CN107769241B - 一种直流输电系统电压电流控制方法及装置 - Google Patents

一种直流输电系统电压电流控制方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种直流输电系统电压电流控制方法，包括：根据直流输电系统直流极的直流电压控制端是否实际控制直流电压计算出直流电压控制端电压源换流器的直流电压参考值，采用计算得到的电压源换流器直流电压参考值的1/2作为电压源换流器的桥臂电压直流偏置量，并将电压源换流器的直流电压参考值与直流电压测量值做差后输入电压源换流器的直流电压控制外环进行闭环控制，实现对直流极直流电压或直流电流的控制。相应地，提供一种直流输电系统电压电流控制装置。本发明可以实现对含有电压源换流器的直流输电系统直流电压、直流电流的有效控制。

Description

一种直流输电系统电压电流控制方法及装置
技术领域
本发明属于直流输电技术领域，具体涉及一种直流输电系统电压电流控制方法，以及一种直流输电系统电压电流控制装置。
背景技术
高压直流输电系统可分为两种类型：基于晶闸管换流阀的常规直流输电系统(LCC-HVDC)和基于全控型电压源换流阀的柔性直流输电系统(VSC-HVDC)。常规直流输电系统成本低、损耗小、运行技术成熟，目前世界上正在运行的直流输电系统绝大部分都是LCC-HVDC系统，但常规直流输电系统存在逆变侧易发生换相失败、对交流系统的依赖性强、需吸收大量无功功率、换流站占地面积大等缺点；而新一代的柔性直流输电系统则具有能够实现有功功率及无功功率解耦控制、可以向无源网络供电、结构紧凑占地面积小、不存在换相失败问题等优点，但也存在成本较高的缺陷。因此，综合常规直流输电和柔性直流输电两者优点，一端换流站采用晶闸管换流阀、另一端换流站采用电压源换流阀的混合直流输电技术具有良好的工程应用前景。远期来看，随着电压源换流阀所用全控器件价格的降低，两端换流站均采用电压源换流阀的柔性直流输电技术也将会得到越来越广泛的应用。
对于直流输电系统，在正常运行状态下，一般采用整流站控制直流电流、逆变站控制直流电压的控制方式，直流电压控制目标一般为控制整流站出口处的直流电压达到运行人员设定的整流站直流电压参考值。由于直流线路电阻的存在，线路电压降会随着直流电流的增大而增大，因此逆变站需要随着直流电流的变化而调整直流电压输出以保证整流站直流电压维持在设定的参考值水平。此外，当整流站所在的送端交流系统发生故障引起交流电压出现较大幅度下降时，整流站将失去对直流电流的控制能力，这时需要逆变站通过控制直流电压降低来维持对直流电流的控制。
在现有的VSC-HVDC控制技术中，电压源换流器输出的直流电压不能根据直流电压参考值直接进行控制，仅能通过改变电压源换流器的电容电压或子模块电容电压来间接控制，并且直流电压不能较大幅度的降低。因此有必要寻找一种可以实现对含有电压源换流器的直流输电系统直流电压、直流电流进行有效控制的方法。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术不足，提供一种直流输电系统电压电流控制方法及装置，满足含有电压源换流器的直流输电系统的运行需要。
为了达成上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种直流输电系统电压电流控制方法，所述直流输电系统包含至少一个直流极，所述直流极包括直流电流控制端和直流电压控制端，所述直流极的直流电压控制端包含至少一个电压源换流器，所述控制方法包括：
根据直流极的直流电压控制目标获取直流电压控制端控制直流电压所需的直流电压参考值Udcref，并获取直流电压控制端电压源换流器的直流电压测量值UdV；
获取直流极直流电压控制端的直流电流参考值Idcref和直流电流测量值Idc；
当直流极直流电压控制端实际控制直流电压时，将控制直流电压所需的直流电压参考值Udcref作为电压源换流器的直流电压参考值UdVref；
