CN105262124A - 多端直流输电系统功率协调控制方法和控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及多端直流输电系统功率协调控制方法和控制系统，系统包括电流指令模块、功率损耗计算模块、直流电流指令校正模块，对于多端直流输电系统中的其中一个整流站或者逆变站，在根据初始电流指令值计算最终电流指令值时，叠加功率损耗：当叠加到整流站对应的初始电流指令值时，功率损耗I_损直接叠加；当叠加到逆变站对应的初始电流指令值时，功率损耗I_损取反后叠加；功率损耗的计算公式为：I_损＝I_整1+I_整2+……+I_整m-I_逆1-I_逆2-……-I_逆n。该控制方法和系统对多端换流站实现功率间的协调控制，实现灵活、快捷的功率协调控制。

Description

多端直流输电系统功率协调控制方法和控制系统

技术领域

本发明涉及多端直流输电系统功率协调控制方法和控制系统，属于多端直流输电系统功率协调控制领域。

背景技术

目前，世界范围内建设的常规晶闸管阀直流输电工程绝大部分为双端点对点直流输电工程，其仅能够实现点对点的直流功率输送。但是，随着直流输电技术的发展，多端直流输电(Multi-terminalHVDC，即MTDC)技术得到了逐步发展，多端直流输电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，所以其能够提供一种更为灵活、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。其中，并联型多端直流输电系统属于较为常见的输电系统，如图1所示，其为一种并联型的三端直流输电系统，三个换流站的直流电压相同，通过控制各站的直流电流来达到分配功率的目的，三端既可以整流方式运行，也可以逆变的方式运行，但任何时刻必须同时具有逆变运行和整流运行的换流站。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。

但是，多端直流因受其控制系统复杂、高压大容量直流断路器研制困难等因素制约，发展极为缓慢。目前世界上真正意义上的多端直流输电系统只有两个：意大利-科西嘉-撒丁岛三端直流输电系统和魁北克-新英格兰的五端直流输电系统(魁北克-新英格兰的五端实际上仍以三端方式运行)。不管是常规双端直流还是多端直流，系统正常运行务必保证各端间的协调，但是，目前并没有一种有效的针对多端直流输电系统的功率协调方法。各个换流站间的功率不协调轻则导致直流系统整体功率不可控、小容量换流站功率过载等，重则直流系统电压崩溃。

发明内容

本发明的目的是提供一种多端直流输电系统功率协调控制方法，用以解决多端直流输电系统中的各个换流站见功率不协调对输电系统的正常运行造成很大影响的问题。本发明同时提供一种多端直流输电系统功率协调控制系统。

为实现上述目的，本发明的方案包括一种多端直流输电系统功率协调控制方法，对于多端直流输电系统中的其中一个整流站或者逆变站，在根据初始电流指令值计算最终电流指令值时，叠加功率损耗：当叠加到整流站对应的初始电流指令值时，功率损耗I_损直接叠加；当叠加到逆变站对应的初始电流指令值时，功率损耗I_损取反后叠加；

所述功率损耗的计算公式为：I_损＝I_整1+I_整2+……+I_整m-I_逆1-I_逆2-……-I_逆n，其中，I_整1、I_整2、……、I_整m分别为m个整流站的初始电流指令值，I_逆1、I_{逆 2}、……、I_逆n分别为n个逆变站的初始电流指令值。

将一个预先设定的电流裕度值叠加到其中一个整流站或者逆变站对应的初始电流指令值上。

将所有的换流站的最终电流指令值做和，然后与所述预先设定的电流裕度值做差后输出一个反馈值，该反馈值叠加到所有的逆变站对应的初始电流指令值上，同时，该反馈值取反后叠加到所有的整流站对应的初始电流指令值上。

对所有换流器的最终电流指令值进行电流指令限制，使各个最终电流指令值均运行在设定的范围内。

所述初始电流指令值是由对应换流站的功率值与对应的直流电压值做除法得到的。

一种多端直流输电系统功率协调控制系统，多端直流输电系统中的换流站中包括m个整流站和n个逆变站，其中，m大于或者等于1，n大于或者等于1，所述系统包括电流指令模块、功率损耗计算模块、直流电流指令校正模块，电流指令模块中有各换流站的电流指令值，直流电流指令校正模块中有与各个换流器对应的加法器，电流指令模块中的各个换流站的初始电流指令值通过对应的加法器输出各换流站的最终电流指令值，根据所述最终电流指令值实现多端直流输电系统的功率协调控制；

