CN105515034B - 一种两端双极mmc—hvdc系统的功率控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种两端双极MMC—HVDC系统的功率控制方法，属于直流输电技术领域。本发明首先根据有功功率增量、双极有功功率参考值、有功功率调节量和有功功率转移值计算双极有功功率分配量，根据指令选择对应控制方式下双极无功功率分配量的计算方式计算双极无功功率分配量；然后根据得到双极有功功率分配量和双极无功功率分配量进行外环功率控制；最后将外环功率控制的结果进行过电流限制和内环电流控制，并根据控制结果计算调制波，从实现对MMC的控制。本发明提出的两端双极MMC‑HVDC系统功率控制方法有效地解决了有功功率和无功功率在双极间的分配、站极交流电压控制和极电流平衡等问题，对于双极MMC‑HVDC控制系统的设计有着重要的指导意义。
Description
技术领域
本发明涉及一种两端双极MMC—HVDC系统的功率控制方法，属于直流输电技术领域。
背景技术
和伪双极MMC-HVDC系统相比，双极MMC-HVDC系统的一个显著区别是使用双极拓扑结构。图1所示为双端双极MMC-HVDC系统的拓扑结构简图。每端包含两个极，双极结构对称。每个极为典型的模块化多电平换流器(MMC)结构，双极串联的端点使用金属回线与对站连接，构成闭合回路。其中，金属回线与大地相连，形成地电位参考点。
双极MMC-HVDC系统的运行方式更加灵活。每个极可以独立运行，也可以同时运行。双极运行方式下，有两种接线方式可以选择：金属回线和大地回线。在大地回线运行方式下需要使中线电流尽可能最小。
拓扑结构和运行方式的变化，对控制系统提出了新的要求。有功功率和无功功率的控制策略有所不同。和伪双极MMC-HVDC系统相比，双极MMC-HVDC系统需要加入双极控制层。有功功率和无功功率的控制与伪双极系统不同，需要考虑有功功率和无功功率在双极间的分配，站级交流电压控制、极电流平衡控制等相关问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种两端双极MMC—HVDC系统的功率控制方法，以解决有功功率和无功功率在双极间的分配、站极交流电压控制和极电流平衡等问题。
本发明为解决上述技术问题提供了一种两端双极MMC—HVDC系统的功率控制方法，该控制方法的步骤如下：
1)根据有功功率增量、双极有功功率参考值、有功功率调节量和有功功率转移值，计算双极有功功率分配量；
2)根据指令选择对应控制方式下双极无功功率分配量的计算方式，计算双极无功功率分配量；
3)根据得到的双极有功功率分配量和双极无功功率分配量进行功率控制。
所述步骤1)中双极有功功率分配量的计算过程如下：
a.采用频率控制计算有功功率的增量ΔP_F；
b.将设定的双极有功功率参考值BP_Pref与增量ΔP_F进行求和；
c.将BP_Pref与增量ΔP_F和的一半加上来自另一极的有功功率转移值；
d.将步骤c中的结果减去由极电流平衡控制方式得到有功功率调节量的一半ΔP_EL，所得结果即为双极有功功率分配量。
所述步骤2)中的控制方式包括电压控制方式和功率控制方式。
所述电压控制方式下双极无功功率分配量的计算过程为：将交流电压参考值Uac_ref与实测值Uac的差值进行PI调节器；然后按照过负荷限制限幅；将限幅后的结果平均分配到两极，分配的结果即为所求的双极无功功率分配量。
所述功率控制方式下双极无功功率分配量的计算过程如下：
A.采用交流电压异常控制方式计算无功功率的增量ΔQ_Uac；
B.将设定的双极无功功率参考值BP_Qref与ΔQ_Uac进行求和；
C.将BP_Qref与ΔQ_Uac和的一半加上来自另一极的无功功率转移值即为该极的无功功率分配量。
所述步骤c中的有功功率转移值是根据两级的运行状态确定，当一极处于单极功率控制模式时，该极的有功功率转移值为双极平均分配的有功功率减去该极的实际有功功率；当一极处于双极功率控制模式时，该极的有功功率转移值为双极平均分配的有功功率减去受限制后的值。
所述步骤C中的无功功率转移值根据两级的运行状态确定，当一极处于单极功率控制模式，该极的有功功率转移值为双极平均分配的无功功率减去该极的实际无功功率；当一极处于双极功率控制模式，该极的有功功率转移值为双极平均分配的无功功率减去受限制后的值。
所述步骤A中增量ΔQ_Uac是将交流电压上下限限制值与交流电压测量值的差值进行PI调节得到。
所述步骤a中的有功功率的增量ΔP_F是将实测频率值与频率参考值的差值进行PI调节得到。
所述步骤d中有功功率调节量是将双极中性线中的电流I_EL实测值经过一个死区模块处理后再经PI调节得到。
