CN107026476A - 一种抑制电磁环网功率环流的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种抑制电磁环网功率环流的方法和装置，包括：计算电磁环网的开口电压；获取第一逆变器和第二逆变器的附加控制信号，并得到第一逆变器和第二逆变器的熄弧角调制信号；计算第一逆变器和第二逆变器的触发角，并确定第一逆变器和第二逆变器的输出功率。本发明基于换流站功率快速可调的特点对直流输电系统的第一逆变站和第二逆变站分别进行熄弧角调制，能够动态抑制高低压电磁环网中的无功环流，能响应交流系统实时的变化；且本发明基于直流分层接入方式的特点，设计了协调控制器减轻了逆变站在改变无功功率输出时有功功率和无功功率相互耦合的影响。

Description

一种抑制电磁环网功率环流的方法和装置

技术领域

本发明涉及特高压直流输电技术领域，具体涉及一种抑制电磁环网功率环流的方法和装置。

背景技术

目前中国正在大力发展特高压电网，特高压1000kV和超高压750kV电网都处于建设初期，在未来的一段时间内网架结构都较薄弱，而其低一级电压网架较坚强，为获取最大的网络传输功率以合理利用廉价资源，满足用户需求等，电磁环网将采取合环运行方式。同时某些已形成的电磁环网由于各种原因可能暂时难以开环运行，因此电磁环网将在较长一段时间内存在。电磁环网在满足安全约束的条件下，经济运行就成了主要矛盾。同时随着我国特高压直流技术的广泛应用，多馈入直流集中落入受端负荷中心将是未来我国电网发展所面临的重要问题。为从电网结构上有效解决直流系统的问题，引入特高压直流分层接入交流电网方式，上述的特高压直流分层接入方式是指在一回直流线路上的逆变端串联的两个逆变站分别接入电压等级为500kV和电压等级为1000kV的换流母线。由于特高压直流分层接入方式联系了电网中1000kV电网和500kV电网而且两个换流站串联在一起的方式能等效为变压器结构，这就为控制不同电压层的无功交换提供了可能。

发明内容

本发明提供一种抑制电磁环网功率环流的方法和装置，通过测量电磁环网的开口电压并反馈至直流附加控制器，将熄弧角调制信号叠加在逆变站的主控制器上，以调节逆变器的熄弧角，进而改变逆变器的输出功率，达到了抑制高低压电磁环网中无功环流的目的。

为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：

本发明提供一种抑制电磁环网功率环流的方法，包括：

根据第一换流母线BUS1或第二换流母线BUS2的电压幅值计算电磁环网的开口电压；

根据电磁环网的开口电压分别获取第一逆变器和第二逆变器的附加控制信号，并根据第一逆变器和第二逆变器的附加控制信号分别得到第一逆变器和第二逆变器的熄弧角调制信号；

根据第一逆变器和第二逆变器的熄弧角调制信号计算第一逆变器和第二逆变器的触发角，并根据第一逆变器和第二逆变器的触发角以及第一逆变器和第二逆变器的熄弧角调制信号确定第一逆变器和第二逆变器的输出功率；

所述第一逆变器的电压等级大于第二逆变器的电压等级；

所述第一逆变器与第一换流母线BUS1连接，所述第二逆变器与第二换流母线BUS1连接，所述第一换流母线BUS1与第二换流母线BUS2通过n个依次串联的联络变压器连接。

所述根据第一换流母线BUS1或第二换流母线BUS2的电压幅值计算电磁环网的开口电压包括：

电磁环网的开口电压如下式：

ΔU＝U₁-k₁×k₂×···×k_n×U₁ (1)

或

ΔU＝U₂-k₁×k₂×···×k_n×U₂ (2)

其中，ΔU表示电磁环网的开口电压，k_n表示第n个联络变压器的变比，U₁表示第一换流母线BUS1的电压幅值，U₂表示第二换流母线BUS2的电压幅值。

所述根据电磁环网的开口电压分别获取第一逆变器和第二逆变器的附加控制信号包括：

第一逆变器和第二逆变器的附加控制信号分别如下式：

Δu₁＝-ΔU (3)

Δu₂＝ΔU (4)

其中，Δu₁表示第一逆变器的附加控制信号，Δu₂表示第二逆变器的附加控制信号。

所述根据第一逆变器和第二逆变器的附加控制信号分别得到第一逆变器和第二逆变器的熄弧角调制信号包括：

第一逆变器和第二逆变器的熄弧角调制信号分别如下式：

Δγ₁＝Δu₁(a₁+b₁/s) (5)

Δγ₂＝Δu₂(a₂+b₂/s) (6)

其中，Δγ₁表示第一逆变器的熄弧角调制信号，a₁、b₁分别表示第一逆变器的直流附加控制器的比例系数和积分系数，Δγ₂表示第二逆变器的熄弧角调制信号，a₂、b₂分别表示第二逆变器的直流附加控制器的比例系数和积分系数，s表示积分因子，Δγ₁和Δγ₂分别满足：

-Δγ_1max≤Δγ₁≤Δγ_1max (7)

-Δγ_2max≤Δγ₂≤Δγ_2max (8)

