CN106684902A - 柔性直流电网的换流站及多换流站协调控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种柔性直流电网的换流站及多换流站协调控制方法，在直流电压主控站与直流电压控制从站通讯异常且直流电压主控站停运时，通过在直流电压控制从站投入运行直流电压偏差控制器实现直流电网的电压稳定，该方法在站间通讯异常且直流电压主控站停运时不需要由直流电压控制从站接管直流电压控制，有效解决了站间通讯异常时直流电压控制从站接管直流电压控制导致直流电网工作于非正常工作状态的问题。
Description
技术领域
本发明属于电力系统柔性直流输电领域，具体涉及柔性直流电网的换流站及多换流站协调控制方法。
背景技术
由于多端柔性直流输电具有运行灵活性、可靠性等优点，使其满足电网互联、城市电网供电、多个风电场(新能源)互联方面比两端柔性直流输电更有优势。柔性直流系统中一般由一个主换流站对直流电压进行控制，但当主换流站发生故障时，为了保持直流电压的稳定和柔性直流电网的正常运行，必须通过其他协调控制策略来控制直流电压，而实现多端柔性直流输电各站的协调控制是多端柔性直流输电的难点。
现有技术中，公开号为102969733的中国专利公开了一种多端柔性直流电网协调控制方法，在站间通讯有效的情况下，直流电压主站通过站间通讯将停运信息发送给接管直流电压控制的从换流站，从换流站将控制方式切换为无偏差的直流电压控制方式；在站间通讯异常时，从站监测直流电压的变化，当直流电压偏离额定值一定阈值后，从站控制方式切换为有偏差的直流电压控制方式。
该方法能在通讯正常和异常时维持直流电压的稳定，但是，在通讯异常时，可能出现两个从站均切换到直流电压控制模式的情况，这种情况会产生环流，导致换流站饱和运行，不利于系统稳定。另外，这种控制方法在直流电压主控站停运恢复后，从站接管直流电压控制后变为新的主站，而原主站变为新的从换流站，无法回到系统原有的状态，这样会使直流电网工作于非正常的工作状态，无法满足直流输电系统的工作需求。
同时，通讯正常情况下，当有换流站故障退出，会导致直流电网总功率发生变化，当主站以外其他换流站的总功率超过主换流站的控制能力时，若不能及时处理，则会导致直流电压失稳，而该协调控制方法无法有效处理这一情况，只能等待上层调度系统重新修正各站功率水平。
综上所述，现有的控制方法一方面存在通讯异常时多个从站切换到直流电压控制、以及无法恢复到原系统状态的非正常运行状态产生的问题，另一方面可能导致电压失稳的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种柔性直流电网的换流站及多换流站协调控制方法，用于解决站间通讯异常时可能出现的非正常工作状态的问题。
为解决上述技术问题，本发明提出一种柔性直流电网的多换流站协调控制方法，包括以下六个方法方案：
方法方案一，所述直流电网包括一个主控站和至少一个从站，主控站控制整个系统的直流电压，工作于直流电压控制模式，从站工作于有功功率控制模式，如果直流电压主控站故障停运，还包括以下步骤：
1)当主控站与从站通讯正常时，一个从站切换到直流电压控制模式，作为直流电压控制站，剩余换流站维持原控制方式不变；当所述主控站故障恢复重新运行时，所述从站切回有功功率控制模式，所述主控站仍控制整个系统的直流电压；
2)当主控站与从站通讯异常时，从站不切换到直流电压控制，而是监测系统直流电压的变化，当系统直流电压的失稳程度超过所述从站的偏压控制限制时，至少一个从站投入运行直流电压偏差控制器，维持系统电压的稳定；当所述主控站故障恢复重新运行时，所述直流电压偏差控制器退出运行。
方法方案二，在方法方案一的基础上，所述从站从有功功率控制模式切换到直流电压控制模式的条件包括：
当主控站故障停运、比当前从站优先级高的从站发生故障，且当前从站与主控站、比当前直从站优先级高的从站之间的通讯都正常；
不满足上述条件时，从站保持或切换回有功功率控制模式。
方法方案三，在方法方案一的基础上，所述直流电压偏差控制器包括直流电压高限控制器和/或直流电压低限控制器；