本发明的有益效果是:本发明首先根据有功功率增量、双极有功功率参考值、有功功率调节量和有功功率转移值计算双极有功功率分配量，根据指令选择对应控制方式下双极无功功率分配量的计算方式计算双极无功功率分配量；然后根据得到双极有功功率分配量和双极无功功率分配量进行外环功率控制；最后将外环功率控制的结果进行过电流限制和内环电流控制，并根据控制结果计算调制波，从实现对MMC的控制。本发明提出的两端双极MMC-HVDC系统功率控制方法有效地解决了有功功率和无功功率在双极间的分配、站极交流电压控制和极电流平衡等问题，对于双极MMC-HVDC控制系统的设计有着重要的指导意义。
附图说明
图1是双端双极MMC-HVDC系统的拓扑结构图；
图2是单站控制系统的总体控制框图；
图3是双极有功功率的分配原理图；
图4是双极无功功率的分配原理图；
图5是交流电压的控制框图；
图6是交流电压异常控制原理图；
图7是频率控制原理图；
图8是极电流平衡控制原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的说明。
本发明所针对的两端双极MMC-HVDC系统如图1所示，每端包括两个极，双极结构对称，每个极采用典型的模块化多电平换流器结构，双极串联的端点使用金属回线与对站连接，构成闭合回路，其中金属回线与大地相连，形成地电位参考点。该系统的控制过程如图2所示，采用双极控制策略，根据双极有功功率分配、双极无功功率分配、交流电压控制、交流电压异常控制、频率控制和极电流平衡控制模块得到双极的有功功率分配和无功功率分配量，并根据该分配量进行外环功率控制、过电流限制和内环电流控制。
1.计算双极有功功率的分配量
如果两个极均采用双极功率控制，双极功率分配功能将使两个极的有功功率指令尽可能相同，以使接地极电流最小。两个极的运行电压相等时，每个极输送功率相等，只有在双极-大地返回方式以及由于设备限制或其他原因无法获得极线的平衡电流时才允许较高的接地极电流。如果由于某极设备退出运行等原因使得该极的输电能力下降，导致实际的直流双极传输功率减少，双极功率控制应当增大另一极的有功功率，将直流传输功率恢复到尽可能接近双极功率控制设定的参考值水平，另一极的有功功率的增加受设备负荷能力限制。
如果其中一极选择独立极功率控制，则该极的有功功率单独整定。双极传输的有功功率由双极功率控制下的值维持在指定值，独立运行极不补偿双极功率控制极的功率损失，在此模式下独立运行的极可由独立进行启停、功率重新设计等操作，这种情况下，接地电流通常不平衡，且双极功率控制下的极有功功率值是双极有功率指令与独立控制极的实际输送有功功率的差值。由于补偿能力的损失引起的两个极之间的功率重新分配仅限于双极功率控制极。
本实施例中双极有功功率分配具体实现方式如图3所示，该过程需要频率控制和极电流平衡控制，其中频率控制用于产生一个有功功率增量，其产生过程如图7所示，将实测频率值f与频率参考值fref的差值进行PI调节器，得出一个有功功率增量并将其限幅，然后把这个有功功率增量ΔP_F叠加到双极有功功率之上。极电流平衡控制用于产生有功功率调节量，其产生过程如图8所示，有功功率调节量是将双极中性线中的电流I_EL实测值经过一个死区模块处理后再经PI调节得到。
以极1为例，分配到的有功功率P1_Pref＝BPP_D2+Pts2to1-ΔP_EL，其中，BPP_D2为双极有功功率参考值BP_Pref与来自频率控制的ΔP_F的和的一半。ΔP_EL由极电流平衡控制计算得出。对极1取负号，对极2取正号。Pts2to1是来自极2的有功功率转移值。当极2处于单极功率控制模式(BPC＝0),Pts2to1为双极平均分配的有功功率BPP_D2减去极2的实际有功功率P2_Pac。当极2处于双极功率控制模式(BPC＝1)，Pts2to1为双极平均分配的有功功率BPP_D2减去BPP_D2受限制后的值。
2.根据指令选择对应控制方式下双极无功功率分配量的计算方式计算双极无功功率分配量，这里的控制方式包括电压控制方式和功率控制方式。
如果两个极都采用双极功率控制，双极功率分配功能将使两个极的无功功率指令尽可能相同。如果由于某极设备退出运行等原因使得该极的无功补偿能力下降，双极功率控制应当增大另一极的无功功率，自动而快速地把无功功率恢复到尽可能接近双极功率控制设定的无功功率参考值的水平，另一极的无功功率的增加受设备过负荷能力限制。
如果其中一极选择独立极功率控制，则该极的无功功率单独整定。双极补偿的无功功率由双极功率控制下的极维持在指定值。独立运行极不补偿双极无功功率控制极的功率损失。在此模式下独立运行的极可以独立进行起停、无功功率的重新设置等操作。在这种情况下，双极功率控制下的极无功功率值是双极无功功率指令与独立控制极的实际补偿无功功率的差值。由于补偿能力的损失引起的在两个极之间的无功功率重新分配仅限于双极功率控制极。
