CN106816868A - 一种应用于多端直流输电系统的功率自动平衡控制方法 - Google Patents

一种应用于多端直流输电系统的功率自动平衡控制方法 Download PDF

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CN106816868A CN201510849539.9A CN201510849539A CN106816868A CN 106816868 A CN106816868 A CN 106816868A CN 201510849539 A CN201510849539 A CN 201510849539A CN 106816868 A CN106816868 A CN 106816868A
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孙蔚
文劲宇
苗璐
林卫星
王志冰
刘超
魏春霞
吴婧
谢立军
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State Grid Corp of China SGCC
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Abstract

本发明提供一种应用于多端直流输电系统的功率自动平衡控制方法，多端直流输电系统包括多端口直流-直流变换器；该方法包括：进行多端直流输电系统内部功率平衡控制；进行多端直流输电系统外部功率平衡控制；进行多端直流输电系统附加功率平衡控制。本发明提供的功率自动平衡控制方法能够在无人为干预的情况下自动形成功率平衡从而大大提高了多端直流输电系统的运行安全性；只在功率指令不平衡时才起作用，功率指令平衡时不起作用从而不影响系统的正常运行；仅通过改进各换流器的控制即可实现功率的自动平衡从而大大降低了硬件成本。

Description

一种应用于多端直流输电系统的功率自动平衡控制方法
技术领域
本发明属于输配电技术领域，具体涉及一种应用于多端直流输电系统的功率自动平衡控制方法。
背景技术
近随着越来越多的风力发电，太阳能发电等新能源发电接入电网以及直流输电技术的发展，将多条直流输电线路互联构成多端直流输电系统以及直流电网从而解决大规模新能源发电的接入问题成为工业界广泛关注的技术方案。一种直观的形成直流电网的方案是将多条直流线路通过直流断路器连接在一起。但这种方案存在两个技术难题：1)无法互联电压等级不同的直流线路；2)应对直流故障乏力，直流电网任何一点发生直流故障将波及整个直流电网，使得直流电网可靠性下降。
S.Kenzelmann等人发表的论文“Isolated DC/DC structure based on modular multilevel converte”(IEEE Trans.Power Electron.，2015，30(1)，89-98)披露了一种基于多电平的绝缘型双向DC/DC变换器，并提出了一种灵活可靠的潮流调节控制方法。F.Sasongko等人发表的论文“A front-to-front(FTF)system consisting of multiple modular multilevel cascade converters for offshore wind farms”(International Power Electronics Conference，2014)披露了一种基于模块化多电平级联背靠背式变换器，这种结构可以在减小应对直流故障。
此外，实现系统内部有功功率自动功率平衡是MF2F重要特性之一自动功率平衡的目标在于确保任何工况下，任何端口都不会出现长时间的过载。
