CN105576646A - 基于附加有功信号的vsc-mtdc系统平衡控制系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于附加有功信号的VSC-MTDC系统平衡控制系统及其方法，当VSC-MTDC系统发生扰动或故障时，该方法包括：步骤(1)：实时检测定直流电压换流站直流侧输出的直流电压，计算检测到的直流电压与定直流电压换流站直流侧输出的直流电压最大值之间的电压差值；步骤(2)：求取电压差与定直流电压换流站整流方式下的电压下降系数的比值，得到有功功率的附加值；步骤(3)：将获取的有功功率的附加值叠加到定有功功率换流站控制器的有功功率设定值中，当无站间通讯时，通过VSC-MTDC系统中换流站平均承担有功功率的附加值来补偿VSC-MTDC系统的不平衡功率，以维持定直流电压站的有功功率平衡及直流电压稳定。

Description

基于附加有功信号的VSC-MTDC系统平衡控制系统及其方法

技术领域

本发明涉及电力系统输电技术领域，具体涉及一种基于附加有功信号的VSC-MTDC系统平衡控制系统及其方法。

背景技术

随着全控型大容量电力电子器件的问世，柔性直流输电技术在全世界范围内迅速发展，基于电压源型换流器的多端直流输电系统(VSC-MTDC)以其输电容量大、可控性好、具备动态无功补偿及改善电能质量等优点成为构建智能电网的重要组成部分，在大规模新型能源中心(如风力、太阳能发电等)输送功率到远方几个负荷中心、向弱交流系统及负荷密集的大城市甚至无源网络供电、不同区域的电力市场交易、孤立交流系统互联、大城市直流电网多落点受电等领域具有广阔的应用前景。

为维持VSC-MTDC系统的有功功率的平衡和直流电压的稳定，多端柔性直流系统中同一时刻至少应有一个换流站采用直流电压的工作方式(DCVC)，电压下垂或者裕度控制时直流电压由多个换流站共同维持。当定直流电压站交流侧发生故障等大的扰动后，交流电压的跌落使得此站需要更大的电流以输出同样的有功功率以维持系统的平衡，但是由于限流器的作用，定直流电压站可能会进入限流模式，导致直流系统有功功率的不平衡以致直流电压失去控制。此时，若系统中定有功功率(APC)换流站仍按照预先设定的有功功率参考值输出功率，则导致直流网络中的有功缺额得不到有效的支援，直流电压失去控制，最终造成系统退出运行。

近年来，国内外许多学者对VSC-MTDC系统中的直流电压控制问题进行了广泛研究，并提出了多种控制策略。多点直流电压控制策略，在改善直流电压质量、提高换流器利用率上具有明显优势；基于直流电压偏差的多点直流电压控制策略，该控制方式在无需通信的情况下，可以保证在主控站退出运行后系统有功功率平衡和直流电压的稳定；改进的直流电压偏差斜率控制策略，结合了偏差控制和斜率控制的优点，提高了系统动态响应能力；基于直流电压-有功功率特性的多端控制策略，保证了在受到大扰动情况下系统的正常运行；基于改进定有功功率控制特性的协调控制策略，有效解决了主导站过载时系统功率不平衡及直流电压失稳问题。但是上述控制策略中均未考虑到定直流电压控制站因故障退出运行或者失去直流电压控制能力的情况。

发明内容

为解决现有技术存在的不足，本发明公开了基于附加有功信号的VSC-MTDC系统平衡控制系统及其方法，本发明能够在考虑换流站过载及定有功功率换流站可调容量基础上，在定有功功率(APC)控制器参考值上叠加由改进有功功率-直流电压特性曲线计算得到的附加有功功率信号，实现定直流电压站故障期间有功功率的平衡及直流电压的稳定，具有较好的稳定性。

