速稳定直流网络功率的能力。

该方法将直流电压偏差控制方式与直流电压斜率控制方式相结合，其利用直流电压偏差控制方式的偏差特性实现换流站稳态时的有功功率调节，并且利用直流电压斜率控制方式的斜率特性使多个换流站能够起到后备定直流电压的作用，加快系统的动态响应特性。

优选的，所述多端柔性直流输电系统包含两种运行方式，即：稳态工作模式和暂态稳定工作模式。

其中，所述稳态工作模式的直流网络的直流电压由直流电压的主控制站控制，另外的换流站运行于稳定直流功率的工作方式，通过负荷的需求在所述主控制站功率允许范围内自由调节直流功率，实现稳态调度。

其中，所述暂态稳定工作模式的直流电压主控制站由于直流功率越限或发生短路故障等原因丧失了稳定直流网络电压能力时，直流网络的电压降失稳，当具备有直流电压偏差斜率控制器的换流站检测到端口的直流电压超过设定的偏差限值时，该换流站将由直流功率控制方式转为斜率运行方式，转入斜率运行方式的换流站将能够快速地根据直流电压的变化趋势调节其直流功率出力，最终实现直流网络功率的平衡。当直流电压主控制换流站恢复稳定直流网络电压能力之后，直流网络的电压将由其起到主导作用，直流网络的电压将逐渐恢复至初始状态值，工作于斜率曲线段的换流站将受到直流电压恢复的影响，逐渐恢复其直流功率出力，当直流电压恢复至偏差范围内后，具备直流电压偏差斜率控制器的换流站将恢复至定功率运行的模式。

为了说明本发明所提出的直流电压偏差斜率控制方法的工作原理，请参阅附图2，本发明实施例为说明多端柔性直流输电系统的直流电压偏差斜率控制方法所采用的六端直流输电系统的结构示意图。以此六端直流输电系统为实例系统，但是本发明采用的方法不仅限于图2所示的六端直流输电系统。为了实现直流系统功率的稳定传输，直流系统的电压平衡是至关重要的。

本发明的工作原理如附图3和附图4所示，图3为本发明实施例中一种多端柔性直流输电系统的直流电压偏差斜率控制方法运行方式1的原理示意图；图4为本发明实施例中一种多端柔性直流输电系统的直流电压偏差斜率控制方法运行方式2的原理示意图。请参阅附图5，为本发明实施例直流电压偏差斜率控制器的示意图。并参阅附图6，为本发明实施例直流电压偏差斜率控制器中直流电压比例系数的取值函数f(U_dc)。

在直流电压偏差斜率控制器中，直流电压的比例系数k_u为该换流站直流电压U_dc的函数，为了抵抗直流电压控制器静态波动的干扰，k_u的取值函数f(U_dc)采用了滞回比较器。该控制器直流电压的参考值U_dcref的取值函数g[f(U_dc)]如下式式所示：

$U_{\mathrm{dcref}}=g\left(f\left(U_{\mathrm{dc}}\right)\right)=\left\{\begin{array}{cc}{U}_{\mathrm{dch}1}& (f\left(U_{\mathrm{dc}}\right)=+k_{\mathrm{uref}})\\ U_{\mathrm{dc}}& (f\left(U_{\mathrm{dc}}\right)=0)\\ U_{\mathrm{dcl}1}& (f\left(U_{\mathrm{dc}}\right)=-k_{\mathrm{uref}})\end{array}\right.,$