电压控制方式下双极无功功率分配功能的具体实现方式如图5所示：将交流电压参考值Uac_ref与实测值Uac的差值进行PI调节器；然后按照过负荷限制限幅；将限幅后的结果平均分配到两极，分配到两级P1_Qref和P2_Qref分别为极1和极2分配到的无功功率参考值。
功率控制方式下双极无功功率分配功能具体实现方式如图4所示，该过程首先需要通过交流电压异常控制产生无功功率的增量ΔQ_Uac，无功功率的增量ΔQ_Uac的产生过程如图6所示，ΔQ_Uac是通过将交流电压上下限限制值与交流电压测量值的差值进行PI调节得到。以极1为例，分配到的无功功率P1_Qref＝BPQ_D2+Qts2to1。其中，BPQ_D2为双极无功功率参考值BP_Qref与来自交流电压控制的ΔQ_Uac的和的一半。Qts2to1是来自极2的无功功率转移值。当极2处于单极功率控制模式(BPC＝0),Qts2to1为双极平均分配的无功功率BPQ_D2减去极2的实际无功功率P2_Qac。当极2处于双极功率控制模式(BPC＝1)，Qts2to1为双极平均分配的无功功率BPQ_D2减去BPQ_D2受限制后的值。
3.根据得到的有功功率分配量和无功功率分配量进行控制。
如图2所示，该过程需要将双极控制得到的有功功率分配量和无功功率分配量进行外环功率控制、过电流限制、内环电流控制和调制波计算过程，将计算得到调制波输入到VBC，通过触发脉冲控制MMC。
Claims (9)
1.一种两端双极MMC—HVDC系统的功率控制方法，其特征在于，该控制方法的步骤如下：
1)根据有功功率增量、双极有功功率参考值、有功功率调节量和有功功率转移值，计算双极有功功率分配量；
2)根据指令选择对应控制方式下双极无功功率分配量的计算方式，计算双极无功功率分配量；
3)根据得到的双极有功功率分配量和双极无功功率分配量进行功率控制；
所述步骤1)中双极有功功率分配量的计算过程如下：
a.采用频率控制计算有功功率的增量ΔP_F；
b.将设定的双极有功功率参考值BP_Pref与增量ΔP_F进行求和；
c.将BP_Pref与增量ΔP_F和的一半加上来自另一极的有功功率转移值；
d.将步骤c中的结果减去由极电流平衡控制方式得到有功功率调节量的一半ΔP_EL，所得结果即为双极有功功率分配量。
2.根据权利要求1所述的两端双极MMC-HVDC系统的功率控制方法，其特征在于，所述步骤2)中的控制方式包括电压控制方式和功率控制方式。
3.根据权利要求2所述的两端双极MMC-HVDC系统的功率控制方法，其特征在于，所述电压控制方式下双极无功功率分配量的计算过程为：将交流电压参考值Uac_ref与实测值Uac的差值进行PI调节器；然后按照过负荷限制限幅；将限幅后的结果平均分配到两极，分配的结果即为所求的双极无功功率分配量。
4.根据权利要求2所述的两端双极MMC-HVDC系统的功率控制方法，其特征在于，所述功率控制方式下双极无功功率分配量的计算过程如下：
A.采用交流电压异常控制方式计算无功功率的增量ΔQ_Uac；
B.将设定的双极无功功率参考值BP_Qref与ΔQ_Uac进行求和；
C.将BP_Qref与ΔQ_Uac和的一半加上来自另一极的无功功率转移值即为该极的无功功率分配量。
5.根据权利要求1所述的两端双极MMC-HVDC系统的功率控制方法，其特征在于，所述步骤c中的有功功率转移值是根据两级的运行状态确定，当一极处于单极功率控制模式时，该极的有功功率转移值为双极平均分配的有功功率减去该极的实际有功功率；当一极处于双极功率控制模式时，该极的有功功率转移值为双极平均分配的有功功率减去受限制后的值。
6.根据权利要求4所述的两端双极MMC-HVDC系统的功率控制方法，其特征在于，所述步骤C中的无功功率转移值根据两级的运行状态确定，当一极处于单极功率控制模式，该极的有功功率转移值为双极平均分配的无功功率减去该极的实际无功功率；当一极处于双极功率控制模式，该极的有功功率转移值为双极平均分配的无功功率减去受限制后的值。
7.根据权利要求4所述的两端双极MMC-HVDC系统的功率控制方法，其特征在于，所述步骤A中增量ΔQ_Uac是将交流电压上下限限制值与交流电压测量值的差值进行PI调节得到。
8.根据权利要求1所述的两端双极MMC-HVDC系统的功率控制方法，其特征在于，所述步骤a中的有功功率的增量ΔP_F是将实测频率值与频率参考值的差值进行PI调节得到。
9.根据权利要求1所述的两端双极MMC-HVDC系统的功率控制方法，其特征在于，所述步骤d中有功功率调节量是将双极中性线中的电流I_EL实测值经过一个死区模块处理后再经PI调节得到。
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