当直流极直流电压控制端实际控制直流电流时，将直流电流测量值Idc与直流电流参考值Idcref做差后输入电压源换流器的直流电流控制器进行闭环控制，直流电流控制器的输出作为电压源换流器的直流电压参考值UdVref；
将电压源换流器的直流电压参考值UdVref的
Figure BDA0001497574130000021
作为电压源换流器的桥臂电压直流偏置量，并将电压源换流器的直流电压参考值UdVref与直流电压测量值UdV做差后输入电压源换流器的直流电压控制外环进行闭环控制，实现对直流极直流电压或直流电流的控制。
将直流极直流电压控制端控制直流电压所需的直流电压参考值作为电压源换流器直流电流控制器输出的上限。
所述获取直流极直流电压控制端直流电流参考值的方法包括，将直流极直流电流控制端的直流电流参考值减去一个电流偏差量作为直流电压控制端的直流电流参考值。
当直流极直流电压控制端包含两个或两个以上串联运行的电压源换流器时，选择其中一个电压源换流器作为主控换流器，其他换流器均为从控换流器，各从控换流器的直流电压参考值同步保持与主控换流器的直流电压参考值相一致。
当直流极直流电压控制端包含两个或两个以上串联运行的电压源换流器时，如直流极直流电压控制端实际控制直流电压，则将控制直流电压所需的直流电压参考值Udcref按照串联运行的电压源换流器总个数N进行分配并作为各运行电压源换流器的直流电压参考值UdVref，其中
Figure BDA0001497574130000031
N为正整数。
本发明还提供一种直流输电系统电压电流控制装置，所述直流输电系统包含至少一个直流极，所述直流极包括直流电流控制端和直流电压控制端，所述直流极的直流电压控制端包含至少一个电压源换流器，所述控制装置包括：采集单元、直流电压参考值计算单元、直流电压控制单元，其中：
所述采集单元用于根据直流极的直流电压控制目标获取直流极直流电压控制端控制直流电压所需的直流电压参考值Udcref、直流电压控制端电压源换流器的直流电压测量值UdV、直流电压控制端的直流电流参考值Idcref和直流电流测量值Idc；
所述直流电压参考值计算单元用于计算直流极直流电压控制端电压源换流器的直流电压参考值UdVref；当直流极直流电压控制端实际控制直流电压时，将控制直流电压所需的直流电压参考值Udcref作为电压源换流器的直流电压参考值UdVref；当直流极直流电压控制端实际控制直流电流时，直流电流测量值Idc与直流电流参考值Idcref做差后输入电压源换流器的直流电流控制器进行闭环控制，直流电流控制器的输出作为电压源换流器的直流电压参考值UdVref；
所述直流电压控制单元用于将电压源换流器的直流电压参考值UdVref的
Figure BDA0001497574130000032
作为电压源换流器的桥臂电压直流偏置量，并将电压源换流器的直流电压参考值UdVref与直流电压测量值UdV做差后输入电压源换流器的直流电压控制外环进行闭环控制，实现对直流极直流电压或直流电流的控制。
所述直流电压参考值计算单元还包括直流电流控制器上限设置子单元，将直流极直流电压控制端控制直流电压所需的直流电压参考值作为电压源换流器直流电流控制器输出的上限。
所述采集单元获取直流极直流电压控制端直流电流参考值的方法包括，将直流极直流电流控制端的直流电流参考值减去一个电流偏差量作为直流电压控制端的直流电流参考值。
所述直流电压参考值计算单元中，当直流极直流电压控制端包含两个或两个以上串联运行的电压源换流器时，选择其中一个电压源换流器作为主控换流器，其他换流器均为从控换流器，各从控换流器的直流电压参考值同步保持与主控换流器的直流电压参考值相一致。
所述直流电压参考值计算单元中，当直流极直流电压控制端包含两个或两个以上串联运行的电压源换流器时，如直流极直流电压控制端实际控制直流电压，则将控制直流电压所需的直流电压参考值Udcref按照串联运行的电压源换流器总个数N进行分配并作为各运行电压源换流器的直流电压参考值UdVref，其中
Figure BDA0001497574130000041
N为正整数。
本发明的有益效果是：