由图3和图4可得，该控制方法拥有两种工作模式，分别可以称为稳态工作模式以及暂态稳定工作模式；其中，暂态稳定工作模式又可以分为两种运行方式。

（1）稳态运行方式

换流站1作为一个直流电压主控制换流站，在稳态运行的情况下起到直流电压稳定节点的作用，其直流电压指令值为U_dcref1。换流站2、3具备有直流电压偏差斜率控制器，在稳态运行时，换流站2、3的直流电压不会超过图6所示的使得其偏差斜率控制器动作的上下运行范围(U_dcl1,U_dch1),因此图6所示的直流电压偏差斜率控制器中的直流电压比例系数k_u=0，换流站2、3维持定直流功率的运行方式。在换流站1直流功率越限的情况下，其控制方式会从定直流电压运行方式调整为定功率运行方式，此时换流站1丧失了稳定直流网络电压的能力；另外，在换流站1交流线路发生交流故障或者换流站内部故障的情况下，换流站1也会丧失稳定直流网络电压的能力。直流网络的功率不平衡会直接导致直流电压的失稳，间接使能换流站2、3的直流电压偏差斜率控制器。一般而言，换流站2、3拥有两种工作点运行方式。

（2）暂态稳定运行方式

如图5所示，当换流站1输送直流功率越限时或者在输送直流功率时出现故障而闭锁控制器后，其失去定直流电压的能力，此时换流站注入直流网络的总功率小于0，因此直流电压持续下降；当换流站2或3的直流电压U_dc2、U_dc3小于直流电压偏差斜率控制器下限动作电压U_dcl1时，由图6及取值函数g[f(U_dc)]得，直流电压比例系数k_u=k_uref，U_dcref=U_dcl1，换流站2、3将在下式表示的下斜线段中向输出直流功率增大的方向搜寻稳定运行点。

k_p(P_dcref-P_dc)+k_u(U_dcl1-U_dc)=0.

当换流站4、5、6负载降低或者换流站1的故障恢复之后，换流站1能够重新恢复其稳定系统直流电压的能力，此时换流站注入直流网络的总功率大于0，直流电压将整体上升，换流站2、3将在下斜线段向输出直流功率减小的方向搜索稳定运行点，当换流站2、3的直流电压大于直流电压偏差斜率控制器下限恢复电压U_dcl2后，由图6得，直流电压比例系数k_u=0，换流站2、3恢复至定功率运行方式，此时系统的直流电压将再度由换流站1控制。

如图6所示，当换流站1吸收直流功率越限或者在吸收直流功率时出现故障而退出运行后，换流站注入直流网络的总功率将大于0，因此直流电压将持续上升；当换流站2、3的直流电压大于直流电压偏差斜率控制器上限动作电压U_dch1后，由图6及取值函数g[f(U_dc)]得，直流电压比例系数k_u=k_uref，U_dcref=U_dch1，换流站2、3将在下式表示的上斜线段中向发出直流功率减小的方向搜寻稳定运行点。

k_p(P_dcref-P_dc)+k_u(U_dch1-U_dc)=0.

当换流站4、5、6发出的直流功率降低或者换流站1的故障恢复之后，换流站1能够重新恢复其稳定系统直流电压的能力，此时换流站注入直流网络的总功率将小于0，直流电压将整体下降，换流站2、3将在上斜线段向发出直流功率增大的方向搜索稳定运行点，当换流站2、3的直流电压小于直流电压偏差斜率控制器上限恢复电压U_dch2后，由图6得，直流电压比例系数k_u=0，换流站2、3恢复至定功率运行方式，此时系统的直流电压将再度由换流站1控制。

由于直流电压偏差的存在，换流站2、3具备了调整直流功率的能力，请参阅附图7，为本发明实施例中换流站直流功率调节前后运行曲线变化的示意图。如图7所示；将换流站直流功率的指令值P_dcref调整为P′_dcref，并且平移两个带斜率的直线段即可得到新的运行图。但是换流站直流功率的调节范围并非其直流功率上下限(P_dcmin,P_dcmax)，换流站2、3能够实现直流功率调节的前提是换流站1未出现直流功率越限或故障，能够稳定可靠地运行。

