CN106712071B

CN106712071B - 高低阀式柔性直流输电系统的控制方法和控制装置

Info

Publication number: CN106712071B
Application number: CN201710054277.6A
Authority: CN
Inventors: 侯丹; 刘伟增; 郝翔; 刘汉军; 汤明杰; 李辰
Original assignee: TBEA Xinjiang Sunoasis Co Ltd
Current assignee: TBEA Xinjiang Sunoasis Co Ltd
Priority date: 2017-01-24
Filing date: 2017-01-24
Publication date: 2019-09-06
Anticipated expiration: 2037-01-24
Also published as: CN106712071A

Abstract

本发明提供一种高低阀式柔性直流输电系统的控制方法，包括：获取起阀间均压作用的有功电流补偿量，将起阀间均压作用的有功电流补偿量与有功功率控制外环输出的有功电流分量叠加后输入电流控制内环，从而对有功电流进行动态调整以实现有功功率控制侧的均压；获取起阀间均流作用的有功电流补偿量，将起阀间均流作用的有功电流补偿量与直流电压控制外环输出的有功电流分量叠加后输入电流控制内环，从而对有功电流进行动态调整以实现直流电压控制侧的均流。相应地，提供一种高低阀式柔性直流输电系统的控制装置。本发明能够解决高低阀系统的现有控制方法存在的不均压和不均流问题。

Description

高低阀式柔性直流输电系统的控制方法和控制装置

技术领域

本发明涉及柔性直流输电技术领域，具体涉及一种高低阀式柔性直流输电系统的控制方法，以及一种高低阀式柔性直流输电系统的控制装置。

背景技术

柔性直流输电系统广泛采用模块化多电平结构，以适应高电压、大功率的应用场合。但是，随着电压和容量的进一步加大，不仅仅是换流阀部分需要考虑器件等的电压、电流承受能力，与换流阀配套的换流变压器等电力设备也要考虑电压、电流的承受能力，此外还要考虑制造工艺、运输方式等等因素。

由于各种因素的制约，在特高压场合下，采用一个换流阀的形式往往无法满足上述的各种要求。而且，在高压、大容量的场合，由于换流变压器等设备的设计和运输有难度，一般采用高低阀的形式，即用两个或以上换流阀代替一个换流阀，以解决设计和运输的困难，因此高低阀式柔性直流输电系统应运而生。

如果高低阀采用真双极的运行模式，每一个端包括两个极，每个极包括两个换流阀(分别为高阀和低阀)，并采用交流侧并联、直流侧串联的方式。这种接线方式对于换流变压器的选取以及换流阀的控制都有特殊的要求，而且每一个极的高阀与低阀之间由于采用交流侧并联、直流侧串联的连接方式，那么必然存在串联均压和并联均流的问题。

下面结合双端系统的现有控制方式对这一问题进行分析。

以双端系统常见的控制方式“一端控制直流电压和无功功率(可简称为直流电压控制侧)，另一端控制有功功率和无功功率(可简称为有功功率控制侧)”为例。高低阀式柔性直流输电系统的每个阀都有一个独立的控制器，对于直流电压控制侧，在有效的电压控制之下不会存在不均压的问题，但是其交流侧由于是并联关系，在没有额外的均流控制的情况下，可能会出现不均流的问题；对于有功功率控制侧，在有效的控制下，由于功率是受控的，则交流电流也是受控的，因此也不会出现不均流的问题，但是直流侧串联的两个阀之间的直流电压可能会出现不一致的问题，即不均压问题。

若高低阀式柔性直流输电系统采用现有的控制方法，则系统一旦出现扰动，很容易出现上述的不均压和不均流的问题，亟需解决。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中所存在的上述缺陷，提供一种高低阀式柔性直流输电系统的控制方法，以及一种高低阀式柔性直流输电系统的控制装置，能够解决高低阀系统的现有控制方法存在的不均压和不均流问题。

解决本发明技术问题所采用的技术方案是：

本发明提供一种高低阀式柔性直流输电系统的控制方法，所述高低阀式柔性直流输电系统包括至少一个端，每端包括至少一个极，每极包括至少两个换流阀，且存在阀间均压问题的一端为有功功率控制侧，存在阀间均流问题的一端为直流电压控制侧，所述控制方法包括：

获取起阀间均压作用的有功电流补偿量；

将起阀间均压作用的有功电流补偿量与有功功率控制外环输出的有功电流分量叠加后输入电流控制内环，从而对有功电流进行动态调整以实现有功功率控制侧的均压；

获取起阀间均流作用的有功电流补偿量；

将起阀间均流作用的有功电流补偿量与直流电压控制外环输出的有功电流分量叠加后输入电流控制内环，从而对有功电流进行动态调整以实现直流电压控制侧的均流。

本发明还提供一种高低阀式柔性直流输电系统的控制装置，所述高低阀式柔性直流输电系统包括至少一个端，每端包括至少一个极，每极包括至少两个换流阀，且存在阀间均压问题的一端为有功功率控制侧，存在阀间均流问题的一端为直流电压控制侧，所述控制装置包括：

第一获取单元，用于获取起阀间均压作用的有功电流补偿量；

叠加单元，用于将起阀间均压作用的有功电流补偿量与有功功率控制外环输出的有功电流分量叠加后输入电流控制内环，从而对有功电流进行动态调整以实现有功功率控制侧的均压；

第二获取单元，用于获取起阀间均流作用的有功电流补偿量；

所述叠加单元还用于，将起阀间均流作用的有功电流补偿量与直流电压控制外环输出的有功电流分量叠加后输入电流控制内环，从而对有功电流进行动态调整以实现直流电压控制侧的均流。

