CN104333012B - 一种多馈入柔性直流输电无功功率控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种多馈入柔性直流输电无功功率控制方法及装置，方法为：在检测到交流母线上的电压值超过第一预设值时，利用各个换流器输出的无功功率的绝对值及各个换流器的最大无功功率值，计算各个换流器的无功功率协调控制器的裕度参数Kq1，并利用该裕度参数Kq1来调节各个换流器的无功功率输出。本申请中，当交流母线无功功率负荷增加时，各换流器能够根据自身裕度(额定工况下，换流器所能输出无功功率最大值与换流器无功功率测量绝对值之差)，协调各换流器输出的无功功率，使得各换流器输出的无功功率之和可以维持交流母线电压在允许范围之内，同时确定裕度大的换流器多发无功功率，裕度小的换流器少发无功功率。

Description

一种多馈入柔性直流输电无功功率控制方法及装置

技术领域

本申请涉及电力系统技术领域，更具体地说，涉及一种多馈入柔性直流输电无功功率控制方法及装置。

背景技术

柔性直流输电具有谐波水平低、不会发生换相失败，可以为无源网络供电、方便进行潮流反转等优点，正成为直流领域关注的热点。

多馈入柔性直流输电系统是指双回线路或者多回柔性直流线路向交流系统输电的直流系统。若多馈入柔性直流系统的各个换流器都采用定交流电压控制，则多馈入柔性直流输电系统只能确定换流器交流母线与交流系统的无功功率为恒值，无法确定各换流器的无功功率输出；当多馈入柔性直流输电系统全部采用定无功功率控制时，在交流母线的无功功率负荷增加时，换流器不能为交流系统提供无功支持，导致电压的跌落；若多馈入柔性直流输电系统一个换流器采用定交流电压，其它换流器采用定无功功率时，在交流母线的无功功率增加时，只能由定交流电压控制的换流器提供无功支持，无法实现所有换流器无功功率输出的最大化。

