CN107800130B

CN107800130B - 多端有源柔性直流系统多换流站的功率控制方法及系统

Info

Publication number: CN107800130B
Application number: CN201711080161.6A
Authority: CN
Inventors: 张群; 郝俊芳; 赵倩; 严兵; 宋延涛; 王瑶; 田培涛; 陈朋; 王圣光; 荆益博
Original assignee: State Grid Corp of China SGCC; Xuji Group Co Ltd; XJ Electric Co Ltd
Current assignee: State Grid Corp of China SGCC; Xuji Group Co Ltd; XJ Electric Co Ltd
Priority date: 2017-11-06
Filing date: 2017-11-06
Publication date: 2020-04-14
Anticipated expiration: 2037-11-06
Also published as: CN107800130A

Abstract

本发明涉及一种多端有源柔性直流系统多换流站的功率控制方法及系统，该控制方法包括：根据换流站各端有功功率实际参考值以及运行模式，实时计算有功功率转带量，依据功率接收站有功功率尽量不变的原则，根据该有功功率转带量并参照各端换流站的容量重新分配故障站和非故障站的功率。在本发明中，当四端有源柔性直流系统中的送端换流器发生故障时，通过各端有功功率参考值以及有功功率容量，重新分配换流站各极有功功率，实现了故障极全部或部分功率转带，减少了有功功率损失，保证了直流系统的功率平衡，进而实现直流电压稳定。

Description

多端有源柔性直流系统多换流站的功率控制方法及系统

技术领域

本发明涉及一种多端有源柔性直流系统多换流站的功率控制方法及系统，属于柔性直流输电技术领域。

背景技术

柔性直流输电采用的是电压源换流器(VSC，Voltage Source Converter)，一般使用全控型电力电子器件(绝缘栅双极晶体管IGBT)对有功功率和无功功率进行独立快速控制。柔性直流具有可以实现非同步系统互联、不存在交流输电的稳定性问题、有功无功可由控制系统进行控制等优点。此外，基于其采用全控型器件(IGBT)和高频调制技术的两大基本特征，不同于常规直流采用半控型器件(晶闸管)和低频调制技术，柔性直流输电又具有不可比拟的技术优势。

基于柔性直流输电技术的优点，该技术既适用于小容量输电，也适合于大容量输电，更适合于电网之间的异步互联，为多端直流联网、大型城市中心负荷供电提供了一个崭新的解决方案。采用柔性直流输电技术可向海岛、边远地区等比较薄弱的电网进行安全、经济、高效地输电，可作为远海风电并网的最佳技术手段，是构建智能电网和全球能源互联网最具特色的技术之一，将给输电方式和电网架构带来重要的变革。

目前，多端柔性直流系统发展迅速，直流电压稳定是换流站和系统稳定运行的基础，而直流电压随换流站输入和输出功率变化，体现多端系统的有功功率平衡情况：有功不足时，直流电压下降；反之，直流电压上升。因此，多端柔直系统的运行特性很大程度上决定于多换流站协调控制器的策略和性能，如何保证系统在送端有功潮流扰动和故障状态下不间断的持续运行，成为了多端柔性直流系统发展中亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种多端有源柔性直流系统多换流站的功率控制方法及系统，用于解决多端柔直系统的送端发生故障时系统稳定运行的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种多端有源柔性直流系统多换流站的功率控制方法，步骤如下：

实时采集A、B、C、D四个换流站中对应每个换流站极1和极2的有功功率参考值，其中D站运行在定直流电压+定无功功率模式，其他三站运行在定有功功率+定无功功率模式，B站和C站为功率送端，A站和D站为功率受端；

若某一功率送端换流站的一极发生故障，计算功率转带量P_转带，计算方式为：若|P_{ref_C1}|+|P_{ref_C2}|-P_{c_con}≥0，则P_转带＝P_{c_con}-|P_{ref_C2}|；否则，P_转带＝|P_{ref_C1}|，其中P_{ref_C1}为该功率送端换流站的故障极有功功率参考值，P_{ref_C2}为该功率送端换流站的非故障极有功功率参考值，P_{c_con}为该功率送端换流站的每极容量；

对该功率送端换流站的非故障极有功功率参考值进行调整，即：P_{ref_C2_final}＝P_{ref_C2}+P_转带，其中P_{ref_C2_final}为调整后的该功率送端换流站的非故障极有功功率参考值；