为实现上述目的，本发明的具体方案如下：

一种基于附加有功信号的VSC-MTDC系统平衡控制系统，包括：

直流电压采样模块，其用于实时检测定直流电压换流站直流侧输出的直流电压，并传送至减法器模块；

所述减法器模块用于计算检测到的直流电压与定直流电压换流站直流侧输出的直流电压最大值之间的电压差值，并传送至附加有功信号计算模块；

所述附加有功信号计算模块用于根据电压差与定直流电压换流站整流方式下的电压下降系数的比值，获取有功功率的附加值，并发送至定有功功率换流站控制器，叠加至有功功率设定值，当无站间通讯时，通过VSC-MTDC系统中换流站平均承担有功功率的附加值来补偿VSC-MTDC系统的不平衡功率，以维持定直流电压站的有功功率平衡及直流电压稳定。

所述直流电压采样模块为直流电压传感器。

一种基于附加有功信号的VSC-MTDC系统平衡控制方法，当VSC-MTDC系统发生扰动或故障时，该方法包括：

步骤(1)：实时检测定直流电压换流站直流侧输出的直流电压，计算检测到的直流电压与定直流电压换流站直流侧输出的直流电压最大值之间的电压差值；

步骤(2)：求取电压差与定直流电压换流站整流方式下的电压下降系数的比值，得到有功功率的附加值；

步骤(3)：将获取的有功功率的附加值叠加到定有功功率换流站控制器的有功功率设定值中，当无站间通讯时，通过VSC-MTDC系统中换流站平均承担有功功率的附加值来补偿VSC-MTDC系统的不平衡功率，以维持定直流电压站的有功功率平衡及直流电压稳定。

所述步骤(2)中定直流电压换流站整流方式下的电压下降系数由两部分组成，一部分是VSC-MTDC系统正常运行情况下定直流电压换流站整流方式下的电压下降系数的四分之一，另一附加部分与相应换流站可调功率裕度成反比关系。

当定直流电压站因故障退出运行或者进入限流模式时，向VSC-MTDC系统注入或者吸收的功率减小，导致VSC-MTDC系统有功功率不平衡，直流电压下降或者上升，此时，定有功功率换流站采用增加或者减小向直流网络的有功注入量的方式来维持定直流电压站直流侧输出的直流电压的稳定。

考虑到换流站直流侧电容的耐压水平和线路电压的过电流水平，直流电压基准值取1kV时，定直流电压站换流站直流侧的电压值极限值的标么值大于0.8kV且小于1.2kV。

在所述步骤(1)中，定直流电压换流站直流侧输出的直流电压最大值引入预设裕度值进行修正。

当VSC-MTDC系统出现不平衡功率时，对于第n个换流站，直流电压波动量与有功功率变化量之间关系为：

直流电压波动量等于第n个换流站对应的直流电压下降系数与单个换流站承担的不平衡功率的乘积；其中，n为大于等于1的正整数。

本发明的有益效果为：

(1)本发明提出一种基于附加有功功率信号的VSC-MTDC系统平衡控制方法，通过在APC换流站引入基于可调有功容量裕度的附加有功功率信号，实现定直流电压站故障期间功率分配和直流电压控制，增强MTDC系统在故障期间的稳定运行能力；

(2)本发明提出的控制方法不需要站间通讯和模式切换且易于实现，考虑换流站可调容量裕度条件下可有效防止参与有功功率调节的换流站过载；定有功功率换流站在定直流电压站故障时检测本地直流电压，依据改进有功功率-直流电压特性按照各换流站的可调有功功率裕度分配不平衡功率，计算得到附加有功功率信号并叠加到定功率控制器功率设定值中，有效解决了定直流电压站故障时系统功率不平衡及直流电压失稳问题。

附图说明

图1为VSC-MTDC系统结构示意图；

图2为VSC拓扑结构示意图；

图3为MTDC系统直流网络电路；

图4为改进有功功率-直流电压特性曲线；

图5为有功功率附加信号计算框图；

图6为外环有功功率控制器实现示意图；

图7(a)为本发明在仿真(1)中各换流站直流电压波形示意图；

图7(b)为本发明在仿真(1)中换流站2和3有功功率波形示意图；

图7(c)为本发明在仿真(1)中换流站2和3有功附加信号波形示意图；

图8(a)为本发明在仿真(2)中各换流站直流电压波形示意图；

图8(b)为本发明在仿真(2)中换流站2和3有功功率波形示意图；

图8(c)为本发明在仿真(2)中换流站2和3有功附加信号波形示意图；

图9(a)为本发明在仿真(3)中各换流站直流电压波形示意图；

图9(b)为本发明在仿真(3)中换流站2和3有功功率波形示意图；

图9(c)为本发明在仿真(3)中换流站2和3有功附加信号波形示意图；

图9(d)为本发明在仿真(3)中负荷减小时有功功率波形示意图；

图9(e)为本发明在仿真(3)中负荷减小时直流电压波形示意图；

图10为本发明的基于附加有功信号的VSC-MTDC系统平衡控制方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明：