有益效果：

本发明提供一种适用于高低阀结构的柔性直流输电系统的控制方法和控制装置，通过在直流电压控制侧加入阀间均流的控制策略以达到同一极高阀与低阀交流侧之间的均压控制，在有功功率控制侧加入阀间均压控制策略以达到同一极高阀与低阀直流侧之间的均压控制，以及在有功功率控制侧加入直流电压超限控制策略以达到各个换流阀的直流电压超限控制，从而能够改善直流电压控制侧的不均流问题，改善有功功率控制侧的不均压问题，以及改善直流电压超限的问题，确保高低阀系统具有良好的稳态及动态性能。

附图说明

图1为现有柔性直流输电系统的伪双极接线模型拓扑示意图；

图2为现有柔性直流输电系统的真双极接线模型拓扑示意图；

图3为现有真双极运行模式的高低阀式双端柔性直流输电系统的主接线示意图；

图4为图3所示双端系统的有功功率控制侧的现有控制原理示意图；

图5a、图5b和图5c分别为图3所示双端系统中有功功率控制侧出现不均压问题时该侧四个换流阀的直流电流波形示意图、该侧交流电流波形示意图，和该侧四个换流阀的直流电压波形示意图；

图6为在图3所示双端系统的有功功率控制侧加入阀间均压控制策略后的控制原理示意图；

图7a、图7b和图7c分别为图3所示双端系统的有功功率控制侧加入阀间均压控制策略后该侧四个换流阀的直流电流波形示意图、该侧交流电流波形示意图，和该侧四个换流阀的直流电压波形示意图；

图8a、图8b和图8c分别为图3所示双端系统中有功功率控制侧出现直流电压超限问题时该侧四个换流阀的直流电流波形示意图、该侧交流电流波形示意图，和该侧四个换流阀的直流电压波形示意图；

图9为在图6所示控制原理的基础上加入直流电压超限控制策略后的控制原理示意图；

图10为图3所示双端系统的直流电压控制侧的现有控制原理示意图；

图11为图3所示双端系统的直流电压控制侧加入阀间均流控制策略后的控制原理示意图；

图12a、图12b和图12c分别为图3所示双端系统的直流电压控制侧加入阀间均流控制策略后该侧四个换流阀的直流电流波形示意图、该侧交流电流波形示意图，和该侧四个换流阀的直流电压波形示意图；

图13为本发明实施例1提供的高低阀式柔性直流输电系统的控制方法的流程图；

图14为本发明实施例2提供的高低阀式柔性直流输电系统的控制装置的结构框图。

图中：1－有功功率控制外环；11－有功功率控制器；2－电流控制内环；3－阀间均压控制环；31－阀间均压控制器；4－直流电压超限控制环；41－直流电压控制器；5－直流电压控制外环；51－直流电压控制器；6－阀间均流控制环；61－阀间均流控制器；100－第一获取单元；101－第一平均值获取子单元；102－测量值获取子单元；103－第一比较子单元；104－阀间均压控制器；105－符号判断子单元；106－第一限幅子单元；200－第二获取单元；201－第二平均值获取子单元；202－第二测量值获取子单元；203－第二比较子单元；204－阀间均流控制器；205－第二限幅子单元；300－第三获取单元；301－第三测量值获取子单元；302－额定值获取子单元；303－第三比较子单元；304－超限判断子单元；305－直流电压超限控制器；306－第三限幅子单元；400－叠加单元。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细描述。

在实际应用中，现有的高低阀式柔性直流输电系统包括至少一个端(例如单端、双端或多端)，每端包括至少一个极(例如单极或双极)，每极包括至少两个换流阀，每个换流阀配有一个换流变压器，并采用交流侧并联、直流侧串联的方式。并且，存在阀间均压问题的一端为有功功率控制侧，存在阀间均流问题的一端为直流电压控制侧。当然，如果所述柔性直流输电系统只包括一个端，那么该柔性直流输电系统仅具有有功功率控制侧或者直流电压控制侧；如果所述柔性直流输电系统包括至少两个端，那么该柔性直流输电系统既具有有功功率控制侧，也具有直流电压控制侧。

对于同一极中任意两个换流阀而言，对地电压相对较高的那个阀可称为高阀，而对地电压相对较低的那个阀可称为低阀，可见，高阀和低阀只是相对的概念。例如，某个端的同一极中包含三个换流阀，假设换流阀a对地电压最高，换流阀b对地电压次之，换流阀c对地电压最低，那么对于换流阀a和换流阀b而言，换流阀a为高阀，换流阀b为低阀，而对于换流阀b和换流阀c而言，换流阀b为高阀，换流阀c为低阀，可见，换流阀b是高阀还是低阀，要看与哪个阀对比。

现有的高低阀式柔性直流输电系统一般采用真双极运行模式、伪双极运行模式，或者真双极的单极运行模式。

具体地，如图1所示，伪双极接线方式可以采用Ynd11接线方式，交流侧星型电抗接地，即在换流变压器的阀侧采用星型电抗构成一个人为的中性点，使直流线路对地呈现出对称的正、负极性，这种接线方式结构简单，但输送容量有限且可靠性低。

如图2所示，真双极接线方式与传统直流输电双极系统接线方式基本一致，在两端正负换流阀之间接地，相对于伪双极接线方式，真双极接线方式具有运行方式多样化、系统可靠性高、输送容量大等优点。

下面以图3所示的真双极运行模式的高低阀式双端柔性直流输电系统为例来详细描述本发明的控制策略。当然，本发明不限应用于真双极运行模式的高低阀式柔性直流输电系统，也可以应用于其他运行模式的高低阀式柔性直流输电系统(如伪双极运行模式、真双极的单极运行模式等)，只要系统中含有高低阀即可。