苗璐，等人发表的论文“多端口背靠背式直流-直流换流系统”(中国电机工程学报，2015，35(5)：1024-1031.)披露了该种MF2F拓扑结构。该文所披露的控制方法中，为了保证多端口直流-直流变换器(MF2F)的可靠性，还额外指定一个端口为电压备用端，在其上安装了交流电压控制方法。当电压端口因故障而不能继续维持母线电压时，由备用端口代替电压端口，维持MF2F内部的交流电压。由于电压端口退出运行时需要切换备用端口的控制模式，控制模式的切换会给系统的运行带来安全隐患，同时该文所披露的方法需要特别指定各端口的控制模式，运行不灵活，当电压端口与备用端口都退出运行时，系统难以保持稳定运行。
发明内容
针对以上现有技术的缺陷或改进需求，为了确保功率自动平衡控制策略的高可靠性，本发明提供一种应用于多端直流输电系统的功率自动平衡控制方法，不依赖于通讯系统，而是通过交流电压下垂的控制实现直流电网中的无通讯式自动功率平衡，用于实现多端直流输电系统之间的功率自动平衡，保证多端口直流-直流变换器(MF2F)及其构成的多端直流输电系统在任何工况下，无需人为干预即自动保持功率平衡从而保证运行安全性。
为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：
本发明提供一种应用于多端直流输电系统的功率自动平衡控制方法，所述多端直流输电系统包括多端口直流-直流变换器；所述多端口直流-直流变换器包括电压源型换流器；
所述方法包括：
进行多端直流输电系统内部功率平衡控制；
进行多端直流输电系统外部功率平衡控制；
进行多端直流输电系统附加功率平衡控制。
进行多端直流输电系统内部功率平衡控制、外部功率平衡控制和附加功率平衡控制之前，判断多端直流输电系统内部功率是否处于非平衡状态，若是则进行多端直流输电系统内部功率平衡控制、外部功率平衡控制和附加功率平衡控制。
根据公共母线交流电压实际值判断多端直流输电系统内部功率是否处于非平衡状态，包括：
若公共母线交流电压实际值高于公共母线交流电压设定上限值或低于公共母线交流电压设定下限值，则表明多端直流输电系统内部功率处于非平衡状态。
根据公共母线交流电压实际值进行多端直流输电系统内部功率平衡控制，包括：
若公共母线交流电压实际值高于公共母线交流电压设定上限值，所述多端口直流-直流变换器内部的功率平衡控制器输出负的d-轴附加电流指令值，该负的d-轴附加电流指令值与功率平衡控制器输出的电流指令值叠加，实现多端直流输电系统内部功率平衡控制；
若公共母线交流电压实际值低于公共母线交流电压设定下限值，所述多端口直流-直流变换器内部的功率平衡控制器输出正的d-轴附加电流指令值，该正的d-轴附加电流指令值与功率平衡控制器输出的电流指令值叠加，实现多端直流输电系统内部功率平衡控制。
当多端直流输电系统恢复正常工况时，即多端直流输电系统内部功率处于平衡状态，各多端口直流-直流变换器输出的功率指令值恢复正常，功率平衡控制器输出为零。
根据端口的直流电压实际值进行多端直流输电系统外部功率平衡控制，包括：
若端口的直流电压实际值高于端口的直流电压设定上限值，所述多端口直流-直流变换器内部的功率平衡控制器输出正的d-轴附加电流指令值，该正的d-轴附加电流指令值与功率平衡控制器输出的电流指令值叠加，实现多端直流输电系统外部功率平衡控制；
若端口的直流电压实际值低于端口的直流电压设定上限值，所述多端口直流-直流变换器内部的功率平衡控制器输出负的d-轴附加电流指令值，该负的d-轴附加电流指令值与功率平衡控制器输出的电流指令值叠加，实现多端直流输电系统外部功率平衡控制。
当多端直流输电系统恢复正常工况时，即多端直流输电系统外部功率处于平衡状态，各多端口直流-直流变换器输出的功率指令值恢复正常，功率平衡控制器输出为零。
当外部换流器工作在定电压控制模式下，根据外部换流器连接的直流电缆的电压实际值进行多端直流输电系统附加功率平衡控制，包括：
当风电场的外部换流器监测到直流电缆的电压实际值高于直流电缆的电压设定上限值，所述多端口直流-直流变换器内部的功率平衡控制器输出负的附加电压指令值，该负的附加电压指令值与外部换流器输出的电压指令值叠加，实现多端直流输电系统附加功率平衡控制；
当风电场的外部换流器监测到直流电缆的电压实际值低于直流电缆的电压设定下限值，所述多端口直流-直流变换器内部的功率平衡控制器输出正的附加电压指令值，该负的附加电压指令值与外部换流器输出的电压指令值叠加，实现多端直流输电系统附加功率平衡控制。