根据控制器直流电压的参考值U_dcref的取值函数g[f(U_dc)]，在构造直流电压偏差斜率控制器时，有偏差系数与斜率系数两类重要的系数需要选取。

（1）选取合适的偏差系数

直流电压偏差斜率控制器中的上下限动作电压U_dch1以及U_dcl1的取值关系到控制器的动态响应特性；如果上下限动作电压取值太小，则控制器动态响应过于灵敏，影响其稳态运行特性；如果上下限动作电压取值过大，则控制器的动态响应过于迟缓。因此上下限动作电压的范围(U_dcl1,U_dch1)至少需要大于当换流站1功率未越限且运行正常时，换流站2以及3的稳态直流电压的上下限值，假设换流站2的直流电压稳态运行上下限为U_dc2Nh以及U_dc2Nl，换流站3的直流电压稳态运行上下限为U_dc3Nh以及U_dc3Nl，换流站1指令值为U_dcref1，波动率为n₀%，可以利用以下优化求解方程求得U_dc2Nh、U_dc2Nl、U_dc3Nh以及U_dc3Nl。

U_dc2Nh=Max U_dc2,U_dc3Nh=Max U_dc3

U_dc2Nl=Min U_dc2,U_dc3Nl=Min U_dc3

st:

I_dc=YU_dc

P_dc=U_dcΘI_dc,P_dc∈(P_dcmin,P_dcmax)

U_dcref1(1-n₀%)<U_dc1<U_dcref1(1+n₀%)

其中，P_dc=[P_dc1 P_dc2 P_dc3 P_dc4 P_dc5 P_dc6]^T为各个换流站注入至直流系统的功率；P_dcmin与P_dcmax为各个换流站输出直流功率的上下限值；U_dc=[U_dc1 U_dc2 U_dc3U_dc4 U_dc5 U_dc6]^T为各个换流站的直流电压；I_dc=[I_dc1 I_dc2 I_dc3 I_dc4 I_dc5 I_dc6]^T为各个换流站注入到直流网络的电流；Y为直流网络的的导纳矩阵；运算符Θ的作用是矩阵元素按位相乘。

求解得到换流站2以及3稳态运行直流电压上下限值之后，可以设置一个稳态直流电压波动率n₁%来确定直流电压偏差斜率控制器中的的上下限动作电压U_dch1以及U_dcl1的取值，即

U_dch1=(1+n₁%)U_dcref1

U_dcl1=(1-n₁%)U_dcref1.

另外可以设置一个略小于n₁%的直流电压波动率n₂%以确定直流电压偏差斜率控制器中的的上下限恢复电压U_dch2以及U_dcl2的取值，即

U_dch2=(1+n₂%)U_dcref1

U_dcl2=(1-n₂%)U_dcref1.

只需要满足以下式子就能够实现在换流站1维持系统直流电压稳定的条件下，换流站2以及换流站3的直流功率能够跟踪它们的功率指令。并且直流电压偏差斜率控制器的响应不会过于灵敏以导致稳态时的误动作，也不会过于缓慢以导致系统功率不稳定的时间过长。

U_dch1>U_dch2>max(U_dc2Nh,U_dc3Nh)

U_dcl1<U_dcl2<min(U_dc2Nl,U_dc3Nl).

（2）选取合适的斜率系数

在确定偏差斜率控制器的动作电压以及恢复电压上下限后，还需要确定斜率曲线的比例系数k_p、k_u。当换流站2和3运行于斜线段并且达到新的稳定点(P_dc2,U_dc2)和(P_dc3,U_dc3)时，换流站2和3的直流电压偏差斜率控制器满足下式：

$\left\{\begin{array}{c}{k}_{p2}(P_{\mathrm{dc}2\mathrm{ref}}-P_{\mathrm{dc}2})+k_{u2}(U_{\mathrm{dc}2\mathrm{ref}}-U_{\mathrm{dc}2})=0\\ k_{p3}(P_{\mathrm{dc}2\mathrm{ref}}-P_{\mathrm{dc}3})+k_{u2}(U_{\mathrm{dc}3\mathrm{ref}}-U_{\mathrm{dc}3})=0\end{array}\right..$