当直流电压大于等于直流电压低限控制器的低限指令且小于等于直流电压高限控制器的高限指令时，直流电压高限控制器和直流电压低限控制器的输出都为零；
当直流电压小于直流电压低限控制器的低限指令或大于直流电压高限控制器的高限指令时，所述直流电压高限控制器或直流电压低限控制器的输出不为零，而是将直流电压控制在所述高限指令或低限指令上。
方法方案四、五、六，分别在方法方案一、二、三的基础上，所述步骤1)中，当直流电网中流入功率、流出功率的总和超过所述直流电压控制站调节的功率限值时，在其他从站投入运行直流电网功率限幅控制器，用于得到所述功率限值的补偿值，以保持直流电网中流入功率和流出功率的平衡；所述补偿值是根据直流电网中流入功率与流出功率的总和、及直流电压主控站调节的功率限值通过PI控制得到的。
为解决上述技术问题，本发明还提出一种柔性直流电网的换流站，包括以下六个换流站方案：
换流站方案一，包括有功功率控制器、直流电压控制器、切换单元，切换单元通过模式切换信号控制所述换流站的控制模式：当模式切换信号有效时，换流站选择直流电压控制模式，直流电压控制器的输出作为有功电流内环的控制参考值，当模式切换信号无效时，换流站选择有功功率控制模式，有功功率控制器的输出作为有功电流内环的控制参考值；所述换流站正常运行时，模式切换信号无效；
当站间通讯正常，且主站故障时，所述模式切换信号有效；
当站间通讯异常，且主站故障时，所述模式切换信号无效；投入运行直流电压偏差控制器，维持系统电压的稳定；当主站故障恢复重新运行时，所述直流电压偏差控制器退出运行。
换流站方案二，在换流站方案一的基础上，该模式切换信号的控制逻辑包括：当站间通讯正常时，且当直流电压主控站故障停运、比当前直流电压控制从站优先级高的从站发生故障，所述模式切换信号有效，执行所述切换动作；当所述直流电压主控站故障恢复重新运行时，所述模式切换信号无效，执行所述切回动作；
当站间通讯异常时，且当直流电压主控站故障停运，所述换流站不切换到直流电压控制，而是监测系统直流电压的变化，当系统直流电压的失稳程度超过所述换流站的偏压控制限制时，所述换流站投入运行直流电压偏差控制器，维持系统电压的稳定；当所述直流电压主控站故障恢复重新运行时，所述直流电压偏差控制器退出运行。
换流站方案三，在换流站方案一的基础上，所述直流电压偏差控制器包括直流电压高限控制器和直流电压低限控制器，根据所述系统直流电压失稳的情况选择投入运行直流电压高限控制器或直流电压低限控制器；
当直流电压大于等于直流电压低限控制器的低限指令且小于等于直流电压高限控制器的高限指令时，直流电压高限控制器和直流电压低限控制器的输出都为零；
当直流电压小于直流电压低限控制器的低限指令或大于直流电压高限控制器的高限指令时，所述直流电压高限控制器或直流电压低限控制器的输出不为零，而是将直流电压控制在所述高限指令或低限指令上。
换流站方案四、五、六，分别在换流站方案一、二、三的基础上，当直流电网中流入功率、流出功率的总和超过所述直流电压控制站调节的功率限值时，在所述换流站投入运行直流电网功率限幅控制器，用于得到所述功率限值的补偿值，以保持直流电网中流入功率和流出功率的平衡；所述补偿值是根据直流电网中流入功率与流出功率的总和、及直流电压主控站调节的功率限值通过PI控制得到的。
本发明的有益效果是：本发明提出一种柔性直流电网的换流站及多换流站协调控制方法，在直流电压主控站与直流电压控制从站通讯异常且直流电压主控站停运时，通过在直流电压控制从站投入运行直流电压偏差控制器实现直流系统的电压稳定，该方法在站间通讯异常且直流电压主控站停运时不需要由直流电压控制从站接管直流电压控制，有效解决了站间通讯异常时直流电压控制从站接管直流电压控制导致直流电网工作于非正常工作状态的问题。
附图说明
图1是四端柔性直流电网示意图；
图2是系统直流电压从站的结构示意图；
图3是模式切换信号的逻辑示意图；
图4是直流电压偏差配置示意图；
图5是本发明协调控制方法的换流站工作状态转换示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。
本发明的一种柔性直流电网的多换流站协调控制方法的实施例：
