CN105870909B - 一种直流电网电压控制的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种直流电网电压控制的方法，将直流电网电压的控制分为三个过程，即自然调压、一次调压和二次调压，根据换流站是否具有调压能力将直流电网中的换流站分为三类，即调功换流站、辅助调压换流站、调压换流站，调功换流站工作在定功率控制模式，调压换流站工作在定电压控制模式或者辅助电压控制模式，辅助调压控制换流站工作在辅助电压控制模式，直流电网中的所有换流站都参与自然调压，辅助调压换流站和调压换流站参与一次调压，调压换流站参与二次调压，通过三个调压过程的配合，稳态时可以实现直流电压的精确控制，暂态时可以抑制直流电压变化。

Description

一种直流电网电压控制的方法
技术领域
本发明属于直流电网领域，特别涉及一种直流电网电压控制的方法。
背景技术
随着电力电子技术的不断进步，柔性直流输配电技术作为新一代的直流输配电技术可解决当前交流输配电技术存在的诸多问题，随着直流输电规模的扩大，直流电网也成为可能。
在直流电网中，直流电压的地位可以类比为交流电网中频率的地位，直流电压的稳定直接关系到直流潮流的稳定，关系到直流电网的安全稳定运行。因此，在直流电网中直流电压的控制极其重要。在传统的两端柔性直流系统中，其中一个换流站控制直流电压，另外一个换流站控制其他变量，比如有功功率、交流频率或者交流电压。如果控制直流电压的换流站故障从而失去直流电压控制能力，那么直流电压将会失稳从而导致两端柔性直流系统停运，系统的可靠性较低。在直流电网中往往有多个换流站具有直流电压控制能力，根据同一时刻参与控制直流电压的换流站的数量可以将目前常见的直流电压控制方法分为单点电压控制法和多点电压控制法。
单点电压控制法采用单个换流站作为直流电压控制站，由于同一时刻只有一个换流站控制直流电压，因此可以实现直流电压的精确控制，如果此换流站故障或者功率越限从而失去直流电压控制能力，那么将由其他具有直流电压控制能力的换流站接管直流电压控制权。接管方法根据是否依赖通信分为基于通信的无偏差控制法和不基于通信的偏差控制法。无偏差控制法依赖于快速站间通讯实现直流电压控制权的转换，当直流电压控制站故障退出运行后通过快速站间通讯使得后备换流站实现直流电压控制权的接管，但是这种方法对站间通讯的速度和可靠性提出了很高的要求，如果通讯延时较长，在直流电压控制站故障的情况下有可能来不及实现直流电压控制权的接管从而使得整个直流系统停运。同时当直流电网规模逐渐增大时，后备换流站也将逐渐增多，直流电压控制的优先级的设定也将变成很复杂，高速通讯网络也将逐渐变更复杂，这些缺陷使得基于通讯的无偏差控制法在直流电网中的推广应用存在一定的难度。
直流电压偏差控制是一种无需站间通信的控制方式，即在直流电压控制站故障退出运行后，后备的直流电压控制站能够检测到直流电压的较大偏差并转入定直流电压控制模式，保证直流电压的稳定，但是多个后备换流站需要多个优先级，增加了控制器设计的复杂度，当直流电网规模逐渐增大时，后备换流站也将增多，由于直流电网的直流电压存在一定的运行范围，因此偏差不能超出直流电压运行范围，这就限制了偏差控制的级差和级数，这些缺陷使得偏差控制法在直流电网中的推广应用存在一定的难度。
多点电压控制法，即同一时刻直流电网中有多个换流站控制直流电压，常见的多点电压控制法为斜率电压控制法。这种方法多个斜率电压控制换流站的有功出力跟直流线路的阻抗还有各自的斜率有关，直流电压和有功功率都不能做到精确控制。
发明内容
本发明的目的，在于提供一种直流电网电压控制的方法，稳态时可以精确控制直流电压，暂态时可以抑制直流电压偏差。
为了达成上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种直流电网电压控制的方法，将直流电网电压的控制分为三个过程，即自然调压、一次调压和二次调压，根据换流站是否具有调压能力将直流电网中的换流站分为三类，即调功换流站、辅助调压换流站、调压换流站，调功换流站工作在定功率控制模式，调压换流站工作在定电压控制模式或者辅助电压控制模式，辅助调压控制换流站工作在辅助电压控制模式，直流电网中的所有换流站都参与自然调压，辅助调压换流站和调压换流站参与一次调压，调压换流站参与二次调压。