假设

ΔP_dc2=P_dc2ref-P_dc2,ΔP_dc3=P_dc3ref-P_dc3

ΔU_dc2=U_dc2ref-U_dc2,ΔU_dc3=U_dc3ref-U_dc3

为换流站2以及3的功率变化以及直流电压变化，则有

${\mathrm{\&Delta;P}}_{\mathrm{dc}2}=-\frac{k_{u2}}{k_{p2}}\mathrm{\&Delta;}{U}_{\mathrm{dc}2},$ ${\mathrm{\&Delta;P}}_{\mathrm{dc}3}=-\frac{k_{u3}}{k_{p3}}\mathrm{\&Delta;}{U}_{\mathrm{dc}3}$

为了使换流站2和3能够按照它们的额定功率的比例分配它们所需要变化的功率ΔP_dc2、ΔP_dc3，则有

$\frac{{\mathrm{\&Delta;P}}_{\mathrm{dc}2}}{\mathrm{\&Delta;}{P}_{\mathrm{dc}3}}=\frac{\frac{k_{u2}}{k_{p2}}\mathrm{\&Delta;}{U}_{\mathrm{dc}2}}{\frac{k_{u3}}{k_{p3}}\mathrm{\&Delta;}{U}_{\mathrm{dc}3}}=\frac{P_{\mathrm{dc}2N}}{P_{\mathrm{dc}3N}}$

在直流网络中，如果线路阻抗较小，则各个换流站的直流电压一般都比较接近，因此有ΔU_dc2≈ΔU_dc3成立，因此有

$\frac{\frac{k_{u2}}{k_{p2}}}{\frac{k_{u3}}{k_{p3}}}\&ap;\frac{P_{\mathrm{dc}2N}}{P_{\mathrm{dc}3N}}$

另外，为斜率线段的斜率值，此值越大，则控制器更偏向于稳定直流电压，此值越小，则控制器更偏向于稳定直流功率。

上文对直流电压偏差斜率控制器的基本原理做了详细的阐述，然后对控制器的相关参数进行了设计。下文将在电力系统电磁暂态仿真平台上搭建图2所示的六端柔性直流输电系统，设计直流电压偏差斜率控制器，并对其稳态以及暂态的特性进行仿真分析。该仿真平台的具体参数如下表1所示。

表1六端柔性直流输电仿真系统基本参数

假设直流电缆的平均阻抗为0.01Ω/km，各个换流站均采用矢量控制法作为换流站级控制方法；调制方法采用的是最低电平调制方法，控制器均采用标幺化设置。换流站1、2、3的外环控制方法如图5所示，换流站1采用定直流电压控制方法，换流站2、3采用的是本文设计的直流电压偏差斜率控制方法，换流站4、5、6均采用定交流电压控制方法。

搭建求解U_dc2Nh、U_dc2Nl、U_dc3Nh以及U_dc3Nl的优化模型。其中换流站1的直流电压指令值U_dcref1=400kV，直流电压波动率为2.5%，即换流站1直流电压运行范围为（390kV，410kV）；计算结果如表2所示，表中列出了换流站2、3直流电压达到上限值以及下限值时各个换流站的直流功率以及直流电压。

表2稳态运行状态下换流站2、3直流电压上下限值

	换流站2	换流站3
			直流电压上限(kV)	410.799	410.494
直流电压下限(kV)	389.102	389.213

设定直流电压波动率n₁=4%，n₂=3.95%，图6所示的直流电压偏差斜率控制器的滞回曲线上的四个直流电压限值如下表3所示，满足上下限值选取原则。

表3直流电压偏差斜率控制器动作电压以及恢复电压

Udch1	Udcl1	Udch2	Udcl2
				416kV	384kV	415.8kV	384.2kV

另外，由于本系统中换流站2以及换流站3的设计参数相同，因此换流站2及3的直流电压偏差斜率控制器可以使用同样的比例系数。设定直流功率的比例系数k_p=1,直流电压的比例系数k_u=50。最后，同理论分析部分，规定直流功率的正方向为换流站向直流网络输送直流功率大于零的方向。

