CN106602587A - 一种适用于柔性直流输电系统的附加功率控制方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种适用于柔性直流输电系统的附加功率控制方法和装置，方法包括：生成柔性直流输电系统的紧急有功功率调制量和频率有功调制量；根据功率调制量和频率调制量生成有功功率参考值；根据有功功率参考值调节柔性直流输电系统的有功功率。本发明针对柔性直流输电系统应用于大电网互联的情况，可能会出现的暂态、频率稳定问题，本发明提供适用于柔性直流输电系统的附加功率控制方法和装置，使柔性直流输电系统能够根据故障状态和系统频率快速调整有功功率，使柔性直流输电系统能动态维持功率平衡和频率维持稳定。

Description

一种适用于柔性直流输电系统的附加功率控制方法和装置

技术领域

本发明涉及柔性直流输电控制技术，具体涉及一种适用于柔性直流输电系统的附加功率控制方法和装置。

背景技术

柔性直流是新一代直流输电技术，具有交流及常规直流不具备的向无源电网(孤岛)供电、快速独立控制有功与无功、潮流反转方便快捷、运行方式变换灵活等诸多优点。国际上已成功应用于风电并网、电网互联、孤岛和弱电网供电、城市供电等领域。

在利用柔性直流联网的电网，将形成电网异步互联，与交流联网的电网相比，机组的等效转动惯量减少，并且一般情况下柔性直流一般采用定有功功率运行，因此，在发生故障的情况下，由于柔性直流传输的功率不会变化，交流系统会失去另一侧交流系统的支撑，可能会出现暂态、频率稳定问题。

由于柔性直流输电技术具备有功功率可以快速灵活调节的能力。需要利用柔性直流让两侧交流系统相互支援，提出一种柔性直流附加功率控制策略，保证系统安全稳定运行，发挥电网互联优势。

发明内容

针对柔性直流输电系统应用于大电网互联的情况，可能会出现的暂态、频率稳定问题，本发明提供一种适用于柔性直流输电系统的附加功率控制方法和装置，使柔性直流输电系统能够根据故障状态和系统频率快速调整有功功率，使柔性直流输电系统能动态维持功率平衡和频率维持稳定。

为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：

本发明提供一种适用于柔性直流输电系统的附加功率控制方法，所述方法包括：

生成柔性直流输电系统的紧急有功功率调制量和频率有功调制量；

根据功率调制量和频率调制量生成有功功率参考值；

根据有功功率参考值调节柔性直流输电系统的有功功率。

所述生成柔性直流输电系统的紧急有功功率调制量和频率有功调制量包括：

根据交流系统功率缺额生成柔性直流输电系统的紧急有功功率调制量；

根据交流系统频率波动生成柔性直流输电系统的频率有功调制量。

所述根据交流系统功率缺额生成柔性直流输电系统的紧急有功功率调制量包括：

检测交流系统功率缺额P_lose，满足P_lose≥20％P_VSC，其中P_VSC为柔性直流输电系统的有功功率；

启动紧急提升或回降柔性直流输电系统的有功功率动作，根据交流系统功率缺额生成柔性直流输电系统的紧急有功功率调制量ΔP_e，有：

ΔP_e＝P_lose (1)。

所述根据交流系统频率波动生成柔性直流输电系统的频率有功调制量包括：

检测柔性直流输电系统的第一交流系统的频率和第二交流系统的频率；

判断第一交流系统的频率波动或第二交流系统的频率波动是否超过频率波动阈值，若是则生成柔性直流输电系统的频率有功调制量。

所述检测柔性直流输电系统量测的第一交流系统的频率和第二交流系统的频率包括：

柔性直流输电系统的控制系统自动检测柔性直流输电系统的第一交流系统的频率和第二交流系统的频率。

所述判断第一交流系统的频率波动或第二交流系统的频率波动是否超过频率波动阈值，若是则生成柔性直流输电系统的频率有功调制量包括：

设第一交流系统的频率和第二交流系统的频率分别为f₁和f₂，检测到第一交流系统的频率f₁或第二交流系统的频率f₂发生波动时，设第一交流系统的频率波动和第二交流系统的频率波动分别为Δf₁和Δf₂，频率波动阈值为δ；