其中，Δγ_1max表示第一逆变器的熄弧角的幅值限制值，Δγ_2max分别表示第二逆变器的熄弧角的幅值限制值。

所述根据第一逆变器和第二逆变器的熄弧角调制信号计算第一逆变器和第二逆变器的触发角包括：

第一逆变器和第二逆变器的触发角分别如下式：

α₁＝(γ₁-Δγ₁-γ_1ref)(K₁₁+K₁₂/s) (9)

α₂＝(γ₂-Δγ₂-γ_2ref)(K₂₁+K₂₂/s) (10)

其中，α₁表示第一逆变器的触发角，α₂表示第二逆变器的触发角，γ₁表示第一逆变器的熄弧角，γ₂表示第二逆变器的熄弧角，γ_1ref表示第一逆变器的熄弧角基准值，γ_2ref表示第二逆变器的熄弧角基准值，K₁₁、K₁₂分别表示第一逆变器中主控制器的比例系数和积分系数，K₂₁、K₂₂分别表示第二逆变器中主控制器的比例系数和积分系数。

所述根据第一逆变器和第二逆变器的触发角以及第一逆变器和第二逆变器的熄弧角调制信号确定第一逆变器和第二逆变器的输出功率包括：

判断α₁是否大于0，若是则第一逆变器的输出功率如下式：

P₁＝K₁U₁Icos(γ₁-Δγ₁) (11)

Q₁＝-K₁U₁Isin(γ₁-Δγ₁) (12)

其中，P₁表示第一逆变器输出的有功功率，Q₁表示第一逆变器输出的无功功率，I为直流线路电流，K₁表示第一逆变器的比例系数；

若α₁≤0，则第一逆变器的输出功率如下式：

P₁＝K₁U₁Icosγ₁ (13)

Q₁＝-K₁U₁Isinγ₁ (14)。

所述根据第一逆变器和第二逆变器的触发角以及第一逆变器和第二逆变器的熄弧角调制信号确定第一逆变器和第二逆变器的输出功率包括：

判断α₂是否大于0，若是则第二逆变器的输出功率如下式：

P₂＝K₂U₂Icos(γ₂-Δγ₂) (15)

Q₂＝-K₂U₂Isin(γ₂-Δγ₂) (16)

其中，P₂表示第二逆变器输出的有功功率，Q₂表示第二逆变器输出的无功功率，K₂表示第二逆变器的比例系数；

若α₂≤0，则第二逆变器的输出功率如下式：

P₂＝K₂U₂Icosγ₂ (17)

Q₂＝-K₂U₂Isinγ₂ (18)。

本发明还提供一种抑制电磁环网功率环流的装置，所述电磁环网包括第一逆变器、第二逆变器、第一换流母线BUS1、第二换流母线BUS2和n个依次串联的联络变压器；所述第一逆变器连接第一换流母线BUS1，所述第二逆变器连接第二换流母线BUS2，所述第一换流母线BUS1和第二换流母线BUS2通过n个依次串联的联络变压器连接；所述装置包括：

计算模块，用于根据第一换流母线BUS1或第二换流母线BUS2的电压幅值计算电磁环网的开口电压；

获取模块，用于根据电磁环网的开口电压分别获取第一逆变器和第二逆变器的附加控制信号，并根据第一逆变器和第二逆变器的附加控制信号分别得到第一逆变器和第二逆变器的熄弧角调制信号；

确定模块，用于根据第一逆变器和第二逆变器的熄弧角调制信号计算第一逆变器和第二逆变器的触发角，并根据第一逆变器和第二逆变器的触发角以及第一逆变器和第二逆变器的熄弧角调制信号确定第一逆变器和第二逆变器的输出功率。

所述计算模块具体用于：

电磁环网的开口电压如下式：

ΔU＝U₁-k₁×k₂×···×k_n×U₁ (1)

或

ΔU＝U₂-k₁×k₂×···×k_n×U₂ (2)

其中，ΔU表示电磁环网的开口电压，k_n表示第n个联络变压器的变比，U₁表示第一换流母线BUS1的电压幅值，U₂表示第二换流母线BUS2的电压幅值。

所述获取模块具体用于：

第一逆变器和第二逆变器的附加控制信号分别如下式：

Δu₁＝-ΔU (3)

Δu₂＝ΔU (4)

其中，Δu₁表示第一逆变器的附加控制信号，Δu₂表示第二逆变器的附加控制信号。

所述获取模块具体用于：

第一逆变器和第二逆变器的熄弧角调制信号分别如下式：

Δγ₁＝Δu₁(a₁+b₁/s) (5)

Δγ₂＝Δu₂(a₂+b₂/s) (6)

其中，Δγ₁表示第一逆变器的熄弧角调制信号，a₁、b₁分别表示第一逆变器的直流附加控制器的比例系数和积分系数，Δγ₂表示第二逆变器的熄弧角调制信号，a₂、b₂分别表示第二逆变器的直流附加控制器的比例系数和积分系数，s表示积分因子，Δγ₁和Δγ₂分别满足：

-Δγ_1max≤Δγ₁≤Δγ_1max (7)

-Δγ_2max≤Δγ₂≤Δγ_2max (8)

其中，Δγ_1max表示第一逆变器的熄弧角的幅值限制值，Δγ_2max分别表示第二逆变器的熄弧角的幅值限制值。

所述确定模块具体用于：

第一逆变器和第二逆变器的触发角分别如下式：

α₁＝(γ₁-Δγ₁-γ_1ref)(K₁₁+K₁₂/s) (9)