当外部换流器工作在定功率控制模式下，根据外部换流器连接的直流电缆的电压实际值进行多端直流输电系统附加功率平衡控制，包括：
当风电场的外部换流器监测到直流电缆的电压实际值高于直流电缆的电压设定上限值，所述多端口直流-直流变换器内部的功率平衡控制器输出正的附加功率指令值，该正的附加电压指令值与外部换流器输出的功率指令值叠加，实现多端直流输电系统附加功率平衡控制；
当风电场的外部换流器监测到直流电缆的电压实际值低于直流电缆的电压设定下限值，所述多端口直流-直流变换器内部的功率平衡控制器输出负的附加功率指令值，该负的附加电压指令值与外部换流器输出的功率指令值叠加，实现多端直流输电系统附加功率平衡控制。
多端直流输电系统恢复正常工况时，即多端直流输电系统附加功率处于平衡状态，各多端口直流-直流变换器输出的功率指令值恢复正常，功率平衡控制器输出为零。
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)相比于通过上层调度员通过下发指令实现功率协调的方法，本发明提供的功率自动平衡控制方法能够在无人为干预的情况下自动形成功率平衡从而大大提高了多端直流输电系统的运行安全性；
(2)相比于采用下垂控制的功率协调方法，本发明提供的功率自动平衡控制方法只在功率指令不平衡时才起作用，功率指令平衡时不起作用从而不影响系统的正常运行；
(3)相比于通过增加储能，功率耗散装置等硬件装置实现功率平衡的方法，本发明提供的功率自动平衡控制方法仅通过改进各换流器的控制即可实现功率的自动平衡从而大大降低了硬件成本。
附图说明
图1是本发明实施例中由多端口直流-直流变换器组成的四端直流输电系统结构图；
图2是本发明实施例中多端口直流-直流变换器任一端口通用控制方法示意图；
图3是本发明实施例中与风场相连的外部换流器功率平衡控制方法示意图；
图4是按照本发明的处于定功率控制的外部换流器功率平衡控制方法示意图；
图5是本发明实施例的由四端口直流-直流变换器组成的直流输电系统各个换流器总体控制示意图；
图6是本发明实施例中功率指令不平衡工况下交流母线电压瞬时值示意图；
图7是本发明实施例中出现功率指令不平衡工况下的MF2F内环功率平衡控制量ΔIdref仿真结果示意图；
图8是本发明实施例中出现功率指令不平衡工况下的常规控制下d轴电流指令值仿真结果示意图；
图9是本发明实施例中出现功率指令不平衡工况下的各个端口d轴电流稳态指令值仿真结果示意图；
图10是本发明实施例中出现功率指令不平衡工况下的端口1端口4的ΔIdref_Vdc仿真结果示意图；
图11是本发明实施例中出现功率指令不平衡工况下的风场侧交流电压仿真结果示意图；
图12是本发明实施例中出现功率指令不平衡工况下的各端口直流电压仿真结果示意图；
图13是本发明实施例中出现功率指令不平衡工况下的各端口直流功率仿真结果示意图；
图14是本发明实施例中出现交流故障工况下的VSC1交流电压仿真结果示意图；
图15是本发明实施例中出现交流故障工况下的VSC4交流电压仿真结果示意图；
图16是本发明实施例中出现交流故障工况下的交流母线电压瞬时值仿真结果示意图；
图17是本发明实施例中出现交流故障工况下的MF2F内环功率平衡控制量ΔIdref仿真结果示意图；
图18是本发明实施例中出现交流故障工况下的常规控制下d轴电流指令值仿真结果示意图；
图19是本发明实施例中出现交流故障工况下的常规控制下各个端口d轴电流稳态指令值仿真结果示意图；
图20是本发明实施例中出现交流故障工况下的常规控制下端口1端口4的ΔIdref_Vdc仿真结果示意图；
图21是本发明实施例中出现交流故障工况下的常规控制下各个端口风场侧交流电压仿真结果示意图；
图21是本发明实施例中出现交流故障工况下的常规控制下各个端口各端口直流电压仿真结果示意图；
图22是本发明实施例中出现交流故障工况下的常规控制下各个端口各端口直流电压仿真结果示意图；
图23是本发明实施例中出现交流故障工况下的常规控制下各个端口直流功率仿真结果示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