上述自然调压是利用直流电网中各换流站的电容储能，首先承担直流电网负荷的变化，当直流电网中的功率不平衡时直流电压的偏差将随时间逐渐增大，自然调压的过程是自然完成的，不需要任何调整手段。
上述一次调压是利用工作在辅助电压控制模式的换流站参与直流电压的调节，最终使得直流电压形成一个偏差，一次调压依靠换流站自身的控制器自动完成，无需外部调控部门进行干预。
上述二次调压是利用工作在定直流电压控制模式的换流站或者工作在辅助电压控制模式的换流站参与直流电压的调节，最终实现直流电压的精确控制，二次调压的控制器安装在换流站内部或者外部调控部门。
上述辅助电压控制模式的实现方法为：
(1)检测直流电压Udc；
(2)计算直流电压Udc与额定直流电压Urate的偏差ΔU＝Udc-Urate；
(3)比较ΔU与电压偏差定值UsetH和UsetL(UsetH>UsetL)大小关系，当UsetL≤ΔU≤UsetH时ΔUmod＝0，当ΔU>UsetH时ΔUmod＝ΔU-UsetH，当ΔU＜UsetL时ΔUmod＝ΔU-UsetL；
(4)计算功率指令偏差值ΔP＝K*ΔUmod；
(5)根据上层控制器下发的功率指令Porder和功率指令偏差值ΔP计算得到功率控制器的功率指令Pref＝Porder-ΔP。
采用上述方案后，本发明的有益效果为：
(1)稳态时可以精确控制直流电压和功率；
(2)暂态时可以抑制直流电压变化；
(3)不需要配置高速通讯通道。
附图说明
图1是直流电网换流器的典型控制模式,(a)是定功率控制模式，(b)是辅助电压控制模式，(c)是定电压控制模式；
图2是直流电网电压控制的实施方案一；
图3是直流电网电压控制的实施方案二。
具体实施方式
以下将结合附图及具体实施例，对本发明的技术方案进行详细说明。
一种直流电网电压控制的方法，将直流电网电压的控制分为三个过程，即自然调压、一次调压和二次调压，根据换流站是否具有调压能力将直流电网中的换流站分为三类，即调功换流站、辅助调压换流站、调压换流站，调功换流站工作在定功率控制模式，调压换流站工作在定电压控制模式或者辅助电压控制模式，辅助调压控制换流站工作在辅助电压控制模式，直流电网中的所有换流站都参与自然调压，辅助调压换流站和调压换流站参与一次调压，调压换流站参与二次调压。
上述述自然调压是利用直流电网中各换流站的电容储能，首先承担直流电网负荷的变化，当直流电网中的功率不平衡时直流电压的偏差将随时间逐渐增大，自然调压的过程是自然完成的，不需要任何调整手段。
上述述一次调压是利用工作在辅助电压控制模式的换流站参与直流电压的调节，最终使得直流电压形成一个偏差，一次调压依靠换流站自身的控制器自动完成，无需外部调控部门进行干预。
上述述二次调压是利用工作在定直流电压控制模式的换流站或者工作在电压辅助控制模式的换流站参与直流电压的调节，最终实现直流电压的精确控制，二次调压的控制器安装在换流站内部或者外部调控部门。
上述辅助电压控制模式的实现方法为：
(1)检测直流电压Udc；
(2)计算直流电压Udc与额定直流电压Urate的偏差ΔU＝Udc-Urate；
(3)比较ΔU与电压偏差定值UsetH和UsetL(UsetH>UsetL)大小关系，当UsetL≤ΔU≤UsetH时ΔUmod＝0，当ΔU>UsetH时ΔUmod＝ΔU-UsetH，当ΔU＜UsetL时ΔUmod＝ΔU-UsetL；
(4)计算功率指令偏差值ΔP＝K*ΔUmod；
(5)根据上层控制器下发的功率指令Porder和功率指令偏差值ΔP计算得到功率控制器的功率指令Pref＝Porder-ΔP。
图1是直流电网换流器的典型控制模式，其中(a)是定功率控制模式，(b)是辅助电压控制模式，(c)是定电压控制模式。
直流网络中只能有一个定电压控制器，该控制器可以安装在电力调度等上层控制器中，也可以安装在换流站内。图2所示的直流电网中，电压控制器安装在电力调度系统中；换流站1和换流站2是调压换流站，调压换流站工作在辅助电压控制模式，接受电压控制器下发的功率指令；换流站3是辅助调压换流站，工作在辅助电压控制模式，接受电力调度的功率指令；换流站4是调功换流站，工作在定功率控制模式，接受电力调度的功率指令。当直流电网的负荷发生变化时，4个换流站的电容储能首先吞吐功率的不平衡，导致直流电压逐渐偏差，这个过程就是自然调压过程；如果电压控制器调节速度较慢或者通讯延时较长，那么当直流电压偏差达到一定程度时，工作在辅助电压控制模式的换流站1、换流站2和换流站3将自动调整各自的功率参考值Pref，保持功率平衡从而抑制直流电压的进一步偏差，这个过程就是一次调压过程，一次调压无法实现直流电压的精确控制，一段时间后电压控制器开始自动改变换流站1和换流站2的功率指令，从而实现直流电压的精确控制，同时换流站3的功率参考值Pref3重新恢复到Porder3，这个过程就是二次调压过程；如果电压控制器调节速度足够快，通讯延时足够短，那么一次调压过程起作用之前二次调压过程已经起作用，电压控制器通过改变Porder1和Porder2，保持功率平衡从而实现直流电压的精确控制。