本发明提供一种直流输电系统电压电流控制方法及装置，通过对直流极直流电压控制端的电压源换流器采取所提出的控制策略，可以实现对含有电压源换流器的直流输电系统直流电压、直流电流的有效控制。
附图说明
图1是本发明提供的直流输电系统电压电流控制方法的流程图；
图2是本发明中直流极直流电压控制端电压源换流器的控制策略原理示意图；
图3是本发明中两个或两个以上串联运行的电压源换流器拓扑示意图；
图4是本发明提供的直流输电系统电压电流控制装置的结构框图。
具体实施方式
以下将结合附图及具体实施例，对本发明的技术方案进行详细说明。
本发明提供一种直流输电系统电压电流控制方法，以及一种直流输电系统电压电流控制装置，用于实现对含有电压源换流器的直流输电系统直流电压、直流电流的有效控制，满足含有电压源换流器的直流输电系统的运行需要。
为了达成上述目的，本发明的解决方案是提供一种直流输电系统电压电流控制方法，所述直流输电系统包含至少一个直流极，所述直流极包括直流电流控制端和直流电压控制端，所述直流极的直流电压控制端包含至少一个电压源换流器，所述控制方法如图1所示：
根据直流极的直流电压控制目标获取直流电压控制端控制直流电压所需的直流电压参考值Udcref，并获取直流电压控制端电压源换流器的直流电压测量值UdV；
直流极的直流电压控制目标一般为运行人员设定的整流站直流电压参考值，对处于逆变站的直流电压控制端，其控制直流电压所需的直流电压参考值Udcref等于运行人员设定的整流站直流电压参考值减去直流线路的电压降。
获取直流极直流电压控制端的直流电流参考值Idcref和直流电流测量值Idc；
直流极的直流电压控制端在正常运行情况下负责控制直流电压；但当整流站所在的送端交流系统发生故障引起交流电压出现较大幅度下降时，整流站将失去对直流电流的控制能力，这时需要逆变站通过控制降低直流电压来维持对直流电流的控制。
当直流极直流电压控制端实际控制直流电压时，将控制直流电压所需的直流电压参考值Udcref作为电压源换流器的直流电压参考值UdVref；
当直流极直流电压控制端实际控制直流电流时，将直流电流测量值Idc与直流电流参考值Idcref做差后输入电压源换流器的直流电流控制器进行闭环控制，直流电流控制器的输出作为电压源换流器的直流电压参考值UdVref；
对于电压源换流器，其运行特性如式(1)所示：
Figure BDA0001497574130000051
其中，upj和unj分别为电压源换流器j(j＝a,b,c)相上、下桥臂电压，
Figure BDA0001497574130000052
为桥臂电压直流偏执量，uvjref为j相的交流电压参考波。
对电压源换流器的控制是通过控制各相上、下桥臂的桥臂电压来实现的，由式(1)可见，桥臂电压包含直流偏执量和交流电压参考波两部分，对直流极直流电压控制端的电压源换流器，采用如图2所示的控制策略：
将电压源换流器的直流电压参考值UdVref的
Figure BDA0001497574130000053
作为电压源换流器桥臂电压的直流偏置量，并将电压源换流器的直流电压参考值UdVref与直流电压测量值UdV做差后输入电压源换流器的直流电压控制外环，直流电压控制外环的输出经内环电流限值限幅后产生d轴电流内环参考值idref并输入电压源换流器的电流控制内环，电流控制内环输出电压源换流器的交流电压参考波；采用所述电压源换流器的桥臂电压直流偏置量和交流电压参考波对桥臂电压进行控制，可以实现对直流极直流电压或直流电流的控制。
为实现直流极直流电压控制端在实际控制直流电压和实际控制直流电流两种情况下直流电压参考值的自动平滑切换，将直流极直流电压控制端控制直流电压所需的直流电压参考值作为电压源换流器直流电流控制器输出的上限。
所述获取直流极直流电压控制端直流电流参考值的方法包括，将直流极直流电流控制端的直流电流参考值减去一个电流偏差量作为直流电压控制端的直流电流参考值。
当直流极直流电压控制端包含两个或两个以上串联运行的电压源换流器时，如图3所示，为实现各串联电压源换流器的运行均衡，选择其中一个电压源换流器作为主控换流器，其他换流器均为从控换流器，各从控换流器的直流电压参考值同步保持与主控换流器的直流电压参考值相一致；另外，当直流极直流电压控制端实际控制直流电压时，将控制直流电压所需的直流电压参考值Udcref按照串联运行的电压源换流器总个数N进行分配并作为各运行电压源换流器的直流电压参考值UdVref，其中