判断Δf₁或Δf₂是否超过频率波动阈值，即满足|Δf₁|＞δ或|Δf₂|＞δ时，生成柔性直流输电系统的频率有功调制量ΔP_f，且满足ΔP_f＝KΔf₁或ΔP_f＝KΔf₂，其中，K为比例系数，且K＝200～500MW/Hz。

根据功率调制量和频率调制量生成有功功率参考值包括：

将柔性直流输电系统的紧急有功功率调制量ΔP_e和柔性直流输电系统的频率有功调制量ΔP_f作用于柔性直流输电系统的定有功功率控制器，改变柔性直流输电系统的有功功率参考值P_ref，生成ΔP_e和ΔP_f作用下柔性直流输电系统的有功功率参考值，有：

其中，为ΔP_e和ΔP_f作用下柔性直流输电系统的有功功率参考值。

所述根据有功功率参考值调节柔性直流输电系统的有功功率包括：

将ΔP_e和ΔP_f作用下柔性直流输电系统的有功功率参考值作为定有功功率控制器的输入，所述定有功功率控制器根据控制调节柔性直流输电系统的有功功率，使柔性直流输电系统的功率维持平衡且频率维持稳定。

本发明还提供一种适用于柔性直流输电系统的附加功率控制装置，所述装置包括：

用于生成柔性直流输电系统的紧急有功功率调制量和频率有功调制量的装置；

用于根据功率调制量和频率调制量生成有功功率参考值的装置；以及

用于根据有功功率参考值调节柔性直流输电系统的有功功率的装置。

所述用于生成柔性直流输电系统的紧急有功功率调制量和频率有功调制量的装置包括：

用于根据交流系统功率缺额生成柔性直流输电系统的紧急有功功率调制量的装置；和

用于根据交流系统频率波动生成柔性直流输电系统的频率有功调制量的装置。

所述用于根据交流系统频率波动生成柔性直流输电系统的频率有功调制量的装置包括：

用于检测柔性直流输电系统的第一交流系统的频率和第二交流系统的频率的装置；和

用于判断第一交流系统的频率波动或第二交流系统的频率波动是否超过频率波动阈值，若是则生成柔性直流输电系统的频率有功调制量的装置。

所述用于根据功率调制量和频率调制量生成有功功率参考值的装置包括：

用于将柔性直流输电系统的紧急有功功率调制量ΔP_e和柔性直流输电系统的频率有功调制量ΔP_f作用于柔性直流输电系统的定有功功率控制器，改变柔性直流输电系统的有功功率参考值P_ref，生成ΔP_e和ΔP_f作用下柔性直流输电系统的有功功率参考值的装置。

所述用于将柔性直流输电系统的紧急有功功率调制量ΔP_e和柔性直流输电系统的频率有功调制量ΔP_f作用于柔性直流输电系统的定有功功率控制器，改变柔性直流输电系统的有功功率参考值P_ref，生成ΔP_e和ΔP_f作用下柔性直流输电系统的有功功率参考值的装置根据生成ΔP_e和ΔP_f作用下柔性直流输电系统的有功功率参考值

与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有以下有益效果：

1)本发明利用柔性直流有功功率可快速调节的特点，实现对两侧交流系统地有功功率支撑，根据系统频率或者故障状态来调节有功功率，提高系统安全稳定性；

2)不采用本发明提供的控制方法时，当一侧交流系统发生三相短路接地等故障时，交流系统会出现功角失稳，而采用本发明提供的控制方法可维持交流系统稳定；

3)不采用本发明提供的控制方法时，当一侧交流系统发生严重故障，导致有功功率不平衡，需要采取切除发电机的安稳控制策略，通过采用本发明提供的控制方法，柔性直流输电系统迅速调节有功功率，可以减少交流系统安稳控制的切机量。

附图说明

图1是本发明实施例中通过柔性直流输电系统连接的交流系统示意图；

图2是本发明实施例中柔性直流输电系统的附加功率控制器示意图；

图3是本发明实施例中采用本发明提供的附加功率控制方法前柔性直流输电系统所连接的交流系统的功角波形图；

图4是本发明实施例中采用本发明提供的附加功率控制方法前柔性直流输电系统所传输的有功功率示意图；

图5是本发明实施例中采用本发明提供的附加功率控制方法后柔性直流输电系统所连接的交流系统的功角波形图；

图6是本发明实施例中采用本发明提供的附加功率控制方法后柔性直流输电系统频率有功调制量起作用时所传输的有功功率示意图；

图7是本发明实施例中采用本发明提供的附加功率控制方法前故障后切机3台情况下柔性直流输电系统的功角波形图；

图8是本发明实施例中采用本发明提供的附加功率控制方法后故障后切机2台情况下柔性直流输电系统所连接的交流系统的功角波形图；

图9是本发明实施例中采用本发明提供的附加功率控制方法后柔性直流输电系统紧急有功调制量起作用时所传输的有功功率示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