图3所示的直流电网中，电压控制器安装在换流站内；换流站1和换流站2是调压换流站，换流站1工作在定电压控制模式，换流站2工作在辅助电压控制模式，换流站2接受电力调度的功率指令；换流站3是辅助调压换流站，工作在辅助电压控制模式，接受电力调度的功率指令；换流站4是调功换流站，工作在定功率控制模式，接受电力调度的功率指令。当直流电网的负荷发生变化时，4个换流站的电容储能首先吞吐功率的不平衡，导致直流电压逐渐偏差，这个过程就是自然调压过程；安装在换流站内的电压控制器通讯延时较短，调节速度较快，电压控制器通过改变Porder1和Porder2，保持功率平衡从而实现直流电压的精确控制。当换流站1因故障退出运行后，直流电网的功率可能不再平衡，4个换流站的电容储能首先吞吐功率的不平衡，导致直流电压逐渐偏差，这个过程就是自然调压过程；换流站2通过通讯接管电压控制权，如果通讯延时较长，那么当直流电压偏差达到一定程度时，工作在辅助电压控制模式的换流站2和换流站3将自动调整各自的功率参考值Pref，保持功率平衡从而抑制直流电压的进一步偏差，这个过程就是一次调压过程，一次调压无法实现直流电压的精确控制，一段时间后换流站2接管电压控制权，切换到定电压控制模式，从而实现直流电压的精确控制，同时换流站3的功率参考值Pref3重新恢复到Porder3，这个过程就是二次调压过程；如果通讯延时足够短，那么一次调压过程起作用之前换流站2已经接管电压控制权，二次调压过程已经起作用，从而实现直流电压的精确控制。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (4)

1.一种直流电网电压控制的方法，其特征在于：将直流电网电压的控制分为自然调压、一次调压和二次调压三个过程；
根据换流站是否具有调压能力将直流电网中的换流站分为调功换流站、辅助调压换流站、调压换流站三类；
所述调功换流站工作在定功率控制模式，所述辅助调压换流站工作在辅助电压控制模式，所述调压换流站工作在定电压控制模式或者辅助电压控制模式，所述辅助电压控制模式的实现方法为：
(1)检测直流电压Udc；
(2)计算直流电压Udc与额定直流电压Urate的偏差ΔU＝Udc-Urate；
(3)设置大小不一的两电压偏差定值UsetH和UsetL，UsetH>UsetL，比较ΔU与UsetH、UsetL大小关系，当UsetL≤ΔU≤UsetH时ΔUmod＝0，当ΔU>UsetH时ΔUmod＝ΔU-UsetH，当ΔU<UsetL时ΔUmod＝ΔU-UsetL；
(4)计算功率指令偏差值ΔP＝K*ΔUmod，K为比例系数；
(5)根据上层控制器下发的功率指令Porder和功率指令偏差值ΔP计算得到功率控制器的功率指令Pref＝Porder-ΔP；
直流电网中的所有换流站都参与自然调压，辅助调压换流站和调压换流站参与一次调压，调压换流站参与二次调压。
2.如权利要求1所述的一种直流电网电压控制的方法，其特征在于：所述自然调压具体为，利用直流电网中各换流站的电容储能，自然调节直流电网直流电压。
3.如权利要求1所述的一种直流电网电压控制的方法，其特征在于：所述一次调压具体为，利用工作在辅助电压控制模式的换流站调节直流电网直流电压，使得直流电压形成一个偏差，一次调压依靠换流站自身的控制器完成。
4.如权利要求1所述的一种直流电网电压控制的方法，其特征在于：所述二次调压具体为，利用工作在定电压控制模式的换流站或者工作在辅助电压控制模式的换流站调节直流电网直流电压，实现直流电压的精确控制，二次调压的控制器安装在换流站内部或者外部调控部门。
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