直流电网一般包括一个直流电压主控站和至少一个直流电压控制从站，其中，直流电压主控站控制整个系统的直流电压，工作于直流电压控制模式，其余所有换流站选择有功功率控制模式，如果直流电压主控站停运，直流系统将按照以下步骤进行动作：
1)当直流电压主控站与直流电压控制从站通讯正常时，一个直流电压控制从站接管直流电压控制，作为直流电压控制站，剩余换流站维持原控制方式不变；当直流电压主控站恢复正常运行时，直流电压控制从站切换回有功功率控制模式，而直流电压主控站仍控制整个系统的直流电压。
2)当直流电压主控站与直流电压控制从站通讯异常，从站不切换到直流电压控制模式，而是监测系统直流电压的变化，当系统直流电压的失稳程度超过上述从站的偏压控制限制时，至少一个从站投入运行直流电压偏差控制器，维持系统电压的稳定；当主控站故障恢复重新运行时，该直流电压偏差控制器退出运行。
实施例中，直流电压控制从站从有功功率控制模式切换到直流电压控制模式的条件包括：
当主控站故障停运、比当前从站优先级高的从站发生故障，且当前从站与主控站、比当前直从站优先级高的从站之间的通讯都正常；
不满足上述条件时，直流电压控制从站保持或切换回有功功率控制模式。
实施例中，当直流电压控制从站至少为两个时，这些直流电压控制从站根据优先级别先后投入运行直流电压偏差控制器，该直流电压偏差控制器包括直流电压高限控制器和直流电压低限控制器，根据系统直流电压失稳的情况选择投入运行直流电压高限控制器或直流电压低限控制器。
如图1所示的四端柔性直流系统，站1为直流电压主控站，控制整个系统的直流电压，站2、站3和站4为直流电压控制从站，一般运行在有功功率控制模式，优先级别从高到低分别为站2、站3、站4。
当站1停运时，站1与站2通讯正常，站1向站2发送切换信号，站2由功率控制切换为直流电压控制，接管了直流系统的直流电压控制。当站1恢复正常运行时，站1向站2发送模式切换信号，站2切换回有功功率控制方式，而站1重新控制整个系统的直流电压。
当站1停运时，站1与站2通讯异常，站1与站2之间的切换信号无效，按照优先级别，此时若站1与站3通讯正常，站1向站3发送切换信号，由站3接管直流电压控制，当站1恢复正常运行时，站1向站3发送模式切换信号，站3切换回有功功率控制方式，站1仍控制系统的直流电压。若站1与站3也通讯异常，则根据优先级别系统的直流电压控制由站4接管，直到站1恢复正常运行。
当站1停运时，站1与站2、站3、站4全部通讯异常，则站1与站2、站3、站4的全部切换信号均在无效状态，若直流电压失稳，失稳程度超过了站2的偏差控制限值时，站2的直流电压高限控制器或直流电压低限控制器投入运行，在闭环控制的作用下改变站2的潮流，将直流电压控制在站2的高限指令或低限指令上，平稳系统的直流电压。若站2达到最大控制能力后，直流电压仍继续偏离，则按照优先级别进一步投入站3或站4的电压偏差控制器，最终将直流电压稳定在某个偏差控制值。
若站1恢复正常运行，则在站1直流控制的作用下，直流电压回到正常范围内，站2、站3、站4投入的偏差控制器自动退出运行，回到正常的功率控制模式。
上述切换信号的逻辑如图3所示，即当本换流站与更高优先级别的换流站之间通讯全部正常，且更高优先级别的换流站全部故障或失去直流电压控制能力时，切换信号有效；否则模式切换信号无效。
上述直流电压高限控制器的控制指令UdcHref高于额定直流电压，且其输出上限为零，直流电压低限控制器的控制指令UdcLref低于额定直流电压，且其输出下限为零。当系统的直流电压正常时，即直流电压小于高限指令UdcHref且大于低限指令UdcLref时，或当直流电压等于高限指令UdcHref或低限指令UdcLref时，直流电压高限控制器上饱和，输出为零，直流电压低限控制器下饱和，输出为零，偏差控制器的输出不影响有功功率控制。
当直流电压大于高限指令或小于低限指令时，高限控制器或低限控制器的输出结果不再为零，在闭环控制的作用下逐步改变换流站的潮流，将直流电压控制在高限指令或低限指令上。直流电压偏差控制器的高限指令或低限指令应按照换流站的优先顺序进行配置，即优先级别高的换流站先触发，优先级别低的换流站后触发。可以根据实际情况只保留直流电压高限控制器和直流电压低限控制器中的一个，以满足直流电网的控制需求。