本发明提供一种应用于多端直流输电系统的功率自动平衡控制方法，所述多端直流输电系统包括多端口直流-直流变换器；所述多端口直流-直流变换器包括电压源型换流器；
所述方法包括：
进行多端直流输电系统内部功率平衡控制；
进行多端直流输电系统外部功率平衡控制；
进行多端直流输电系统附加功率平衡控制。
进行多端直流输电系统内部功率平衡控制、外部功率平衡控制和附加功率平衡控制之前，判断多端直流输电系统内部功率是否处于非平衡状态，若是则进行多端直流输电系统内部功率平衡控制、外部功率平衡控制和附加功率平衡控制。
根据公共母线交流电压实际值判断多端直流输电系统内部功率是否处于非平衡状态，包括：
若公共母线交流电压实际值高于公共母线交流电压设定上限值或低于公共母线交流电压设定下限值，则表明多端直流输电系统内部功率处于非平衡状态。
根据公共母线交流电压实际值进行多端直流输电系统内部功率平衡控制，包括：
若公共母线交流电压实际值高于公共母线交流电压设定上限值，所述多端口直流-直流变换器内部的功率平衡控制器输出负的d-轴附加电流指令值，该负的d-轴附加电流指令值与功率平衡控制器输出的电流指令值叠加，实现多端直流输电系统内部功率平衡控制；
若公共母线交流电压实际值低于公共母线交流电压设定下限值，所述多端口直流-直流变换器内部的功率平衡控制器输出正的d-轴附加电流指令值，该正的d-轴附加电流指令值与功率平衡控制器输出的电流指令值叠加，实现多端直流输电系统内部功率平衡控制。
当多端直流输电系统恢复正常工况时，即多端直流输电系统内部功率处于平衡状态，各多端口直流-直流变换器输出的功率指令值恢复正常，功率平衡控制器输出为零。
根据端口的直流电压实际值进行多端直流输电系统外部功率平衡控制，包括：
若端口的直流电压实际值高于端口的直流电压设定上限值，所述多端口直流-直流变换器内部的功率平衡控制器输出正的d-轴附加电流指令值，该正的d-轴附加电流指令值与功率平衡控制器输出的电流指令值叠加，实现多端直流输电系统外部功率平衡控制；
若端口的直流电压实际值低于端口的直流电压设定上限值，所述多端口直流-直流变换器内部的功率平衡控制器输出负的d-轴附加电流指令值，该负的d-轴附加电流指令值与功率平衡控制器输出的电流指令值叠加，实现多端直流输电系统外部功率平衡控制。
当多端直流输电系统恢复正常工况时，即多端直流输电系统外部功率处于平衡状态，各多端口直流-直流变换器输出的功率指令值恢复正常，功率平衡控制器输出为零。
当外部换流器工作在定电压控制模式下，根据外部换流器连接的直流电缆的电压实际值进行多端直流输电系统附加功率平衡控制，包括：
当风电场的外部换流器监测到直流电缆的电压实际值高于直流电缆的电压设定上限值，所述多端口直流-直流变换器内部的功率平衡控制器输出负的附加电压指令值，该负的附加电压指令值与外部换流器输出的电压指令值叠加，实现多端直流输电系统附加功率平衡控制；
当风电场的外部换流器监测到直流电缆的电压实际值低于直流电缆的电压设定下限值，所述多端口直流-直流变换器内部的功率平衡控制器输出正的附加电压指令值，该负的附加电压指令值与外部换流器输出的电压指令值叠加，实现多端直流输电系统附加功率平衡控制。
当外部换流器工作在定功率控制模式下，根据外部换流器连接的直流电缆的电压实际值进行多端直流输电系统附加功率平衡控制，包括：
当风电场的外部换流器监测到直流电缆的电压实际值高于直流电缆的电压设定上限值，所述多端口直流-直流变换器内部的功率平衡控制器输出正的附加功率指令值，该正的附加电 压指令值与外部换流器输出的功率指令值叠加，实现多端直流输电系统附加功率平衡控制；
当风电场的外部换流器监测到直流电缆的电压实际值低于直流电缆的电压设定下限值，所述多端口直流-直流变换器内部的功率平衡控制器输出负的附加功率指令值，该负的附加电压指令值与外部换流器输出的功率指令值叠加，实现多端直流输电系统附加功率平衡控制。
多端直流输电系统恢复正常工况时，即多端直流输电系统附加功率处于平衡状态，各多端口直流-直流变换器输出的功率指令值恢复正常，功率平衡控制器输出为零。
