CN107516888B - 含直流电压二次调节的多端柔性直流系统下垂控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种含直流电压二次调节的多端柔性直流系统下垂控制方法包括以下具体步骤：预设初始参考值；控制周期开始时，测量直流电压和有功功率并滤波后得到直流电压Udc和有功功率P；计算直流电压Udc偏离设定值的偏差ΔUdc；计算直流电压二次调节所需的有功功率附加值ΔPdc；计算直流电压与有功功率的下垂偏差er；计算内环电流控制器所需的d轴参考电流idref；将d轴参考电流idref传输至所述内环电流控制器中计算出柔性直流换流站所需的调制脉冲；等待下一个控制周期重复步骤上述步骤。本发明采用上述控制方法在保证互联的多端柔性直流换流站按照预设下垂斜率自动分配有功功率的同时，能将直流电压缓慢恢复至额定值，保证系统的安全可靠运行。

Description

含直流电压二次调节的多端柔性直流系统下垂控制方法
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，尤其是涉及一种含直流电压二次调节的多端柔性直流系统下垂控制方法。
背景技术
与传统直流输电(Line-commutated Converter based HVDC，LCC-HVDC)相比，基于电压源换流器的新一代柔性直流输电(Voltage Source Converter based HVDC，VSC-HVDC)具有控制能力强、响应速度快、有功无功解耦输出等优点，且不受交流电网短路容量限制，适合向无源系统送点，并具备组成直流电网的条件，因此受到国内外的高度关注，成为电气工程领域的研究热点。
在多端柔性直流场合，主从控制和下垂控制是两种典型的多端协调控制方法，传统的下垂控制方法的外环控制器的结构如图1所示。稳态情况下，换流站的直流电压Udc和换流站的功率P满足如下关系式：
Udc＝Udcref-K(P-Pref)
其中Udcref为电压参考值，K为下垂斜率，Pref为功率参考值。
该方法能够迅速地对系统的潮流变化做出响应，调整与有源交流网络相连的换流站的直流功率，因此常用于功率频繁变化的含风电场的VSC-MTDC系统。传统的直流电压斜率控制方法通过让不同的换流站选择不同的下垂斜率K来实现功率的分配，但是直流母线会存在静态电压偏差，存在直流电压偏差过大，影响系统稳定运行，即不能实现电压的恒定控制。在风电接入以及负荷频繁变化的场合，这种偏差尤其显著，往往影响柔性直流系统的稳定运行。
发明内容
本发明的目的是提供一种含直流电压二次调节的多端柔性直流系统下垂控制方法在保证互联的多端柔性直流换流站按照预设下垂斜率自动分配有功功率的同时，能将直流电压缓慢恢复至额定值，保证系统的安全可靠运行。
为实现上述目的，本发明提供了一种含直流电压二次调节的多端柔性直流系统下垂控制方法，包括以下具体步骤：
S1：预设初始参考值；
S2：在一个控制周期开始时，测量柔性直流换流站的直流电压和有功功率并通过滤波器滤波，滤波器将直流电压和有功功率中的高频波动成分滤除，得到直流电压Udc和有功功率P；
S3：计算直流电压Udc偏离设定值的偏差ΔUdc；
S4：根据ΔUdc计算直流电压二次调节所需的有功功率附加值ΔPdc；
S5：根据ΔUdc和ΔPdc计算直流电压与有功功率的下垂偏差er；
S6：根据er计算所述柔性直流换流站内换流器中的内环电流控制器所需的d轴参考电流idref；
S7：将d轴参考电流idref传输至所述内环电流控制器中计算出所述柔性直流换流站所需的调制脉冲；
S8：等待下一个控制周期，重复步骤S2-S7。
优选的，步骤S1中所述初始参考值包括所述柔性直流换流站的直流电压参考值Udcref、有功功率参考值Pref、下垂系数KD以及q轴电流参考值iqref。
优选的，步骤S3中直流电压Udc偏离设定值的偏差ΔUdc计算公式为：ΔUdc＝Udcref-Udc。