如图2所示，为了防止直流电压控制站以外其他站的功率总和超过直流电压控制站的控制能力从而导致直流电压失稳，当柔直电网中某站故障退出运行后，可能导致直流电网流入功率与流出功率不匹配，流入或流出功率的总和超过了直流电压主控站的控制能力(即功率限值PLimit)，而调度系统修正各个换流站的功率指令需要一定的时间，此时在其他直流电压控制从站投入直流电网功率限幅控制器，调整各个换流站的功率，保持流入功率与流出功率的平衡，当调度系统修正换流站的功率指令后，或直流电网中流入功率、流出功率的总和小于直流电压主控站调节的功率限值时，直流电网功率限幅控制器自动退出运行。
该直流电网功率限幅控制器用于得到直流电压主控站功率限值的补偿值，补偿值是根据直流电网中流入功率与流出功率的总和、及直流电压主控站调节的功率限值通过PI控制得到的，如图2所示。
例如，直流电压从站结构如图2所示，包括有功功率控制器、直流电压控制器、直流电压偏差控制器及直流电网功率限幅控制器，直流电网功率限幅控制器实时监测直流电压控制站以外换流站的总功率，当直流电压控制站以外换流站的总功率大于直流电压主控站的功率限值PLimit，说明直流功率过剩，触发判断模块输出的ctrl信号为1，控制器输入根据ctrl信号作出选择，进入功率限幅控制功能。在直流电网功率限幅控制作用下，改变当前换流站的功率，使流入直流网络的功率降低到限幅值之下。
为了避免系统频繁切换，直流电网功率限幅控制器退出运行时采用滞环处理，即当总功率小于限幅值一定值后，ctrl信号才由1转为0，同时将越限控制功能的积分项清零。
上述直流电网功率限幅控制器的功率限值PLimit为当前直流电压控制站的控制能力，当直流电压控制站发生变化时，例如由其他从换流站接管直流电压控制时，那么上述限值需要按照新的直流电压控制站的控制能力进行更新。
本实施例中，直流电网功率限幅控制器仅在站间通讯正常的情况处于使能状态，且直流电网功率限幅控制器的触发按照换流站的优先顺序进行。例如，站1与站2、站3、站4均通讯正常，站1停运，由站2接管直流电压控制，当站3、站4的功率总和超过站2的控制能力时，站3和站4的直流电网功率限幅控制器根据优先级别先后投入运行，直到调度系统修正站3和站4的功率指令，将直流系统的功率和降低到站2的控制能力范围内，站3、站4的直流电网功率限幅控制器自动退出运行。
本发明的一种柔性直流电网的换流站的实施例：
包括有功功率控制器、直流电压控制器、切换单元，切换单元通过模式切换信号控制所述换流站的控制模式：当模式切换信号有效时，换流站选择直流电压控制模式，直流电压控制器的输出作为有功电流内环的控制参考值，当模式切换信号无效时，换流站选择有功功率控制模式，有功功率控制器的输出作为有功电流内环的控制参考值；所述换流站正常运行时，模式切换信号无效；
当站间通讯正常，且主站故障时，所述模式切换信号有效；
当站间通讯异常，且主站故障时，所述模式切换信号无效；投入运行直流电压偏差控制器，维持系统电压的稳定；当主站故障恢复重新运行时，所述直流电压偏差控制器退出运行。
本实施例所述的换流站是一种柔性直流电网的多换流站协调控制方法的实施例中的直流电压控制从站，已经在上述实施例中进行详细的介绍，这里不再进行赘述。
在本发明给出的思路下，采用对本领域技术人员而言容易想到的方式对上述实施例中的技术手段进行变换、替换、修改，并且起到的作用与本发明中的相应技术手段基本相同、实现的发明目的也基本相同，这样形成的技术方案是对上述实施例进行微调形成的，这种技术方案仍落入本发明的保护范围内。
Claims (8)
1.一种柔性直流电网的多换流站协调控制方法，所述直流电网包括一个主控站和至少一个从站，主控站控制整个系统的直流电压，工作于直流电压控制模式，从站工作于有功功率控制模式，其特征在于，如果直流电压主控站故障停运，还包括以下步骤：
1)当主控站与从站通讯正常时，一个从站切换到直流电压控制模式，作为直流电压控制站，剩余换流站维持原控制方式不变；当所述主控站故障恢复重新运行时，所述从站切回有功功率控制模式，所述主控站仍控制整个系统的直流电压；
