CN106786481A - 一种直流电网多点电压控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种直流电网多点电压的控制方法，该法包括如下步骤：对系统功率和换流站功率的控制；所述系统功率控制包括：根据直流电网电压的大小计算电压调节换流站输出有功功率的总和。所述换流站功率控制包括：根据换流站有功容量的大小计算有功功率输出。本发明提供的技术方案将参与系统电压调节的换流站等效为一个整体，利用了多个换流站的容量，从而提高了直流电网的电压调节能力；在保证有功功率总和不变的前提下，参与系统电压调节的所有换流站的有功功率的输出可根据各自可用容量的大小进行调节，可使调节换流站的功率利用率相等，提高了直流电网运行的安全性与稳定性。

Description

一种直流电网多点电压控制方法

技术领域

本发明涉及一种多点电压控制方法，具体涉及一种基于换流站能量均衡的多点电压控制方法。

背景技术

直流电网是由大量直流端以直流形式互联组成的能量传输系统，国际大电网会议(CIGRE)工作组的技术报告对直流电网所做的定义是：直流电网是由多个网状和辐射状联接的变换器组成的直流网络。在大规模分布式可再生能源接入、海洋群岛供电、海上风电场群集中送出和新型城市电网构建等方面，基于柔性直流输电的直流电网技术被认为是最有效的技术方案，并已成为国际电力领域研究的热点。直流电网中的直流电压大小不仅可以反映整个直流电网的稳定程度还能控制其中各换流站的能量交换，因此，直流电网的控制主要在于直流电压的控制。直流电网中的直流电压大小主要与直流电网功率总和有关，直流电网功率总和为正，其直流电压增大；直流电网功率总和为负，其直流电压减小，因此，直流电网多点电压控制的本质就是对多个换流站有功功率的协调配合。

换流站可以采用定电压控制方式、定功率控制方式，也可以采用下垂控制方式，不管换流站采用何种控制方式，一个换流站能够且只能够对一个变量的大小进行指定，这也就是说，含有n个换流站的直流电网可以对直流电网中的n个控制变量进行指定：

当直流电网为单点电压控制系统时，1个换流站参与直流电网的电压调节，而n-1个换流站参与直流电网的功率调节，则换流站控制器可对直流电网中的1个电压控制变量和n-1个功率控制变量进行指定。若上述n-1个功率控制变量彼此无关，则换流站控制器可对n个相互独立的控制变量大小进行指定，此时，换流站控制器能够满足网络约束的要求。

当直流电网为多点电压控制系统时，m个换流站参与直流电网电压调节(1<m<n)，而n-m个换流站参与直流电网功率调节，则换流站控制器可对直流电网中的m个电压控制变量和n-m个功率控制变量进行指定。若上述m个电压控制变量彼此独立，则直流电网功率分布无法确定，若上述m个电压控制变量彼此相关，即m个电压控制变量可以通过换流站功率大小彼此联系，则该m个电压控制变量与直流电网电压的联系较弱，此时各换流站的容量没有充分利用，直流电网电压的调节能力也较差。

发明内容

为解决现有技术存在的上述问题，本发明提供一种直流电网多点电压控制方法，在保证网络约束中各节点变量的独立性的基础上控制换流站中各控制变量的相关性；还可以使所有电压调节换流站的利用率相等，使各换流站的容量充分利用。

本发明的上述目的是采用下述技术方案实现的：

一种直流电网多点电压控制方法，其改进之处在于，所述直流电网多点电压控制方法包括如下步骤：

1)系统功率控制；

2)换流站功率控制；

所述系统功率控制包括：根据直流电网电压的大小计算电压调节换流站输出有功功率的总和。

进一步的,本发明提供一种优选技术方案为：所述换流站功率控制包括：根据换流站有功容量的大小计算有功功率输出。

进一步的,本发明提供一种优选技术方案为：按下式计算所述换流站M的输出有功功率的总和p_M：

其中，所述直流电网中的m个并联的用于电压调节的换流站等效为换流站M，则用于电压调节换流站的输出有功功率的总和为换流站M的输出有功功率的总和，m：所述直流电网中并联的用于电压调节的换流站数目，P_k＝U_k·I_k，U_k为电压调节换流站k的直流电压，I_k为电压调节换流站k的直流电流。