Figure BDA0001497574130000061
N为正整数。
本发明还提供一种直流输电系统电压电流控制装置，如图4所示，其包括采集单元、直流电压参考值计算单元、直流电压控制单元，其中：
所述采集单元用于根据直流极的直流电压控制目标获取直流极直流电压控制端控制直流电压所需的直流电压参考值Udcref、直流电压控制端电压源换流器的直流电压测量值UdV、直流电压控制端的直流电流参考值Idcref和直流电流测量值Idc；
所述直流电压参考值计算单元用于计算直流极直流电压控制端电压源换流器的直流电压参考值UdVref；当直流极直流电压控制端实际控制直流电压时，将控制直流电压所需的直流电压参考值Udcref作为电压源换流器的直流电压参考值UdVref；当直流极直流电压控制端实际控制直流电流时，直流电流测量值Idc与直流电流参考值Idcref做差后输入电压源换流器的直流电流控制器进行闭环控制，直流电流控制器的输出作为电压源换流器的直流电压参考值UdVref；
所述直流电压控制单元用于将电压源换流器的直流电压参考值UdVref的
Figure BDA0001497574130000062
作为电压源换流器的桥臂电压直流偏置量，并将电压源换流器的直流电压参考值UdVref与直流电压测量值UdV做差后输入电压源换流器的直流电压控制外环进行闭环控制，实现对直流极直流电压或直流电流的控制。
所述直流电压参考值计算单元还包括直流电流控制器上限设置子单元，将直流极直流电压控制端控制直流电压所需的直流电压参考值作为电压源换流器直流电流控制器输出的上限。
所述采集单元获取直流极直流电压控制端直流电流参考值的方法包括，将直流极直流电流控制端的直流电流参考值减去一个电流偏差量作为直流电压控制端的直流电流参考值。
所述直流电压参考值计算单元中，当直流极直流电压控制端包含两个或两个以上串联运行的电压源换流器时，选择其中一个电压源换流器作为主控换流器，其他换流器均为从控换流器，各从控换流器的直流电压参考值同步保持与主控换流器的直流电压参考值相一致。
所述直流电压参考值计算单元中，当直流极直流电压控制端包含两个或两个以上串联运行的电压源换流器时，如直流极直流电压控制端实际控制直流电压，则将控制直流电压所需的直流电压参考值Udcref按照串联运行的电压源换流器总个数N进行分配并作为各运行电压源换流器的直流电压参考值UdVref，其中
Figure BDA0001497574130000071
N为正整数。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (8)

1.一种直流输电系统电压电流控制方法，所述直流输电系统包含至少一个直流极，所述直流极包括直流电流控制端和直流电压控制端，所述直流极的直流电压控制端包含至少一个电压源换流器，其特征在于，所述控制方法包括：
根据直流极的直流电压控制目标获取直流电压控制端控制直流电压所需的直流电压参考值Udcref，并获取直流电压控制端电压源换流器的直流电压测量值UdV；
获取直流极直流电压控制端的直流电流参考值Idcref和直流电流测量值Idc；
当直流极直流电压控制端实际控制直流电压时，将控制直流电压所需的直流电压参考值Udcref作为电压源换流器的直流电压参考值UdVref；
当直流极直流电压控制端实际控制直流电流时，将直流电流测量值Idc与直流电流参考值Idcref做差后输入电压源换流器的直流电流控制器进行闭环控制，并将直流极直流电压控制端控制直流电压所需的直流电压参考值作为电压源换流器直流电流控制器输出的上限，直流电流控制器的输出作为电压源换流器的直流电压参考值UdVref；
将电压源换流器的直流电压参考值UdVref的
Figure FDA0002495878970000011
