CN106104952B - 多端dc电网 - Google Patents

Abstract

一种多端DC电网(20)包括：多个DC端子(22)，每个DC端子(22)经由相应的DC电力传输介质(24)可操作地连接到至少一个另外的DC端子(22)；多个变换器(26)，每个变换器(26)可操作地连接到所述多个DC端子(22)的相应一个，所述多个变换器(26)包括至少一个指定变换器(26)；以及包括求解器(30)的控制器(28)，配置为使用一算法来处理多个值，以根据所述多个值计算用于至少一个第一指定变换器(26)的空载DC电压，所述多个值包括：至少一个第一值，限定所述或每个指定变换器(26)的操作模式；至少一个第二值，限定所述多端DC电网(20)的默认电气特性或所述算法的计算参数；以及至少一个第三值，限定对应于所述多端DC电网(20)中的电压或电流的电气测量，其中所述控制器(28)被配置为根据计算出的所述或相应的空载DC电压操作所述或每个第一指定变换器(26)。

Description

多端DC电网

技术领域

本发明涉及一种多端DC电网，以及控制多端DC电网中的功率流的方法。

背景技术

一种新的高压直流(HVDC)电力传输网络正在被考虑用于根据地理上分布的可再生能源发电形式所需要的长距离传输大量电力，以及增强现有的具有能够支持现代电力交易要求的智能电网的智能特征的AC和DC电力传输网络的能力。这样的网络有时被称为DC电力网。

DC电力网需要HVDC变换器的多端互连，因此，可以使用并联操作的三个或更多个HVDC变换器在DC侧上进行电力交换。当根据需要进行电力交换时，每个HVDC变换器用作源或接收器(sink)以保持网络的整体输入到输出功率平衡。使用DC电力传输介质来执行这样的互连以使DC电力网的不同端子互连。

DC电力传输介质可以是能够在两个或更多个DC端子之间传输电力的任何介质。这样的介质可以是，但不限于，海底DC电力传输电缆、架空DC电力传输线、或者架空DC电力传输线和地下DC电力传输电缆的组合。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供一种多端DC电网，包括：

多个DC端子，每个DC端子经由相应的DC电力传输介质可操作地连接到至少一个另外的DC端子；

多个变换器，每个变换器可操作地连接到所述多个DC端子的相应一个，所述多个变换器包括至少一个指定变换器；以及

包括求解器的控制器，配置为使用一算法来处理多个值，以根据所述多个值计算用于至少一个第一指定变换器的空载DC电压，所述多个值包括：

至少一个第一值，限定所述或每个指定变换器的操作模式；

至少一个第二值，限定所述多端DC电网的默认电气特性或所述算法的计算参数；以及

至少一个第三值，限定对应于所述多端DC电网中的电压或电流的电气测量，

其中所述控制器被配置为根据计算出的所述或相应的空载DC电压操作所述或每个第一指定变换器。

应理解的是，为了说明的目的，将算法的计算参数定义为当处理多个值时算法所遵循的规则。

应理解的是，多端DC电网的控制器可以包括与多端DC电网相关的全局控制单元，或者全局单元和分别与多个变换器相关的多个局部控制单元的组合。

在实践中，多端DC电网可以包括大量DC端子、DC电力传输介质和变换器，所有这些都在复杂的布局下互连。

根据本发明的用于根据(多个)操作模式、多端DC电网的(多个)默认电气特性和/或算法的(多个)计算参数、以及对应于多端DC电网中的电压或电流的(多个)电气测量来计算空载DC电压的求解器的配置不仅使求解器能够计算用于所述或每个第一指定变换器的空载DC电压以可靠地控制多端DC电网中的功率流，而且还简化了用于所述或每个第一指定变换器的空载DC电压的计算。

此外，使用根据本发明的求解器能够提供用于所述或每个第一指定变换器的空载DC电压，以优化针对一组给定的第一值、第二值和第三值的多端DC电网中的功率流和功率平衡的方式控制多端DC电网中的功率流，从而产生高效的和可靠的多端DC电网。

所述多个变换器中的每一个可以是指定变换器，优选地是第一指定变换器。

所述求解器可以被配置为使用所述算法来处理所述多个值，以根据所述多个值计算用于至少一个第二指定变换器的变换器功率级(order)，并且其中所述控制器被配置为根据所述或相应的变换器功率级操作所述或每个第二指定变换器。

在本发明的实施例中，所述求解器可以被配置为使用所述算法来处理所述多个值，以根据所述多个值计算用于所述或每个指定变换器的变换器功率级、功率变化率级和/或DC电压变化率级，并且其中所述控制器被配置为根据所述或所述相应的变换器功率级、功率变化率级和/或DC电压变化率级操作所述或每个指定变换器。

求解器的这种配置提高了控制器的能力，从而提供对多端DC电网中的功率流的控制。

在这样的实施例中，所述求解器可以被配置为使用所述算法来处理所述多个值，以根据所述多个值计算用于多个指定变换器中的每一个的功率变化率级，从而平衡用于所述多个指定变换器的多个功率变化时间，用于所述多个指定变换器中的每一个的所述功率变化时间为采用所述指定变换器以达到预定变换器功率所需的时间。

在其它这样的实施例中，所述求解器可以被配置为使用所述算法来处理所述多个值，以根据所述多个值计算用于多个指定变换器中的每一个的DC电压变化率级，从而平衡用于所述多个指定变换器的多个DC电压变化时间，用于所述多个指定变换器中的每一个的所述DC电压变化时间为采用所述指定变换器以达到预定DC变换器电压所需的时间。