所述功率损耗计算模块计算功率损耗具体为：m个整流站的电流指令值分别为I_整1、I_整2、……、I_整m，n个逆变站的电流指令值分别为I_逆1、I_逆2、……、I_逆n，功率损耗I_损为：I_损＝I_整1+I_整2+……+I_整m-I_逆1-I_逆2-……-I_逆n；

功率损耗计算模块输出的功率损耗I_损加载到直流电流指令校正模块中的其中一个加法器上：当加载到m个整流站中的其中一个整流站对应的加法器上时，功率损耗I_损输出连接到该加法器的一个输入端；当加载到n个逆变站中的其中一个逆变站对应的加法器上时，功率损耗I_损取反后输出连接到该加法器的一个输入端。

所述控制系统还包括电流裕度设置模块，该电流裕度设置模块输出一个预先设定的电流裕度值，该设定的电流裕度值叠加到其中一个换流站的初始电流指令值上。

所述控制系统还包括电流指令反馈模块，在所述电流指令反馈模块中进行以下计算：所述各换流站的最终电流指令值做和，然后与所述预先设定的电流裕度值做差后输出一个反馈值，该反馈值输入到所述直流电流指令校正模块中的逆变站对应的每个加法器中，同时，该反馈值取反后输入到所述直流电流指令校正模块中的整流站对应的每个加法器中。

所述控制系统还包括电流指令限制模块，所述电流指令模块中的各个换流站的初始电流指令值通过对应的加法器输出到电流指令限制模块中，电流指令限制模块对应输出所述最终电流指令值；所述电流指令限制模块对各个换流站的电流指令进行限制，使各个电流指令值运行在设定的范围内。

所述电流指令模块包括与各个换流站一一对应的除法器，所述除法器对应输出所述各换流站的初始电流指令值，每个除法器的两个输入端分别输入对应换流站的功率值和对应换流站的直流电压值。

本发明提供的功率协调控制方法，计算整个输电系统的功率损耗，然后将该功率损耗相应加载到其中一个整流站或者逆变站，通过这种协调方式可以满足多端直流输电系统中各个换流站间的功率协调，保证输电系统正常及故障暂态下运行的需要，确保直流电压控制站的电流裕度不丢失。即使在站间通信失败的运行工况下，也不会导致直流系统电压崩溃，保证了输电系统的稳定运行。另外，当其中有若干个换流站因故障而闭锁后，该控制系统仍旧可以对剩余正常工作的换流站实现功率间的协调控制，实现灵活、快捷的功率协调控制。

附图说明

图1是目前三端直流输电系统的结构示意图；

图2是多端直流输电系统功率协调控制系统的结构原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

本发明提供的多端直流输电系统功率协调控制系统中的组成部分均为软件功能模块，每个功能模块是通过对应的软件程序来实现其功能的，所以，该控制系统本质上是一种控制方法，其相当于是设置在多端直流输电系统的主控系统中的一个功能包，通过运行内部设定的程序来完成功率协调控制。

该直流输电系统功率协调控制系统适用于多端直流输电系统，同时也适用于两端直流输电系统(由一个整流站和一个逆变站组成)。其中，多端直流输电系统中的换流站使用参量表示的话，包括m个整流站和n个逆变站，其中，m大于或者等于1、且n大于1，或者m大于1、且n大于或者等于1。

本实施例以具有代表性的三端并联型直流输电系统为例，如图1所示，该三端并联型直流输电系统包括三个换流站，其中，A站和B站为整流站，C站为逆变站。

并且，下面对该控制系统进行描述。

利用如图2所示的功率协调控制系统对如图1所示的输电系统进行功率协调控制，该功率协调控制系统包括电流指令模块、功率损耗计算模块、电流裕度设置模块、直流电流指令校正模块、电流指令限制模块和电流指令反馈模块。该控制系统中的各个模块为软件模块，其为对应的软件程序，通过执行对应的软件程序来实现各自的功能。

电流指令模块包括与三个换流站一一对应的除法器，每个除法器的两个输入端分别输入对应换流站的功率和直流电压，通过除法器的运算处理，对应输出三个换流站的初始电流指令值。

如图2所示，电流裕度设置模块包括三个加法器，这三个加法器与每个电流指令值一一对应，每个电流指令值输出到对应加法器的一个输入端。电流裕度设置模块输出一个预先设定的电流裕度值ΔI_d0，该设定的电流裕度值ΔI_d0输出到电流裕度设置模块中三个加法器中的其中一个加法器的另一个输入端。也可以这样说，电流裕度值ΔI_d0通过一个“选择开关”同时连接到电流裕度设置模块中三个加法器的另一个输入端，通过“选择开关”每次只选择一个端点的特点，实现每次只连接到一个加法器的输入端的目的。