2)当主控站与从站通讯异常时，从站不切换到直流电压控制，而是监测系统直流电压的变化，当系统直流电压的失稳程度超过所述从站的偏压控制限制时，至少一个从站投入运行直流电压偏差控制器，维持系统电压的稳定；当所述主控站故障恢复重新运行时，所述直流电压偏差控制器退出运行。
2.根据权利要求1所述的柔性直流电网的多换流站协调控制方法，其特征在于，所述从站从有功功率控制模式切换到直流电压控制模式的条件包括：
当主控站故障停运、比当前从站优先级高的从站发生故障，且当前从站与主控站、比当前直从站优先级高的从站之间的通讯都正常；
不满足上述条件时，从站保持或切换回有功功率控制模式。
3.根据权利要求1所述的柔性直流电网的多换流站协调控制方法，其特征在于，所述直流电压偏差控制器包括直流电压高限控制器和/或直流电压低限控制器；
当直流电压大于等于直流电压低限控制器的低限指令且小于等于直流电压高限控制器的高限指令时，直流电压高限控制器和直流电压低限控制器的输出都为零；
当直流电压小于直流电压低限控制器的低限指令或大于直流电压高限控制器的高限指令时，所述直流电压高限控制器或直流电压低限控制器的输出不为零，而是将直流电压控制在所述高限指令或低限指令上。
4.根据权利要求1-3任一项所述的柔性直流电网的多换流站协调控制方法，其特征在于，所述步骤1)中，当直流电网中流入功率、流出功率的总和超过所述直流电压控制站调节的功率限值时，在其他从站投入运行直流电网功率限幅控制器，用于得到所述功率限值的补偿值，以保持直流电网中流入功率和流出功率的平衡；所述补偿值是根据直流电网中流入功率与流出功率的总和、及直流电压主控站调节的功率限值通过PI控制得到的。
5.一种柔性直流电网的换流站，其特征在于，包括有功功率控制器、直流电压控制器、切换单元，切换单元通过模式切换信号控制所述换流站的控制模式：当模式切换信号有效时，换流站选择直流电压控制模式，直流电压控制器的输出作为有功电流内环的控制参考值，当模式切换信号无效时，换流站选择有功功率控制模式，有功功率控制器的输出作为有功电流内环的控制参考值；所述换流站正常运行时，模式切换信号无效；
当站间通讯正常，且主站故障时，所述模式切换信号有效；
当站间通讯异常，且主站故障时，所述模式切换信号无效；投入运行直流电压偏差控制器，维持系统电压的稳定；当主站故障恢复重新运行时，所述直流电压偏差控制器退出运行。
6.根据权利要求5所述的柔性直流电网的换流站，其特征在于，该模式切换信号的控制逻辑包括：当站间通讯正常时，且当直流电压主控站故障停运、比当前直流电压控制从站优先级高的从站发生故障，所述模式切换信号有效，执行所述切换动作；当所述直流电压主控站故障恢复重新运行时，所述模式切换信号无效，执行所述切回动作；
当站间通讯异常时，且当直流电压主控站故障停运，所述换流站不切换到直流电压控制，而是监测系统直流电压的变化，当系统直流电压的失稳程度超过所述换流站的偏压控制限制时，所述换流站投入运行直流电压偏差控制器，维持系统电压的稳定；当所述直流电压主控站故障恢复重新运行时，所述直流电压偏差控制器退出运行。
7.根据权利要求5所述的柔性直流电网的换流站，其特征在于，所述直流电压偏差控制器包括直流电压高限控制器和直流电压低限控制器，根据所述系统直流电压失稳的情况选择投入运行直流电压高限控制器或直流电压低限控制器；
当直流电压大于等于直流电压低限控制器的低限指令且小于等于直流电压高限控制器的高限指令时，直流电压高限控制器和直流电压低限控制器的输出都为零；
当直流电压小于直流电压低限控制器的低限指令或大于直流电压高限控制器的高限指令时，所述直流电压高限控制器或直流电压低限控制器的输出不为零，而是将直流电压控制在所述高限指令或低限指令上。
8.根据权利要求5-7任一项所述的柔性直流电网的换流站，其特征在于，当直流电网中流入功率、流出功率的总和超过所述直流电压控制站调节的功率限值时，在所述换流站投入运行直流电网功率限幅控制器，用于得到所述功率限值的补偿值，以保持直流电网中流入功率和流出功率的平衡；所述补偿值是根据直流电网中流入功率与流出功率的总和、及直流电压主控站调节的功率限值通过PI控制得到的。
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