α₂＝(γ₂-Δγ₂-γ_2ref)(K₂₁+K₂₂/s) (10)

其中，α₁表示第一逆变器的触发角，α₂表示第二逆变器的触发角，γ₁表示第一逆变器的熄弧角，γ₂表示第二逆变器的熄弧角，γ_1ref表示第一逆变器的熄弧角基准值，γ_2ref表示第二逆变器的熄弧角基准值，K₁₁、K₁₂分别为第一逆变器中主控制器的比例系数和积分系数，K₂₁、K₂₂分别为第二逆变器中主控制器的比例系数和积分系数。

所述确定模块具体用于：

判断α₁是否大于0，若是则第一逆变器的输出功率如下式：

P₁＝K₁U₁Icos(γ₁-Δγ₁) (11)

Q₁＝-K₁U₁Isin(γ₁-Δγ₁) (12)

其中，P₁表示第一逆变器输出的有功功率，Q₁表示第一逆变器输出的无功功率，I为直流线路电流，K₁表示第一逆变器的比例系数；

若α₁≤0，则第一逆变器的输出功率如下式：

P₁＝K₁U₁Icosγ₁ (13)

Q₁＝-K₁U₁Isinγ₁ (14)。

所述确定模块具体用于：

判断α₂是否大于0，若是则第二逆变器的输出功率如下式：

P₂＝K₂U₂Icos(γ₂-Δγ₂) (15)

Q₂＝-K₂U₂Isin(γ₂-Δγ₂) (16)

其中，P₂表示第二逆变器输出的有功功率，Q₂表示第二逆变器输出的无功功率，K₂表示第二逆变器的比例系数；

若α₂≤0，则第二逆变器的输出功率如下式：

P₂＝K₂U₂Icosγ₂ (17)

Q₂＝-K₂U₂Isinγ₂ (18)。

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.本发明提供的技术方案先根据第一换流母线BUS1或第二换流母线BUS2的电压幅值计算电磁环网的开口电压；然后根据电磁环网的开口电压分别获取第一逆变器和第二逆变器的附加控制信号，并根据第一逆变器和第二逆变器的附加控制信号分别得到第一逆变器和第二逆变器的熄弧角调制信号；最后根据第一逆变器和第二逆变器的熄弧角调制信号计算第一逆变器和第二逆变器的触发角，并根据第一逆变器和第二逆变器的触发角以及第一逆变器和第二逆变器的熄弧角调制信号确定第一逆变器和第二逆变器的输出功率，最终实现了利用第一逆变站和第二逆变站直流分层接入的方式控制第一逆变器和第二逆变器各自的功率输出，进而实现抑制电磁环网功率环流的目的；

2.本发明利用现有的直流输电工程去抑制高低压电磁环网中的无功换流，不需要增添新设备，不新增加投资，经济性比较好；

3.传统的通过改变变压器分接头的方法去控制环网的电磁环流，实时性不好，而且频繁动作分接头会降低设备的使用寿命，而本发明基于换流站功率快速可调的特点对直流输电系统的第一逆变站和第二逆变站分别进行熄弧角调制，能够动态抑制高低压电磁环网中的无功环流，能响应交流系统实时的变化；

4.本发明基于直流分层接入方式的特点，即在逆变侧串联的两个逆变站即第一逆变站和第二逆变站分别接入不同电压等级的电网，设计了协调控制器减轻了逆变站在改变无功功率输出时有功功率和无功功率相互耦合的影响；

5.本发明利用到了第一逆变站和第二逆变站来控制电磁环网中的电磁环流，理论上来说无功调节范围更宽，调节能力更强，同时逆变站中配置的静电电容器也能增强其调节能力。

附图说明

图1是本发明实施例中直流分层接入方式下电磁环网的等值电路图；

图2是本发明实施例中高端逆变器和低端逆变器的附加控制信号获取示意图；

图3是本发明实施例中高端逆变站的主控制器和直流附加控制器原理图；

图4是本发明实施例中低端逆变站的主控制器和直流附加控制器原理图；

图5是本发明实施例中抑制电磁环网功率环流的方法整体控制原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

本发明实施例提供的抑制电磁环网功率环流的方法通过实时检测高低压电磁环网的开口电压幅值，并将其作为反馈信号作用在直流附加控制器上通过改变高端逆变器和低端逆变器的熄弧角给定值控制逆变站的无功输出来形成相反的无功环流来达到动态抑制电磁环网中无功环流的目的。同时直流附加控制器使得高端逆变器和低端逆变器的熄弧角动作时朝相反方向变化，这样可以减轻由于在改变逆变站的无功输出时有功功率耦合的影响，使得整个直流线路输送的有功功率大致不变。

其中的电磁环网等值电路图如图1所示，串联在同一条直流线路上的高端逆变器和低端逆变器分别接入电压等级不同的交流系统。实际的工程中，高端逆变器接入到500kV的交流系统，低端逆变器接入到1000kV的交流系统，两个不同电压等级的交流系统通过换流变压器连接。高端逆变器和低端逆变器分别通过换流变压器T1和换流变压器T2同交流系统连接，在高端换流母线BUS1和低端换流母线BUS2上分别并联无功补偿设备B_c1和B_c2。电磁环网包括高端逆变器、低端逆变器、换流变压器T1、换流变压器T2、高端换流母线BUS1、低端换流母线BUS2和n个依次串联的联络变压器；它们之间的连接关系如下：