功率损耗计算模块计算功率损耗，这里的功率损耗实际上是电流的损耗。具体为：功率损耗I_损为：I_损＝I_整A+I_整B-I_逆C；其中，I_整A和I_整B分别是A和B整流站的电流指令值，I_逆C为C逆变站的电流指令值。也就是说，功率损耗I_损为所有的整流站的初始电流指令值之和，然后减去所有的逆变站的初始电流指令值。

直流电流指令校正模块中也有与三个换流器对应的加法器，电流裕度设置模块中的各个加法器的输出信号分别输入到直流电流指令校正模块中对应的加法器的一个输入端；功率损耗计算模块输出的功率损耗I_损加载到直流电流指令校正模块中的其中一个加法器的另一个输入端，其中，当加载到A或者B整流站中的其中一个整流站对应的加法器上时，功率损耗I_损直接输出到该加法器上；当加载到C逆变站对应的加法器上时，功率损耗I_损取反后输出到该加法器上。也就是说，当功率损耗计算模块输出的功率损耗I_损加载到整流站中的其中一个整流站对应的加法器上时，功率损耗I_损不做任何处理，直接输出到该加法器的一个输入端；当加载到逆变站中的其中一个逆变站对应的加法器上时，功率损耗I_损取反后输出到该加法器的一个输入端。

直流电流指令校正模块中的三个加法器的输出到电流指令限制模块中，电流指令限制模块输出最终电流指令值Id_oA、Id_oB和Id_oC；电流指令限制模块对直流电流指令校正模块的各个输出信号进行限制，使三个电流指令值运行在设定的范围内。

根据最终电流指令值Id_oA、Id_oB和Id_oC实现三端直流输电系统中的三个换流站的功率协调控制。

另外，为了避免因测量或者计算等各方面因素的影响而造成的输出的最终电流指令值出现较大的误差，设置电流指令反馈模块进行反馈控制，以消除误差。电流指令反馈模块进行以下计算：将三个换流站的最终电流指令值Id_oA、Id_oB和Id_oC做和，然后与设定的电流裕度值ΔI_d0做差后输出一个反馈值，该反馈值经过放大器的处理后输出的最终反馈信号输入到直流电流指令校正模块中每个加法器的输入端，其中，该最终反馈信号取反后输入到A和B整流站对应的加法器上，该反馈信号不做任何处理直接输入到C逆变站对应的加法器上。

上述对控制系统进行了描述，其本质上是下述的一种多端直流输电系统功率协调控制方法，具体为：对于多端直流输电系统中的其中一个整流站或者逆变站，在根据初始电流指令值计算最终电流指令值时，叠加功率损耗：当叠加到整流站对应的初始电流指令值时，功率损耗I_损直接叠加；当叠加到逆变站对应的初始电流指令值时，功率损耗I_损取反后叠加。其中，功率损耗的计算公式为：I_损＝I_整1+I_整2+……+I_整m-I_逆1-I_逆2-……-I_逆n，I_整1、I_整2、……、I_整m分别为m个整流站的初始电流指令值，I_逆1、I_逆2、……、I_逆n分别为n个逆变站的初始电流指令值；进一步地，将一个预先设定的电流裕度值叠加到其中一个整流站或者逆变站对应的初始电流指令值上；进一步地，将所有的换流站的最终电流指令值做和，然后与预先设定的电流裕度值做差后输出一个反馈值，该反馈值叠加到所有的逆变站对应的初始电流指令值上，同时，该反馈值取反后叠加到所有的整流站对应的初始电流指令值上；进一步地，对所有换流器的最终电流指令值进行电流指令限制，使各个最终电流指令值均运行在设定的范围内；进一步地，每个换流站的初始电流指令值是由对应换流站的功率值与对应的直流电压值做除法得到的。

上述实施例中，设置电流指令限制模块是对电流指令值进行限制，使三个电流指令值运行在设定的范围内，但是，这是一种优化的实施方式，作为其他的实施例，如果对电流指令值的运行范围没有严格要求的话，电流指令限制模块还可以不设置。同理，电流裕度设置模块也是优化的实施方式，作为其他的实施例，该模块也可以在能够实现整体协调控制的基础上进行省略。