用于平衡用于多个指定变换器的功率和/或DC电压变化时间的求解器的配置确保了在修改它们的相应的功率以达到相应的变换器功率和/或它们的相应的DC电压以达到相应的DC变换器电压的情况下多个指定变换器的动作的同步。

所述求解器可以被配置为使用所述算法来处理所述多个值，以计算用于至少一个指定DC电力传输介质的DC电力传输介质电流、用于所述或每个指定变换器的变换器电流、用于所述或每个指定变换器的变换器电压、用于所述或每个指定变换器的变换器功率和/或用于所述或每个指定变换器的变换器功率误差。

为了说明的目的，将变换器功率误差定义为初始变换器功率级与用于指定变换器的计算出的变换器功率之间的差。

所述求解器可以被配置为使用所述算法来处理所述多个值，以根据一个或相应的预定限制来计算用于所述或每个指定DC电力传输介质的DC电力传输介质电流、用于所述或每个指定变换器的变换器电流、用于所述或每个指定变换器的变换器电压和/或用于所述或每个指定变换器的变换器功率误差。

用于所述或每个指定DC电力传输介质的DC电力传输介质电流、用于所述或每个指定变换器的变换器电流、用于所述或每个指定变换器的变换器电压和/或用于所述或每个指定变换器的变换器功率误差限制的配置使得在求解器正在使用该算法来处理多个值的同时，它们能够被检查以确保符合一个或相应的预定限制，从而在使用算法来处理多个值以提供计算出的用于控制所述或每个指定变换器的输出时能够提高求解器的效率和可靠性。

通过配置求解器以计算用于控制所述或每个指定变换器的输出，使得能够符合用于所述或每个指定DC电力传输介质的DC电力传输介质电流、用于所述或每个指定变换器的变换器电流、用于所述或每个指定变换器的变换器电压和/或用于具有一个或相应的预定限制的所述或每个指定变换器的变换器功率误差，因此可以进一步优化多端DC电网中的功率流的控制。

所述求解器可以被配置为使用所述算法来处理所述多个值，以顺序地计算以下中的至少两个：用于所述或每个指定DC电力传输介质的DC电力传输介质电流、用于所述或每个指定变换器的变换器电流、用于所述或每个指定变换器的变换器电压、用于所述或每个指定变换器的变换器功率、用于所述或每个指定变换器的变换器功率误差。用这种方式配置求解器使得在求解器正在使用算法来处理多个值的同时，按顺序计算出的输出能够按顺序被检验，以确保它们符合一个或相应的预定限制。这样做的好处在于，与同时计算和检验以下中的至少两个相比节省了计算时间：用于所述或每个指定DC电力传输介质的DC电力传输介质电流、用于所述或每个指定变换器的变换器电流、用于所述或每个指定变换器的变换器电压、用于所述或每个指定变换器的变换器功率误差。这样做的好处还在于，在使用算法来处理多个值时能够提高求解器的效率和可靠性。

所述求解器可以被配置为使用所述算法来迭代地处理所述多个值。配置求解器以使用算法来迭代地处理多个值从而提供计算出的用于控制所述或每个指定变换器的输出改善了计算出的用于控制所述或每个指定变换器的输出的计算，由此进一步优化了多端DC电网中的功率流的控制。

所述求解器可以被配置为使用所述算法来迭代地处理所述多个值，从而当用于在先迭代的计算出的DC电力传输介质电流、计算出的变换器电流、计算出的变换器电压和/或计算出的变换器功率误差与所述或所述相应的预定限制不符时，重新计算用于所述或每个指定DC电力传输介质的DC电力传输介质电流、用于所述或每个指定变换器的变换器电流、用于所述或每个指定变换器的变换器电压和/或用于所述或每个指定变换器的变换器功率误差。

所述求解器可以被配置为使用所述算法来迭代地处理所述多个值，从而计算用于所述或每个指定变换器的变换器功率误差，并且当连续的迭代的计算出的变换器功率误差之间的差处于或低于变换器功率误差差分限制时，停止所述多个值的迭代处理。用这种方式配置求解器确保了在计算出的用于控制所述或每个指定变换器的输出的适当收敛下结束多个值的迭代处理，并由此在计算用于控制所述或每个指定变换器的输出时能够提高求解器的效率。