高端逆变器与低端逆变器连接，且高端逆变器和低端逆变器分别通过换流变压器T1和换流变压器T2连接高端换流母线BUS1和低端换流母线BUS2，n个依次串联的联络变压器位于高端换流母线BUS1和低端换流母线BUS2之间。

本发明实施例提供的抑制电磁环网功率环流的方法流程图如图5所示，在大时间尺度上两个逆变器的熄弧角能维持在额定值左右，以使其具有良好的无功调节能力。抑制电磁环网功率环流的方法体过程如下：

S101：根据高端换流母线BUS1或低端换流母线BUS2的电压幅值计算电磁环网的开口电压；

S102：根据S101计算得到的电磁环网的开口电压分别获取高端逆变器和低端逆变器的附加控制信号，然后根据高端逆变器和低端逆变器的附加控制信号分别得到高端逆变器和低端逆变器的熄弧角调制信号；

S103：根据S102得到的高端逆变器和低端逆变器的熄弧角调制信号计算高端逆变器和低端逆变器的触发角，并根据高端逆变器和低端逆变器的触发角以及高端逆变器和低端逆变器的熄弧角调制信号确定高端逆变器和低端逆变器的输出功率。

上述的S101中，根据高端换流母线BUS1或低端换流母线BUS2的电压幅值计算电磁环网的开口电压具体过程如下：

假设电磁环网在测量点开断，电压幅值从高压线路再到低压线路通过线路上的变压器变比折算得到开断的另一端电压。然后将测量到的电压同折算到的电压相减就可以得到电磁环网开口电压，电磁环网的开口电压具体的计算方法为：用测量到的某节点电压幅值以从高压网架到低压网架的顺序沿着高低压电磁环网依次乘以经过的变压器变比一直到原测量点结束，得到的电压幅值与原来测量的电压幅值作差就可以得到高低压电磁环网的开口电压。电磁环网的开口电压可以通过高端换流母线BUS1的电压幅值U₁计算，也可以通过低端换流母线BUS2的电压幅值U₂计算，电磁环网的开口电压具体如下式：

ΔU＝U₁-k₁×k₂×···×k_n×U₁ (1)

或

ΔU＝U₂-k₁×k₂×···×k_n×U₂ (2)

其中，ΔU表示电磁环网的开口电压，k_n表示第n个联络变压器的变比，U₁表示高端换流母线BUS1的电压幅值，U₂表示低端换流母线BUS2的电压幅值。

上述S102中，根据电磁环网的开口电压分别获取高端逆变器和低端逆变器的附加控制信号具体过程如下：

如图2所示，高端逆变器和低端逆变器的附加控制信号分别如下式所示：

Δu₁＝-ΔU (3)

Δu₂＝ΔU (4)

其中，Δu₁表示高端逆变器的附加控制信号，Δu₂表示低端逆变器的附加控制信号。

上述S102中，根据高端逆变器和低端逆变器的附加控制信号分别得到高端逆变器和低端逆变器的熄弧角调制信号具体过程如下：

高端逆变器和低端逆变器中直流附加控制器的控制目标是控制电磁环网的开口电压幅值达到最小；控制基础是高端逆变器和低端逆变器的功率输出可以通过改变高端逆变器和低端逆变器熄弧角的基准值快速可调；控制手段是通过开口电压幅值与给定的电压的差值经PI等环节形成高端逆变器和低端逆变器的熄弧角调制信号分别叠加在高端逆变器和低端逆变器中主控制器输出的高端逆变器、低端逆变器的熄弧角γ₁、γ₂上以控制高端逆变器和低端逆变器的功率输出在小范围内动态变化。

高端逆变器中的直流附加控制器的输入为高端逆变器的附加控制信号Δu₁，输出为高端熄弧角调制信号Δγ₁，即Δu₁通过高端逆变器的附加控制器的PI环节和限幅环节得到高端熄弧角调制信号Δγ₁；低端逆变器中的直流附加控制器的输入为低端逆变器的附加控制信号Δu₂，输出为低端熄弧角调制信号Δγ₂，即Δu₂通过低端逆变器的附加控制器的PI环节和限幅环节得到低端熄弧角调制信号Δγ₂，具体的高端逆变器和低端逆变器的熄弧角调制信号分别如下式：

Δγ₁＝Δu₁(a₁+b₁/s) (5)

Δγ₂＝Δu₂(a₂+b₂/s) (6)

其中，Δγ₁表示高端逆变器的熄弧角调制信号，a₁、b₁分别表示高端逆变器的直流附加控制器的比例系数和积分系数，Δγ₂表示低端逆变器的熄弧角调制信号，a₂、b₂分别表示低端逆变器的直流附加控制器的比例系数和积分系数，s表示积分因子，Δγ₁和Δγ₂分别满足：

-Δγ_1max≤Δγ₁≤Δγ_1max (7)

-Δγ_2max≤Δγ₂≤Δγ_2max (8)

其中，Δγ_1max表示高端逆变器的熄弧角的幅值限制值，Δγ_2max分别表示低端逆变器的熄弧角的幅值限制值。

上述S103中，根据高端逆变器和低端逆变器的熄弧角调制信号计算高端逆变器和低端逆变器的触发角具体过程如下：

根据高端逆变器的熄弧角调制信号Δγ₁得到高端逆变器的触发角α₁，具体过程如图3所示，图3中虚线框外为高端逆变器的主控制器部分，虚线框内为高端逆变器的直流附加控制器部分，高端逆变器的触发角如下式：