本发明的基于附加有功信号的VSC-MTDC系统平衡控制系统，包括：

直流电压采样模块，其用于实时检测定直流电压换流站直流侧输出的直流电压，并传送至减法器模块；

所述减法器模块用于计算检测到的直流电压与定直流电压换流站直流侧输出的直流电压最大值之间的电压差值，并传送至附加有功信号计算模块；

所述附加有功信号计算模块用于根据电压差与定直流电压换流站整流方式下的电压下降系数的比值，获取有功功率的附加值，并发送至定有功功率换流站控制器，叠加至有功功率设定值，当无站间通讯时，通过VSC-MTDC系统中换流站平均承担有功功率的附加值来补偿VSC-MTDC系统的不平衡功率，以维持定直流电压站的有功功率平衡及直流电压稳定。

其中，直流电压采样模块为直流电压传感器。

减法器模块以及附加有功信号计算模块均可在DSP控制器中实现。

如图10所示，本发明的基于附加有功信号的VSC-MTDC系统平衡控制方法，当VSC-MTDC系统发生扰动或故障时，该方法包括：

步骤(1)：实时检测定直流电压换流站直流侧输出的直流电压，计算检测到的直流电压与定直流电压换流站直流侧输出的直流电压最大值之间的电压差值；

步骤(2)：求取电压差与定直流电压换流站整流方式下的电压下降系数的比值，得到有功功率的附加值；

步骤(3)：将获取的有功功率的附加值叠加到定有功功率换流站控制器的有功功率设定值中，当无站间通讯时，通过VSC-MTDC系统中换流站平均承担有功功率的附加值来补偿VSC-MTDC系统的不平衡功率，以维持定直流电压站的有功功率平衡及直流电压稳定。

本发明的步骤(2)得到有功功率的附加值ΔP_ref为：

${\mathrm{\ΔP}}_{ref}=\frac{U_{dc}-U_{dcmax}}{K_r}$

其中，K_r表示调整斜率，U_dc表示实时检测定直流电压换流站直流侧输出的直流电压，U_dcmax表示直流电压换流站直流侧输出的最大直流电压。

在正常情况下，直流电压处于[U_dcmin，U_dcmax]内，有功功率附加信号ΔP_ref＝0。此时，若处于定直流电压控制方式的换流站由于故障等原因失去对直流电压的控制时，直流电压迅速上升且超出直流电压最大工作范围的上限值，其中，U_dcmin表示直流电压换流站直流侧输出的最小直流电压。

其中，调整斜率K_r为：

$K_r=\frac{U_{dc}-U_{dcmax}}{{\mathrm{\ΔP}}_{ref}}$

重新定义实际斜率使其在原有斜率基础上增加与可调功率裕度成反比的部分，调整如下：

$\left\{\begin{array}{c}{K}_r=k_{radd}+\frac{K}{4}\\ k_{radd}=\frac{{\mathrm{\αP}}_r}{P_r-\left|P\right|}(U_{dc\lim +}-U_{dc\max })\end{array}\right.$

其中，P_r为换流站额定容量；α为斜率调整系数；P_r-|P|表示换流站可调功率裕度；k_radd为电压下降系数附加部分，P为实际运行时换流站实时输出的功率，K_r为换流站整流方式下的电压下降系数，U_dclim+表示直流电压的工作最大极限值，K表示VSC-MTDC系统正常运行情况下定直流电压换流站整流方式下的电压下降系数。

调整后的直流电压斜率K_r由两部分组成，一部分是原有斜率的四分之一，保证调整后斜率值不至于过小，有利于控制器参数设置及系统的协调控制；另一附加部分与相应换流站可调功率裕度成反比关系。