对A站中两级有功功率参考值进行调整，即：若P_{a_con}-|P_{ref_A2}|-P_转带≥0，则P_{ref_A1_final}＝P_{ref_A1}+P_转带，P_{ref_A2_final}＝P_{ref_A2}-P_转带；否则，若有|P_{ref_B1}|-|P_{ref_A1}|+P_{d_con}≥0，则P_{ref_A1_final}＝P_{ref_A1}+(P_{a_con}-|P_{ref_A2}|)，P_{ref_A2_final}＝P_{ref_A2}-(P_{a_con}-|P_{ref_A2}|)，若有|P_{ref_B1}|-|P_{ref_A1}|+P_{d_con}＜0，则P_{ref_A1_final}＝P_{ref_A1}+(P_{a_con}-|P_{ref_A2}|)-(|P_{ref_B1}|+|P_{ref_A1}|+P_{d_con})，P_{ref_A2_final}＝P_{ref_A2}-(P_{a_con}-\P_{ref_A2}|)；其中P_{ref_A1}、P_{ref_A2}分别为A站中与功率送端换流站的故障极和非故障极相对应级的有功功率参考值，P_{a_con}、P_{d_con}分别为A站、D站每极容量，P_{ref_A1_final}、P_{ref_A2_final}分别为调整后的A站中与功率送端换流站的故障极和非故障极相对应级的有功功率参考值，P_{ref_B1}为B站中与功率送端换流站的故障极相对应极的有功功率参考值。

本发明还提供了一种多端有源柔性直流系统多换流站的功率控制系统，包括A、B、C、D四个换流站，其中D站运行在定直流电压+定无功功率模式，其他三站运行在定有功功率+定无功功率模式，B站和C站为功率送端，A站和D站为功率受端；还包括处理器，所述处理器用于执行指令以实现如下方法：

对A站中两级有功功率参考值进行调整，即：若P_{a_con}-|P_{ref_A2}|-P_转带≥0，则P_{ref_A1_final}＝P_{ref_A1}+P_转带，P_{ref_A2_final}＝P_{ref_A2}-P_转带；否则，若有|R_{ref_B1}|-|P_{ref_A1}|+P_{d_con}≥0，则P_{ref_A1_final}＝P_{ref_A1}+(P_{a_con}-|P_{ref_A2}|)，P_{ref_A2_final}＝P_{ref_A2}-(P_{a_con}-|P_{ref_A2}|)，若有|P_{ref_B1}|-|P_{ref_A1}|+P_{d_con}＜0，则P_{ref_A1_final}＝P_{ref_A1}+(P_{a_con}-|P_{ref_A2}|)-(|P_{ref_B1}|+|P_{ref_A1}|+P_{d_con})，P_{ref_A2_final}＝P_{ref_A2}-(P_{a_con}-|P_{ref_A2}|)；其中P_{ref_A1}、P_{ref_A2}分别为A站中与功率送端换流站的故障极和非故障极相对应级的有功功率参考值，P_{a_con}、P_{d_con}分别为A站、D站每极容量，P_{ref_A1_final}、P_{ref_A2_final}分别为调整后的A站中与功率送端换流站的故障极和非故障极相对应级的有功功率参考值，P_{ref_B1}为B站中与功率送端换流站的故障极相对应极的有功功率参考值。

本发明的有益效果是：当四端有源柔性直流系统中的送端换流器发生故障时，通过各端有功功率参考值以及有功功率容量，重新分配换流站各极有功功率，实现了故障极全部或部分功率转带，减少了有功功率损失，保证了直流系统的功率平衡，进而实现直流电压稳定。

附图说明

图1是多端柔性直流输电系统结构示意图；

图2是本发明多端有源柔性直流系统多换流站的功率控制方法的流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例对本发明进行进一步详细说明。

多端有源柔性直流系统是指至少包含有三端柔性直流换流站，每端换流站采用双极结构，每极均有直流电压、有功功率、无功功率、交流电压等控制模式。

基于四端有源柔性直流系统，本发明提供了一种多端有源柔性直流系统多换流站的功率控制系统，其结构示意图如图1所示，包括四端柔性直流换流站，分别记作站A、站B、站C和站D，每端换流站采用双极结构，每极换流单元均连接于交流电网。其中，站D运行在定直流电压+定无功功率模式，其他三站运行在定有功功率+定无功功率模式，站B和站C为功率送端，站A和站D为功率受端。该系统按环网结构构建，使用架空线路进行功率传输。