进一步的,本发明提供一种优选技术方案为：所述换流站M的直流电压采用下式计算：

其中，U_k为电压调节换流站k的直流电压，m为并联的用于电压调节的换流站的个数。

进一步的,本发明提供一种优选技术方案为：换流站M的有功功率参考值P_Mref如下式所示：

P_Mref＝P₁+P₂+…+P_m

其中：P₁、P₂和P_m分别为电压调节换流站1、电压调节换流站2和电压调节换流站m的有功功率大小；P_Mref为换流站M的有功功率参考值，所述m个用于电压调节换流站的功率大小应满足如上公式。

进一步的,本发明提供一种优选技术方案为：所述m个用于电压调节换流站为输出有功功率的方向一致的电压调节换流站。

进一步的,本发明提供一种优选技术方案为：所述m个用于电压调节换流站为的利用率相等的电压调节换流站。

与最接近的现有技术比，本发明的技术方案具有以下有益效果：

本发明提供的技术方案将参与系统电压调节的换流站等效为一个整体，利用了多个换流站的容量，从而提高了直流电网的电压调节能力；在保证有功功率总和不变的前提下，参与系统电压调节的所有换流站的有功功率的输出可根据各自可用容量的大小进行调节，可使调节换流站的功率利用率相等，提高了直流电网运行的安全性与稳定性。

附图说明

图1为直流电网网络结构图；

图2为多点电压控制电路图；

图3为系统功率控制电路图；

图4为换流站功率控制电路图。

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详细的说明。

直流电网多点电压控制就是多个换流站有功功率的协调配合。直流电网中换流站的协调配合控制方法受到直流电网网络结构、网络参数以及换流站控制器特性的约束。如图1所示直流电网网络结构，分为辐射状连结和网状连结。

如图2所示，本发明提供一种直流电网多点电压控制方法，该方法是将直流电网电压的控制过程分为系统功率控制和换流站功率控制两个部分，系统功率控制主要根据直流电网电压的大小计算所有电压调节换流站输出有功功率的总和，而换流站功率控制主要根据各调节换流站有功容量的大小计算其各自的有功功率输出。

S101系统功率控制含有n个换流站的直流电网可以对直流电网中的n个控制变量进行指定，m个换流站参与直流电网电压调节(1<m<n)，n-m个换流站参与直流电网功率调节；当直流电网的输电系统仅有一个电压等级时，输电系统电压的额定值仅有一个，则上述m个电压调节换流站的控制目标一致，将m个换流站等效为换流站M，由于换流站M为m个电压调节换流站并联作用的结果，其容量大小为m个电压调节换流站容量大小的总和，即：

其中：P_M为换流站M的容量大小；P_k为电压调节换流站k的容量大小。

为了减小输电系统中支路电阻对节点电压大小的影响，使用m个电压调节换流站出口直流电压大小的代数平均值作为换流站M的出口直流电压，即：

其中：U_M为换流站M的出口直流电压；U_k为电压调节换流站k的出口直流电压。

进行上述等效处理后，则直流电网网络变为一个节点数为n-m+1的单点电压控制系统，此时，输电系统电压控制器就是等效换流站M的换流站电压控制器，该输电系统电压控制器的工作原理如图3所示。

其中：U_M为换流站M的直流电压测量值；U_Mref为换流站M的直流电压参考值；P_Mref为换流站M的有功功率参考值，即整个系统的调节有功功率。

S102换流站功率控制

含有n个换流站的直流电网可以对直流电网中的n个控制变量进行指定，m个换流站参与直流电网电压调节(1<m<n)，n-m个换流站参与直流电网功率调节；当直流电网的输电系统仅有一个电压等级时，输电系统电压的额定值仅有一个，则上述m个电压调节换流站的控制目标一致，将m个换流站等效为换流站M，输电系统中m个电压调节换流站的有功功率大小应满足如下关系：