如上所指出的，所述或每个第一值限定所述或每个指定变换器的操作模式。例如，所述或每个第一值可以由选自包括以下的组的值限定：

●初始变换器功率级；

●第一操作状态，用于配置所述指定变换器以在功率控制模式下不断地操作；

●第二操作状态，用于配置所述指定变换器以在功率控制模式下操作，并在以最小或最大DC电压限制操作预定时间段之后从所述功率控制模式切换到DC电压控制模式；

●第三操作状态，用于配置所述指定变换器以在DC电压控制模式下不断地操作；

●变换器下垂特性，优选地变换器DC电压-直流下垂特性；

●变换器最小功率变化率。

可以以操作员输入值的形式将所述或每个第一值提供给求解器。

如上所指出的，所述或每个第二值限定多端DC电网的默认电气特性或算法的计算参数。例如，所述或每个第二值可以由选自包括以下的组的值限定：

●基础电压值，其为所述DC电网的额定电压；

●基础电流值，其通过所述DC电网的额定功率除以所述DC电网的额定电压而计算得出；

●基础阻抗值，其为所述DC电力传输介质的额定阻抗；

●用于处理所述多个值的最大迭代数量；

●负载基准设定点DC电压；

●变换器额定电流限制；

●变换器额定电压限制；

●DC电力传输介质额定电流限制；

●精度因子，用于控制所述算法的计算精度，其中所述精度因子由变换器功率误差限制或功率误差差分限制限定；

●算法加速因子，用于在迭代地处理所述多个值时控制所述算法的计算速度；

●优化切换，能够控制以根据一个或多个额定电压限制或额定电流限制选择是否所述多个值通过所述算法被处理；

●DC电力传输介质阻抗。

如上所指出的，所述或每个第三值限定对应于多端DC电网中的电压或电流的电气测量。例如，所述或每个第三值可以由选自包括以下的组的值限定：

●变换器电压；

●变换器电流；

●DC电力传输介质电流。

根据本发明的求解器的配置使其能够广泛地考虑操作模式、多端DC电网的默认电气特性、算法的计算参数、以及对应于多端DC电网中的电压或电流的电气测量，以计算用于每个变换器的空载DC电压。这进而使得能够高质量控制多端DC电网中的功率流。

所述控制器可以被配置为执行所述或每个第一值的完整性的完整性验证。所述求解器还被配置为只有所述或每个第一值的完整性通过完整性验证被验证时使用所述算法来处理所述多个值，其中当满足一个或多个先决条件时，所述或每个第一值具有有效的完整性。这确保了求解器在处理缺少有效的完整性的一个或多个第一值时不浪费计算时间。

当处于以下情况时，所述或每个第一值可以具有有效的完整性：

●所述多端DC电网的代表性矩阵为方阵且具有非零行列式；

●所述第一值或所述第一值中的至少一个由所述第二操作状态或所述第三操作状态限定；

●用于所述或每个指定变换器的所述或每个初始变换器功率级在每单位-1到+1的范围内；和/或

●用于配置所述或每个指定变换器的一个或相应的操作状态由所述第一操作状态、所述第二操作状态和所述第三操作状态中的任何一个限定。

应理解的是，可以根据多端DC电网中的DC端子和DC电力传输介质的数量形成(derive)多端DC电网的代表性矩阵。因此，代表性矩阵为系统相关参数，其结构随着多端DC电网中的DC端子和DC电力传输介质的数量而变化。

根据本发明的第二方面，提供一种控制多端DC电网中的功率流的方法，所述多端DC电网包括：

多个DC端子，每个DC端子经由相应的DC电力传输介质可操作地连接到至少一个另外的DC端子；以及

多个变换器，每个变换器可操作地连接到所述多个DC端子的相应一个，所述多个变换器包括至少一个指定变换器；

其中所述方法包括以下步骤：

(i)使用一算法来处理多个值，以根据所述多个值计算用于至少一个第一指定变换器的空载DC电压，所述多个值包括：

至少一个第一值，限定所述或每个指定变换器的操作模式；

至少一个第二值，限定所述多端DC电网的默认电气特性或所述算法的计算参数；以及

至少一个第三值，限定对应于所述多端DC电网中的电压或电流的电气测量，

(ii)根据计算出的所述或相应的空载DC电压操作所述或每个第一指定变换器。

附图说明

现在将参照附图，通过非限制示例来描述本发明的优选实施例，在附图中：

图1以示意图的形式示出根据本发明的实施例的多端DC电网；

图2以示意图的形式示出形成图1的多端DC电网的控制器的一部分的求解器；

图3和图4分别以曲线图的形式示出图1的多端DC电网的每个指定变换器的功率控制和电压控制模式；以及

图5以流程图的形式示出用于计算用于控制图1的多端DC电网的每个指定变换器的输出的求解器的操作。

具体实施方式

图1示出根据本发明的实施例的多端DC电网20。

多端DC电网20包括多个DC端子22。每个DC端子22经由相应的DC电力传输线24可操作地连接到至少一个另外的DC端子22。

多端DC电网20还包括多个变换器26。每个变换器26可操作地连接到多个DC端子22的相应一个。在使用中，每个变换器26使对应的DC端子22与另一个电网互连，并且能够操作以提供在电网与DC端子22之间的功率变换。

多端DC电网20还包括控制器28。在所示的实施例中，控制器28是以全局控制单元和分别与多个变换器26相关的多个局部控制单元(未示出)的组合的形式。在本发明的其它实施例中，可以设想，控制器28可以是以全局控制单元的形式。

在所示的实施例中，每个变换器26为指定变换器26且每个DC电力传输线24为指定DC电力传输线24。应理解的是，在本发明的其它实施例中，多个变换器中的至少一个，但不是全部，为指定变换器，和/或多个DC电力传输线中的至少一个，但不是全部，为指定DC电力传输线。

控制器28包括求解器30。图2以示意图的形式示出求解器30，该求解器30被配置为使用一算法来处理多个值，以根据所述多个值计算用于控制每个指定变换器26的多个输出。

所述多个值包括多个第一值、多个第二值和多个第三值。

控制器28优选地被配置为包括操作员界面，使得多个第一值可以由人工操作员使用操作员界面输入到求解器30中。多个第一值限定每个指定变换器26的操作模式，并且由以下限定：

●初始变换器功率级；

●第一操作状态，用于配置指定变换器26以在功率控制模式下不断地操作，如图3所示；

●第二操作状态，用于配置指定变换器26以在功率控制模式下操作，并在以最小DC电压限制V_{dc_min}或最大DC电压限制V_{dc_max}操作预定时间段之后从功率控制模式切换到DC电压控制模式；