稳态仿真1:直流功率的调节能力验证

初始状态下，换流站2、3的直流功率的参考值P_dcref分别为0MW、-40MW，换流站4、5、6的直流功率分别为-30MW，-50MW，-60MW，在仿真2s时，将换流站2的直流功率参考值以-100MW/s的速率降至-50MW，运行至4s时，再将换流站3的直流功率参考值以100MW/s的速率升至10MW。仿真结果如下图8所示。由仿真图8可得，加装了直流电压偏差斜率控制器的换流站2、3在换流站1直流功率并未越限且稳定运行的情况下，它们的直流功率能够很好地跟踪其指令值，并且调节过程中直流电压的波动较小，并不会超过控制器的偏差阈值，因此它们仍旧具备了功率调节的能力，而这一点在安装单纯的直流电压斜率控制器的换流站上是无法实现的。

稳态仿真2：换流站1过载后，直流电压偏差斜率控制器的动作特性及恢复特性

初始状态下，换流站2、3的直流功率指令值分别为20MW，-50MW，换流站4、5、6的直流功率分别为-40MW，-50MW，-80MW，在2s时换流站4的直流功率以-320MW/s的速率由-40MW降至-200MW，运行至4s时，换流站5的直流功率再以300MW/s的速率由-50MW升至100MW。仿真结果如下图9所示。由仿真图9可得，当换流站4的负荷增大后，为了维持直流系统功率的平衡，换流站1直流功率出力增大，在2.4s左右，换流站1的直流功率越限，保持满发状态。各个站的正负极直流电压减小，在2.55s左右，换流站2、3的直流电压低于U_dcl1=384kV，它们工作于下斜率直线段，其直流功率增大，最终分别稳定运行于48MW与-19MW；4s开始，换流站5的直流功率增大，换流站2、3直流功率减小，正负极直流电压上升，换流站1恢复定直流电压控制能力，换流站2和3的直流电压在4.21s后均越过U_dcl2=384.2kV，它们将恢复至定功率运行模式，最后系统恢复稳定运行，直流网络电压依旧由换流站1控制。

稳态仿真3：换流站1达到吸收功率上限后，直流电压偏差斜率控制器的动作特性及恢复特性

初始状态下，换流站2，3的直流功率指令值分别为120MW，-80MW，换流站4、5、6的直流功率分别为40MW，50MW，80MW，在2s时换流站5的直流功率以300MW/s的速率由50MW升至200MW，运行至4s时，换流站6的直流功率再以-160MW/s的速率由80MW降至0MW。仿真结果如下图10所示。由仿真图10可得，当换流站5的直流功率出力增大后，为了维持直流系统功率的平衡，换流站1吸收更多的直流功率，在2.4s左右，换流站1吸收的直流功率越限，保持在吸收功率上限运行。各个站的正负极直流电压增大，在2.46s时换流站2、3的直流电压高于U_dch1=416kV，换流站2、3工作于上斜率直线段，它们的直流功率减小，最终稳定运行于83MW与-103MW；运行至4s时，换流站6的直流功率出力减小后，换流站2、3直流功率增大，正负极直流电压下降，换流站1恢复定直流电压控制能力，换流站2和3的直流电压在4.38s后均低于U_dch2=415.8kV，它们将恢复至定功率运行模式，最后系统恢复稳定运行，直流网络电压依旧由换流站1控制。