发明内容

有鉴于此，本申请提供了一种多馈入柔性直流输电无功功率控制方法及装置，用于解决现有换流器控制方法无法协调分配各个换流器无功功率输出的问题。

为了实现上述目的，现提出的方案如下：

一种多馈入柔性直流输电无功功率控制方法，包括：

检测多馈入柔性直流输电系统的交流母线上的电压值；

在检测到交流母线上的电压值超过第一预设值时，确定各个换流器输出的无功功率绝对值；

利用各个换流器的无功功率绝对值及最大无功功率值，计算各个换流器的无功功率协调控制器的裕度参数K_q1；

根据所述裕度参数K_q1调节各个换流器的无功功率输出。

优选地，所述利用各个换流器的无功功率绝对值及最大无功功率值，计算各个换流器的无功功率协调控制器的裕度参数K_q1，包括：

K_q1＝K_q0*M^λ

其中，K_q0为预设的换流器的无功功率协调控制器的初始参数，λ为预设数值；

M＝N/D

N＝Q_max

D＝Q_max-|Q|

Q_max为换流器的无功功率最大值，Q为换流器的实际输出的无功功率。

优选地，所述K_q0为与对应换流器的容量成反比的参数。

优选地，还包括：

在检测到交流母线上的电压值未超过所述第一预设值时，根据换流器的无功功率协调控制器的初始参数K_q0，调节各个换流器的无功功率输出。

优选地，所述根据所述裕度参数K_q1调节各个换流器的无功功率输出，包括：

将换流器的无功功率参考值与换流器输出的无功功率值的差值信号，作为比例控制器的输入信号，所述比例控制器的比例参数为K_q1；

将交流母线上的电压值和电压参考值的差值与所述比例控制器输出的值相加，相加后的信号值作为比例积分控制器的输入信号；

将所述比例积分控制器输出的信号作为各个换流器的输出信号。

一种多馈入柔性直流输电无功功率控制装置，包括：

电压检测单元，用于检测多馈入柔性直流输电系统的交流母线上的电压值；

第一确定单元，用于在检测到交流母线上的电压值超过第一预设值时，确定各个换流器输出的无功功率绝对值；

第一计算单元，用于利用各个换流器的无功功率绝对值及最大无功功率值，计算各个换流器的无功功率协调控制器的裕度参数K_q1；

第一调节单元，用于根据所述裕度参数K_q1调节各个换流器的无功功率输出。

优选地，所述第一计算单元包括：

第一计算子单元，用于确定各个换流器的无功功率协调控制器的裕度参数K_q1为：

K_q1＝K_q0*M^λ

其中，K_q0为预设的换流器的无功功率协调控制器的初始参数，λ为预设数值；

M＝N/D

N＝Q_max

D＝Q_max-|Q|

Q_max为换流器的无功功率最大值，Q为换流器的实际输出的无功功率。

优选地，所述K_q0为与对应换流器的容量成反比的参数。

优选地，还包括：

第二调节单元，用于在检测到交流母线上的电压值未超过所述第一预设值时，根据换流器的无功功率协调控制器的初始参数K_q0，调节各个换流器的无功功率输出。

优选地，所述第一调节单元包括：

第一输入信号确定单元，用于将换流器的无功功率参考值与换流器输出的无功功率值的差值信号，作为比例控制器的输入信号，所述比例控制器的比例参数为K_q1；

第二输入信号确定单元，用于将交流母线上的电压值和电压参考值的差值与所述比例控制器输出的值相加，相加后的信号值作为比例积分控制器的输入信号；

第一输出信号确定单元，用于将所述比例积分控制器输出的信号作为各个换流器的输出信号。

从上述的技术方案可以看出，本申请实施例提供的多馈入柔性直流输电无功功率控制方法，在检测到交流母线上的电压值超过第一预设值时，利用各个换流器输出的无功功率的绝对值及各个换流器的最大无功功率值，计算各个换流器的无功功率协调控制器的裕度参数Kq1，并利用该裕度参数Kq1来调节各个换流器的无功功率输出。本申请的方案，当交流母线无功功率负荷增加时，各换流器能够根据自身裕度(额定工况下，换流器所能输出无功功率最大值与换流器无功功率测量绝对值之差)，协调各换流器输出的无功功率，使得各换流器输出的无功功率之和可以维持交流母线电压在允许范围之内，同时确定裕度大的换流器多发无功功率，裕度小的换流器少发无功功率。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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申请的实施例，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为本申请实施例公开的一种多馈入柔性直流输电系统结构示意图；

图2为本申请实施例公开了一种多馈入柔性直流输电无功功率控制方法流程图；

图3为本申请实施例公开的一种确定无功功率协调控制器参数的原理图；

图4为本申请实施例公开的一种无功功率协调控制器的控制原理图；

图5为本申请实施例公开的一种多馈入柔性直流输电无功功率控制装置结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

参见图1，图1为本申请实施例公开的一种多馈入柔性直流输电系统结构示意图。

如图1所示，若干个换流器VSC进行直流到交流的转换，并通过变压器之后汇流至交流母线处，得到交流母线电压U_s。

为了在交流母线的无功功率负荷增加时，能够更好的协调各个换流器的无功功率输出，本申请实施例公开了一种多馈入柔性直流输电无功功率控制方法，参见图2。

如图2所示，该方法包括：

步骤S200、检测多馈入柔性直流输电系统的交流母线上的电压值；

具体地，我们可以在交流母线处设置一电压检测装置，用来检测母线电压值。

步骤S210、在检测到交流母线上的电压值超过第一预设值时，确定各个换流器输出的无功功率绝对值；

具体地，当检测到交流母线上的电压值超过一定值时，可以通过下述过程来协调各个换流器的无功功率输出，使得各换流器输出的无功功率之和可以维持交流母线电压在允许范围之内。

步骤S220、利用各个换流器的无功功率绝对值及最大无功功率值，计算各个换流器的无功功率协调控制器的裕度参数K_q1；

步骤S230、根据所述裕度参数K_q1调节各个换流器的无功功率输出。

具体地，上述步骤S220和步骤S230的过程我们接下来会进行详细介绍。

本申请实施例提供的多馈入柔性直流输电无功功率控制方法，在检测到交流母线上的电压值超过第一预设值时，利用各个换流器输出的无功功率的绝对值及各个换流器的最大无功功率值，计算各个换流器的无功功率协调控制器的裕度参数Kq1，并利用该裕度参数Kq1来调节各个换流器的无功功率输出。本申请的方案，当交流母线无功功率负荷增加时，各换流器能够根据自身裕度(额定工况下，换流器所能输出无功功率最大值与换流器无功功率测量绝对值之差)，协调各换流器输出的无功功率，使得各换流器输出的无功功率之和可以维持交流母线电压在允许范围之内，同时确定裕度大的换流器多发无功功率，裕度小的换流器少发无功功率。