图1为由一个四端口测试多端口面对面式直流-直流变换器组成的四端口直流输电系统拓扑结构。
图2多端口面对面式直流-直流变换器任一端口通用控制方法。该控制方法主要由d轴外环控制，q轴外环控制，电流内环控制和底层触发逻辑组成。其中q轴外环控制，电流内环控制以及底层触发逻辑为本领域已存在的技术。d轴外环控制是本发明的主要改进所在。
d轴外环控制共包含三种控制模式，分别为交流电压控制模式控制多端口直流-直流变换器交流公共母线的电压，功率控制控制端口直流功率，直流电压控制模式控制端口直流电压。多端口直流-直流变换器的任一端口可以工作在上述三种控制模式中的任一种模式。为了实现多端口直流-直流变换器的内部功率自动平衡，在功率控制模式及直流电压控制模式的端口上安装了“内部平衡控制”。为了实现交流电压控制模式端口和功率控制模式端口与其外部连接的直流系统之间的功率自动平衡，交流电压控制模式端口和功率控制模式端口还装设了外部平衡控制。以下简述各控制环节。通过采用图2所示的通用控制方法可以简化多端口直流-直流变换器任一端口的控制方法设计。
交流电压控制模式端口的常规控制以交流公共母线d-轴电压指令值Vdref与标幺化的交流公共母线d-轴电压实测值Vdpu的偏差做输入，经调节器(例如比例-积分(PI)调节器)后得到d-轴电流指令值IdrefOri。
功率控制模式端口的常规控制以有功功率指令值Pref与标幺化的有功功率实测值Pdcpu的偏差做输入，经调节器(例如比例-积分调节器)后得到d-轴电流指令值IdrefOri。
直流电压控制模式端口的常规控制以标幺化的直流电压实测值Vdcpu和直流电压指令值Vdcref的偏差做输入，经调节器(例如比例-积分调节器)后得到d-轴电流指令值IdrefOri。
为了实现多端口直流-直流变换器的内部功率自动平衡，在功率控制模式端口端口和直流电压控制模式端口端口上还装设了内部平衡控制。当交流公共母线d-轴电压Vdpu高于某个上限值时(本实施例中取值1.05pu)，内部平衡控制将自动输出一个负的d-轴电流指令值附加量ΔIdref叠加在功率控制模式端口及直流电压控制模式端口常规控制的电流指令值上从而减小 功率控制及直流电压控制模式的d轴电流指令值，达到限制交流公共母线电压进一步升高的目的。
当交流公共母线d-轴电压Vdpu低于某个下限值时(本实施例中取0.95)，内部平衡控制将自动输出一个正的d-轴电流指令值附加量ΔIdref叠加在功率控制模式及直流电压控制模式常规控制的电流指令值上从而增大功率控制模式及直流电压控制模式的d轴电流指令值，达到限值交流公共母线电压进一步降低的目的。
交流电压控制模式及功率控制模式的端口对其外部连接的直流系统而言相当于不可控的功率源或负荷，为了实现交流电压控制模式及功率控制模式的端口与其外部所连接的直流系统之间的功率自动平衡，本发明设计了一种外部平衡控制。其原理与内部平衡控制相类似。
当端口直流电压高于某上限值时(本发明取典型值1.05pu)，外部平衡控制自动输出一个正的附加d-轴电流指令值ΔIdref_Vdc，该附加指令值叠加在交流电压控制模式及功率控制模式端口的常规控制输出上从而减小交流电压控制模式及功率控制模式端口向直流输电线路注入的直流功率，达到防止直流输电线路直流电压进一步上升的目的。
当端口直流电压低于某下限值时(本发明取典型值0.95pu)，外部平衡控制自动输出一个负的附加d-轴电流指令值ΔIdref_Vdc，该附加指令值叠加在交流电压控制模式及功率控制模式端口的“常规控制”输出上从而减小交流电压控制模式及功率控制模式端口从直流输电线路吸收的直流功率，达到防止直流输电线路直流电压进一步降低的目的。
当多端口直流-直流变换器及其构成的直流电网功率指令值处于平衡状态时，多端口直流-直流变换器交流公共母线的电压及各端口的直流电压处于额定值附近，不会超出内部平衡控制所设置的Vdpu或外部平衡控制所设置的Vdcpu的上下限值。为了防止内部平衡控制及外部平衡控制在系统功率指令值处于平衡状态时仍起作用，内部平衡控制在Vdcpu超出上限起作用时，其输出上限为0，内部平衡控制在Vdcpu超出下限起作用时，其输出下限为0。外部平衡控制在Vdcpu超出上限起作用时，其输出下限为0，外部平衡控制在Vdcpu超出下限起作用时，其输出上限为0。