该控制系统还包括一个处理器，该处理器用于执行指令以实现一种多端有源柔性直流系统多换流站的功率控制方法，该功率控制方法的流程图如图2所示，具体方案如下：

(1)实时采集A、B、C、D四个换流站中对应每个换流站极1和极2的有功功率参考值P_{ref_A1}、P_{ref_A2}、P_{ref_B1}、P_{ref_B2}、P_{ref_C1}、P_{ref_C2}、P_{ref_D1}、P_{ref_D2}，有功功率实测值P_{rea_A1}、P_{rea_A2}、P_{rea_B1}、P_{rea_B2}、P_{rea_C1}、P_{rea_C2}、P_{rea_D1}、P_{rea_D2}和四站八极运行状态信号。

(2)以C站极1为例，若C站极1发生故障，计算功率转带量P_转带，计算方式为：若|P_{ref_C1}|+|P_{ref_C2}|-P_{c_con}≥0，则P_转带＝P_{c_con}-|P_{ref_C2}|；否则，P_转带＝|P_{ref_C1}|，其中P_{c_con}为C站每极容量。

(3)对C站极2的有功功率参考值P_{ref_C2}进行调整，调整方式为：

P_{ref_C2_final}＝P_{ref_C2}+P_转带

其中，P_{ref_C2_final}为调整后的C站极2的有功功率参考值。

(4)对A站的有功功率参考值P_{ref_A1}和P_{ref_A2}进行调整，调整方式为：

若P_{a_con}-|P_{ref_A2}|-P_转带≥0，则P_{ref_A1_final}＝P_{ref_A1}+P_转带，P_{ref_A2_final}＝P_{ref_A2}-P_转带；

若P_{a_con}-|P_{ref_A2}|-P_转带＜0且|P_{ref_B1}|-|P_{ref_A1}|+P_{d_con}≥0，则P_{ref_A1_final}＝P_{ref_A1}+(P_{a_con}-|P_{ref_A2}|)，P_{ref_A2_final}＝P_{ref_A2}-(P_{a_con}-|P_{ref_A2}|)；

若P_{a_con}-|P_{ref_A2}|-P_转带＜0且|P_{ref_B1}|-|P_{ref_A1}|+P_{d_con}＜0，则P_{ref_A1_final}＝P_{ref_A1}+(P_{a_con}-|P_{ref_A2}|)-(|P_{ref_B1}|+|P_{ref_A1}|+P_{d_con})，P_{ref_A2_final}＝P_{ref_A2}-(P_{a_con}-|P_{ref_A2}|)。

其中，P_{a_con}、P_{d_con}分别为A站、D站每极容量，P_{ref_A1_final}、P_{ref_A2_final}分别为调整后的A站极1、极2的有功功率参考值。

另外，功率送端B站的功率参考值不需要重新调整，保持不变。由于定直流电压D站作为系统的功率平衡点，其功率实际值可根据系统需要进行自动调整。

例如，A站和B站换流站容量为3000MW，即每极容量为1500MW；C站和D站换流站容量为1500MW，即每极容量为750MW。系统稳态运行工况如下：D站定直流电压，有功功率自动平衡，A站定有功功率每极有功功率参考值P_{ref_A1}、P_{ref_A2}各为-1000MW，B站定有功功率每极有功功率参考值P_{ref_B1}、P_{ref_B2}各为800MW，C站定有功功率每极有功功率参考值P_{ref_C1}、P_{ref_C2}各为500MW。

当C站极1发生故障时，例如直流断路器隔离故障，根据|P_{ref_C1}|+|P_{ref_C2}|-P_{c_con}≥0，计算功率转带量P_转带＝250MW。由于C站极1闭锁其功率降为0，C站极2的参考值为P_{ref_C2_final}＝P_{ref_C2}+P_转带＝750MW。