●第三操作状态，用于配置指定变换器26以在DC电压控制模式下不断地操作；

●变换器DC电压-直流下垂特性；

●变换器最小功率变化率。

初始变换器功率级被定义为用于指定变换器26以交换一定水平的有功功率而不考虑多个指定变换器26和其余多端DC网络中的功率损耗的级。

图3以曲线图的形式示出每个指定变换器26的功率控制模式。功率控制模式被定义为指定变换器26被操作以在其作为逆变器或整流器的操作过程中保持其局部电力要求的模式。在功率控制模式下的指定变换器26可以在最小DC电压限制V_{dc_min}或最大DC电压限制V_{dc_max}下操作。

图4以曲线图的形式示出包括变换器DC电压-直流下垂特性(如连接“b”和“c”的线(即最小DC电压V_{dc_min}与最大DC电压V_{dc_max}之间的线)所指出的)的每个变换器26的电压控制模式。该电压控制模式被定义为指定变换器26在其作为逆变器或整流器的操作过程中被操作为松弛(slack)变换器26的模式。这允许在多端DC电网20上的总负载的平衡，使得在减去任何功率损耗的情况下，由用作接收端变换器的一个或多个指定变换器26输入的电力等于由用作发送端变换器的一个或多个指定变换器26输出的电力。

变换器下垂特性被定义为就V_DC和I_DC而言指定变换器26的稳态操作框架，其中下垂定义是基于V_DC/I_DC。

变换器最小功率变化率被定义为用于指定变换器26的功率的最小变化率。

多个第二值限定多端DC电网20的默认电气特性和算法的计算参数，并且由以下限定：

●基础电压值V_base，其为多端DC电网20的额定电压；

●基础电流值I_base，其通过多端DC电网20的额定功率除以多端DC电网20的额定电压而计算得出；

●基础阻抗值Z_base，其为DC电力传输线24的额定阻抗；

●用于处理多个值的最大迭代数量Iteration_max；

●负载基准设定点DC电压V_{LRSP_initial}；

●变换器额定电流限制I_{DC_MAX}；

●变换器额定电压限制V_{DC_MAX}；

●DC电力传输线额定电流限制I_{LINE_MAX}；

●多个精度因子Δ₀、Δ₂、Δ_delta，用于控制算法的计算精度；

●多个算法加速因子α_line、α_IDC、α_VDC、α₀、α₂，用于在迭代地处理多个值时控制算法的计算速度。每个算法加速因子在0到1的范围内；

●多个优化切换Op_LINE、Op_IDC、Op_VDC；

●DC电力传输线阻抗Z。

多个第三值限定对应于多端DC电网20中的电压或电流的电气测量，并且由以下限定：

●变换器电压；

●变换器电流；

●DC电力传输介质电流。

用于控制每个变换器26的多个输出为：

●用于每个变换器26的空载DC电压；

●用于每个变换器26的变换器功率级；

●用于每个变换器26的功率变化率级；

●用于每个变换器26的DC电压变化率级。

控制器28还被配置为根据相应的计算出的多个输出操作每个变换器26。

下面参照图5来描述用于使用算法以根据多个值计算多个输出的求解器30的操作。

一旦多个第一值已经被输入到求解器30中，在求解器30使用算法来处理多个值以根据多个值计算多个输出之前，控制器28执行每个第一值的完整性的完整性验证。求解器30还被配置为只有每个第一值的完整性通过完整性验证被验证时使用算法来处理多个值。因此，如果每个第一值的完整性没有通过完整性验证被验证，则求解器30结束该算法并因此不计算多个输出。在此阶段，控制器28将警告消息提供给操作员，使操作员意识到由于第一值的无效的完整性而需要输入新的第一值。

当处于以下情况时，每个第一值具有有效的完整性：

●多端DC电网20的代表性矩阵为方阵且具有非零行列式；

●第一值的至少一个由第二操作状态或第三操作状态限定；

●用于每个指定变换器26的每个初始变换器功率级在每单位-1到+1的范围内；和

●用于配置每个指定变换器26的相应的操作状态由第一操作状态、第二操作状态和第三操作状态中的任何一个限定。

当多个第一值的完整性已经通过完整性验证被验证时，求解器30使用算法来处理多个值以顺序地计算用于每个指定DC电力传输线24的DC电力传输线电流、用于每个变换器26的变换器电流、用于每个指定变换器26的变换器电压、以及用于每个指定变换器26的变换器功率。在所示的实施例中，计算指定DC电力传输线电流，然后计算用于每个指定变换器26的变换器电流，然后计算用于每个指定变换器26的变换器电压，以及然后计算用于每个指定变换器26的变换器功率。

根据下面的等式使用一系列矩阵来执行通过求解器30的这种计算。

图4的变换器DC电压-直流下垂特性可以表示为：

其中下标i是指相应的指定变换器26，V_DC和I_DC是指相应的指定变换器26的变换器电压和电流；m是用于相应的指定变换器26的变换器DC电压-直流下垂特性的梯度；V_LRSP是用于相应的指定变换器26的负载基准设定点DC电压；I₀是用于相应的指定变换器26的电流级。