可选的，我们对上述步骤S220、利用各个换流器的无功功率绝对值及最大无功功率值，计算各个换流器的无功功率协调控制器的裕度参数K_q1的过程进行介绍。参见图3，图3为本申请实施例公开的一种确定无功功率协调控制器参数的原理图。如图3所示，

其中，K_q1＝K_q0*M^λ

其中，K_q0为预设的换流器的无功功率协调控制器的初始参数，λ为预设数值；

M＝N/D

N＝Q_max

D＝Q_max-|Q|

Q_max为换流器的无功功率最大值，Q为换流器的实际输出的无功功率。

可以理解的是，上述K_q0为与对应换流器的容量成反比的参数。

进一步的，仍参见图3所示，本申请的方法还可以包括：在检测到交流母线上的电压值未超过所述第一预设值时，根据换流器的无功功率协调控制器的初始参数K_q0，调节各个换流器的无功功率输出。

当交流母线电压跌落较小时，各换流站根据自己的容量确定的无功功率协调控制器的初始参数K_q0来协调各换流站无功功率输出。

如图3中的电压检测环节，通过对交流母线电压进行检测，进而控制选取K_q为K_q0或者K_q1。

我们以K_q为K_q1例，对各个换流器的无功功率输出调节的过程进行介绍，参见图4所示，图4为本申请实施例公开的一种无功功率协调控制器的控制原理图。

如图4所示，该过程为：

将换流器的无功功率参考值Q_sref与换流器输出的无功功率值Q的差值信号，作为比例控制器的输入信号，所述比例控制器的比例参数为K_q1；

将交流母线上的电压值U_s和电压参考值U_sref的差值与所述比例控制器输出的值相加，相加后的信号值作为比例积分控制器PI的输入信号；

将所述比例积分控制器PI输出的信号作为各个换流器的输出信号。

需要解释的是，当K_q为K_q0时，只需要将图4中比例控制器的比例参数调整为K_q0即可。

下面对本申请实施例提供的多馈入柔性直流输电无功功率控制装置进行描述，下文描述的多馈入柔性直流输电无功功率控制装置与上文描述的多馈入柔性直流输电无功功率控制方法可相互对应参照。

参见图5，图5为本申请实施例公开的一种多馈入柔性直流输电无功功率控制装置结构示意图。

如图5所示，该装置包括：

电压检测单元51，用于检测多馈入柔性直流输电系统的交流母线上的电压值；

第一确定单元52，用于在检测到交流母线上的电压值超过第一预设值时，确定各个换流器输出的无功功率绝对值；

第一计算单元53，用于利用各个换流器的无功功率绝对值及最大无功功率值，计算各个换流器的无功功率协调控制器的裕度参数K_q1；

第一调节单元54，用于根据所述裕度参数K_q1调节各个换流器的无功功率输出。

可选的，上述第一计算单元53包括：

第一计算子单元，用于确定各个换流器的无功功率协调控制器的裕度参数K_q1为：

K_q1＝K_q0*M^λ

其中，K_q0为预设的换流器的无功功率协调控制器的初始参数，λ为预设数值；

M＝N/D

N＝Q_max

D＝Q_max-|Q|

Q_max为换流器的无功功率最大值，Q为换流器的实际输出的无功功率。

可以理解的是，所述K_q0为与对应换流器的容量成反比的参数。

可选的，该控制装置还可以包括第二调节单元，用于在检测到交流母线上的电压值未超过所述第一预设值时，根据换流器的无功功率协调控制器的初始参数K_q0，调节各个换流器的无功功率输出。