作为电压源换流器的桥臂电压直流偏置量，并将电压源换流器的直流电压参考值UdVref与直流电压测量值UdV做差后输入电压源换流器的直流电压控制外环进行闭环控制，实现对直流极直流电压或直流电流的控制。
2.如权利要求1所述的一种直流输电系统电压电流控制方法，其特征在于：
所述获取直流极直流电压控制端直流电流参考值的方法包括，将直流极直流电流控制端的直流电流参考值减去一个电流偏差量作为直流电压控制端的直流电流参考值。
3.如权利要求1所述的一种直流输电系统电压电流控制方法，其特征在于：
当直流极直流电压控制端包含两个或两个以上串联运行的电压源换流器时，选择其中一个电压源换流器作为主控换流器，其他换流器均为从控换流器，各从控换流器的直流电压参考值同步保持与主控换流器的直流电压参考值相一致。
4.如权利要求1所述的一种直流输电系统电压电流控制方法，其特征在于：
当直流极直流电压控制端包含两个或两个以上串联运行的电压源换流器时，如直流极直流电压控制端实际控制直流电压，则将控制直流电压所需的直流电压参考值Udcref按照串联运行的电压源换流器总个数N进行分配并作为各运行电压源换流器的直流电压参考值UdVref，其中
Figure FDA0002495878970000021
N为正整数。
5.一种直流输电系统电压电流控制装置，所述直流输电系统包含至少一个直流极，所述直流极包括直流电流控制端和直流电压控制端，所述直流极的直流电压控制端包含至少一个电压源换流器，其特征在于，所述控制装置包括：采集单元、直流电压参考值计算单元、直流电压控制单元，其中：
所述采集单元用于根据直流极的直流电压控制目标获取直流极直流电压控制端控制直流电压所需的直流电压参考值Udcref、直流电压控制端电压源换流器的直流电压测量值UdV、直流电压控制端的直流电流参考值Idcref和直流电流测量值Idc；
所述直流电压参考值计算单元用于计算直流极直流电压控制端电压源换流器的直流电压参考值UdVref；当直流极直流电压控制端实际控制直流电压时，将控制直流电压所需的直流电压参考值Udcref作为电压源换流器的直流电压参考值UdVref；当直流极直流电压控制端实际控制直流电流时，直流电流测量值Idc与直流电流参考值Idcref做差后输入电压源换流器的直流电流控制器进行闭环控制，直流电流控制器的输出作为电压源换流器的直流电压参考值UdVref；所述直流电压参考值计算单元还包括直流电流控制器上限设置子单元，将直流极直流电压控制端控制直流电压所需的直流电压参考值作为电压源换流器直流电流控制器输出的上限；
所述直流电压控制单元用于将电压源换流器的直流电压参考值UdVref的
Figure FDA0002495878970000022
作为电压源换流器的桥臂电压直流偏置量，并将电压源换流器的直流电压参考值UdVref与直流电压测量值UdV做差后输入电压源换流器的直流电压控制外环进行闭环控制，实现对直流极直流电压或直流电流的控制。
6.如权利要求5所述的一种直流输电系统电压电流控制装置，其特征在于：
所述采集单元获取直流极直流电压控制端直流电流参考值的方法包括，将直流极直流电流控制端的直流电流参考值减去一个电流偏差量作为直流电压控制端的直流电流参考值。
7.如权利要求5所述的一种直流输电系统电压电流控制装置，其特征在于：所述直流电压参考值计算单元中，当直流极直流电压控制端包含两个或两个以上串联运行的电压源换流器时，选择其中一个电压源换流器作为主控换流器，其他换流器均为从控换流器，各从控换流器的直流电压参考值同步保持与主控换流器的直流电压参考值相一致。
8.如权利要求5所述的一种直流输电系统电压电流控制装置，其特征在于：所述直流电压参考值计算单元中，当直流极直流电压控制端包含两个或两个以上串联运行的电压源换流器时，如直流极直流电压控制端实际控制直流电压，则将控制直流电压所需的直流电压参考值Udcref按照串联运行的电压源换流器总个数N进行分配并作为各运行电压源换流器的直流电压参考值UdVref，其中
Figure FDA0002495878970000031
N为正整数。
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