如图3所示，真双极运行模式的高低阀式双端柔性直流输电系统包括两个端，分别为A端和B端，每端包括两个极，每极包括两个换流阀，并通过交流侧并联、直流侧串联的方式组合而成。其中，A端包括a1极和a2极，B端包括b1极和b2极，a1极包括换流阀a11和换流阀a12，a2极包括换流阀a21和换流阀a22，b1极包括换流阀b11和换流阀b12，b2极包括换流阀b21和换流阀b22，每个换流阀均配置一台换流变压器和一个独立的控制器。而且，双端系统常见的控制方式为一端控制直流电压和无功功率，假设为A端，该端可称为直流电压控制侧，另一端控制有功功率和无功功率，假设为B端，该端可称为有功功率控制侧。

图3所示双端系统的现有控制方式为，对于有功功率控制侧，外环采用有功功率和无功功率控制，内环采用电流控制。具体如图4所示，包括有功功率控制外环1、无功功率控制外环(图中未示出)和电流控制内环2。

采用图4所示的控制方式，对于有功功率控制侧，在有效的功率控制之下，由于功率是受控的，则交流电流也是受控的，因此也不会出现不均流的问题。但是直流侧同一极串联的两个阀之间的直流电压可能会出现不一致的问题，即出现不均压问题。

通过图4可以看出，现有的控制策略为，有功功率控制外环1产生电流控制内环2的d轴指令，该d轴指令直接进入电流控制内环2进行控制，然后电流控制内环2根据所述d轴指令产生所需的调制波。当电流控制内环2输出调制波之后，按照调制波的大小，计算出需要投入和切除的模块数，然后控制模块中的开关器件完成切除和投入操作，最终产生所需的三相电压。

图5a、图5b和图5c分别为图3所示双端系统中有功功率控制侧出现不均压问题时该侧四个换流阀(以换流阀b11、换流阀b12、换流阀b21和换流阀b22为例)的直流电流波形示意图、该侧交流电流波形示意图，和该侧四个换流阀的直流电压波形示意图。如图5c所示，有功功率控制侧的四个换流阀在2.8s左右时直流电压出现差异，且b1极的换流阀b11(高阀)和b2极的换流阀b21(高阀)的直流电压跌至300kV，b1极的换流阀b12(低阀)和b2极的换流阀b22(低阀)的直流电压升至500kV。虽然总的直流电压保持不变，但是同一极的高低阀之间的直流电压出现较大的差异，都偏离了额定电压400kV，且同一极中，具有较高直流电压的那个阀可能会带来模块过压的风险，同时损耗和结温都会相应的增加，而具有较低直流电压的那个阀可能会出现过调制的问题，同时功率无法达到额定功率。

为了解决上述问题，本发明实施例提出了阀间均压控制策略。该策略的基本原理是当功率控制侧同一极的各个换流阀的直流电压测量值偏离平均值时，需要通过对有功电流的动态调整，调整模块电压，从而控制同一极的各个阀的直流电压测量值回到平均值附近，以实现阀间均压的目的。

如图6示出了具体的阀间均压控制原理。如图6所示，在图4所示的现有控制方式的基础上增加了阀间均压控制环3，其中包括阀间均压控制器31，主要功能是解决同一极中高低阀之间的不均压问题。

具体地，向阀间均压控制环3输入有功功率控制侧每个极的直流母线电压测量值U_{dc_total}和该极各个换流阀的直流电压测量值U_{dc_i}。所述直流母线电压测量值U_{dc_total}乘以系数k₁得到该极各个换流阀的直流电压平均值(也可称为电压指令值)，其中k₁根据该侧每个极包含的换流阀的个数来确定，本实施例中，由于每个极包括两个换流阀，故k₁＝0.5。然后将该极各个换流阀的直流电压平均值与测量值U_{dc_i}进行对比，得到该极各个换流阀的直流电压的误差量ΔV_dc。再通过阀间均压控制器31对该极各个换流阀的直流电压的误差量ΔV_dc进行计算，得到对应的d轴电流的补偿量再使所述d轴电流的补偿量依次经过第一限幅环节和符号判断环节就能得到起阀间均压作用的有功电流补偿量(即阀间均压分量)。最后将起阀间均压作用的有功电流补偿量与有功功率控制外环输出的有功电流分量叠加后输入至电流控制内环。

其中，第一限幅环节的设置有利于系统在动态过程中保持稳定性，且上、下限的取值一般是对称的。具体地，预先设置上限值i_{dmax_c}和下限值i_{dmin_c}，若则输出i_{dmax_c}；若则直接输出若则输出i_{dmin_c}。

符号判断环节用于根据功率传输方向、该极各个换流阀的直流侧电压误差量ΔV_dc的正负、及有功功率控制外环输出的有功电流分量和所述d轴电流的补偿量的预设叠加关系，判断是否需要改变所述d轴电流的补偿量的正负号，且符号确定的d轴电流的补偿量即为起阀间均压作用的有功电流补偿量。

具体地，当有功功率控制侧的电流采样方向为从换流阀指向电网时，可设定功率P为正值，比如P＝1pu，那么对于有功功率控制侧，换流阀和电网之间的功率传输关系为从换流阀进入交流系统，对于双端系统来说，功率传输方向为从直流电压控制侧进入有功功率控制侧，此时有功功率控制外环输出的有功电流分量为正值；

若换流阀的直流侧电压偏高，即该换流阀的直流电压的测量值U_{dc_i}大于或等于其平均值则所述换流阀的直流侧电压误差量ΔV_dc为负值，所述d轴电流的补偿量也为负值；若有功功率控制外环输出的有功电流分量和所述d轴电流的补偿量的预设叠加关系为相加，则判断需要改变所述d轴电流的补偿量的符号，应将所述d轴电流的补偿量的符号变为负，且符号变为负的d轴电流的补偿量即为起阀间均压作用的有功电流补偿量(为正值)，从而输入至电流控制内环2的电流指令为使得的绝对值变大，输出的功率增加，直流母线的电压会被慢慢降低，达到均压的目的。若有功功率控制外环输出的有功电流分量和所述d轴电流的补偿量的预设叠加关系为相减，则判断不需改变所述d轴电流的补偿量的符号，且符号未改变的d轴电流的补偿量即为起阀间均压作用的有功电流补偿量(为负值)，从而输入至电流控制内环2的电流指令为使得的绝对值变大，输出的功率增加，直流母线的电压会被慢慢降低，达到均压的目的。

