CN104617572A - 一种用于孤岛供电的柔性直流功率调控方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于孤岛供电的柔性直流功率调控方法，包括如下步骤：(1)采集柔性直流输电系统的数据；(2)对柔性直流输电系统是否可控可调进行判断；(3)在柔性直流输电系统处于可控可调的状态下，根据不同的运行模式选择相应的控制方式；(4)根据步骤(3)中选择的控制方式计算调节功率；(5)下发调节指令。本发明实现了电网调度主站对柔性直流输电系统的功率远程调控，保证孤岛供电的可靠性，同时减轻了电网调度人员的工作强度。

Description

一种用于孤岛供电的柔性直流功率调控方法

技术领域

本发明涉及一种柔性直流输电控制方法，尤其涉及一种用于孤岛供电的柔性直流功率调控方法，属于电力系统调度技术领域。

背景技术

柔性直流输电技术也称轻型直流输电技术,是以电压源换流器(VSC)、可关断器件和脉宽调制(PWM)技术为基础的新一代直流输电技术。从其技术特点和实际的工程运行来看，具有向无源电网(孤岛)供电、快速独立控制有功与无功、潮流反转方便快捷、运行方式变换灵活等诸多优点，在可再生能源和智能电网建设中的作用十分显著。

如图1所示，孤岛电网属于受端电网。受端电网与外界的电气联系除了直流也有可能采用交直流并联。当同时存在直流和交流电气联系的情况下，受端电网的频率与送端电网一致，因此无需调节受端电网的频率，但是可以通过调节直流线路功率，使交流线路功率运行在安全的范围内；当送端电网与受端电网不存在交流电气联系或交流线路停运的情况下，仅由直流线路向受端电网供电，需要调节直流线路功率，以维持受端电网的电能质量。

申请号为201310003320.8的中国专利申请公开了一种向无源网络供电的柔性直流系统控制方法。该方法在柔性直流输电系统的直流输电线路首端设置整流器控制器，对交流系统侧的VSC-整流器进行定直流电压控制，直流输电线路末端设置VSC-逆变器控制器，对VSC-逆变器进行定交流电压控制，VSC-整流器定直流电压控制采用双闭环矢量控制策略，实现有功功率和无功功率的独立控制。该技术方案为实现向无源网络供电提供了基本方法，从而为电网调度功能的实现提供了基础手段。

另外，申请号为201310190675.2的中国专利申请公开了一种含柔性直流输电的交直流并列系统有功潮流优化分配方法。该方法通过获取电网参数，以交直流设备损耗、规避并列环流、电网安全稳定、交直流设备利用率和故障率等因素为目标条件，求解多目标优化函数，得到柔性直流输电系统交直流并列运行下最优的有功功率控制参考值。但是，该方法涉及约束较多，计算过程复杂，适用于较长周期的电网调度，不适用于实时电网调度控制。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题在于提供一种用于孤岛供电的柔性直流功率调控方法。

为实现上述发明目的，本发明采用下述的技术方案：

一种用于孤岛供电的柔性直流功率调控方法，包括以下步骤：

(1)采集柔性直流输电系统的数据；

(2)根据步骤(1)的采集结果，对柔性直流输电系统是否可控可调进行判断，所述可控可调需要同时满足以下条件：(21)柔性直流输电系统处于正常运行状态，且控制权限切换至主站系统；(22)柔性直流输电系统处于功率可调状态，且具备可连续调节的范围；

(3)在柔性直流输电系统处于可控可调的状态下，根据不同的运行模式选择相应的控制方式，包括：(31)在交直流混联的情况下，选择柔性直流输电的计划值控制模式、人工设定值控制模式或者自动调节控制模式；(32)只有直流电气联系或所有交流线路停运的情况下，采用单一直流供电控制模式，此时主站设置为受端电网定频率控制模式；

(4)根据步骤(3)中选择的控制方式计算调节功率；

(5)下发调节指令。

其中较优地，所述步骤(4)中，在直流功率计划值控制模式下，主站实时下发计划值到柔性直流输电系统执行，在该模式下柔性直流输电系统不参与电网功率波动调节，受端电网的负荷波动由交流联络线承担。