P_Mref＝P₁+P₂+…+P_m (3)

其中：P₁、P₂和P_m分别为电压调节换流站1、电压调节换流站2和电压调节换流站m的有功功率大小；P_Mref为换流站M的有功功率参考值。

根据公式3可知，输电系统电压仅对m个调节换流站的输出有功功率总和进行了约束，而未对其中各换流站的有功功率进行约束，因此输电系统电压控制器还应该对各调节换流站的输出有功功率进行进一步分配。

在输电系统电压的调节中，所有电压调节换流站被等效成同一个换流站M，因此，其仅体现等效换流站M的特性，这也就是说，m个电压调节换流站输出有功功率的方向完全一致。

根据公式3可知，系统中m个电压调节换流站的功率总和一定时，一个换流站有功功率的减小必然导致其余换流站有功功率的增大。换流站有功输出过大时，其处于重载状态，则一方面换流站中各设备的电阻损耗较大，另一方面设备使用寿命减少；换流站有功输出过小时，其处于轻载状态，则换流站运行的经济性受到影响。因此，m个电压调节换流站的有功功率输出应尽量均衡。以m个电压调节换流站的利用率相等为换流站功率控制目标，即：

η₁＝η₂＝…＝η_m (4)

其中：η为调节换流站的利用率。

根据公式4可知，输电系统中电压调节换流站k输出有功功率的大小可通过图4所示控制器实现。

需要声明的是，本发明的发明内容及具体实施方式意在证明本发明所提供技术方案的实际应用，不应解释为对本发明保护范围的限定。在本发明的精神和原理启发下，本领域技术人员可作各种修改、等同替换、或改进。但这些变更或修改均在申请待批的保护范围内。

Claims (7)

1.一种直流电网多点电压控制方法，其特征在于，所述直流电网多点电压控制方法包括如下步骤：

1)对系统功率的控制；

2)对换流站功率的控制；

所述系统功率控制包括：根据所述直流电网电压的大小计算电压调节换流站输出的有功功率。

2.根据权利要求1所述的直流电网多点电压控制方法，其特征在于，所述换流站功率控制包括：根据所述换流站有功容量的大小计算有功功率输出。

3.根据权利要求1所述的直流电网多点电压控制方法，其特征在于，按下式计算m个换流站的输出有功功率的总和p_M：

$P_M=\underset{k=1}{\overset{m}{\&Sigma;}}{P}_k$

其中，所述直流电网中并联的用于电压调节的换流站的数目m等效为换流站的数目M，P_k＝U_k·I_k，U_k为电压调节换流站k的直流电压，I_k为电压调节换流站k的直流电流。

4.根据权利要求3所述的直流电网多点电压控制方法，其特征在于，按下式计算所述M个换流站的每个换流站的平均直流电压：

$U_M=\frac{1}{m}\&CenterDot;\underset{k=1}{\overset{m}{\&Sigma;}}{U}_k$

其中，U_k为电压调节换流站k的直流电压，m为并联的用于电压调节的换流站的个数。

5.根据权利要求3所述的直流电网多点电压控制方法，其特征在于，M个换流站总的有功功率参考值P_Mref如下式所示：

P_Mref＝P₁+P₂+…+P_m

其中：P₁、P₂和P_m分别为电压调节换流站1、电压调节换流站2和电压调节换流站m的有功功率。

6.根据权利要求3所述的直流电网多点电压控制方法，其特征在于，所述m个用于电压调节换流站为输出有功功率的方向一致的电压调节换流站。

7.根据权利要求3所述的直流电网多点电压控制方法，其特征在于，所述m个用于电压调节换流站为的利用率相等的电压调节换流站。