优选的，步骤S4中直流电压二次调节所需的有功功率附加值ΔPdc，根据直流电压Udc与设定值的偏差ΔUdc经过一个低增益、长延时的PI环节自动修改换流站的下垂调节曲线的功率参考值，一方面保证了功率变化由各个换流站按下垂特性分担的控制目标，另一方面可以缓慢的恢复直流电压至额定值，提高系统运行的稳定性，计算公式为：ΔPdc＝(Kp1+Ki1/S)ΔUdc，
其中s表示微分算子，KP1与Ki1分别为比例和积分控制系数，通常情况下，KP1的取值范围为0.5-1，Ki1的取值范围为1-2。
优选的，步骤S5中所述下垂偏差er计算公式为：er＝ΔUdc-KD(Pref+ΔPdc-P)。
优选的，所述步骤S6中所述内环电流控制器所需的d轴参考电流idref计算公式为：idref＝(Kp2+Ki2/S)er，
其中s表示微分算子，KP2与Ki2分别为比例和积分控制系数，通常情况下，KP2的取值范围为10-50，Ki2的取值范围为0.05-0.2。
优选的，将计算得出的idref和q轴电流参考值iqref输入换流器的内环电流控制器中得出所述柔性直流换流站所需的调制脉冲。
因此，本发明的技术特点及有益效果：本发明所采用的外环控制器中，功率参考值不再是一个恒定值，而是根据直流电压与设定值的偏差经过一个低增益、长延时的PI环节自动修改所述柔性直流换流站的下垂调节曲线的功率参考值，一方面保证了功率变化由各个换流站按下垂特性分担的控制目标，另一方面可以缓慢的恢复直流电压至额定值，提高系统运行的稳定性。使得在保证互联的多端柔性直流换流站按照预设下垂斜率自动分配有功功率的同时，能将直流电压缓慢恢复至额定值，保证系统的安全可靠运行。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明一种含直流电压二次调节的多端柔性直流系统下垂控制方法流程图；
图2为传统下垂控制器外环结构图；
图3为本发明一种含直流电压二次调节的多端柔性直流系统下垂控制方法下垂控制器外环结构图；
图4为本发明柔性直流换流站内环电流控制器结构图。
具体实施方式
实施例
图1为本发明一种含直流电压二次调节的多端柔性直流系统下垂控制方法流程图，图2为传统下垂控制器外环结构图，图3为本发明一种含直流电压二次调节的多端柔性直流系统下垂控制方法下垂控制器外环结构图，图4为本发明柔性直流换流站内环电流控制器结构图，如图1-4所示，一种含直流电压二次调节的多端柔性直流系统下垂控制方法，包括以下具体步骤：
S1：预设初始参考值，所述初始参考值包括直流换流站的直流电压参考值Udcref、有功功率参考值Pref、下垂系数KD以及q轴电流参考值iqref，用于后期计算，其中直流电压参考值Udcref、有功功率参考值Pref和下垂系数KD均由运行人员设定，其中q轴电流参考值iqref可以根据换流站的无功输出目标设定。
S2：在一个控制周期开始时，测量柔性直流换流站的直流电压和有功功率并通过滤波器滤波，滤波器将直流电压和有功功率中的高频波动成分滤除，使得到直流电压Udc和有功功率P更加准确，从而保证后期计算更加精确；
S3：计算直流电压Udc偏离设定值的偏差ΔUdc，直流电压Udc偏离设定值的偏差ΔUdc通过直流电压参考值Udcref与测量值直流电压Udc作差得到，计算公式为：ΔUdc＝Udcref-Udc。
S4：根据ΔUdc计算直流电压二次调节所需的有功功率附加值ΔPdc，直流电压二次调节所需的有功功率附加值ΔPdc通过ΔUdc比例积分计算得到，根据直流电压Udc与设定值的偏差ΔUdc经过一个低增益、长延时的PI环节自动修改换流站的下垂调节曲线的功率参考值，一方面保证了功率变化由各个换流站按下垂特性分担的控制目标，另一方面可以缓慢的恢复直流电压至额定值，提高系统运行的稳定性，计算公式为：ΔPdc＝(Kp1+Ki1/S)ΔUdc，
其中s表示微分算子，KP1与Ki1分别为比例和积分控制系数，通常情况下，KP1的取值范围为0.5-1，Ki1的取值范围为1-2。
S5：根据ΔUdc和ΔPdc计算直流电压与有功功率的下垂偏差er，所述下垂偏差er计算公式为：er＝ΔUdc-KD(Pref+ΔPdc-P)。