本发明提供一种适用于柔性直流输电系统的附加功率控制方法，所述方法包括：

生成柔性直流输电系统的紧急有功功率调制量和频率有功调制量；

根据功率调制量和频率调制量生成有功功率参考值；

根据有功功率参考值调节柔性直流输电系统的有功功率。

如图1所示，柔性直流输电系统两侧分别连接第一交流系统和第二交流系统。

所述生成柔性直流输电系统的紧急有功功率调制量和频率有功调制量包括：

根据交流系统功率缺额生成柔性直流输电系统的紧急有功功率调制量；

根据交流系统频率波动生成柔性直流输电系统的频率有功调制量。

所述根据交流系统功率缺额生成柔性直流输电系统的紧急有功功率调制量包括：

检测交流系统功率缺额P_lose，满足P_lose≥20％P_VSC，其中P_VSC为柔性直流输电系统的有功功率；

启动紧急提升或回降柔性直流输电系统的有功功率动作，根据交流系统功率缺额生成柔性直流输电系统的紧急有功功率调制量ΔP_e，有：

ΔP_e＝P_lose (1)。

所述根据交流系统频率波动生成柔性直流输电系统的频率有功调制量包括：

检测柔性直流输电系统的第一交流系统的频率和第二交流系统的频率；

判断第一交流系统的频率波动或第二交流系统的频率波动是否超过频率波动阈值，若是则生成柔性直流输电系统的频率有功调制量。

所述检测柔性直流输电系统量测的第一交流系统的频率和第二交流系统的频率包括：

柔性直流输电系统的控制系统自动检测柔性直流输电系统的第一交流系统的频率和第二交流系统的频率。

所述判断第一交流系统的频率波动或第二交流系统的频率波动是否超过频率波动阈值，若是则生成柔性直流输电系统的频率有功调制量包括：

设第一交流系统的频率和第二交流系统的频率分别为f₁和f₂，检测到第一交流系统的频率f₁或第二交流系统的频率f₂发生波动时，设第一交流系统的频率波动和第二交流系统的频率波动分别为Δf₁和Δf₂，频率波动阈值为δ；

判断Δf₁或Δf₂是否超过频率波动阈值，即满足|Δf₁|＞δ或|Δf₂|＞δ时，生成柔性直流输电系统的频率有功调制量ΔP_f，且满足ΔP_f＝KΔf₁或ΔP_f＝KΔf₂，其中，K为比例系数，且K＝200～500MW/Hz。

根据功率调制量和频率调制量生成有功功率参考值包括：

将柔性直流输电系统的紧急有功功率调制量ΔP_e和柔性直流输电系统的频率有功调制量ΔP_f作用于柔性直流输电系统的定有功功率控制器，改变柔性直流输电系统的有功功率参考值P_ref，生成ΔP_e和ΔP_f作用下柔性直流输电系统的有功功率参考值，有：

其中，为ΔP_e和ΔP_f作用下柔性直流输电系统的有功功率参考值。

所述根据有功功率参考值调节柔性直流输电系统的有功功率包括：

如图2，将ΔP_e和ΔP_f作用下柔性直流输电系统的有功功率参考值作为定有功功率控制器的输入，所述定有功功率控制器根据控制调节柔性直流输电系统的有功功率，使柔性直流输电系统的功率维持平衡且频率维持稳定。

图3、图5、图7和图9中，不同线条表示不同号发电机的功角波形趋势，图4为采用本发明提供的附加功率控制方法前柔性直流输电系统中所传输的功率示意图，图4上部的线均表示柔性直流系统所传输的有功功率，下部的线均表示柔性直流系统所传输的无功功率。图6为采用本发明提供的附加功率控制方法后频率有功调制量柔性直流输电系统所传输的有功功率示意图，图9中，上部的线表示柔性直流系统所传输的有功功率，下部的线表示柔性直流系统所传输的无功功率。图9为采用本发明提供的附加功率控制方法后紧急有功调制量起作用后柔性直流输电系统所传输的有功功率示意图，图9中，上部的线表示柔性直流系统所传输的有功功率，下部的线表示柔性直流系统所传输的无功功率。

