CN103296691A - 多端直流输电功率协调控制方法 - Google Patents

多端直流输电功率协调控制方法 Download PDF

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胡铭
傅闯
王俊生
黎小林
刘海彬
田杰
李海英
曹冬明
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    • Y02E60/60—Arrangements for transfer of electric power between AC networks or generators via a high voltage DC link [HVCD]

Abstract

本发明涉及多端直流输电功率协调控制方法，在三个及三个以上换流站并联组成多端直流输电系统中，设置独立的多端控制器，采用主/从控制结构来实现各换流站控制器间的协调，多端控制器作为主控制器负责整定各换流站的功率/电流定值，各换流站极控制器作为从控制器实现各换流站站功率/电流控制。保证整个直流系统具有稳定的运行范围。本发明可以满足多端直流输电系统正常运行和故障后运行方式的配置与切换。多端直流输电系统发生故障,如某个换流站或一段线路切除后而电流指令经过调整后仍然保持平衡，则多端直流输电系统剩下站仍然可以运行，实现切除故障后系统的快速恢复。

Description

多端直流输电功率协调控制方法
技术领域
本发明涉及与多端高压直流输电相关的系统设计以及控制保护装置, 适用于电流源换流器组成的并联型多端高压直流输电。
背景技术
传统的直流输电系统为双端系统，仅能实现点对点的直流功率传送，当多个交流系统间采用直流互联时，需要多条直流输电线路，这将极大提高投资成本和运行费用。多端直流输电(Multi-terminal HVDC,即MTDC)系统是指含有三个及三个以上的换流站的直流输电系统。与两端高压直流输电相比, 多端直流输电更加经济、运行更加灵活。其最显著的特点在于能够实现多电源供电、多落点受电，提供一种更为灵活、快捷的输电方式。
按照不同的划分标准，多端直流输电有不同的类型。按照接线方式，多端直流输电有并联型、串联型和混合型。
并联型多端直流输电系统，包括辐射状和环网状两种，换流站直流电压相同，通过控制各站的直流电流来达到分配功率的目的。从调节范围、故障运行方式、绝缘配合及扩建灵活性等角度考虑，采用并联系统有较大优势。由于多端直流输电系统的运行较两端直流输电复杂，因此在世界上，目前已投入实际运行的多端直流输电工程为数不多，只有意大利一科西嘉一撒丁岛三端直流输电工程、美加魁北克一新英格兰三端直流输电工程等四个工程，国内目前尚无投入商业运行的多端直流输电系统。
发明内容
本发明的目的是：针对并联型多端直流输电系统拓扑结构，提出一种多端直流输电功率协调控制方法, 保证整个直流系统稳定运行。
多端直流输电功率协调控制方法，在三个及三个以上换流站并联组成多端直流输电系统，由一个换流站来控制整个直流输电的直流运行电压，而其它所有的换流站都按定直流电流方式进行调节，使直流系统有稳定的输电运行范围：控制直流运行电压的换流站方法如下，如果换流站是整流站则运行于最小触发角限制特性，如果换流站是逆变站则运行于定关断角特性；其余各换流站（指的是除去控制直流运行电压的换流站外的换流站，换流站可以包括整流站和逆变站）都运行于定直流电流方式。
设置独立的多端控制器，采用主/从控制结构来实现各换流站控制器间的协调。多端控制器作为主控制器负责整定各换流站的功率/电流定值，各换流站极控制器作为从控制器实现各换流站站功率/电流控制。当一个或多个换流站直流功率发生变化时，由多端控制器重新整定各换流站的功率/电流定值，保证系统稳定运行。
多端直流系统具有功率控制和电流控制两种方式，如运行在电流控制模式下时，采用电流平衡控制完成协调控制功能；如运行在功率控制模式下时，采用功率平衡控制整定每个站的功率参考值，保证直流功率的平衡与稳定；
所述的定电流方式进行调节方式包括功率平衡、功率损耗分配、电流指令计算，电流指令综合，电流调制指令，电流指令平衡和电流指令限制从而得到各站电流指令；
运行人员输入各站的直流功率指令P01、P02、P03、…、P0i，如果是整流站则功率为正，如果是逆变站则功率为负，计算ΔP：
直流功率ΔP=P01+ P02+P03+….+P0i                     式(1)
多端控制器通过功率平衡模块得到输入各站功率指令不平衡量，通过功率损耗分配模块计算线路损耗，将总的不平衡功率按事先设定的比例（可以由运行人员设定）分配到所有换流站的直流功率指令上，得到平衡后的各站直流功率指令；
多端控制器通过电流指令计算模块，将得到各站直流功率指令除以各换流站测量的直流电压值，即可得到各站直流电流指令。功率/电流指令平衡：
多端控制器采用电流平衡控制完成多端直流的电流平衡控制：设I01、I02、I03、…、I0i 分别为换流站的直流电流最终指令值，如果是整流站则功率为正，如果是逆变站则功率为负；k1、k2、k3 …、k4 分别为换流站的电流协调控制比例系数, 整定：
ΔI=I01+ I02 +I03+I0i 　　　　　　　　     　　 式(2)
当某个换流站的直流功率变化时，线路损耗同时变化，各换流站电流指令之和ΔI 不再为0，各换流站电流指令之和ΔI经过一个积分环节，与每个换流站的k 参数相乘，得到各站电流指令变化量，再通过电流指令综合模块，将各站电流指令变化量与各换流站原电流指令及电流调制指令相加，通过电流指令限制模块，对各站的电流指令进行限制，保证各站电流运行在允许的范围内，最终得到各换流站直流实际电流指令值，通过通讯系统送至相应换流站极控制系统完成各站直流电流的协调控制。
采用多端控制器来实现各换流站控制器间的协调，多端控制器主要作用如下：
l  平衡各换流站之间功率/电流指令
l  功率升降协调
l  直流电压指令协调
l  运行方式配置与切换
l  多端控制通讯
本发明的有益效果是：本发明可以满足多端直流输电系统正常运行和故障后运行方式的配置与切换。多端直流输电系统发生故障, 如某个换流站或一段线路切除后而电流指令经过调整后仍然保持平衡，则多端直流输电系统剩下站仍然可以运行，实现切除故障后系统的快速恢复。
附图说明
图1为并联型四端直流输电系统拓扑图。
图2为本发明提出的多端直流输电功率协调控制原理图。
具体实施方式
根据不同的拓扑结构，多端直流协调控制策略也各不相同，本发明针对图1中的并联型多端直流输电系统拓扑结构，提出一种多端直流输电功率协调控制方法。
如图1所示的并联型四端直流系统中，站1、站2为整流站，站3、站4 为逆变站。一个或多个换流站直流功率发生变化时，需要重新整定各换流站的功率定值，保证系统能运行在一个稳定的功率水平下。
多端直流功率协调控制原理如图2所示。运行人员输入各站的直流功率指令P01、P02、P03、P04，如输入的各站功率指令不平衡，即式1中ΔP不为零。
ΔP=P01+ P02 -P03-P04 　　　　　　　　     　　 式(3)
通过功率平衡模块和功率损耗分配模块将不平衡的功率指令按事先设定的比例分配到换流站1~4的直流功率指令上，得到平衡后的各站直流功率指令。
通过电流指令计算模块，将得到各站直流功率指令除以各换流站测量的直流电压值，即可得到各站直流电流指令。
由于直流线路损耗的存在，即便功率指令平衡，所计算得到的电流信号也往往不是平衡的, 因此各换流站直流电流指令之和有可能不为零，采用电流平衡控制完成多端直流的电流平衡控制功能。设I01、I02、I03、I04 分别为四个换流站的直流电流最终指令值，k1、k2、k3 和k4 分别为四个站的电流协调控制比例系数, 可以事先整定。
ΔI=I01+ I02 -I03-I04 　　　　　　　　     　　 式(4)
当某个换流站的直流功率变化时，线路损耗同时变化，各换流站电流指令之和ΔI 不再为0，各换流站电流指令之和ΔI经过一个积分环节，与每个换流站的k 参数相乘，得到各站电流指令变化量，通过电流指令综合模块，将各站电流指令变化量与各换流站原电流指令及电流调制指令相加，通过电流指令限制模块，对各站的电流指令进行限制，保证各站电流运行在允许的范围内，最终得到各换流站直流实际电流指令值，通过通讯送至相应换流站极控制系统完成各站直流电流的协调控制。