电流级I₀通过用于相应的指定变换器初始变换器功率级P₀除以相应的负载基准设定点DC电压V_LRSP而计算得出。

空载DC电压V_NL(其为在零电流下的相应的指定变换器26的DC电压)可以表示为：

将每个DC电力传输线阻抗I_LINE两端的电压降表示为：

用于每个指定变换器26的变换器电流I_DC通过在每个DC电力传输线24中采用关于DC电力传输线电流I_LINE的基尔霍夫电流定律被发现。

每个DC电力传输线24中的DC电力传输线电流I_LINE可以表示为：

[I_LINE]＝A^-1·(B[V_LRSP]+C[P₀/V_LRSP])，

其中A、B和C是多端DC电网20的代表性矩阵。

应理解的是，可以根据多端DC电网20中的DC端子22和DC电力传输线24的数量形成多端DC电网20的代表性矩阵A、B和C。因此，代表性矩阵A、B和C为系统相关参数，其相应的结构随着多端DC电网20中的DC端子22和DC电力传输线24的数量而变化。

将用于每个指定变换器26的变换器功率表示为：

在计算DC电力传输线电流I_LINE之后，根据DC电力传输线额定电流限制I_{LINE_MAX}检验计算出的DC电力传输线电流I_LINE。如果计算出的DC电力传输线电流I_LINE超过DC电力传输线额定电流限制I_{LINE_MAX}，则触发第一迭代校正回路。

第一迭代校正回路包括使用经修改的V_LRSP重新计算DC电力传输线电流I_LINE，该经修改的V_LRSP通过以下获得：

其中k是指迭代周期的数量，j是指相应的DC电力传输线24。

重复第一迭代校正回路，直到重新计算出的DC电力传输线电流I_LINE等于或小于DC电力传输线额定电流限制I_{LINE_MAX}。为了加快算法对多个值的处理，可以相应地调整来自多个第二值的算法加速因子α_line。

在计算用于每个指定变换器26的变换器电流I_DC之后，根据变换器额定电流限制I_{DC_MAX}检验计算出的用于每个指定变换器26的变换器电流I_DC。如果计算出的用于每个指定变换器26的变换器电流I_DC超过变换器额定电流限制I_{DC_MAX}，则触发第二迭代校正回路。

第二迭代校正回路包括使用经修改的V_LRSP重新计算DC电力传输线电流I_LINE和变换器电流I_DC，该经修改的V_LRSP通过以下获得：

重复第二迭代校正回路，直到计算出的用于每个指定变换器26的变换器电流I_DC等于或小于变换器额定电流限制I_{DC_MAX}。为了加快算法对多个值的处理，可以相应地调整来自多个第二值的算法加速因子α_IDC。

在计算用于每个指定变换器26的变换器电压V_DC之后，根据变换器额定电压限制V_{DC_MAX}检验计算出的用于每个指定变换器26的变换器电压V_DC。如果计算出的用于每个指定变换器26的变换器电压V_DC超过变换器额定电压限制V_{DC_MAX}，则触发第三迭代校正回路。

第三迭代校正回路包括使用经修改的V_LRSP重新计算DC电力传输线电流I_LINE、变换器电流I_DC和变换器电压V_DC，该经修改的V_LRSP通过以下获得通过以下获得：

重复第三迭代校正回路，直到计算出的用于每个指定变换器26的变换器电压V_DC等于或小于变换器额定电压限制V_{DC_MAX}。为了加快算法对多个值的处理，可以相应地调整来自多个第二值的算法加速因子α_VDC。

在计算用于每个指定变换器26的变换器功率P_cal之后，根据由精度因子Δ₀、Δ₂限定的变换器功率误差限制检验计算出的用于每个指定变换器26的变换器功率误差Δ_P。用于每个指定变换器26的变换器功率误差限制取决于指定变换器26是否被指定为根据第一、第二或第三操作状态操作。如果特定的指定变换器26被指定为根据第一或第二操作状态操作，则变换器功率误差限制被定义为第一精度因子Δ₂，该第一精度因子Δ₂被定义为近零值，例如10^-10。如果特定的指定变换器26被指定为根据第三操作状态操作，则变换器功率误差限制被定义为第二精度因子Δ₀，该第二精度因子Δ₀被定义为非近零值，例如0.01，这可能取决于对应的DC电力传输线24的损耗特性。可以调整第一精度因子Δ₂和第二精度因子Δ₀，以允许根据用于每个指定变换器26的初始变换器功率级P₀与计算出的变换器功率P_cal的对应，在使较少计算精度受损的情况下更快处理多个值。

第一精度因子Δ₂可以比第二精度因子Δ₀低若干个数量级。

如果计算出的用于在功率控制模式下操作的所述或每个指定变换器26的变换器功率误差ΔP超过由第一精度因子Δ₂限定的变换器功率误差限制，则触发第四迭代校正回路。

第四迭代校正回路包括使用经修改的V_LRSP重新计算DC电力传输线电流I_LINE、变换器电流I_DC、变换器电压V_DC和变换器功率P_cal，该经修改的V_LRSP通过以下获得：

重复第四迭代校正回路，直到计算出的用于在功率控制模式下操作所述或每个指定变换器26的变换器功率误差ΔP等于或小于由第一精度因子Δ₂限定的变换器功率误差限制。这确保了计算出的用于在功率控制模式下操作所述或每个指定变换器26的变换器功率ΔP基本上等于所述或所述相应的初始变换器功率级P₀。为了加快算法对多个值的处理，可以相应地调整来自多个第二值的算法加速因子α₂。