本发明还提供一种适用于柔性直流输电系统的附加功率控制装置，所述装置包括：

用于生成柔性直流输电系统的紧急有功功率调制量和频率有功调制量的装置；

用于根据功率调制量和频率调制量生成有功功率参考值的装置；以及

用于根据有功功率参考值调节柔性直流输电系统的有功功率的装置。

所述用于生成柔性直流输电系统的紧急有功功率调制量和频率有功调制量的装置包括：

用于根据交流系统功率缺额生成柔性直流输电系统的紧急有功功率调制量的装置；和

用于根据交流系统频率波动生成柔性直流输电系统的频率有功调制量的装置。

所述用于根据交流系统频率波动生成柔性直流输电系统的频率有功调制量的装置包括：

用于检测柔性直流输电系统的第一交流系统的频率和第二交流系统的频率的装置；和

用于判断第一交流系统的频率波动或第二交流系统的频率波动是否超过频率波动阈值，若是则生成柔性直流输电系统的频率有功调制量的装置。

所述用于根据功率调制量和频率调制量生成有功功率参考值的装置包括：

用于将柔性直流输电系统的紧急有功功率调制量ΔP_e和柔性直流输电系统的频率有功调制量ΔP_f作用于柔性直流输电系统的定有功功率控制器，改变柔性直流输电系统的有功功率参考值P_ref，生成ΔP_e和ΔP_f作用下柔性直流输电系统的有功功率参考值的装置。

所述用于将柔性直流输电系统的紧急有功功率调制量ΔP_e和柔性直流输电系统的频率有功调制量ΔP_f作用于柔性直流输电系统的定有功功率控制器，改变柔性直流输电系统的有功功率参考值P_ref，生成ΔP_e和ΔP_f作用下柔性直流输电系统的有功功率参考值的装置根据生成ΔP_e和ΔP_f作用下柔性直流输电系统的有功功率参考值

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员参照上述实施例依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (13)

1.一种适用于柔性直流输电系统的附加功率控制方法，其特征在于，所述方法包括：

生成柔性直流输电系统的紧急有功功率调制量和频率有功调制量；

根据功率调制量和频率调制量生成有功功率参考值；

根据有功功率参考值调节柔性直流输电系统的有功功率。

2.根据权利要求1所述的适用于柔性直流输电系统的附加功率控制方法，其特征在于，所述生成柔性直流输电系统的紧急有功功率调制量和频率有功调制量包括：

根据交流系统功率缺额生成柔性直流输电系统的紧急有功功率调制量；

根据交流系统频率波动生成柔性直流输电系统的频率有功调制量。

3.根据权利要求2所述的适用于柔性直流输电系统的附加功率控制方法，其特征在于，所述根据交流系统功率缺额生成柔性直流输电系统的紧急有功功率调制量包括：

检测交流系统功率缺额P_lose，满足P_lose≥20％P_VSC，其中P_VSC为柔性直流输电系统的有功功率；

启动紧急提升或回降柔性直流输电系统的有功功率动作，根据交流系统功率缺额生成柔性直流输电系统的紧急有功功率调制量ΔP_e，有：

ΔP_e＝P_lose (1)。

4.根据权利要求3所述的适用于柔性直流输电系统的附加功率控制方法，其特征在于，所述根据交流系统频率波动生成柔性直流输电系统的频率有功调制量包括：

检测柔性直流输电系统的第一交流系统的频率和第二交流系统的频率；

判断第一交流系统的频率波动或第二交流系统的频率波动是否超过频率波动阈值，若是则生成柔性直流输电系统的频率有功调制量。

5.根据权利要求4所述的适用于柔性直流输电系统的附加功率控制方法，其特征在于，所述检测柔性直流输电系统量测的第一交流系统的频率和第二交流系统的频率包括：

柔性直流输电系统的控制系统自动检测柔性直流输电系统的第一交流系统的频率和第二交流系统的频率。

6.根据权利要求4所述的适用于柔性直流输电系统的附加功率控制方法，其特征在于，所述判断第一交流系统的频率波动或第二交流系统的频率波动是否超过频率波动阈值，若是则生成柔性直流输电系统的频率有功调制量包括：