可选的，所述第一调节单元包括：

第一输入信号确定单元，用于将换流器的无功功率参考值与换流器输出的无功功率值的差值信号，作为比例控制器的输入信号，所述比例控制器的比例参数为K_q1；

第二输入信号确定单元，用于将交流母线上的电压值和电压参考值的差值与所述比例控制器输出的值相加，相加后的信号值作为比例积分控制器的输入信号；

第一输出信号确定单元，用于将所述比例积分控制器输出的信号作为各个换流器的输出信号。

本申请的方案，当交流母线无功功率负荷增加时，各换流器能够根据自身裕度(额定工况下，换流器所能输出无功功率最大值与换流器无功功率测量绝对值之差)，协调各换流器输出的无功功率，使得各换流器输出的无功功率之和可以维持交流母线电压在允许范围之内，同时确定裕度大的换流器多发无功功率，裕度小的换流器少发无功功率。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

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申请。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申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请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 (8)

1.一种多馈入柔性直流输电无功功率控制方法，其特征在于，包括：

检测多馈入柔性直流输电系统的交流母线上的电压值；

在检测到交流母线上的电压值超过第一预设值时，确定各个换流器输出的无功功率绝对值；

利用各个换流器的无功功率绝对值及最大无功功率值，计算各个换流器的无功功率协调控制器的裕度参数K_q1；

根据所述裕度参数K_q1调节各个换流器的无功功率输出；

所述利用各个换流器的无功功率绝对值及最大无功功率值，计算各个换流器的无功功率协调控制器的裕度参数K_q1，包括：

K_q1＝K_q0*M^λ

其中，K_q0为预设的换流器的无功功率协调控制器的初始参数，λ为预设数值；

M＝N/D

N＝Q_max

D＝Q_max-|Q|

Q_max为换流器的最大无功功率值，Q为换流器的实际输出的无功功率。

2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述K_q0为与对应换流器的容量成反比的参数。

3.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，还包括：

在检测到交流母线上的电压值未超过所述第一预设值时，根据换流器的无功功率协调控制器的初始参数K_q0，调节各个换流器的无功功率输出。

4.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述根据所述裕度参数K_q1调节各个换流器的无功功率输出，包括：

将换流器的无功功率参考值与换流器输出的无功功率值的差值信号，作为比例控制器的输入信号，所述比例控制器的比例参数为K_q1；

将交流母线上的电压值和电压参考值的差值与所述比例控制器输出的值相加，相加后的信号值作为比例积分控制器的输入信号；

将所述比例积分控制器输出的信号作为各个换流器的输出信号。

5.一种多馈入柔性直流输电无功功率控制装置，其特征在于，包括：

电压检测单元，用于检测多馈入柔性直流输电系统的交流母线上的电压值；

第一确定单元，用于在检测到交流母线上的电压值超过第一预设值时，确定各个换流器输出的无功功率绝对值；

第一计算单元，用于利用各个换流器的无功功率绝对值及最大无功功率值，计算各个换流器的无功功率协调控制器的裕度参数K_q1；

第一调节单元，用于根据所述裕度参数K_q1调节各个换流器的无功功率输出；

所述第一计算单元包括：

第一计算子单元，用于确定各个换流器的无功功率协调控制器的裕度参数K_q1为：

K_q1＝K_q0*M^λ

其中，K_q0为预设的换流器的无功功率协调控制器的初始参数，λ为预设数值；

M＝N/D

N＝Q_max

D＝Q_max-|Q|

Q_max为换流器的最大无功功率值，Q为换流器的实际输出的无功功率。

6.根据权利要求5所述的控制装置，其特征在于，所述K_q0为与对应换流器的容量成反比的参数。

7.根据权利要求6所述的控制装置，其特征在于，还包括：

第二调节单元，用于在检测到交流母线上的电压值未超过所述第一预设值时，根据换流器的无功功率协调控制器的初始参数K_q0，调节各个换流器的无功功率输出。

8.根据权利要求5所述的控制装置，其特征在于，所述第一调节单元包括：

第一输入信号确定单元，用于将换流器的无功功率参考值与换流器输出的无功功率值的差值信号，作为比例控制器的输入信号，所述比例控制器的比例参数为K_q1；

第二输入信号确定单元，用于将交流母线上的电压值和电压参考值的差值与所述比例控制器输出的值相加，相加后的信号值作为比例积分控制器的输入信号；

第一输出信号确定单元，用于将所述比例积分控制器输出的信号作为各个换流器的输出信号。