α₁＝(γ₁-Δγ₁-γ_1ref)(K₁₁+K₁₂/s) (9)

根据低端逆变器的熄弧角调制信号Δγ₂得到高端逆变器的触发角α₂，具体过程如图4所示，图4中虚线框外为低端逆变器的主控制器部分，虚线框内为低端逆变器的直流附加控制器部分，低端逆变器的触发角如下式：

α₂＝(γ₂-Δγ₂-γ_2ref)(K₂₁+K₂₂/s) (10)

式(9)和(10)中，α₁表示高端逆变器的触发角，α₂表示低端逆变器的触发角，γ₁表示高端逆变器的熄弧角，γ₂表示低端逆变器的熄弧角，γ_1ref表示高端逆变器的熄弧角基准值，γ_2ref表示低端逆变器的熄弧角基准值，K₁₁、K₁₂分别为高端逆变器中主控制器的比例系数和积分系数，K₂₁、K₂₂分别为低端逆变器中主控制器的比例系数和积分系数。

上述S103中，根据高端逆变器和低端逆变器的触发角以及高端逆变器和低端逆变器的熄弧角调制信号确定高端逆变器和低端逆变器的输出功率包括：

先判断α₁是否大于0，若是则改变高端逆变器的功率输出，由于高端逆变器采用的是晶闸管换流器，其有功输出与无功输出是相互耦合的，所以高端逆变器的输出功率如下式：

P₁＝K₁U₁Icos(γ₁-Δγ₁) (11)

Q₁＝-K₁U₁Isin(γ₁-Δγ₁) (12)

其中，P₁表示高端逆变器输出的有功功率，Q₁表示高端逆变器输出的无功功率，I为直流线路电流，K₁表示高端逆变器的比例系数；

若α₁≤0，则高端逆变器的输出功率如下式：

P₁＝K₁U₁Icosγ₁ (13)

Q₁＝-K₁U₁Isinγ₁ (14)。

可发现，本实施例采用电磁环网的开口电压作为偏差信号去控制高端逆变器的熄弧角γ₁，从而改变高端逆变器向交流电网注入的无功功率，使开口电压向减小的方向变化以达到控制目的。

上述S103中，根据高端逆变器和低端逆变器的触发角以及高端逆变器和低端逆变器的熄弧角调制信号确定高端逆变器和低端逆变器的输出功率包括：

先判断α₂是否大于0，若是则改变低端逆变器的功率输出，由于低端逆变器采用的是晶闸管换流器，其有功输出与无功输出是相互耦合的，所以低端逆变器的输出功率如下式：

P₂＝K₂U₂Icos(γ₂-Δγ₂) (15)

Q₂＝-K₂U₂Isin(γ₂-Δγ₂) (16)

其中，P₂表示低端逆变器输出的有功功率，Q₂表示低端逆变器输出的无功功率，K₂表示低端逆变器的比例系数；

若α₂≤0，则低端逆变器的输出功率如下式：

P₂＝K₂U₂Icosγ₂ (17)

Q₂＝-K₂U₂Isinγ₂ (18)。

可发现，本实施例采用电磁环网的开口电压作为偏差信号去控制低端逆变器的熄弧角γ₂，从而改变低端逆变器向交流电网注入的无功功率，使开口电压向减小的方向变化以达到控制目的。

基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种抑制电磁环网功率环流的装置，这些设备解决问题的原理与抑制电磁环网功率环流的方法相似，下面对抑制电磁环网功率环流的装置进行详细介绍。

本发明实施例提供的抑制电磁环网功率环流的装置中，电磁环网包括高端逆变器、低端逆变器、换流变压器T1、换流变压器T2、高端换流母线BUS1、低端换流母线BUS2和n个依次串联的联络变压器；高端逆变器与低端逆变器连接，且高端逆变器和低端逆变器分别通过换流变压器T1和换流变压器T2连接高端换流母线BUS1和低端换流母线BUS2，n个依次串联的联络变压器位于高端换流母线BUS1和低端换流母线BUS2之间，利用直流分层抑制电磁环网功率环流的装置主要包括：计算模块、获取模块和确定模块，下面分别介绍三个模块的功能：

计算模块，用于根据高端换流母线BUS1或低端换流母线BUS2的电压幅值计算电磁环网的开口电压；

获取模块，用于根据电磁环网的开口电压分别获取高端逆变器和低端逆变器的附加控制信号，并根据高端逆变器和低端逆变器的附加控制信号分别得到高端逆变器和低端逆变器的熄弧角调制信号；

确定模块，用于根据高端逆变器和低端逆变器的熄弧角调制信号计算高端逆变器和低端逆变器的触发角，并根据高端逆变器和低端逆变器的触发角以及高端逆变器和低端逆变器的熄弧角调制信号确定高端逆变器和低端逆变器的输出功率。

上述的计算模块根据高端换流母线BUS1或低端换流母线BUS2的电压幅值计算电磁环网的开口电压具体过如下：

电磁环网的开口电压具体如下式：

ΔU＝U₁-k₁×k₂×···×k_n×U₁ (1)

或

ΔU＝U₂-k₁×k₂×···×k_n×U₂ (2)