暂态仿真分析

换流站2、3直流电压偏差斜率控制器不仅仅需要在换流站1功率越限的时候起到直流系统功率平衡的作用，在换流站1发生故障的时候，其也必须能够在一定程度上稳定直流系统的电压，从而实现故障的穿越。在换流站1交流线路上模拟短时三相接地交流故障：起始换流站2，3的直流功率指令分别为20MW，0MW，换流站4、5、6的直流功率分别为60MW，80MW，40MW交流故障于1s时引入，接地电阻为0.5Ω，故障持续时间为0.15s，仿真波形图如下图11所示。由仿真图11可得，在换流站1发生三相交流故障后，由于交流电压持续下跌，换流站1吸收直流功率减小，换流站1失去稳定直流电压的能力，系统直流电压持续上升，在1.05s左右，换流站2、3的直流电压高于U_dch1，换流站2、3工作于上斜率直线段，减小其直流功率以试图维持系统直流功率的平衡；在1.15s时，换流站1三相交流故障清除，交流电压逐渐恢复，其定直流电压能力也逐渐恢复，吸收的有功功率值提升，换流站2、3的直流电压下降，在1.2s左右，直流电压低于U_dch2，换流站2、3恢复至定直流功率运行，系统最终恢复原始运行状态。采用本文所提出的直流电压偏差斜率控制方法的MMC-MTDC系统具备了较好的交流故障穿越能力。

综上所述：本发明公开了一种多端柔性直流输电系统的直流电压偏差斜率控制方法，该方法包括：在所述多端柔性直流输电系统中，其中一个换流站作为直流电压的主控制站，在其功率运行范围内实现稳定系统的直流电压；其他多个换流站连接有源网络，结合直流电压偏差控制方式的偏差特性和直流电压斜率控制方式的斜率特性，使得所述多个换流站具有潮流调节能力和暂态时的快速稳定直流网络功率的能力。该方法将直流电压偏差控制方式与直流电压斜率控制方式相结合，其利用直流电压偏差控制方式的偏差特性实现换流站稳态时的有功功率调节，并且利用直流电压斜率控制方式的斜率特性使多个换流站能够起到后备定直流电压的作用，加快系统的动态响应特性。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (2)

1.一种多端柔性直流输电系统的直流电压偏差斜率控制方法，其特征在于，包括：

在所述多端柔性直流输电系统中，其中一个换流站作为直流电压的主控制站，在其功率运行范围内实现稳定系统的直流电压；

其他多个换流站连接有源网络，结合直流电压偏差控制方式的偏差特性和直流电压斜率控制方式的斜率特性，使得所述多个换流站具有潮流调节能力和暂态时的快速稳定直流网络功率的能力；

所述多端柔性直流输电系统包含两种运行方式，即：稳态工作模式和暂态稳定工作模式；

所述暂态稳定工作模式的直流电压主控制站由于直流功率越限或发生短路故障丧失了稳定直流网络电压能力时，直流网络的电压降失稳，当具备有直流电压偏差斜率控制器的换流站检测到端口的直流电压超过设定的偏差限值时，该换流站将由直流功率控制方式转为斜率运行方式，转入斜率运行方式的换流站将能够快速地根据直流电压的变化趋势调节其直流功率出力，最终实现直流网络功率的平衡；当直流电压主控制换流站恢复稳定直流网络电压能力之后，直流网络的电压将由其起到主导作用，直流网络的电压将逐渐恢复至初始状态值，工作于斜率曲线段的换流站将受到直流电压恢复的影响，逐渐恢复其直流功率出力，当直流电压恢复至偏差范围内后，具备直流电压偏差斜率控制器的换流站将恢复至定功率运行的模式。

2.根据权利要求1所述的直流电压偏差斜率控制方法，其特征在于，所述稳态工作模式的直流网络的直流电压由直流电压的主控制站控制，另外的换流站运行于稳定直流功率的工作方式，通过负荷的需求在所述主控制站功率允许范围内自由调节直流功率，实现稳态调度。