如果计算出的用于在DC电压控制模式下操作的所述或每个指定变换器26变换器功率误差ΔP超过由第二精度因子Δ₀限定的变换器功率误差限制，则触发第五迭代校正回路。

第五迭代校正回路包括使用经修改的V_LRSP重新计算DC电力传输线电流I_LINE、变换器电流I_DC、变换器电压V_DC和变换器功率P_cal，该经修改的V_LRSP通过以下获得：

重复第五迭代校正回路，直到计算出的用于在DC电压控制模式下操作的所述或每个指定变换器26的变换器功率误差ΔP等于或小于由第二精度因子Δ₀限定的变换器功率误差限制。这确保了在考虑到任何功率损耗之后，用于在DC电压控制模式下操作的所述或每个指定变换器26的变换器功率ΔP基本上等于所述或所述相应的初始功率量级P₀。为了加快算法对多个值的处理，可以相应地调整来自多个第二值的算法加速因子α₀。

在求解器30正在使用算法来处理多个值的同时，用这种方式配置求解器30使得按顺序计算出的输出能够按顺序被检验，以确保它们符合相应的预定限制。这样做的好处在于，与同时计算和检验DC电力传输线电流I_LINE、变换器电流I_DC、变换器电压V_DC和变换器功率误差ΔP相比节省了计算时间。这样做的好处还在于，在使用算法来处理多个值时能够提高求解器的效率和可靠性。

多个优化切换Op_LINE、Op_IDC、Op_VDC中的每一个可以由操作员控制，以根据DC电力传输线额定电流限制I_{LINE_MAX}、变换器额定电流限制I_{DC_MAX}和变换器额定电压限制V_{DC_MAX}中的一些或者不根据DC电力传输线额定电流限制I_{LINE_MAX}、变换器额定电流限制I_{DC_MAX}和变换器额定电压限制V_{DC_MAX}来选择多个值是否由算法处理。这允许在出现不符合DC电力传输线额定电流限制I_{LINE_MAX}、变换器额定电流限制I_{DC_MAX}和变换器额定电压限制V_{DC_MAX}中的部分或全部的情况下更快处理多个值。

求解器30还被配置为当计算出的连续的迭代的变换器功率误差ΔP之间的差处于或低于由第三精度因子Δ_delta限定的功率误差差分限制时，停止多个值的迭代处理。如果计算出的连续的迭代的变换器功率误差ΔP之间的差未处于或低于由第三精度因子Δ_delta限定的功率误差差分限制时，则触发第六迭代校正回路。

第六迭代校正回路包括重新计算DC电力传输线电流I_LINE、变换器电流I_DC、变换器电压V_DC和变换器功率P_cal，直到计算出的连续的迭代的变换器功率误差ΔP之间的差处于或低于由第三精度因子Δ_delta限定的功率误差差分限制。

用这种方式配置求解器30确保了在计算出的用于控制每个指定变换器26的输出的适当收敛下结束多个值的迭代处理，因此在计算用于控制每个指定变换器26的输出时能够提高求解器30的效率。可以调整第三精度因子Δ_delta，以允许根据计算出的用于控制每个指定变换器26的输出的更好收敛，在使较少计算精度受损的情况下更快处理多个值。

然后，求解器30检验是否已经达到最大迭代数量Iteration_max。如果超过最大迭代数量Iteration_max，则求解器30结束该算法并将警告消息提供给操作员，使操作员意识到已经超过最大迭代数量Iteration_max。用这种方式配置求解器30防止算法以连续的方式迭代地处理多个值而不产生计算出的用于控制每个指定变换器26的输出。

如果没有超过最大迭代数量Iteration_max，则控制器28执行输出验证检验以确定符合以下条件：

●DC电力传输线电流I_LINE等于或小于DC电力传输线电流限制I_{LINE_MAX}；

●用于每个指定变换器26的变换器电流I_DC等于或小于预定变换器电流限制I_{DC_MAX}；

●用于每个指定变换器26的变换器电压V_DC等于或小于变换器额定电压限制V_{DC_MAX}；

●用于在功率控制模式下操作的所述或每个指定变换器26的变换器功率误差ΔP等于或小于由第一精度因子Δ₂限定的变换器功率误差限制；

●用于在DC电压控制模式下操作的所述或每个指定变换器26的变换器功率误差ΔP等于或小于由第二精度因子Δ₀限定的变换器功率误差限制；

●计算出的连续的迭代的变换器功率误差ΔP之间的差处于或低于由第三精度因子Δ_delta限定的功率误差差分限制；以及

●没有超过最大迭代数量Iteration_max。

如果不满足上述条件中的一个或多个，触发第七迭代校正回路。

第七迭代校正回路包括重新计算DC电力传输线电流I_LINE、变换器电流I_DC、变换器电压V_DC和变换器功率P_cal，直到输出验证检验确定符合所有上述条件。

然后，求解器30使用算法来处理计算出的输出DC负载基准设置点电压以计算用于控制每个指定变换器26的多个输出，即用于多个指定变换器26的空载DC电压V_NL、变换器功率级、功率变化率级和DC电压变化率级。

求解器30被配置为使用算法来处理多个值以根据多个值计算用于每个指定变换器26的功率和DC电压变化率级，从而平衡用于多个指定变换器的多个功率和DC电压变化时间。用于每个指定变换器26的功率变化时间是采用指定变换器26以达到计算出的变换器功率所需的时间。用于每个指定变换器26的DC电压变化时间是采用指定变换器26以达到计算出的空载DC电压V_NL所需的时间。