正常运行时，与风电场相连接的外部换流器用于控制风电场的交流电压。当外部换流器检测到其端口直流电压超出某上限(本实施例取1.05pu)时，图3虚线框所示的附加平衡控制将输出一个负的电压指令值调节量ΔVref叠加至额定交流电压指令值1.0上从而降低风电场的交流端电压，进而降低风电场发出的有功功率从而限制外部换流器直流端电压的进一步上升。
类似地，当外部换流器工作于定功率状态时，也安装了如图4虚线框所示的附加平衡控 制，当外部换流器检测到其端口直流电压高于某上限值(本发明取典型值1.05pu)时，将输出一个正的附加d轴电流指令值ΔIref叠加在常规控制方法输出的Idref上从而增大换流器输出的d轴电流，增大换流器输出的功率从而限制直流电压的进一步上升。
当外部换流器检测到其端口直流电压低于某下限值(本发明取典型值0.95pu)时，将输出一个负的附加d轴电流指令值ΔIref叠加在常规控制方法输出的Idref上从而减小换流器输出的d轴电流，减小换流器输出的功率从而限制直流电压的进一步下降。
为更明晰地展示本发明所披露的功率自动平衡控制方法的效果，对图1所示的四端口直流测试系统做了仿真验证。各换流器的工作模式及安装的控制方法列于图5中。表1为该测试直流系统各换流器的额定电压和额定功率。
表1
换流器 额定直流电(kV) 直流系统极性 额定功率(GW)
端口1(外部换流器1) ±400 对称单极性 1
端口2(外部换流器2) ±400 双极性 1
端口3(外部换流器3) ±320 对称单极性 1
端口4(外部换流器4) +500 不对称单极性 1
图6-图13给出了不平衡功率指令下系统仿真曲线。初始时外部换流器3和外部换流器4注入1000MW有功功率至直流系统，外部换流器1和外部换流器2从直流系统中吸收1000MW有功功率。3s时，外部换流器2反转其功率指令值，其功率方向从吸收1000MW转换到注入1000MW，由此直流系统中会出现不平衡注入功率。4s时，VSC2功率指令值恢复到正常值。
6s时，风场输出功率由100MW变为200MW，与此同时，换流器4反转其功率指令值，其功率放向从注入1000MW转换到吸收1000MW。由此，直流系统总会出现不平衡注入功率，导致多出800MW吸收功率无处消纳。7s时，换流器4功率指令值恢复到正常值。
图6中，3.0s-4.0s时，由于多端口直流-直流变换器内部出现过多的注入功率，系统交流母线电压幅值将达到上限值1.05。图2中“内部平衡控制”输出一个负的d-轴附加电流指令值ΔIdref(图7)。该附加电流指令值会叠加在各个功率端口的“常规控制”的输出上，从而减小注入功率端口的电流指令值。各个注入端口的“常规控制”下的d轴电流直流指令值达到上限值1.1pu(图8)。则最终各个注入端口d轴电流指令值为(Idlim+ΔIdref)。由于3-4s时，平衡端口电流指令值饱和在-1.1pu，则最终换流器2-4的电流直流值为(-1.1/3＝0.37pu)(图9)。即3-4s中， ΔIdref为-0.73pu(图7所示)。
图12中，3.0s-4.0s时，换流器2及换流器3无法将Edc2及Edc3控制在其额定值，图4及图5中的功率平衡控制会自动启动将Edc2及Edc3限制在1.05pu。其中，Edc2P为换流器2正极对地电压，Edc2N为换流器2负极对地电压。注入换流器2-4的直流功率减小(图13)，外部换流器3也会减小其交流电压以减小注入直流电网的风电功(图11)。
图13中，5s-6s时，当换流器2功率指令值恢复到正常范围内，系统将恢复正常运行状态。