本发明的基于附加有功信号的VSC-MTDC系统平衡控制原理为：

当直流网络出现不平衡功率ΔP时，对于第n个换流站，由于直流电压持续升高并超出U_dcmax，令ΔP_ref＝P-P_ref，直流电压波动量ΔU_dc与有功功率变化量之间关系为：

ΔU_dc＝K_n(P-P_ref)＝K_nΔP_n

其中：K_n为第n个换流站对应的直流电压下降系数。

系统总的不平衡功率可以表示为：

$\mathrm{\Δ}P=\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{\mathrm{\ΔP}}_i={\mathrm{\ΔU}}_{dc}\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}\frac{1}{K_i}={\mathrm{\ΔP}}_n{K}_n\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}\frac{1}{K_i}$

其中：K_i为第i个换流站的电压下降系数。

单个换流站承担的不平衡功率为：

${\mathrm{\ΔP}}_n=\frac{{\mathrm{\ΔU}}_{dc}}{K_n}=\frac{\mathrm{\Δ}P}{K_n\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}\frac{1}{K_i}}$

当无站间通讯时，本发明通过VSC-MTDC系统中换流站平均承担有功功率的附加值来补偿VSC-MTDC系统的不平衡功率，以维持定直流电压站的有功功率平衡及直流电压稳定。

下面以图1中环形四端VSC-MTDC系统为例：

如图1所示，环形四端VSC-MTDC系统包含四个电压源型换流站，其中，换流站1工作于定直流电压控制方式，连接于交流无穷大系统；换流站2和3工作于定有功功率控制方式，在定直流电压站故障时可以通过附加有功功率信号调节有功参考值，维持直流电压稳定；换流站4工作于定交流电压工作方式，交流侧为无源负载供电。

如图2所示，各换流站VSC结构相同，其中R、L和C分别为各换流站的等效电阻、等效电感和等效电容。在建立数学模型时，忽略交流滤波器和连接变压器的影响，将变压器的漏阻抗和损耗统一用换流电抗来表示，并在分析时假设三相主电路参数对称。

根据基尔霍夫电压定律可得交流侧微分方程在同步旋转dq坐标系下的表达式，采用d轴电网电压矢量定向后，得到简化后的数学模型为：

$\left\{\begin{array}{c}L\frac{{\mathrm{di}}_d}{dt}=u_{sd}-S_d{u}_{dc}-{\mathrm{Ri}}_d+{\mathrm{\ωLi}}_q\\ L\frac{{\mathrm{di}}_q}{dt}=0-S_q{u}_{dc}-{\mathrm{Ri}}_q+{\mathrm{\ωLi}}_d\\ C\frac{{\mathrm{du}}_{dc}}{dt}=\frac{3}{2}(S_d{i}_d+S_{qq}i)-i_L\end{array}\right.$

式中，ω为旋转角速度；S_d、S_q为同步坐标系下的开关函数；u_sd、u_sq为电网电压d、q轴分量；i_d、i_q为电网电流d、q轴分量，i_L为直流线路电流。

引入i_d、i_q的前馈补偿进行解耦，得到两相同步旋转dq坐标系下的电压指令，电压指令经限幅和Park反变换后作为脉宽调制的指令信号，电压指令如下：

$\left\{\begin{array}{c}{u}_q^{*}=-(K_{iP}+\frac{K_{iI}}{s})(i_q^{*}-i_q)-{\mathrm{\ωLi}}_d\\ u_d^{*}=-(K_{iP}+\frac{K_{iI}}{s})(i_d^{*}-i_d)-{\mathrm{\ωLi}}_q+u_{sd}\end{array}\right.$

式中：K_iP、K_iI为电流PI控制器参数。

电网电压定向后换流站吸收的有功和无功功率可以表示为：

$\left\{\begin{array}{c}P=\frac{3}{2}{u}_{sd}{i}_d\\ Q=\frac{3}{2}{u}_{sd}{i}_q\end{array}\right.$