S6：根据er计算柔性直流换流站内换流器中的内环电流控制器所需的d轴参考电流idref，内环电流控制器所需的d轴参考电流idref计算公式为：idref＝(Kp2+Ki2/S)er，
其中s表示微分算子，KP2与Ki2分别为比例和积分控制系数，通常情况下，KP2的取值范围为10-50，Ki2的取值范围为0.05-0.2。
S7：将d轴参考电流idref传输至换流器的内环电流控制器中计算出换流站所需的调制脉冲，将计算得出的idref和q轴电流参考值iqref输入换流器的内环电流控制器中得出所述柔性直流换流站所需的调制脉冲。
S8：等待下一个控制周期，重复步骤S2-S7。
因此，本发明的技术特点及有益效果：本发明所采用的外环控制器中，功率参考值不再是一个恒定值，而是根据直流电压与设定值的偏差经过一个低增益、长延时的PI环节自动修改所述柔性直流换流站的下垂调节曲线的功率参考值，一方面保证了功率变化由各个所述柔性直流换流站按下垂特性分担的控制目标，另一方面可以缓慢的恢复直流电压至额定值，提高系统运行的稳定性。使得在保证互联的多端柔性直流换流站按照预设下垂斜率自动分配有功功率的同时，能将直流电压缓慢恢复至额定值，保证系统的安全可靠运行。
以上是本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围不应局限于此。任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内，因此本发明的保护范围应以权利要求书所限定的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种含直流电压二次调节的多端柔性直流系统下垂控制方法，其特征在于：包括以下具体步骤：
S1：预设初始参考值，所述初始参考值包括所述柔性直流换流站的直流电压参考值Udcref、有功功率参考值Pref、下垂系数KD以及q轴电流参考值iqref；
S2：在一个控制周期开始时，测量柔性直流换流站的直流电压和有功功率并通过滤波器滤波，得到直流电压Udc和有功功率P；
S3：计算直流电压Udc偏离设定值的偏差ΔUdc，直流电压Udc偏离设定值的偏差△Udc计算公式为：ΔUdc＝Udcref-Udc；
S4：根据ΔUdc计算直流电压二次调节所需的有功功率附加值ΔPdc，直流电压二次调节所需的有功功率附加值ΔPdc计算公式为：ΔPdc＝(Kp1+Ki1/S)ΔUdc，其中s表示微分算子，KP1与Ki1分别为比例和积分控制系数，KP1的取值范围为0.5-1，Ki1的取值范围为1-2；
S5：根据ΔUdc和ΔPdc计算直流电压与有功功率的下垂偏差er；
S6：根据er计算所述柔性直流换流站内换流器中的内环电流控制器所需的d轴参考电流idref；
S7：将d轴参考电流idref传输至所述换流器的所述内环电流控制器中计算出所述柔性直流换流站所需的调制脉冲；
S8：等待下一个控制周期，重复步骤S2-S7。
2.根据权利要求1所述的一种含直流电压二次调节的多端柔性直流系统下垂控制方法，其特征在于：步骤S5中所述下垂偏差er计算公式为：er＝ΔUdc-KD(Pref+ΔPdc-P)。
3.根据权利要求2所述的一种含直流电压二次调节的多端柔性直流系统下垂控制方法，其特征在于：所述步骤S6中所述内环电流控制器所需的d轴参考电流idref计算公式为：idref＝(Kp2+Ki2/S)er，
其中s表示微分算子，KP2与Ki2分别为比例和积分控制系数，KP2的取值范围为10-50，Ki2的取值范围为0.05-0.2。
4.根据权利要求3所述的一种含直流电压二次调节的多端柔性直流系统下垂控制方法，其特征在于：将计算得出的idref和q轴电流参考值iqref输入所述换流器的所述内环电流控制器中得出所述柔性直流换流站所需的调制脉冲。
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