其中，ΔU表示电磁环网的开口电压，k_n表示第n个联络变压器的变比，U₁表示高端换流母线BUS1的电压幅值，U₂表示低端换流母线BUS2的电压幅值。

利用直流分层抑制电磁环网功率环流的装置还包括采集模块，该采集模块具体用于：

获取n个联络变压器的变比k₁、k₂、···、k_n，并利用电压互感器采集高端换流母线BUS1和低端换流母线BUS2的电压幅值U₁和U₂。

上述的计算模块根据高端换流母线BUS1或低端换流母线BUS2的电压幅值计算电磁环网的开口电压具体过如下：

电磁环网的开口电压如下式：

ΔU＝U₁-k₁×k₂×···×k_n×U₁ (1)

或

ΔU＝U₂-k₁×k₂×···×k_n×U₂ (2)

其中，ΔU表示电磁环网的开口电压。

上述的获取模块根据电磁环网的开口电压分别获取高端逆变器和低端逆变器的附加控制信号具体过程如下：

高端逆变器和低端逆变器的附加控制信号分别如下式：

Δu₁＝-ΔU (3)

Δu₂＝ΔU (4)

其中，Δu₁表示高端逆变器的附加控制信号，Δu₂表示低端逆变器的附加控制信号。

上述的获取模块根据高端逆变器和低端逆变器的附加控制信号分别得到高端逆变器和低端逆变器的熄弧角调制信号具体过程如下：

高端逆变器和低端逆变器的熄弧角调制信号分别如下式：

Δγ₁＝Δu₁(a₁+b₁/s) (5)

Δγ₂＝Δu₂(a₂+b₂/s) (6)

其中，Δγ₁表示高端逆变器的熄弧角调制信号，a₁、b₁分别表示高端逆变器的直流附加控制器的比例系数和积分系数，Δγ₂表示低端逆变器的熄弧角调制信号，a₂、b₂分别表示低端逆变器的直流附加控制器的比例系数和积分系数，s表示积分因子，Δγ₁和Δγ₂分别满足：

-Δγ_1max≤Δγ₁≤Δγ_1max (7)

-Δγ_2max≤Δγ₂≤Δγ_2max (8)

其中，Δγ_1max表示高端逆变器的熄弧角的幅值限制值，Δγ_2max分别表示低端逆变器的熄弧角的幅值限制值。

上述的确定模块根据高端逆变器和低端逆变器的熄弧角调制信号计算高端逆变器和低端逆变器的触发角具体过程如下：

高端逆变器和低端逆变器的触发角分别如下式：

α₁＝(γ₁-Δγ₁-γ_1ref)(K₁₁+K₁₂/s) (9)

α₂＝(γ₂-Δγ₂-γ_2ref)(K₂₁+K₂₂/s) (10)

其中，α₁表示高端逆变器的触发角，α₂表示低端逆变器的触发角，γ₁表示高端逆变器的熄弧角，γ₂表示低端逆变器的熄弧角，γ_1ref表示高端逆变器的熄弧角基准值，γ_2ref表示低端逆变器的熄弧角基准值，K₁₁、K₁₂分别为高端逆变器中主控制器的比例系数和积分系数，K₂₁、K₂₂分别为低端逆变器中主控制器的比例系数和积分系数。

上述的确定模块根据高端逆变器以及高端逆变器的熄弧角调制信号确定高端逆变器的输出功率具体过程如下：

先判断α₁是否大于0，若是则高端逆变器的输出功率如下式：

P₁＝K₁U₁Icos(γ₁-Δγ₁) (11)

Q₁＝-K₁U₁Isin(γ₁-Δγ₁) (12)

其中，P₁表示高端逆变器输出的有功功率，Q₁表示高端逆变器输出的无功功率，I为直流线路电流，K₁表示高端逆变器的比例系数；

若α₁≤0，则高端逆变器的输出功率如下式：

P₁＝K₁U₁Icosγ₁ (13)

Q₁＝-K₁U₁Isinγ₁ (14)。

上述的确定模块根据低端逆变器的触发角以及低端逆变器的熄弧角调制信号确定低端逆变器的输出功率具体用于：

先判断α₂是否大于0，若是则低端逆变器的输出功率如下式：

P₂＝K₂U₂Icos(γ₂-Δγ₂) (15)

Q₂＝-K₂U₂Isin(γ₂-Δγ₂) (16)

其中，P₂表示低端逆变器输出的有功功率，Q₂表示低端逆变器输出的无功功率，K₂表示低端逆变器的比例系数；

若α₂≤0，则低端逆变器的输出功率如下式：

P₂＝K₂U₂Icosγ₂ (17)

Q₂＝-K₂U₂Isinγ₂ (18)。

为了描述的方便，以上装置的各部分以功能分为各种模块或单元分别描述。当然，在实施本申请时可以把各模块或单元的功能在同一个或多个软件或硬件中实现。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

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 (14)

1.一种抑制电磁环网功率环流的方法，其特征在于，包括：

根据第一换流母线BUS1或第二换流母线BUS2的电压幅值计算电磁环网的开口电压；

根据电磁环网的开口电压分别获取第一逆变器和第二逆变器的附加控制信号，并根据第一逆变器和第二逆变器的附加控制信号分别得到第一逆变器和第二逆变器的熄弧角调制信号；根据第一逆变器和第二逆变器的熄弧角调制信号计算第一逆变器和第二逆变器的触发角，并根据第一逆变器和第二逆变器的触发角以及第一逆变器和第二逆变器的熄弧角调制信号确定第一逆变器和第二逆变器的输出功率；