设第一交流系统的频率和第二交流系统的频率分别为f₁和f₂，检测到第一交流系统的频率f₁或第二交流系统的频率f₂发生波动时，设第一交流系统的频率波动和第二交流系统的频率波动分别为Δf₁和Δf₂，频率波动阈值为δ；

判断Δf₁或Δf₂是否超过频率波动阈值，即满足|Δf₁|＞δ或|Δf₂|＞δ时，生成柔性直流输电系统的频率有功调制量ΔP_f，且满足ΔP_f＝KΔf₁或ΔP_f＝KΔf₂，其中，K为比例系数，且K＝200～500MW/Hz。

7.根据权利要求6所述的适用于柔性直流输电系统的附加功率控制方法，其特征在于，根据功率调制量和频率调制量生成有功功率参考值包括：

将柔性直流输电系统的紧急有功功率调制量ΔP_e和柔性直流输电系统的频率有功调制量ΔP_f作用于柔性直流输电系统的定有功功率控制器，改变柔性直流输电系统的有功功率参考值P_ref，生成ΔP_e和ΔP_f作用下柔性直流输电系统的有功功率参考值，有：

$P_{ref}^{*}={\mathrm{\ΔP}}_e+{\mathrm{\ΔP}}_f+P_{ref}---\left(2\right)$

其中，为ΔP_e和ΔP_f作用下柔性直流输电系统的有功功率参考值。

8.根据权利要求7所述的适用于柔性直流输电系统的附加功率控制方法，其特征在于，所述根据有功功率参考值调节柔性直流输电系统的有功功率包括：

将ΔP_e和ΔP_f作用下柔性直流输电系统的有功功率参考值作为定有功功率控制器的输入，所述定有功功率控制器根据控制调节柔性直流输电系统的有功功率，使柔性直流输电系统的功率维持平衡且频率维持稳定。

9.一种适用于柔性直流输电系统的附加功率控制装置，其特征在于，所述装置包括：

用于生成柔性直流输电系统的紧急有功功率调制量和频率有功调制量的装置；

用于根据功率调制量和频率调制量生成有功功率参考值的装置；以及

用于根据有功功率参考值调节柔性直流输电系统的有功功率的装置。

10.根据权利要求9所述的适用于柔性直流输电系统的附加功率控制装置，其特征在于，所述用于生成柔性直流输电系统的紧急有功功率调制量和频率有功调制量的装置包括：

用于根据交流系统功率缺额生成柔性直流输电系统的紧急有功功率调制量的装置；和

用于根据交流系统频率波动生成柔性直流输电系统的频率有功调制量的装置。

11.根据权利要求10所述的适用于柔性直流输电系统的附加功率控制装置，其特征在于，所述用于根据交流系统频率波动生成柔性直流输电系统的频率有功调制量的装置包括：

用于检测柔性直流输电系统的第一交流系统的频率和第二交流系统的频率的装置；和

用于判断第一交流系统的频率波动或第二交流系统的频率波动是否超过频率波动阈值，若是则生成柔性直流输电系统的频率有功调制量的装置。

12.根据权利要求11所述的适用于柔性直流输电系统的附加功率控制装置，其特征在于，所述用于根据功率调制量和频率调制量生成有功功率参考值的装置包括：

用于将柔性直流输电系统的紧急有功功率调制量ΔP_e和柔性直流输电系统的频率有功调制量ΔP_f作用于柔性直流输电系统的定有功功率控制器，改变柔性直流输电系统的有功功率参考值P_ref，生成ΔP_e和ΔP_f作用下柔性直流输电系统的有功功率参考值的装置。

13.根据权利要求12所述的适用于柔性直流输电系统的附加功率控制装置，其特征在于，所述用于将柔性直流输电系统的紧急有功功率调制量ΔP_e和柔性直流输电系统的频率有功调制量ΔP_f作用于柔性直流输电系统的定有功功率控制器，改变柔性直流输电系统的有功功率参考值P_ref，生成ΔP_e和ΔP_f作用下柔性直流输电系统的有功功率参考值的装置根据生成ΔP_e和ΔP_f作用下柔性直流输电系统的有功功率参考值