若换流阀的直流侧电压偏低，即该换流阀的直流电压的测量值U_{dc_i}小于其平均值则所述换流阀的直流侧电压误差量ΔV_dc为正值，所述d轴电流的补偿量也为正值；若有功功率控制外环输出的有功电流分量和所述d轴电流的补偿量的预设叠加关系为相加，则判断需要改变所述d轴电流的补偿量的符号，应将所述d轴电流的补偿量的符号变为负，且符号变为负的d轴电流的补偿量即为起阀间均压作用的有功电流补偿量(为负值)，从而输入至电流控制内环2的电流指令为使得的绝对值变小，输出的功率减少，直流母线的电压会被慢慢抬升，达到均压的目的。若有功功率控制外环输出的有功电流分量和所述d轴电流的补偿量的预设叠加关系为相减，则判断不需改变所述d轴电流的补偿量的符号，且符号未改变的d轴电流的补偿量即为起阀间均压作用的有功电流补偿量(为正值)，从而输入至电流控制内环2的电流指令为使得的绝对值变小，输出的功率减少，直流母线的电压会被慢慢抬升，达到均压的目的。

此外，当有功功率控制侧的电流采样方向为从电网指向换流阀时，可设定功率P为负值，比如P＝-1pu，那么对于有功功率控制侧，换流阀和电网之间的功率传输关系为从交流系统进入换流阀，对于双端系统来说，功率传输方向为从有功功率控制侧进入直流电压控制侧，此时有功功率控制外环输出的有功电流分量为负值；

若换流阀的直流侧电压偏高，即该换流阀的直流电压的测量值U_{dc_i}大于或等于其平均值则所述换流阀的直流侧电压误差量ΔV_dc为负值，所述d轴电流的补偿量也为负值；若有功功率控制外环输出的有功电流分量和所述d轴电流的补偿量的预设叠加关系为相加，则判断需要改变所述d轴电流的补偿量的符号，应将所述d轴电流的补偿量的符号变为负，且符号变为负的d轴电流的补偿量即为起阀间均压作用的有功电流补偿量(为正值)，从而输入至电流控制内环2的电流指令为使得的绝对值变小，输入的功率减少，直流母线的电压会被慢慢降低，达到均压的目的。若有功功率控制外环输出的有功电流分量和所述d轴电流的补偿量的预设叠加关系为相减，则判断不需改变所述d轴电流的补偿量的符号，且符号未改变的d轴电流的补偿量即为起阀间均压作用的有功电流补偿量(为负值)，从而输入至电流控制内环2的电流指令为使得的绝对值变小，输入的功率减少，直流母线的电压会被慢慢降低，达到均压的目的。

若换流阀的直流侧电压偏低，即该换流阀的直流电压的测量值U_{dc_i}小于其平均值则所述换流阀的直流侧电压误差量ΔV_dc为正值，所述d轴电流的补偿量也为正值；若有功功率控制外环输出的有功电流分量和所述d轴电流的补偿量的预设叠加关系为相加，则判断需要改变所述d轴电流的补偿量的符号，应将所述d轴电流的补偿量的符号变为负，且符号变为负的d轴电流的补偿量即为起阀间均压作用的有功电流补偿量(为负值)，从而输入至电流控制内环2的电流指令为使得的绝对值变大，输入的功率增加，直流母线的电压会被慢慢抬升，达到均压的目的。若有功功率控制外环输出的有功电流分量和所述d轴电流的补偿量的预设叠加关系为相减，则判断不需改变所述d轴电流的补偿量的符号，且符号未改变的d轴电流的补偿量即为起阀间均压作用的有功电流补偿量(为正值)，从而输入至电流控制内环2的电流指令为使得的绝对值变大，输入的功率增加，直流母线的电压会被慢慢抬升，达到均压的目的。

图7a、图7b和图7c分别为图3所示双端系统的有功功率控制侧加入阀间均压控制策略后该侧四个换流阀(以换流阀b11、换流阀b12、换流阀b21和换流阀b22为例)的直流电流波形示意图、该侧交流电流波形示意图，和该侧四个换流阀的直流电压波形示意图。可以看出，加入阀间均压控制策略之后，系统的阀间均压效果很好，不仅动态过程中性能很好，而且动态过程结束之后进入稳态时，电流的补偿量几乎为零，不会影响系统原有的输出功率。其中，动态过程指的是从功率出现阶跃到稳定下来的那段时间，具体为4s到5.4s左右，稳态指的是系统稳定下来的状态，具体为3s到4s左右，以及5.4s以后，这两个时段系统都处于稳态。

此外，图4所示的控制方式也无法解决直流电压超限的问题。图8a、图8b和图8c分别为图3所示双端系统中有功功率控制侧出现直流电压超限问题时该侧四个换流阀(以换流阀b11、换流阀b12、换流阀b21和换流阀b22为例)的直流电流波形示意图、该侧交流电流波形示意图，和该侧四个换流阀的直流电压波形示意图。

为了解决有功功率控制侧的直流电压超限的问题，本发明实施例提出了直流电压超限控制策略。如图9示出了具体的阀间均压控制原理。如图9所示，在图6所示的控制方式的基础上增加了直流电压超限控制环4，其中包括直流电压超限控制器41，主要功能是解决有功功率控制侧各个换流阀的直流电压超限问题。