所述第一逆变器的电压等级大于第二逆变器的电压等级；

所述第一逆变器与第一换流母线BUS1连接，所述第二逆变器与第二换流母线BUS1连接，所述第一换流母线BUS1与第二换流母线BUS2通过n个依次串联的联络变压器连接。

2.根据权利要求1所述的抑制电磁环网功率环流的方法，其特征在于，所述根据第一换流母线BUS1或第二换流母线BUS2的电压幅值计算电磁环网的开口电压包括：

电磁环网的开口电压如下式：

ΔU＝U₁-k₁×k₂×…×k_n×U₁ (1)

或

ΔU＝U₂-k₁×k₂×…×k_n×U₂ (2)

其中，ΔU表示电磁环网的开口电压，k_n表示第n个联络变压器的变比，U₁表示第一换流母线BUS1的电压幅值，U₂表示第二换流母线BUS2的电压幅值。

3.根据权利要求2所述的抑制电磁环网功率环流的方法，其特征在于，所述根据电磁环网的开口电压分别获取第一逆变器和第二逆变器的附加控制信号包括：

第一逆变器和第二逆变器的附加控制信号分别如下式：

Δu₁＝-ΔU (3)

Δu₂＝ΔU (4)

其中，Δu₁表示第一逆变器的附加控制信号，Δu₂表示第二逆变器的附加控制信号。

4.根据权利要求3所述的抑制电磁环网功率环流的方法，其特征在于，所述根据第一逆变器和第二逆变器的附加控制信号分别得到第一逆变器和第二逆变器的熄弧角调制信号包括：

第一逆变器和第二逆变器的熄弧角调制信号分别如下式：

Δγ₁＝Δu₁(a₁+b₁/s) (5)

Δγ₂＝Δu₂(a₂+b₂/s) (6)

其中，Δγ₁表示第一逆变器的熄弧角调制信号，a₁、b₁分别表示第一逆变器的直流附加控制器的比例系数和积分系数，Δγ₂表示第二逆变器的熄弧角调制信号，a₂、b₂分别表示第二逆变器的直流附加控制器的比例系数和积分系数，s表示积分因子，Δγ₁和Δγ₂分别满足：

-Δγ_1max≤Δγ₁≤Δγ_1max (7)

-Δγ_2max≤Δγ₂≤Δγ_2max (8)

其中，Δγ_1max表示第一逆变器的熄弧角的幅值限制值，Δγ_2max分别表示第二逆变器的熄弧角的幅值限制值。

5.根据权利要求4所述的抑制电磁环网功率环流的方法，其特征在于，所述根据第一逆变器和第二逆变器的熄弧角调制信号计算第一逆变器和第二逆变器的触发角包括：

第一逆变器和第二逆变器的触发角分别如下式：

α₁＝(γ₁-Δγ₁-γ_1ref)(K₁₁+K₁₂/s) (9)

α₂＝(γ₂-Δγ₂-γ_2ref)(K₂₁+K₂₂/s) (10)

其中，α₁、α₂分别表示第一逆变器、第二逆变器的触发角，γ₁表示第一逆变器的熄弧角，γ₂表示第二逆变器的熄弧角，γ_1ref表示第一逆变器的熄弧角基准值，γ_2ref表示第二逆变器的熄弧角基准值，K₁₁、K₁₂分别表示第一逆变器中主控制器的比例系数和积分系数，K₂₁、K₂₂分别表示第二逆变器中主控制器的比例系数和积分系数。

6.根据权利要求5所述的抑制电磁环网功率环流的方法，其特征在于，所述根据第一逆变器和第二逆变器的触发角以及第一逆变器和第二逆变器的熄弧角调制信号确定第一逆变器和第二逆变器的输出功率包括：

判断α₁是否大于0，若是则第一逆变器的输出功率如下式：

P₁＝K₁U₁Icos(γ₁-Δγ₁) (11)

Q₁＝-K₁U₁Isin(γ₁-Δγ₁) (12)

其中，P₁表示第一逆变器输出的有功功率，Q₁表示第一逆变器输出的无功功率，I为直流线路电流，K₁表示第一逆变器的比例系数；

若α₁≤0，则第一逆变器的输出功率如下式：

P₁＝K₁U₁Icosγ₁ (13)

Q₁＝-K₁U₁Isinγ₁ (14)。

7.根据权利要求5所述的抑制电磁环网功率环流的方法，其特征在于，所述根据第一逆变器和第二逆变器的触发角以及第一逆变器和第二逆变器的熄弧角调制信号确定第一逆变器和第二逆变器的输出功率包括：

判断α₂是否大于0，若是则第二逆变器的输出功率如下式：

P₂＝K₂U₂Icos(γ₂-Δγ₂) (15)

Q₂＝-K₂U₂Isin(γ₂-Δγ₂) (16)

其中，P₂表示第二逆变器输出的有功功率，Q₂表示第二逆变器输出的无功功率，K₂表示第二逆变器的比例系数；

若α₂≤0，则第二逆变器的输出功率如下式：

P₂＝K₂U₂Icosγ₂ (17)