用于平衡用于多个指定变换器26的功率和DC电压变化时间的求解器30的配置确保了在根据相应的变换器功率级修改它们的相应的功率以达到相应的变换器功率以及根据相应的计算出的空载DC电压V_NL修改它们的相应的DC电压V_DC以达到相应的变换器功率的情况下，多个变换器30的动作的同步。

操作员界面向操作员展示了(present)计算出的多个输出、计算出的DC电力传输线电流、计算出的变换器电流和计算出的变换器电压的。

操作员可以选择接受计算出的多个输出，或者拒绝计算出的多个输出并将用于每个指定变换器26的新的初始变换器功率级P₀输入到求解器中以获得新的计算出的多个输出。当操作员接受来自求解器30的计算出的多个输出时，将计算出的空载DC电压V_NL、变换器功率级、功率变化率级和DC电压变化率级发送到多个局部控制单元以根据相应的空载DC电压V_NL、变换器功率级、功率变化率级和DC电压变化率级来操作每个指定变换器26。

如图2和图5所示，用于使用算法以根据多个值计算空载DC电压V_NL、变换器功率级、功率变化率级和DC电压变化率级(即指定变换器26的操作模式、多端DC电网20的默认电气特性、算法的计算参数以及对应于多端DC电网20中的电压和电流的电气测量)的求解器30的配置不仅使能够计算用于每个指定变换器26的空载DC电压V_NL、变换器功率级、功率变化率级和DC电压变化率级的求解器30可靠地控制多端DC电网20中的功率流，而且还简化了用于每个指定变换器26的空载DC电压V_NL、变换器功率级、功率变化率级和DC电压变化率级的计算。

求解器30的配置因此使其能够广泛地考虑指定变换器26的操作模式、多端DC电网20的默认电气特性、算法的计算参数、以及对应于多端DC电网20中的电压和电流的电气测量，以计算用于每个指定变换器26的空载DC电压V_NL、变换器功率级、功率变化率级和DC电压变化率级。这进而使得能够高质量控制多端DC电网20中的功率流。

此外，使用求解器30使得能够提供用于每个变换器26的空载DC电压V_NL、变换器功率级、功率变化率级和DC电压变化率级，从而以优化针对多个第一、第二和第三值的多端DC电网20中的功率流和功率平衡的方式控制多端DC电网20中的功率流，由此产生有效的和可靠的多端DC电网20。

应理解的是，多端DC电网20的拓扑结构仅仅是选择以帮助说明本发明的操作，并且该多端DC电网20可以分别由具有不同拓扑结构的另一个变换器和具有不同拓扑结构的另一个多端DC电网20来代替。

Claims (18)

1.一种多端DC电网，包括：

多个DC端子，每个DC端子经由相应的DC电力传输介质可操作地连接到至少一个另外的DC端子；

多个变换器，每个变换器可操作地连接到所述多个DC端子的相应一个，所述多个变换器包括至少一个指定变换器；以及

包括求解器的控制器，配置为使用一算法来处理多个值，以根据所述多个值计算用于至少一个第一指定变换器的空载DC电压，所述多个值包括：

至少一个第一值，限定所述至少一个指定变换器的操作模式；

至少一个第二值，限定所述多端DC电网的默认电气特性或所述算法的计算参数；以及

至少一个第三值，限定对应于所述多端DC电网中的电压或电流的电气测量，

其中所述控制器被配置为根据计算出的所述空载DC电压操作所述至少一个第一指定变换器。

2.根据权利要求1所述的多端DC电网，其中所述多个变换器中的每一个是指定变换器，所述指定变换器包括第一指定变换器。

3.根据任一前述权利要求所述的多端DC电网，其中所述求解器被配置为使用所述算法来处理所述多个值，以根据所述多个值计算用于至少一个第二指定变换器的变换器功率级，并且其中所述控制器被配置为根据所述变换器功率级操作所述至少一个第二指定变换器。

4.根据权利要求1所述的多端DC电网，其中所述求解器被配置为使用所述算法来处理所述多个值，以根据所述多个值计算用于所述至少一个指定变换器的变换器功率级、功率变化率级和/或DC电压变化率级，并且其中所述控制器被配置为根据所述变换器功率级、功率变化率级和/或DC电压变化率级操作所述至少一个指定变换器。

5.根据权利要求4所述的多端DC电网，其中所述求解器被配置为使用所述算法来处理所述多个值，以根据所述多个值计算用于多个指定变换器中的每一个的功率变化率级，从而平衡用于所述多个指定变换器的多个功率变化时间，用于所述多个指定变换器中的每一个的所述功率变化时间为采用所述指定变换器以达到预定变换器功率所需的时间。

6.根据权利要求4或权利要求5所述的多端DC电网，其中所述求解器被配置为使用所述算法来处理所述多个值，以根据所述多个值计算用于多个指定变换器中的每一个的DC电压变化率级，从而平衡用于所述多个指定变换器的多个DC电压变化时间，用于所述多个指定变换器中的每一个的所述DC电压变化时间为采用所述指定变换器以达到预定DC变换器电压所需的时间。

7.根据权利要求1所述的多端DC电网，其中所述求解器被配置为使用所述算法来处理所述多个值，以计算用于至少一个指定DC电力传输介质的DC电力传输介质电流、用于所述至少一个指定变换器的变换器电流、用于所述至少一个指定变换器的变换器电压、用于所述至少一个指定变换器的变换器功率和/或用于所述至少一个指定变换器的变换器功率误差。