具体地，向直流电压超限控制环4输入有功功率控制侧各个换流阀的直流电压测量值U_{dc_i}和额定值然后将该侧各个换流阀的直流电压测量值U_{dc_i}与额定值进行对比，得到该侧各个换流阀的直流电压的偏差量计算该侧各个换流阀的直流电压的偏差量的绝对值，判断所述绝对值是否超过预设的偏差范围，如是，则直流电压超限公开使能，即通过直流电压超限控制器41对所述偏差量进行调整，得到有功电流的直流电压超限分量如否，则直流电压超限控制器41的输出为零。再使所述有功电流的直流电压超限分量经过第三限幅环节就能得到起直流电压超限控制作用的有功电流补偿量(即直流电压超限分量)。最后使起直流电压超限控制作用的有功电流补偿量也与有功功率控制外环输出的有功电流分量叠加后输入电流控制内环，从而对有功功率进行动态调整，将各个换流阀的直流电压控制在合理范围之内。所述预设的偏差范围可由本领域技术人员根据系统的承受能力进行设定，一般地，该偏差范围的上限不能超过规定值的120％，下限不能低于规定值的85％。本发明实施例中，该偏差范围为规定值的85％-115％。

其中，第三限幅环节的设置有利于系统在动态过程中保持稳定性，且上、下限的取值一般是对称的。具体地，预先设置上限值i_{dmax_o}和下限值i_{dmin_o}，若则输出i_{dmax_o}；若则直接输出若则输出i_{dmin_o}。

而且，对于直流电压控制侧，其现有控制方式如图10所示，包括直流电压控制外环5、无功功率控制外环(图中未示出)和电流控制内环2。在有效的电压控制之下，不会存在不均压的问题，但是由于其交流侧是并联关系，在没有额外的均流控制策略的情况下，可能会出现不均流的问题。

如图10所示，直流电压控制侧的外环是直流电压环，在该侧各个极的高阀与低阀之间，直流侧是串联关系，交流侧是并联关系，在没有额外的均流控制策略的情况下，极易由动态过程的扰动引起不均流问题。当直流电压控制侧出现不均流问题时，尤其是在负荷比较重的时候，受到电流环限值的影响，很可能交流侧输出的总功率小于直流侧输入的总功率，导致模块电压的持续增加，从而出现直流电压超限的问题。

需要说明的是，直流电压控制侧和有功功率控制侧都有直流电压，两侧一般会同时出现直流电压超限问题，此时，两侧的直流电压一般都会偏大(即偏离正常范围)，但由于存在线路压降，导致两侧的直流电压会略有差异。

由于直流电压超限的本质是功率不平衡，需要两端协调控制。而直流电压控制侧已有直流电压控制外环5(如图10所示)，因此直流电压控制侧不需要额外增加直流电压超限控制策略，仅需在有功功率控制侧额外增加直流电压超限控制策略，前已述及，有功功率控制侧可采用图9所示直流电压超限控制策略来解决。

而且，对于直流电压控制侧同一极的各个换流阀，在均流的情况下，不会出现直流电压超限的问题，只有在不均流的情况下，才会出现直流电压超限的问题。换言之，两侧的直流电压超限问题是由直流电压控制侧不均流导致的。如图8a、图8b和图8c所示，有功功率控制侧的b1极的换流阀b11(高阀)与换流阀b12(低阀)之间的交流电流出现较大差异，并且在6.0s系统发生功率反转之后，b1极的换流阀b11的交流电流明显减小，换流阀b12的交流电流升至上限，即出现直流电压超限的问题，可以看出，有功功率控制侧的直流电压超限问题是由于直流电压控制侧的阀间不均流所导致的。

为了解决上述问题，本发明实施例提出了阀间均流控制策略。如图11示出了具体的阀间均压控制原理。如图11所示，在图10所示的现有控制方式的基础上增加了阀间均流控制环6，其中包括阀间均流控制器61，主要功能是解决同一极中高低阀之间的不均流问题。

具体地，向阀间均流控制环6输入直流电压控制侧每个极的直流母线电压测量值U_{dc_total}和该极各个换流阀的直流电压测量值U_{dc_i}。所述直流母线电压测量值U_{dc_total}乘以系数k₁得到该极各个换流阀的直流电压平均值其中k₁根据该侧每个极包含的换流阀的个数来确定，本实施例中，由于每个极包括两个换流阀，故k₁＝0.5。然后将该极各个换流阀的直流电压平均值与测量值U_{dc_i}进行对比，得到该极各个换流阀的直流电压的误差量ΔV_dc。再通过阀间均流控制器61对该极各个换流阀的直流电压的误差量ΔV_dc进行计算，得到对应的阀间均流分量然后使所述阀间均流分量经过第二限幅环节就能得到起阀间均流作用的有功电流补偿量(即阀间均流分量)。最后将起阀间均流作用的有功电流补偿量与直流电压控制外环输出的有功电流分量叠加后输入至电流控制内环。

其中，第二限幅环节的设置有利于系统在动态过程中保持稳定性，且上、下限的取值一般是对称的。具体地，预先设置上限值i_{dmax_c}和下限值i_{dmin_c}，若则输出i_{dmax_c}；若则直接输出若则输出i_{dmin_c}。

可以看出，本发明实施例采用的阀间均流控制策略主要也是通过直流侧端口的直流电压体现出来的，由于直流侧串联，所以直流电流相同，因此直流电压的差异就体现了功率的差异，功率的差异就体现在交流并联侧的电流的差异。故解决阀间均流问题也需采样直流侧的直流电压，通过电压的不均一程度对电流环的指令值进行调整，从而可以达到均流的效果。