由上式可知，通过控制i_d、i_q可以分别独立的控制换流站吸收的有功和无功功率P、Q。

忽略换流站及连接电抗器损耗，则换流站交流侧与直流侧的功率守恒，可得：

$P=\frac{3}{2}{u}_{sd}{i}_d=P_{dc}=u_{dc}{i}_{dc}$

其中，u_dc、i_dc分别为换流站直流侧电压和电流值。由上式可以看出，通过控制电流i_d可以维持换流站直流电压在一定的范围内。

如图3所示，稳定运行时，忽略直流网络中的谐波分量，为说明直流电压工作范围的计算方法，以下述稳定工作状态为例：换流站1工作于定直流电压模式；换流站2和3工作于整流状态，定有功功率模式；换流站4工作于定交流电压模式，为无源负载供电。取换流站流向直流网络为正方向。

由上述直流网络电路可得，多端系统中各换流站直流电压之间关系为：

$\left\{\begin{array}{c}{I}_{dc1}=\frac{V_{dc1}-V_{dc2}}{R_1}+\frac{V_{dc1}-V_{dc3}}{R_3}\\ I_{dc2}=\frac{V_{dc2}-V_{dc1}}{R_1}+\frac{V_{dc2}-V_{dc4}}{R_2}\\ I_{dc3}=\frac{V_{dc3}-V_{dc1}}{R_3}+\frac{V_{dc3}-V_{dc4}}{R_4}\\ I_{dc4}=\frac{V_{dc4}-V_{dc2}}{R_2}+\frac{V_{dc4}-V_{dc3}}{R_4}\end{array}\right.$

各换流站的功率可以表示为：

P_dci＝u_dcii_dci(i＝1,2,3,4)。

其中，V_dci为换流站i的直流电压，I_dci为换流站i的直流电流，R_i为换流站i的等效电阻，i＝1,2,3,4。

系统稳定运行时，换流站1处于定直流电压方式，未达到限流水平，直流电压参考值保持不变；换流站2和换流站3处于定有功功率方式，有功参考定值保持不变；换流站4交流侧所连负载功率不变。此时V_dc1、P_dc2、P_dc3、P_dc4为已知。

由换流站交直流两侧的功率守恒可得，换流站i传输有功功率的范围可以由i_id来调节，而i_id的范围又是由换流站控制器中的电流限制器来确定的，即i_id∈[i_idmin,i_idmax],由此可得各个换流站的传输功率极限值[P_idmin,P_idmax](i＝1,2,3,4)。

由各换流站传输功率限值可得，各个换流站的直流电压工作范围[U_dcimin,U_dcimax]，进一步结合各换流站功率限值可得直流电压的工作极限值。同时还要考虑到换流站直流侧电容的耐压水平和线路电压的过电流水平，直流电压基准值取1kV时，定直流电压站换流站直流侧的电压值极限值的标么值应满足限制条件为：

为防止由于测量及计算误差引起的控制策略不精确问题，直流电压计算时引入裕度值σ进行修正，电压修正形式如下：

$\left\{\begin{array}{c}{U}_{dci\min }^{re}=U_{dc\min }-\mathrm{\σ}\\ U_{dcimax}^{re}=U_{dc\max }+\mathrm{\σ}\end{array}\right.$

式中：和为修正后直流电压工作范围；U_dcmin和U_dcmax为修正前计算得到的直流电压工作范围。

修正后的直流电压即在原有计算值基础上，电压上限值增加裕度值σ，电压下限值减去裕度值σ，从而使修正后得到的直流电压工作范围增大2σ，保证控制策略的精确性，确保实际运行时的直流电压不会因误差等原因超出计算范围。

如图4所示，当定直流电压站因故障退出运行或者进入限流模式时，向直流网络注入(或者吸收)的功率减小，导致VSC-MTDC系统的直流部分的直流网络有功功率不平衡，直流电压下降(或者上升)，此时，处于定有功功率控制方式的换流站需要增加或者减小向直流网络的有功注入量。

因此，可以基于直流电压的变化情况，调整故障期间定有功功率控制器的参考值，以保持故障期间直流网络的有功平衡。图中，右侧为处于整流状态时的情况，左侧为处于逆变状态下的特性曲线，[U_dcmin、U_dcmax]为直流电压最大工作范围，[U_dclim-、U_dclim+]为直流电压的极限工作范围，K_r和K_i分别为整流和逆变时的可调曲线斜率。