其中较优地，柔性直流输电系统的调节功率计算公式如下：

ΔP＝P_s-DC-P_r-DC

其中，P_s-DC为直流线路计划值，P_r-DC为直流线路实时功率。

其中较优地，所述步骤(4)中，在人工设定值控制模式下，电网调度员人工设定直流输电功率目标值，由主站下发功率目标值到柔性直流输电系统执行，在该模式下柔性直流输电系统不参与电网功率波动调节，受端电网的负荷波动由交流联络线承担。

其中较优地，柔性直流输电系统的调节功率计算公式如下：

ΔP＝P_m-DC-P_r-DC

其中，P_m-DC为直流线路人工设定值，P_r-DC为直流线路实时功率。

其中较优地，所述步骤(4)中，在自动调节控制模式下，主站按照给定的控制模式和控制策略，自动计算和下发功率调节指令到直流换流站控制系统执行，使各项指标保持在正常范围内；在该模式下，受端电网的负荷波动由直流系统承担或直流系统与交流系统共同承担。

其中较优地，当采用交直流混合供电控制方式时，区分以下情况进行处理：

a.交流功率按计划值或设定值控制方式：该方式用于保证受端电网交流联络线路功率按照计划值或设定值执行，交流线路的运行功率偏差可以通过调节直流系统功率来平衡，此时柔性直流输电系统的调节功率计算公式如下：

ΔP＝P_s-AC-P_r-AC

其中，P_s-AC为交流线路功率计划值或设定值，P_r-AC为交流线路实时功率；

b.交流功率按不超过限值控制方式：该方式用于保证受端电网交流联络线路功率按照不超过安全稳定限值，当交流联络线路功率接近或超过安全稳定限值时，自动调节直流系统功率，使其保持在限值以内，保证交流供电的安全，此时柔性直流输电系统的调节功率计算公式如下所示：

$\mathrm{\&Delta;P}=\left\{\begin{array}{cc}0& (P_{r-\mathrm{AC}}<P_{1-\mathrm{AC}})\\ P_{1-\mathrm{AC}}-P_{r-\mathrm{AC}}& (P_{r-\mathrm{AC}}\&GreaterEqual;P_{1-\mathrm{AC}})\end{array}\right.$

其中，P_l-AC为交流线路功率限值，P_r-AC为交流线路实时功率。

其中较优地，当采用单一直流供电控制模式时，在受端电网与送端电网只有直流电气联系或所有交流线路停运的情况下，只通过直流线路向受端电网供电，此时主站控制采用定频率的方式计算功率控制需求调节直流输出功率，维持受端电网的频率；计算公式如下：

ΔP＝K*Δf

其中，K为频率特性系数，Df为频率偏差值，DP为功率控制需求。

与现有技术相比较，本发明具有以下有益效果：

1)本发明给出了用于孤岛供电的柔性直流功率远程调度的实现方法，针对不同的情况提出了不同的控制模式，提高了柔性直流输电系统用于孤岛供电的适用性，减轻了调度人员的工作强度。

2)本发明适用于柔性直流输电系统的主站端控制，屏蔽了柔性直流输电系统的底层控制技术细节，使调度人员专注于更高层次的电网调控，更好地满足了电网调度的功能需要。

附图说明

图1是交流直流混联电网的示意图；

图2是柔性直流输电远程控制系统的示意图；

图3是主站柔性直流输电系统的控制逻辑图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的技术内容做进一步的详细说明。

如图2所示，柔性直流主站监控系统通过电力调度数据网从换流站监控系统、变电站监控系统或其它系统实时采集电网和柔性直流输电系统的遥测和遥信数据并进行处理，将处理后的数据送至系统监视与控制模块，该系统监视与控制模块对柔性直流输电系统是否可控进行判别，并根据不同的控制方式计算柔性直流输电系统的调节功率，最终通过电力调度数据网下发至直流换流站执行，这样构成一个闭环控制系统。

针对孤岛电网在不同情况下的远程调度控制需求，本发明提供了一种用于孤岛供电的柔性直流功率调控方法，参见图3，包括以下步骤：

一.数据采集与处理

针对柔性直流输电系统，所采集的数据包括线路功率、功率调节上下限、受控状态、功率升(降)闭锁信号、交流线路功率、电网频率等。若采集的数据出现异常或数据通道存在问题，则及时发出报警并暂停控制。