6.0s-7.0s期间，多端口直流-直流变换器内部出现过多的吸收功率。系统运行方式分析方法与过注入功率方法类似。系统交流母线电压幅值将达到下限值0.95(图6)。图2中“内部平衡控制”输出一个正的d-轴附加电流指令值ΔIdref(图7)。该附加电流指令值会叠加在各个功率端口的“常规控制”的输出上，从而增加功率端口的电流指令值。各个吸收端口的“常规控制”下的d轴电流直流指令值达到下限值-1.1pu(图8)。正的ΔIdref叠加饱和的IdrefOri2，IdrefOri4，则Idref2和Idref4的稳态指令值为(-1.1-0.2)/2＝-0.65pu(图9)。即6s-7s时，稳态ΔIdref为0.45pu(图7所示)。正的ΔIdref同时也会叠加在IdrefOri3上，以增加换流器3的电流指令值。由于换流器3的“常规控制”尚未饱和，Idref3稳态指令值为0.2pu，Idref3Ori则会从0.2pu下降到-0.25pu。
由于换流器2无法提供外部换流器2所需的全部功率，则换流器2无法将其直流电压Vdc2控制为1.0pu。外部换流器2中的功率平衡控制方法会将电缆“外部换流器2-端口2”的直流电压控制在0.95pu(图12)。由于外部换流器1和4保持满功率运行，两个换流器均能将其直流电压控制在指定值。
图13-图23给出了交流故障下系统仿真曲线。3s和5s时，外部换流器1和4出口分别发生短时3相短路故障，每次故障持续时间为1s。图13和14中，故障期间，外部换流器1和4交流电压均跌落到正常值的15％。
3.0s-4.0s期间，交流故障使得外部换流器1能够传输的功率减小，而多端口直流-直流变换器换流器1仍然向“外部换流器1-端口1”直流电缆传输满功率，换流器1出口处直流电压会由此上升。当Vdc1上升到1.05pu，图2中的“外部平衡控制”会产生一个正的ΔIdref_Vdc1(图19)，由此减小传输到换流器1直流侧的功率。换流器1的“外部平衡控制”将Vdc1控制在1.05pu(图21)。
由于换流器1交流侧传输到其直流侧的功率减小，则多端口直流-直流变换器内部将会出现过多的注入功率。系统交流母线电压幅值将达到上限值1.05(图15)。图2中“内部平衡控制”输出一个负的d-轴附加电流指令值ΔIdref(图16)从而减小各功率端口的电流指令值Idref。 各个注入端口的“常规控制”下的d轴电流直流指令值达到上限值1.1pu，而吸收端口的功率将会输出未饱和的一个负值(图17)。最终各个注入端口d轴电流指令值为小于1.1pu的正值，而吸收端口功率将视系统运行状态而改变(图18)。
图22中，换流器3和4直流功率将至低于1pu，Pdc1随外部换流器1的功率状态而改变(大约为-0.15*1.2＝0.18pu)，Pdc2保持为其指令值。
5s时，外部换流器4发生交流故障，其系统运行分析与以上类似。由于交流故障使得外部换流器4能够传输的功率减小，使其无法提供多端口直流-直流变换器内部换流器4所需要吸收的功率。因此，图21中，5.0-6.0s时，Vdc4会下降到其下限值0.95pu。由于换流器1为多端口直流-直流变换器内部平衡端口，换流器2和3均能将其直流功率/电压保持在指令值。直流电缆“外部换流器2-端口2”，部换流器3-端口3”的电压及传输功率均能保持在故障前的状态。
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 (10)

1.一种应用于多端直流输电系统的功率自动平衡控制方法，其特征在于：所述多端直流输电系统包括多端口直流-直流变换器；所述多端口直流-直流变换器包括电压源型换流器；
所述方法包括：
进行多端直流输电系统内部功率平衡控制；
进行多端直流输电系统外部功率平衡控制；
进行多端直流输电系统附加功率平衡控制。
2.根据权利要求1所述的应用于多端直流输电系统的功率自动平衡控制方法，其特征在于：进行多端直流输电系统内部功率平衡控制、外部功率平衡控制和附加功率平衡控制之前，判断多端直流输电系统内部功率是否处于非平衡状态，若是则进行多端直流输电系统内部功率平衡控制、外部功率平衡控制和附加功率平衡控制。
3.根据权利要求2所述的应用于多端直流输电系统的功率自动平衡控制方法，其特征在于：根据公共母线交流电压实际值判断多端直流输电系统内部功率是否处于非平衡状态，包括：
若公共母线交流电压实际值高于公共母线交流电压设定上限值或低于公共母线交流电压设定下限值，则表明多端直流输电系统内部功率处于非平衡状态。