如图5所示，图中，P_direction为定功率换流站的工作状态标志，P_ref大于零时为整流状态，其值为1；反之逆变状态时为0。附加有功功率信号的计算不需要换流站之间的通讯，通过对本地换流站实时监测的变量U_dc及常量P_r、U_dcmin、U_dcmax、U_dclim计算得到有功功率的附加值，叠加到有功功率的给定值上，以实时的根据系统运行状况调整有功功率的输出，维持直流网络系统有功功率平衡及电压稳定。

如图6所示，ΔP_ref为计算得到的附加有功功率信号，i_dref、i_dmax、i_dmin分别为换流器交流侧输出电流有功分量参考值、最大值和最小值，U_dclim为直流电压的极限工作范围，P_r为换流站额定容量。附加有功信号的控制策略不需要换流站间的通讯，减小了计算量、建设成本及对快速通信的要求；相比于模式切换控制策略复杂的控制结构及切换信号的逻辑判断，不需要模式切换的特点简化了控制器的设计。

如图7(a)、(b)所示，仿真1：换流站2和换流站3处于整流工作状态，有功功率给定定值分别为12kW和8kW，换流站4接入负载为10kW，1秒时定直流电压站1交流侧发生三相接地短路情况，持续时间为0.15秒。故障前，系统处于稳定运行状态，有功功率平衡，定直流电压站始终维持直流电压在给定值1kV，由于直流网络存在线路损耗，换流站2、换流站3、换流站4的直流电压值在1kV左右的正常范围内；在1秒发生故障初期，定直流电压站短路接地后交流母线电压下降，导致定直流电压站从直流网络中汲取的有功功率减小，引起系统有功过剩、直流电压上升，当换流站2和3的直流电压分别在1.061秒和1.077秒达到各自直流电压工作上限值1.055kV时，附加有功信号开始作用，叠加于有功功率控制器使换流站注入直流网络功率减小。

如图7(c)所示，与换流站2相比，换流站3由于其可调有功容量较大，因此分担的功率不平衡量较多。直流电压在故障期间的最大值为1.072kV,未超出电压极限值；1.15秒故障切除后，定直流电压站开始从直流网络中吸收功率，1.15秒至1.25秒为系统恢复阶段，作用于换流站2和3的附加有功信号上升为零，系统有功功率和直流电压恢复正常。

如图8(a)、(b)所示，仿真2：换流站2和换流站3分别工作于整流和逆变状态，有功功率给定值分别为12kW和-5kW，其他系统设置同仿真1。故障前，系统有功功率平衡，主控站维持直流电压稳定。当1秒发生故障时，定直流电压站交流母线电压下降导致注入到直流网络中的有功功率减小，直流网络有功不足引起直流电压下降，当1.063秒换流站3的直流电压下降到工作范围的下限值0.937kV，附加有功信号开始发挥作用，换流站3从直流网络中吸收的有功减小；但换流站2的直流电压下降到的最小值为0.953kV，未达到电压下限值，因此，换流站2的附加有功信号为0，此时，直流网络有功增加，故障期间直流电压跌落到的最小值为0.911kV，未超出电压极限范围，安全度过故障过程。

如图8(c)所示，1.15秒时刻故障清除后，附加有功信号迅速降为零，同时定直流电压站经过0.1秒的恢复过程开始向直流网络注入功率并恢复直流电压控制能力，各换流站功率和直流电压恢复故障前正常状态。

如图9(a)、(b)所示，仿真3：换流站2和换流站3工作于整流工作状态，有功定值分别为12kW和10kW，为验证本发明提出的控制策略是否满足N-1法则及N-1故障后直流电压的稳定性，定直流电压站1由于严重故障在1秒时断开与交流电网的电气联系并且闭锁触发脉冲，1.5秒时换流站4所连负荷由15kW减小为10kW,系统其他参数设置同仿真1。故障前系统的运行状态与前述分析相同。0.1秒发生严重故障导致主控站1闭锁触发脉冲并且断开与交流系统的电气联系，定直流电压站从直流网络中汲取的有功功率迅速降为零，直流网络中有功功率过剩，直流电压迅速上升，上升到换流站工作电压上限时，换流站2和换流站3分别在1.071秒和1.082秒引入附加有功信号，减少有功功率注入量。