二.根据步骤(一)的采集结果，对柔性直流输电系统是否可控可调进行判断，主站软件对柔性直流输电系统进行控制需要同时具备以下条件：

1.柔性直流输电系统处于正常运行状态，且控制权限切换至主站系统；

2.柔性直流输电系统处于功率可调状态，且具备可连续调节的范围。

通过主站系统采集的柔性直流输电系统实时数据信号，判别柔性直流输电系统是否处于可控可调状态以及可调的范围。

三.在柔性直流输电系统处于可控可调的状态下，调度人员根据孤岛电网的供电方式和不同的控制目标选择相应的控制模式。其中在交直流混联的情况下，可以选择柔性直流输电的计划值控制模式、人工设定值控制模式和自动调节控制模式；在只有直流电气联系或所有交流线路停运的情况下，只能采用单一直流供电控制模式，此时主站软件必须设置为受端电网定频率控制模式。

四.根据步骤(三)中选择的控制方式计算柔性直流输电系统的调节功率，具体内容如下：

1.直流功率计划值控制模式：主站软件实时下发计划值到柔性直流输电系统执行，在该模式下柔性直流输电系统不参与电网功率波动调节，受端电网的负荷波动由交流联络线承担。此时柔性直流输电系统的调节功率计算公式如下：

ΔP＝P_s-DC-P_r-DC

其中，P_s-DC为直流线路计划值，P_r-DC为直流线路实时功率。

2.直流功率人工设定值控制模式：电网调度员人工设定直流输电功率目标值，由主站软件下发功率目标值到柔性直流输电系统执行，在该模式下柔性直流输电系统不参与电网功率波动调节，受端电网的负荷波动由交流联络线承担。此时柔性直流输电系统的调节功率计算公式如下：

ΔP＝P_m-DC-P_r-DC

其中，P_m-DC为直流线路人工设定值，P_r-DC为直流线路实时功率。

3.直流功率自动调节控制模式：没有人工干预，主站软件按照给定的控制模式和控制策略，自动计算和下发功率调节指令到直流换流站控制系统执行，使各项指标保持在正常范围内。该模式下，受端电网的负荷波动由直流系统承担或直流系统与交流系统共同承担。采用自动调节模式的柔性直流输电系统控制方式包括交直流混合供电控制方式和单一直流供电控制模式，如下文所述。

1)交直流混合供电控制方式，包括：(1)交流功率按计划值或设定值控制方式；(2)交流功率按不超过限值控制方式。其中，

(1)交流功率按计划值或设定值控制方式：该方式用于保证受端电网交流联络线路功率按照计划值或设定值执行，交流线路的运行功率偏差可以通过调节直流系统功率来平衡。此时柔性直流输电系统的调节功率计算公式如下：

ΔP＝P_s-AC-P_r-AC

其中，P_s-AC为交流线路功率计划值或设定值，P_r-AC为交流线路实时功率。

(2)交流功率按不超过限值控制方式：该方式用于保证受端电网交流联络线路功率按照不超过安全稳定限值，当交流联络线路功率接近或超过安全稳定限值时，自动调节直流系统功率，使其保持在限值以内，保证交流供电的安全。此时柔性直流输电系统的调节功率计算公式如下所示：

$\mathrm{\&Delta;P}=\left\{\begin{array}{cc}0& (P_{r-\mathrm{AC}}<P_{1-\mathrm{AC}})\\ P_{1-\mathrm{AC}}-P_{r-\mathrm{AC}}& (P_{r-\mathrm{AC}}\&GreaterEqual;P_{1-\mathrm{AC}})\end{array}\right.$

其中，P_l-AC为交流线路功率限值，P_r-AC为交流线路实时功率。

2)单一直流供电控制模式：在受端电网与送端电网只有直流电气联系或所有交流线路停运的情况下，只能通过直流线路向受端电网供电，此时主站控制采用定频率的方式，即根据受端电网的频率特性系数K和频率偏差值Df计算得出受端电网的功率控制需求DP，根据此功率控制需求调节直流输电功率，从而维持受端电网的频率。柔性直流输电系统调节功率计算公式如下：

ΔP＝K*Δf

五.控制指令下发。电力调度数据网络将调节功率指令按给定的周期下发到柔性直流输电系统的直流换流站执行。

六.控制性能评价。根据实时采集的柔性直流输电系统数据，采用常规的方法对柔性直流输电系统的控制性能进行统计分析和评价，内容包括柔性直流输电系统的响应时间、调节精度、调节速率和孤岛电网的电能质量等。