图12a、图12b和图12c分别为图3所示双端系统的直流电压控制侧加入阀间均流控制策略后该侧四个换流阀(以换流阀a11、换流阀a12、换流阀a21和换流阀a22为例)的直流电流波形示意图、该侧交流电流波形示意图，和该侧四个换流阀的直流电压波形示意图。可以看出，加入阀间均流控制策略之后，系统的性能得到极大的改善，系统的阀间均流效果良好，系统工作正常。

需要说明的是，上述的阀间不均压和不均流问题只出现在同一极的各个换流阀之间，不同极可以独立运行，故不同极的换流阀之间不存在不均压和不均流的问题。

下面通过实施例1和实施例2详细描述本发明所述高低阀式柔性直流输电系统的控制方法和控制装置。

实施例1：

如图13所示，本实施例提供一种高低阀式柔性直流输电系统的控制方法，包括如下步骤S101-S106。

S101.获取起阀间均压作用的有功电流补偿量。

所述步骤S101具体包括如下步骤S101-1～S101-3。

S101-1.对于有功功率控制侧，获取同一极单个换流阀的直流电压的平均值及其测量值，将二者进行对比而得到该换流阀的直流电压的误差量；

S101-2.通过阀间均压控制器对所述换流阀的直流电压的误差量进行计算，以得到d轴电流的补偿量；

S101-3.根据功率传输方向、所述换流阀的直流侧电压误差量的正负、及有功功率控制外环输出的有功电流分量和所述d轴电流的补偿量的预设叠加关系，判断是否需要改变所述d轴电流的补偿量的正负号，且符号确定的d轴电流的补偿量即为起阀间均压作用的有功电流补偿量。

所述步骤S101-3具体包括如下步骤：

当功率传输方向从直流电压控制侧进入有功功率控制侧时，有功功率控制外环输出的有功电流分量为正值；

若同一极单个换流阀的直流电压的测量值大于或等于其平均值，则所述换流阀的直流侧电压误差量为负值，故所述d轴电流的补偿量也为负值，

若有功功率控制外环输出的有功电流分量和所述d轴电流的补偿量的预设叠加关系为相加，则判断需将所述d轴电流的补偿量的符号变为负，且符号变为负的d轴电流的补偿量即为起阀间均压作用的有功电流补偿量，

若有功功率控制外环输出的有功电流分量和所述d轴电流的补偿量的预设叠加关系为相减，则判断不改变所述d轴电流的补偿量的符号，且符号未改变的d轴电流的补偿量即为起阀间均压作用的有功电流补偿量；

若同一极单个换流阀的直流电压的测量值小于其平均值，则所述换流阀的直流侧电压误差量为正值，故所述d轴电流的补偿量也为正值，

当功率传输方向从有功功率控制侧进入直流电压控制侧时，有功功率控制外环输出的有功电流分量为负值；

若有功功率控制外环输出的有功电流分量和所述d轴电流的补偿量的预设叠加关系为相减，则判断不改变所述d轴电流的补偿量的符号，且符号未改变的d轴电流的补偿量即为起阀间均压作用的有功电流补偿量。

较优地，在步骤S101-2与S101-3之间，还包括如下步骤：

在得到所述d轴电流的补偿量之后，对所述d轴电流的补偿量进行限幅控制，以保持系统在动态过程中的稳定性。

S102.将起阀间均压作用的有功电流补偿量与有功功率控制外环输出的有功电流分量叠加后输入电流控制内环，从而对有功电流进行动态调整以实现有功功率控制侧的均压。

S103.获取起直流电压超限控制作用的有功电流补偿量。

所述步骤S103具体包括如下步骤S103-1和S103-2。

S103-1.对于有功功率控制侧，获取各个换流阀的直流电压的测量值及其额定值，将二者进行对比而得到该换流阀的直流电压的偏差量。

S103-2.计算所述换流阀的直流电压的偏差量的绝对值，判断所述绝对值是否超过预设的偏差范围，如是，则通过直流电压超限控制器对所述偏差量进行调整，以得到起直流电压超限控制作用的有功电流补偿量；如否，则直流电压超限控制器的输出为零。

较优地，所述步骤S103还包括如下步骤S103-3：

对起直流电压超限控制作用的有功电流补偿量进行限幅控制，以保持系统在动态过程中的稳定性。

S104.将起直流电压超限控制作用的有功电流补偿量也与有功功率控制外环输出的有功电流分量叠加后输入电流控制内环，从而对有功功率进行动态调整以实现有功功率控制侧的直流电压超限控制。

S105.获取起阀间均流作用的有功电流补偿量。

所述步骤S105具体包括如下步骤S105-1和S105-2。

S105-1.对于直流电压控制侧，获取同一极单个换流阀的直流电压的平均值及其测量值，将二者进行对比而得到该换流阀的直流电压的误差量。

S105-2.通过阀间均流控制器对所述换流阀的直流电压的误差量进行调整，以得到起阀间均流作用的有功电流补偿量并输入至电流控制内环。

较优地，所述步骤S105还包括如下步骤S105-3：

对起阀间均流作用的有功电流补偿量进行限幅控制，以保持系统在动态过程中的稳定性。

S106.将起阀间均流作用的有功电流补偿量与直流电压控制外环输出的有功电流分量叠加后输入电流控制内环，从而对有功电流进行动态调整以实现直流电压控制侧的均流。

需要说明的是，上述步骤的顺序只是为了说明本实施例而提出的一个具体实例，本发明对上述步骤的顺序不做限定，本领域技术人员在实际应用中可按需对其进行调整。

此外，本领域技术人员还可根据实际情况对上述控制方法中的步骤进行删减。例如，所述高低阀式柔性直流输电系统仅包括一个端时，若该端为有功功率控制侧，则相应的控制方法可只包括步骤S101-S104，或者只包括步骤S101-S102；若该端为直流电压控制侧，则相应的控制方法可只包括步骤S105和S106。所述高低阀式柔性直流输电系统包括至少两个端时，则相应的控制方法可包括上述步骤S101-S106，或者根据实际情况选择其中的部分步骤。