以上给出了具体的实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。本发明的基本思路在于上述基本方案，对本领域普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出各种变形的模型、公式、参数并不需要花费创造性劳动。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种多端直流输电系统功率协调控制方法，其特征在于，对于多端直流输电系统中的其中一个整流站或者逆变站，在根据初始电流指令值计算最终电流指令值时，叠加功率损耗：当叠加到整流站对应的初始电流指令值时，功率损耗I_损直接叠加；当叠加到逆变站对应的初始电流指令值时，功率损耗I_损取反后叠加；

所述功率损耗的计算公式为：I_损＝I_整1+I_整2+……+I_整m-I_逆1-I_逆2-……-I_逆n，其中，I_整1、I_整2、……、I_整m分别为m个整流站的初始电流指令值，I_逆1、I_{逆 2}、……、I_逆n分别为n个逆变站的初始电流指令值。

2.根据权利要求1所述的多端直流输电系统功率协调控制方法，其特征在于，将一个预先设定的电流裕度值叠加到其中一个整流站或者逆变站对应的初始电流指令值上。

3.根据权利要求2所述的多端直流输电系统功率协调控制方法，其特征在于，将所有的换流站的最终电流指令值做和，然后与所述预先设定的电流裕度值做差后输出一个反馈值，该反馈值叠加到所有的逆变站对应的初始电流指令值上，同时，该反馈值取反后叠加到所有的整流站对应的初始电流指令值上。

4.根据权利要求1所述的多端直流输电系统功率协调控制方法，其特征在于，对所有换流器的最终电流指令值进行电流指令限制，使各个最终电流指令值均运行在设定的范围内。

5.根据权利要求1所述的多端直流输电系统功率协调控制方法，其特征在于，所述初始电流指令值是由对应换流站的功率值与对应的直流电压值做除法得到的。

6.一种多端直流输电系统功率协调控制系统，多端直流输电系统中的换流站中包括m个整流站和n个逆变站，其中，m大于或者等于1，n大于或者等于1，其特征在于，所述系统包括电流指令模块、功率损耗计算模块、直流电流指令校正模块，电流指令模块中有各换流站的电流指令值，直流电流指令校正模块中有与各个换流器对应的加法器，电流指令模块中的各个换流站的初始电流指令值通过对应的加法器输出各换流站的最终电流指令值，根据所述最终电流指令值实现多端直流输电系统的功率协调控制；

所述功率损耗计算模块计算功率损耗具体为：m个整流站的电流指令值分别为I_整1、I_整2、……、I_整m，n个逆变站的电流指令值分别为I_逆1、I_逆2、……、I_逆n，功率损耗I_损为：I_损＝I_整1+I_整2+……+I_整m-I_逆1-I_逆2-……-I_逆n；

功率损耗计算模块输出的功率损耗I_损加载到直流电流指令校正模块中的其中一个加法器上：当加载到m个整流站中的其中一个整流站对应的加法器上时，功率损耗I_损输出连接到该加法器的一个输入端；当加载到n个逆变站中的其中一个逆变站对应的加法器上时，功率损耗I_损取反后输出连接到该加法器的一个输入端。

7.根据权利要求6所述的多端直流输电系统功率协调控制系统，其特征在于，所述控制系统还包括电流裕度设置模块，该电流裕度设置模块输出一个预先设定的电流裕度值，该设定的电流裕度值叠加到其中一个换流站的初始电流指令值上。

8.根据权利要求7所述的多端直流输电系统功率协调控制系统，其特征在于，所述控制系统还包括电流指令反馈模块，在所述电流指令反馈模块中进行以下计算：所述各换流站的最终电流指令值做和，然后与所述预先设定的电流裕度值做差后输出一个反馈值，该反馈值输入到所述直流电流指令校正模块中的逆变站对应的每个加法器中，同时，该反馈值取反后输入到所述直流电流指令校正模块中的整流站对应的每个加法器中。

9.根据权利要求6所述的多端直流输电系统功率协调控制系统，其特征在于，所述控制系统还包括电流指令限制模块，所述电流指令模块中的各个换流站的初始电流指令值通过对应的加法器输出到电流指令限制模块中，电流指令限制模块对应输出所述最终电流指令值；所述电流指令限制模块对各个换流站的电流指令进行限制，使各个电流指令值运行在设定的范围内。

10.根据权利要求6所述的多端直流输电系统功率协调控制系统，其特征在于，所述电流指令模块包括与各个换流站一一对应的除法器，所述除法器对应输出所述各换流站的初始电流指令值，每个除法器的两个输入端分别输入对应换流站的功率值和对应换流站的直流电压值。