功率送端B站功率参考值不需要重新调整，保持不变。功率受端D站为定直流电压站，作为系统的功率平衡点，其功率实际值可根据系统需要自动调整。

对于功率受端A站，由于P_{a_con}-|P_{ref_A2}|-P_转带≥0，经过调整后，得到的A站极1有功功率参考值P_{ref_A1_final}＝P_{ref_A1}+P_转带＝-750MW，得到的A站极2有功功率参考值P_{ref_A2_final}＝P_{ref_A2}-P_转带＝-1250MW。

本发明通过快速采集所有换流站的有功功率参考值、实测值及各个换流站的运行模式，计算得到功率转带量，依据功率接收站有功功率尽量不变的原则，同时参照各个换流站的冗余容量重新分配各个换流站健全极(非故障极)和故障极的功率。该功率控制方法实现了故障极全部或部分功率转带，减少了有功功率损失，同时主动分配各个健全极的功率，保证了直流系统的功率平衡，进而实现直流电压稳定。

Claims

1.一种多端有源柔性直流系统多换流站的功率控制方法，其特征在于，步骤如下：

对A站中两极有功功率参考值进行调整，即：若P_{a_con}-|P_{ref_A2}|-P_转带≥0，则P_{ref_A1_final}＝P_{ref_A1}+P_转带，P_{ref_A2_final}＝P_{ref_A2}-P_转带；否则，若有|P_{ref_B1}|-|P_{ref_A1}|+P_{d_con}≥0，则P_{ref_A1_final}＝P_{ref_A1}+(P_{a_con}-|P_{ref_A2}|)，P_{ref_A2_final}＝P_{ref_A2}-(P_{a_con}-|P_{ref_A2}|)，若有|P_{ref_B1}|-|P_{ref_A1}|+P_{d_con}＜0，则P_{ref_A1_final}＝P_{ref_A1}+(P_{a_con}-|P_{ref_A2}|)-(|P_{ref_B1}|+|P_{ref_A1}|+P_{d_con})，P_{ref_A2_final}＝P_{ref_A2}-(P_{a_con}-|P_{ref_A2}|)；其中P_{ref_A1}、P_{ref_A2}分别为A站中与功率送端换流站的故障极和非故障极相对应极的有功功率参考值，P_{a_con}、P_{d_con}分别为A站、D站每极容量，P_{ref_A1_final}、P_{ref_A2_final}分别为调整后的A站中与功率送端换流站的故障极和非故障极相对应极的有功功率参考值，P_{ref_B1}为B站中与功率送端换流站的故障极相对应极的有功功率参考值。

2.一种多端有源柔性直流系统多换流站的功率控制系统，包括A、B、C、D四个换流站，其中D站运行在定直流电压+定无功功率模式，其他三站运行在定有功功率+定无功功率模式，B站和C站为功率送端，A站和D站为功率受端；其特征在于，还包括处理器，所述处理器用于执行指令以实现如下方法：

对A站中两极有功功率参考值进行调整，即：若P_{a_con}-|P_{ref_A2}|-P_转带≥0，则P_{ref_A1_final}＝P_{ref_A1}+P_转带，P_{ref_A2_final}＝P_{ref_A2}-P_转带；否则，若有|P_{ref_B1}|-|P_{ref_A1}|+P_{d_con}≥0，则P_{ref_A1_final}＝P_{ref_A1}+(P_{a_con}-|P_{ref_A2}|)，P_{ref_A2_final}＝P_{ref_A2}-(P_{a_con}-|P_{ref_A2}|)，若有|P_{ref_B1}|-|P_{ref_A1}|+P_{d_con}＜0，则 P_{ref_A1_final}＝P_{ref_A1}+(P_{a_con}-|P_{ref_A2}|)-(|P_{ref_B1}|+|P_{ref_A1}|+P_{d_con})，P_{ref_A2_final}＝P_{ref_A2}-(P_{a_c}o_n-|P_{ref_A2}|)；其中P_{ref_A1}、P_{ref_A2}分别为A站中与功率送端换流站的故障极和非故障极相对应极的有功功率参考值，P_{a_con}、P_{d_con}分别为A站、D站每极容量，P_{ref_A1_final}、P_{ref_A2_final}分别为调整后的A站中与功率送端换流站的故障极和非故障极相对应极的有功功率参考值，P_{ref_B1}为B站中与功率送端换流站的故障极相对应极的有功功率参考值。