实施例2：

本实施例提供一种高低阀式柔性直流输电系统的控制装置。如图14所示，所述控制装置包括第一获取单元100、第二获取单元200、第三获取单元300和叠加单元400。

第一获取单元100用于获取起阀间均压作用的有功电流补偿量；叠加单元400用于将起阀间均压作用的有功电流补偿量与有功功率控制外环输出的有功电流分量叠加后输入电流控制内环，从而对有功电流进行动态调整以实现有功功率控制侧的均压；

第二获取单元200用于获取起阀间均流作用的有功电流补偿量；叠加单元400还用于将起阀间均流作用的有功电流补偿量与直流电压控制外环输出的有功电流分量叠加后输入电流控制内环，从而对有功电流进行动态调整以实现直流电压控制侧的均流；

第三获取单元300将起阀间均流作用的有功电流补偿量与直流电压控制外环输出的有功电流分量叠加后输入电流控制内环，从而对有功电流进行动态调整以实现直流电压控制侧的均流；叠加单元400还用于将起直流电压超限控制作用的有功电流补偿量也与有功功率控制外环输出的有功电流分量叠加后输入电流控制内环，从而对有功电流进行动态调整以实现有功功率控制侧的直流电压超限控制。

具体地，第一获取单元100位于有功功率控制侧，其包括第一平均值获取子单元101、第一测量值获取子单元102、第一比较子单元103、阀间均压控制器104和符号判断子单元105。

其中，第一平均值获取子单元101用于获取同一极单个换流阀的直流电压的平均值；第一测量值获取子单元102用于获取同一极单个换流阀的直流电压的测量值；第一比较子单元103用于将第一平均值获取子单元101的输出值与对应的第一测量值获取子单元102的输出值进行比较，以得到所述换流阀的直流电压的误差量；阀间均压控制器104用于对所述换流阀的直流电压的误差量进行计算，以得到d轴电流的补偿量；符号判断子单元105用于根据功率传输方向、所述换流阀的直流侧电压误差量的正负、及有功功率控制外环输出的有功电流分量和所述d轴电流的补偿量的预设叠加关系，判断是否需要改变所述d轴电流的补偿量的正负号，且符号确定的d轴电流的补偿量即为起阀间均压作用的有功电流补偿量。

而且，符号判断子单元105具体用于：

较优地，第一获取单元100还包括第一限幅子单元106，用于对所述d轴电流的补偿量进行限幅控制，以保持系统在动态过程中的稳定性。

具体地，第二获取单元200位于直流电压控制侧，其包括第二平均值获取子单元201、第二测量值获取子单元202、第二比较子单元203和阀间均流控制器204。

其中，第二平均值获取子单元201用于获取同一极单个换流阀的直流电压的平均值；第二测量值获取子单元202用于获取同一极单个换流阀的直流电压的测量值；第二比较子单元203用于将第二平均值获取子单元201的输出值与对应的第二测量值获取子单元202的输出值进行比较，以得到所述换流阀的直流电压的误差量；阀间均流控制器204用于对所述换流阀的直流电压的误差量进行调整，以得到起阀间均流作用的有功电流补偿量。

较优地，第二获取单元200还包括第二限幅子单元205，用于对起阀间均流作用的有功电流补偿量进行限幅控制，以保持系统在动态过程中的稳定性。

具体地，第三获取单元300位于有功功率控制侧，其包括第三测量值获取子单元301、额定值获取子单元302、第三比较子单元303、超限判断子单元304和直流电压超限控制器305。

其中，第三测量值获取子单元301用于获取各个换流阀的直流电压的测量值；额定值获取子单元302用于获取各个换流阀的直流电压的额定值；第三比较子单元303用于将第三测量值获取子单元301的输出值与对应的额定值获取子单元302的输出值进行比较，以得到所述换流阀的直流电压的偏差量；超限判断子单元304用于判断所述换流阀的直流电压的偏差量的绝对值是否超过预设的偏差范围；直流电压超限控制器305用于在所述换流阀的直流电压的偏差量的绝对值超过预设的偏差范围时，对所述偏差量进行调整，以得到起直流电压超限控制作用的有功电流补偿量，以及在所述换流阀的直流电压的偏差量的绝对值未超过预设的偏差范围时，输出为零。

较优地，第三获取单元300还包括第三限幅子单元306，用于对起直流电压超限控制作用的有功电流补偿量进行限幅控制，以保持系统在动态过程中的稳定性。

本领域技术人员还可根据实际情况对上述控制装置中的部件进行删减。例如，所述高低阀式柔性直流输电系统仅包括一个端时，若该端为有功功率控制侧，则相应的控制装置可只包括第一获取单元100、第三获取单元300和叠加单元400，或者只包括第一获取单元100和叠加单元400；若该端为直流电压控制侧，则相应的控制装置可只包括第二获取单元200和叠加单元400。所述高低阀式柔性直流输电系统包括至少两个端时，则相应的控制装置可包括第一获取单元100、第二获取单元200、第三获取单元300和叠加单元400，或者根据实际情况选择其中的部分部件。

本实施例所述装置与实施例1所述方法中的相关特征可以相互参考。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种高低阀式柔性直流输电系统的控制方法，所述高低阀式柔性直流输电系统包括至少一个端，每端包括至少一个极，每极包括至少两个换流阀，且存在阀间均压问题的一端为有功功率控制侧，存在阀间均流问题的一端为直流电压控制侧，对于同一极中任意两个换流阀而言，对地电压相对较高的那个阀称为高阀，而对地电压相对较低的那个阀称为低阀，其特征在于，所述控制方法包括：