Claims (4)

1.多端直流输电功率协调控制方法，其特征是：在三个及三个以上换流站并联组成多端直流输电系统中，设置独立的多端控制器，采用主/从控制结构来实现各换流站控制器间的协调，多端控制器作为主控制器负责整定各换流站的功率/电流定值，各换流站极控制器作为从控制器实现各换流站站功率/电流控制。
2.如权利要求1所述的多端直流输电功率协调控制方法，其特征是：如多端直流运行在电流控制模式下时，则多端控制器采用电流平衡控制完成协调控制功能；如运行在功率控制模式下时，则多端控制器采用功率平衡控制整定每个换流站的功率参考值，保证直流功率的平衡与稳定；当一个或多个换流站直流功率发生变化时，由多端控制器重新整定各换流站的功率/电流定值，保证系统运行在一个新的稳定功率水平。
3.如权利要求1、2所述的多端直流输电功率协调控制方法，其特征是：多端控制器功率协调控制包括功率平衡、功率损耗分配、电流指令计算环，电流指令综合，电流调制指令，电流指令平衡和电流指令限制模块，通过上述模块得到各换流站功率/电流指令，通过通讯系统送至相应换流站极控制系统完成各站直流功率/电流的协调控制。
4.如权利要求1、2或3所述的多端直流输电功率协调控制的方法，其特征是：由运行人员输入各站的直流功率指令P01、P02、P03、…、P0i，如果是整流站则功率为正，如果是逆变站则功率为负，计算ΔP：
直流功率ΔP=P01+ P02+P03+….+P0i                     式(1)
多端控制器通过功率平衡模块得到输入各站功率指令不平衡量，通过功率损耗分配模块计算线路损耗，将总的不平衡功率按事先设定的比例分配到所有换流站的直流功率指令上，得到平衡后的各站直流功率指令；
多端控制器通过电流指令计算模块，将得到各站直流功率指令除以各换流站测量的直流电压值，即可得到各站直流电流指令；
多端控制器采用电流平衡控制完成多端直流的电流平衡控制：设I01、I02、I03、…、I0i 分别为换流站的直流电流最终指令值，如果是整流站则功率为正，如果是逆变站则功率为负；k1、k2、k3 …、k4 分别为换流站的电流协调控制比例系数, 整定：
ΔI=I01+ I02 +I03+I0i 　　　　　　　　     　　 式(2)
当某个换流站的直流功率变化时，线路损耗同时变化，各换流站电流指令之和ΔI 不再为0，各换流站电流指令之和ΔI经过一个积分环节，与每个换流站的k 参数相乘，得到各站电流指令变化量，再通过电流指令综合模块，将各站电流指令变化量与各换流站原电流指令及电流调制指令相加，通过电流指令限制模块，对各站的电流指令进行限制，保证各站电流运行在允许的范围内，最终得到各换流站直流实际电流指令值，通过通讯系统送至相应换流站极控制系统完成各站直流电流的协调控制。
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