4.根据权利要求1所述的应用于多端直流输电系统的功率自动平衡控制方法，其特征在于：根据公共母线交流电压实际值进行多端直流输电系统内部功率平衡控制，包括：
若公共母线交流电压实际值高于公共母线交流电压设定上限值，所述多端口直流-直流变换器内部的功率平衡控制器输出负的d-轴附加电流指令值，该负的d-轴附加电流指令值与功率平衡控制器输出的电流指令值叠加，实现多端直流输电系统内部功率平衡控制；
若公共母线交流电压实际值低于公共母线交流电压设定下限值，所述多端口直流-直流变换器内部的功率平衡控制器输出正的d-轴附加电流指令值，该正的d-轴附加电流指令值与功率平衡控制器输出的电流指令值叠加，实现多端直流输电系统内部功率平衡控制。
5.根据权利要求4所述的应用于多端直流输电系统的功率自动平衡控制方法，其特征在于：当多端直流输电系统恢复正常工况时，即多端直流输电系统内部功率处于平衡状态，各多端口直流-直流变换器输出的功率指令值恢复正常，功率平衡控制器输出为零。
6.根据权利要求1所述的应用于多端直流输电系统的功率自动平衡控制方法，其特征在于：根据端口的直流电压实际值进行多端直流输电系统外部功率平衡控制，包括：
若端口的直流电压实际值高于端口的直流电压设定上限值，所述多端口直流-直流变换器内部的功率平衡控制器输出正的d-轴附加电流指令值，该正的d-轴附加电流指令值与功率平衡控制器输出的电流指令值叠加，实现多端直流输电系统外部功率平衡控制；
若端口的直流电压实际值低于端口的直流电压设定上限值，所述多端口直流-直流变换器内部的功率平衡控制器输出负的d-轴附加电流指令值，该负的d-轴附加电流指令值与功率平衡控制器输出的电流指令值叠加，实现多端直流输电系统外部功率平衡控制。
7.根据权利要求6所述的应用于多端直流输电系统的功率自动平衡控制方法，其特征在于：当多端直流输电系统恢复正常工况时，即多端直流输电系统外部功率处于平衡状态，各多端口直流-直流变换器输出的功率指令值恢复正常，功率平衡控制器输出为零。
8.根据权利要求1所述的应用于多端直流输电系统的功率自动平衡控制方法，其特征在于：当外部换流器工作在定电压控制模式下，根据外部换流器连接的直流电缆的电压实际值进行多端直流输电系统附加功率平衡控制，包括：
当风电场的外部换流器监测到直流电缆的电压实际值高于直流电缆的电压设定上限值，所述多端口直流-直流变换器内部的功率平衡控制器输出负的附加电压指令值，该负的附加电压指令值与外部换流器输出的电压指令值叠加，实现多端直流输电系统附加功率平衡控制；
当风电场的外部换流器监测到直流电缆的电压实际值低于直流电缆的电压设定下限值，所述多端口直流-直流变换器内部的功率平衡控制器输出正的附加电压指令值，该负的附加电压指令值与外部换流器输出的电压指令值叠加，实现多端直流输电系统附加功率平衡控制。
9.根据权利要求6所述的应用于多端直流输电系统的功率自动平衡控制方法，其特征在于：当外部换流器工作在定功率控制模式下，根据外部换流器连接的直流电缆的电压实际值进行多端直流输电系统附加功率平衡控制，包括：
当风电场的外部换流器监测到直流电缆的电压实际值高于直流电缆的电压设定上限值，所述多端口直流-直流变换器内部的功率平衡控制器输出正的附加功率指令值，该正的附加电压指令值与外部换流器输出的功率指令值叠加，实现多端直流输电系统附加功率平衡控制；
当风电场的外部换流器监测到直流电缆的电压实际值低于直流电缆的电压设定下限值，所述多端口直流-直流变换器内部的功率平衡控制器输出负的附加功率指令值，该负的附加电压指令值与外部换流器输出的功率指令值叠加，实现多端直流输电系统附加功率平衡控制。
10.根据权利要求8或9所述的应用于多端直流输电系统的功率自动平衡控制方法，其特征在于：多端直流输电系统恢复正常工况时，即多端直流输电系统附加功率处于平衡状态，各多端口直流-直流变换器输出的功率指令值恢复正常，功率平衡控制器输出为零。
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