获取起阀间均压作用的有功电流补偿量；

获取起阀间均流作用的有功电流补偿量；

将起阀间均流作用的有功电流补偿量与直流电压控制外环输出的有功电流分量叠加后输入电流控制内环，从而对有功电流进行动态调整以实现直流电压控制侧的均流；

其中，所述获取起阀间均压作用的有功电流补偿量的步骤包括：

对于有功功率控制侧，获取同一极单个换流阀的直流电压的平均值及其测量值，将二者进行对比而得到该换流阀的直流电压的误差量；

通过阀间均压控制器对所述换流阀的直流电压的误差量进行计算，以得到d轴电流的补偿量；

根据功率传输方向、所述换流阀的直流侧电压误差量的正负、及有功功率控制外环输出的有功电流分量和所述d轴电流的补偿量的预设叠加关系，判断是否需要改变所述d轴电流的补偿量的正负号，且符号确定的d轴电流的补偿量即为起阀间均压作用的有功电流补偿量；

所述获取起阀间均流作用的有功电流补偿量的步骤包括：

对于直流电压控制侧，获取同一极单个换流阀的直流电压的平均值及其测量值，将二者进行对比而得到该换流阀的直流电压的误差量；

通过阀间均流控制器对所述换流阀的直流电压的误差量进行调整，以得到起阀间均流作用的有功电流补偿量并输入至电流控制内环。

2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述获取起阀间均压作用的有功电流补偿量的步骤进一步包括：

3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括步骤：

获取起直流电压超限控制作用的有功电流补偿量；

将起直流电压超限控制作用的有功电流补偿量也与有功功率控制外环输出的有功电流分量叠加后输入电流控制内环，从而对有功功率进行动态调整以实现有功功率控制侧的直流电压超限控制。

4.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于，所述获取起直流电压超限控制作用的有功电流补偿量的步骤包括：

对于有功功率控制侧，获取各个换流阀的直流电压的测量值及其额定值，将二者进行对比而得到该换流阀的直流电压的偏差量；

计算所述换流阀的直流电压的偏差量的绝对值，判断所述绝对值是否超过预设的偏差范围，如是，则通过直流电压超限控制器对所述偏差量进行调整，以得到起直流电压超限控制作用的有功电流补偿量；如否，则直流电压超限控制器的输出为零。

5.一种高低阀式柔性直流输电系统的控制装置，所述高低阀式柔性直流输电系统包括至少一个端，每端包括至少一个极，每极包括至少两个换流阀，且存在阀间均压问题的一端为有功功率控制侧，存在阀间均流问题的一端为直流电压控制侧，对于同一极中任意两个换流阀而言，对地电压相对较高的那个阀称为高阀，而对地电压相对较低的那个阀称为低阀，其特征在于，所述控制装置包括：

所述叠加单元还用于，将起阀间均流作用的有功电流补偿量与直流电压控制外环输出的有功电流分量叠加后输入电流控制内环，从而对有功电流进行动态调整以实现直流电压控制侧的均流；

其中，所述第一获取单元位于有功功率控制侧，其包括：

第一平均值获取子单元，用于获取同一极单个换流阀的直流电压的平均值；

第一测量值获取子单元，用于获取同一极单个换流阀的直流电压的测量值；

第一比较子单元，用于将第一平均值获取子单元的输出值与对应的第一测量值获取子单元的输出值进行比较，以得到所述换流阀的直流电压的误差量；

阀间均压控制器，用于对所述换流阀的直流电压的误差量进行计算，以得到d轴电流的补偿量；

符号判断子单元，用于根据功率传输方向、所述换流阀的直流侧电压误差量的正负、及有功功率控制外环输出的有功电流分量和所述d轴电流的补偿量的预设叠加关系，判断是否需要改变所述d轴电流的补偿量的正负号，且符号确定的d轴电流的补偿量即为起阀间均压作用的有功电流补偿量

所述第二获取单元位于直流电压控制侧，其包括：

第二平均值获取子单元，用于获取同一极单个换流阀的直流电压的平均值；

第二测量值获取子单元，用于获取同一极单个换流阀的直流电压的测量值；

第二比较子单元，用于将第二平均值获取子单元的输出值与对应的第二测量值获取子单元的输出值进行比较，以得到所述换流阀的直流电压的误差量；

阀间均流控制器，用于对所述换流阀的直流电压的误差量进行调整，以得到起阀间均流作用的有功电流补偿量。

6.根据权利要求5所述的控制装置，其特征在于，所述符号判断子单元具体用于：

7.根据权利要求5所述的控制装置，其特征在于，所述控制装置还包括：

第三获取单元，用于获取起直流电压超限控制作用的有功电流补偿量；

所述叠加单元还用于，将起直流电压超限控制作用的有功电流补偿量也与有功功率控制外环输出的有功电流分量叠加后输入电流控制内环，从而对有功电流进行动态调整以实现有功功率控制侧的直流电压超限控制。

8.根据权利要求7所述的控制装置，其特征在于，所述第三获取单元位于有功功率控制侧，其包括：

第三测量值获取子单元，用于获取各个换流阀的直流电压的测量值；

额定值获取子单元，用于获取各个换流阀的直流电压的额定值；

第三比较子单元，用于将第三测量值获取子单元的输出值与对应的额定值获取子单元的输出值进行比较，以得到所述换流阀的直流电压的偏差量；

超限判断子单元，用于判断所述换流阀的直流电压的偏差量的绝对值是否超过预设的偏差范围；

直流电压超限控制器，用于在所述换流阀的直流电压的偏差量的绝对值超过预设的偏差范围时，对所述偏差量进行调整，以得到起直流电压超限控制作用的有功电流补偿量，以及在所述换流阀的直流电压的偏差量的绝对值未超过预设的偏差范围时，输出为零。