利用本发明所提供的柔性直流功率调控方法，可以满足电网调度主站实时控制的需要，实现了电网调度主站对柔性直流输电系统功率的远程调控，保证孤岛供电的可靠性，同时减轻电网调度人员的工作强度。

以上对本发明所提供的用于孤岛供电的柔性直流功率调控方法进行了详细的说明。对本领域的一般技术人员而言，在不背离本发明实质精神的前提下对它所做的任何显而易见的改动，都将构成对本发明专利权的侵犯，将承担相应的法律责任。

Claims (9)

1.一种用于孤岛供电的柔性直流功率调控方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)采集柔性直流输电系统的数据；

(2)根据步骤(1)的采集结果，对所述柔性直流输电系统是否可控可调进行判断，所述可控可调需要同时满足以下条件：(21)所述柔性直流输电系统处于正常运行状态，且控制权限切换至主站系统；(22)所述柔性直流输电系统处于功率可调状态，且具备可连续调节的范围；

(3)在所述柔性直流输电系统处于可控可调的状态下，根据不同的运行模式选择相应的控制方式，包括：(31)在交直流混联的情况下，选择柔性直流输电的计划值控制模式、人工设定值控制模式或者自动调节控制模式；(32)只有直流电气联系或所有交流线路停运的情况下，采用单一直流供电控制模式，此时主站设置为受端电网定频率控制模式；

(4)根据步骤(3)中选择的控制方式计算调节功率；

(5)下发调节指令。

2.如权利要求1所述的柔性直流功率调控方法，其特征在于，

所述步骤(4)中，在直流功率计划值控制模式下，主站实时下发计划值到柔性直流输电系统执行，在该模式下柔性直流输电系统不参与电网功率波动调节，受端电网的负荷波动由交流联络线承担。

3.如权利要求2所述的柔性直流功率调控方法，其特征在于，

柔性直流输电系统的调节功率计算公式如下：

ΔP＝P_s-DC-P_r-DC

其中，P_s-DC为直流线路计划值，P_r-DC为直流线路实时功率。

4.如权利要求1所述的柔性直流功率调控方法，其特征在于，

所述步骤(4)中，在人工设定值控制模式下，电网调度员人工设定直流输电功率目标值，由主站下发功率目标值到柔性直流输电系统执行，在该模式下柔性直流输电系统不参与电网功率波动调节，受端电网的负荷波动由交流联络线承担。

5.如权利要求4所述的柔性直流功率调控方法，其特征在于，

柔性直流输电系统的调节功率计算公式如下：

ΔP＝P_m-DC-P_r-DC

其中，P_m-DC为直流线路人工设定值，P_r-DC为直流线路实时功率。

6.如权利要求1所述的柔性直流功率调控方法，其特征在于，

所述步骤(4)中，在自动调节控制模式下，主站按照给定的控制模式和控制策略，计算和下发功率调节指令到直流换流站控制系统执行，使各项指标保持在正常范围内；在该模式下，受端电网的负荷波动由直流系统承担或直流系统与交流系统共同承担。

7.如权利要求6所述的柔性直流功率调控方法，其特征在于，

当采用交直流混合供电控制方式，并且交流功率按计划值或设定值控制方式时：交流线路的运行功率偏差通过调节直流输电系统功率来平衡；此时，所述柔性直流输电系统的调节功率计算公式如下：

ΔP＝P_s-AC-P_r-AC

其中，P_s-AC为交流线路功率计划值或设定值，P_r-AC为交流线路实时功率。

8.如权利要求6所述的柔性直流功率调控方法，其特征在于，

当采用交直流混合供电控制方式，并且交流功率按不超过限值控制方式时：如果交流联络线路功率接近或超过安全稳定限值时，自动调节直流系统功率；此时，所述柔性直流输电系统的调节功率计算公式如下所示：

其中，P_l-AC为交流线路功率限值，P_r-AC为交流线路实时功率。

9.如权利要求6所述的柔性直流功率调控方法，其特征在于，

当采用单一直流供电控制模式时，在受端电网与送端电网只有直流电气联系或所有交流线路停运的情况下，只通过直流线路向受端电网供电，此时主站控制采用定频率的计算方式计算功率控制需求调节直流输出功率，维持受端电网的频率；所述计算公式如下：

ΔP＝K*Δf

其中，K为频率特性系数，Df为频率偏差值，DP为功率控制需求。