如图9(c)所示，可调有功裕度较大的换流站3分担较多的有功不平衡量，使输出有功功率下降以维持系统功率平衡。同时，附加有功不平衡度和直流电压上升速度减缓，最终稳定在1.085kV附近，未超出系统的极限运行电压。由此可见，附加有功信号控制策略可以在定直流电压站停运情况下，维持系统有功平衡，保证直流电压在极限范围以内和非故障设备的持续运行。

如图9(d)、(e)所示，在N-1故障后，当系统中再次出现有功功率不平衡扰动时，直流电压仍可以被实时调节有功功率输出的APC换流站控制在安全运行范围内。仿真结果表明，当失去直流电压控制站时，附加有功信号策略可以在一定范围内维持直流电压的稳定。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (8)

1.一种基于附加有功信号的VSC-MTDC系统平衡控制系统，其特征在于，包括：

直流电压采样模块，其用于实时检测定直流电压换流站直流侧输出的直流电压，并传送至减法器模块；

所述减法器模块用于计算检测到的直流电压与定直流电压换流站直流侧输出的直流电压最大值之间的电压差值，并传送至附加有功信号计算模块；

所述附加有功信号计算模块用于根据电压差与定直流电压换流站整流方式下的电压下降系数的比值，获取有功功率的附加值，并发送至定有功功率换流站控制器，叠加至有功功率设定值，当无站间通讯时，通过VSC-MTDC系统中换流站平均承担有功功率的附加值来补偿VSC-MTDC系统的不平衡功率，以维持定直流电压站的有功功率平衡及直流电压稳定。

2.如权利要求1所述的一种基于附加有功信号的VSC-MTDC系统平衡控制系统，其特征在于，所述直流电压采样模块为直流电压传感器。

3.一种基于如权利要求1-2任一所述的附加有功信号的VSC-MTDC系统平衡控制系统的控制方法，其特征在于，当VSC-MTDC系统发生扰动或故障时，该方法包括：

步骤(1)：实时检测定直流电压换流站直流侧输出的直流电压，计算检测到的直流电压与定直流电压换流站直流侧输出的直流电压最大值之间的电压差值；

步骤(2)：求取电压差与定直流电压换流站整流方式下的电压下降系数的比值，得到有功功率的附加值；

步骤(3)：将获取的有功功率的附加值叠加到定有功功率换流站控制器的有功功率设定值中，当无站间通讯时，通过VSC-MTDC系统中换流站平均承担有功功率的附加值来补偿VSC-MTDC系统的不平衡功率，以维持定直流电压站的有功功率平衡及直流电压稳定。

4.如权利要求3所述的控制方法，其特征在于，所述步骤(2)中定直流电压换流站整流方式下的电压下降系数由两部分组成，一部分是VSC-MTDC系统正常运行情况下定直流电压换流站整流方式下的电压下降系数的四分之一，另一附加部分与相应换流站可调功率裕度成反比关系。

5.如权利要求3所述的控制方法，其特征在于，当定直流电压站因故障退出运行或者进入限流模式时，向VSC-MTDC系统注入或者吸收的功率减小，导致VSC-MTDC系统有功功率不平衡，直流电压下降或者上升，此时，定有功功率换流站采用增加或者减小向直流网络的有功注入量的方式来维持定直流电压站直流侧输出的直流电压的稳定。

6.如权利要求3所述的控制方法，其特征在于，考虑到换流站直流侧电容的耐压水平和线路电压的过电流水平，直流电压基准值取1kV时，定直流电压站换流站直流侧的电压值极限值的标么值大于0.8kV且小于1.2kV。

7.如权利要求3所述的控制方法，其特征在于，在所述步骤(1)中，定直流电压换流站直流侧输出的直流电压最大值引入预设裕度值进行修正。

8.如权利要求3所述的控制方法，其特征在于，当VSC-MTDC系统出现不平衡功率时，对于第n个换流站，直流电压波动量与有功功率变化量之间关系为：

直流电压波动量等于第n个换流站对应的直流电压下降系数与单个换流站承担的不平衡功率的乘积；其中，n为大于等于1的正整数。