Q₂＝-K₂U₂Isinγ₂ (18)。

8.一种抑制电磁环网功率环流的装置，其特征在于，所述电磁环网包括第一逆变器、第二逆变器、第一换流母线BUS1、第二换流母线BUS2和n个依次串联的联络变压器；所述第一逆变器连接第一换流母线BUS1，所述第二逆变器连接第二换流母线BUS2，所述第一换流母线BUS1和第二换流母线BUS2通过n个依次串联的联络变压器连接；所述装置包括：

计算模块，用于根据第一换流母线BUS1或第二换流母线BUS2的电压幅值计算电磁环网的开口电压；

获取模块，用于根据电磁环网的开口电压分别获取第一逆变器和第二逆变器的附加控制信号，并根据第一逆变器和第二逆变器的附加控制信号分别得到第一逆变器和第二逆变器的熄弧角调制信号；

确定模块，用于根据第一逆变器和第二逆变器的熄弧角调制信号计算第一逆变器和第二逆变器的触发角，并根据第一逆变器和第二逆变器的触发角以及第一逆变器和第二逆变器的熄弧角调制信号确定第一逆变器和第二逆变器的输出功率。

9.根据权利要求8所述的抑制电磁环网功率环流的装置，其特征在于，所述计算模块具体用于：

电磁环网的开口电压如下式：

ΔU＝U₁-k₁×k₂×××k_n×U₁ (1)

或

ΔU＝U₂-k₁×k₂×…×k_n×U₂ (2)

其中，ΔU表示电磁环网的开口电压，k_n表示第n个联络变压器的变比，U₁表示第一换流母线BUS1的电压幅值，U₂表示第二换流母线BUS2的电压幅值。

10.根据权利要求9所述的抑制电磁环网功率环流的装置，其特征在于，所述获取模块具体用于：

第一逆变器和第二逆变器的附加控制信号分别如下式：

Δu₁＝-ΔU (3)

Δu₂＝ΔU (4)

其中，Δu₁表示第一逆变器的附加控制信号，Δu₂表示第二逆变器的附加控制信号。

11.根据权利要求10所述的抑制电磁环网功率环流的装置，其特征在于，所述获取模块具体用于：

第一逆变器和第二逆变器的熄弧角调制信号分别如下式：

Δγ₁＝Δu₁(a₁+b₁/s) (5)

Δγ₂＝Δu₂(a₂+b₂/s) (6)

其中，Δγ₁表示第一逆变器的熄弧角调制信号，a₁、b₁分别表示第一逆变器的直流附加控制器的比例系数和积分系数，Δγ₂表示第二逆变器的熄弧角调制信号，a₂、b₂分别表示第二逆变器的直流附加控制器的比例系数和积分系数，s表示积分因子，Δγ₁和Δγ₂分别满足：

-Δγ_1max≤Δγ₁≤Δγ_1max (7)

-Δγ_2max≤Δγ₂≤Δγ_2max (8)

其中，Δγ_1max表示第一逆变器的熄弧角的幅值限制值，Δγ_2max分别表示第二逆变器的熄弧角的幅值限制值。

12.根据权利要求11所述的抑制电磁环网功率环流的装置，其特征在于，所述确定模块具体用于：

第一逆变器和第二逆变器的触发角分别如下式：

α₁＝(γ₁-Δγ₁-γ_1ref)(K₁₁+K₁₂/s) (9)

α₂＝(γ₂-Δγ₂-γ_2ref)(K₂₁+K₂₂/s) (10)

其中，α₁表示第一逆变器的触发角，α₂表示第二逆变器的触发角，γ₁表示第一逆变器的熄弧角，γ₂表示第二逆变器的熄弧角，γ_1ref表示第一逆变器的熄弧角基准值，γ_2ref表示第二逆变器的熄弧角基准值，K₁₁、K₁₂分别表示第一逆变器中主控制器的比例系数和积分系数，K₂₁、K₂₂分别表示第二逆变器中主控制器的比例系数和积分系数。

13.根据权利要求12所述的抑制电磁环网功率环流的装置，其特征在于，所述确定模块具体用于：

判断α₁是否大于0，若是则第一逆变器的输出功率如下式：

P₁＝K₁U₁Icos(γ₁-Δγ₁) (11)

Q₁＝-K₁U₁Isin(γ₁-Δγ₁) (12)

其中，P₁表示第一逆变器输出的有功功率，Q₁表示第一逆变器输出的无功功率，I为直流线路电流，K₁表示第一逆变器的比例系数；

若α₁≤0，则第一逆变器的输出功率如下式：

P₁＝K₁U₁Icosγ₁ (13)

Q₁＝-K₁U₁Isinγ₁ (14)。

14.根据权利要求12所述的抑制电磁环网功率环流的装置，其特征在于，所述确定模块具体用于：

判断α₂是否大于0，若是则第二逆变器的输出功率如下式：

P₂＝K₂U₂Icos(γ₂-Δγ₂) (15)

Q₂＝-K₂U₂Isin(γ₂-Δγ₂) (16)

其中，P₂表示第二逆变器输出的有功功率，Q₂表示第二逆变器输出的无功功率，K₂表示第二逆变器的比例系数；

若α₂≤0，则第二逆变器的输出功率如下式：

P₂＝K₂U₂Icosγ₂ (17)

Q₂＝-K₂U₂Isinγ₂ (18)。