8.根据权利要求7所述的多端DC电网，其中所述求解器被配置为使用所述算法来处理所述多个值，以根据一个或相应的预定限制计算用于所述至少一个指定DC电力传输介质的DC电力传输介质电流、用于所述至少一个指定变换器的变换器电流、用于所述至少一个指定变换器的变换器电压和/或用于所述至少一个指定变换器的变换器功率误差。

9.根据权利要求7或权利要求8所述的多端DC电网，其中所述求解器被配置为使用所述算法来处理所述多个值，以顺序地计算以下中的至少两个：用于所述至少一个指定DC电力传输介质的DC电力传输介质电流、用于所述至少一个指定变换器的变换器电流、用于所述至少一个指定变换器的变换器电压、用于所述至少一个指定变换器的变换器功率、用于所述至少一个指定变换器的变换器功率误差。

10.根据权利要求8所述的多端DC电网，其中所述求解器被配置为使用所述算法来迭代地处理所述多个值。

11.根据权利要求10所述的多端DC电网，其中所述求解器被配置为使用所述算法来迭代地处理所述多个值，从而当用于在先迭代的计算出的DC电力传输介质电流、计算出的变换器电流、计算出的变换器电压和/或计算出的变换器功率误差与所述预定限制不符时，重新计算用于所述至少一个指定DC电力传输介质的DC电力传输介质电流、用于所述至少一个指定变换器的变换器电流、用于所述至少一个指定变换器的变换器电压和/或用于所述至少一个指定变换器的变换器功率误差。

12.根据权利要求10或权利要求11所述的多端DC电网，其中所述求解器被配置为使用所述算法来迭代地处理所述多个值，从而计算用于所述至少一个指定变换器的变换器功率误差，并且当连续的迭代的计算出的变换器功率误差之间的差处于或低于变换器功率误差差分限制时，停止所述多个值的迭代处理。

13.根据权利要求1所述的多端DC电网，其中所述至少一个第一值由选自包括以下的组的值限定：

·初始变换器功率级；

·第一操作状态，用于配置所述指定变换器以在功率控制模式下不断地操作；

·第二操作状态，用于配置所述指定变换器以在功率控制模式下操作，并在以最小或最大DC电压限制操作预定时间段之后从所述功率控制模式切换到DC电压控制模式；

·第三操作状态，用于配置所述指定变换器以在DC电压控制模式下不断地操作；

·变换器下垂特性，其中包括变换器DC电压-直流下垂特性；

·变换器最小功率变化率。

14.根据权利要求1所述的多端DC电网，其中所述至少一个第二值由选自包括以下的组的值限定：

·基础电压值，其为所述DC电网的额定电压；

·基础电流值，其通过所述DC电网的额定功率除以所述DC电网的额定电压而计算得出；

·基础阻抗值，其为所述DC电网的额定阻抗；

·用于处理所述多个值的最大迭代数量；

·负载基准设定点DC电压；

·变换器额定电流限制；

·变换器额定电压限制；

·DC电力传输介质额定电流限制；

·精度因子，用于控制所述算法的计算精度，其中所述精度因子由变换器功率误差限制或功率误差差分限制限定；

·算法加速因子，用于在迭代地处理所述多个值时控制所述算法的计算速度；

·优化切换，能够控制以根据一个或多个额定电压限制或额定电流限制选择是否所述多个值通过所述算法被处理；

·DC电力传输介质阻抗。

15.根据权利要求1所述的多端DC电网，其中所述至少一个第三值由选自包括以下的组的值限定：

·变换器电压；

·变换器电流；

·DC电力传输介质电流。

16.根据权利要求13所述的多端DC电网，其中所述控制器被配置为执行所述至少一个第一值的完整性的完整性验证，并且所述求解器还被配置为只有所述至少一个第一值的完整性通过完整性验证被验证时使用所述算法来处理所述多个值，其中当满足一个或多个先决条件时，所述至少一个第一值具有有效的完整性。

17.根据权利要求16所述的多端DC电网，其中当处于以下情况时，所述至少一个第一值具有有效的完整性：

·所述多端DC电网的代表性矩阵为方阵且具有非零行列式；

·所述第一值或所述第一值中的至少一个由所述第二操作状态或所述第三操作状态限定；

·用于所述至少一个指定变换器的初始变换器功率级在每单位-1到+1的范围内；和/或

·用于配置所述至少一个指定变换器的一个或相应的操作状态由所述第一操作状态、所述第二操作状态和所述第三操作状态中的任何一个限定。

18.一种控制多端DC电网中的功率流的方法，所述多端DC电网包括：

多个DC端子，每个DC端子经由相应的DC电力传输介质可操作地连接到至少一个另外的DC端子；以及

多个变换器，每个变换器可操作地连接到所述多个DC端子的相应一个，所述多个变换器包括至少一个指定变换器；

其中所述方法包括以下步骤：

(i)使用一算法来处理多个值，以根据所述多个值计算用于至少一个第一指定变换器的空载DC电压，所述多个值包括：

至少一个第一值，限定所述至少一个指定变换器的操作模式；

至少一个第二值，限定所述多端DC电网的默认电气特性或所述算法的计算参数；以及

至少一个第三值，限定对应于所述多端DC电网中的电压或电流的电气测量，

(ii)根据计算出的所述空载DC电压操作所述至少一个第一指定变换器。