CN107910885B - 一种多端柔性直流输电系统的从站外环电流控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种多端柔性直流输电系统的从站外环电流控制方法，其中，所述多端柔性直流输电系统为基于电压源换流器的柔性直流输电系统，所述方法可包括：步骤S1，将柔性直流互联的多个交流电网的频率传送到与所述多个交流电网直连的电压源换流器，其中，每一个交流电网和其直连的电压源换流器形成一个分区；步骤S2，计算各分区中的交流电网的频率偏离额定值的情况，并根据各分区的频率偏移情况，修正每一个电压源换流器的传输功率，以便通过在不同分区之间交换功率，实现各分区之间的频率支援。本发明实施例可通过在不同分区之间交换功率，实现各分区之间的频率支援。

Description

一种多端柔性直流输电系统的从站外环电流控制方法
技术领域
本发明涉及电力系统技术领域，尤其涉及一种多端柔性直流输电系统的从站外环电流控制方法。
背景技术
基于电压源换流器的新一代柔性直流输电(Voltage Source Converter basedHVDC，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，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，该技术在电网异步互联方面的应用也得到了广泛认可。
已有用于交流电网异步互联的柔性直流工程通常侧重其异步隔离的功能，按照预设的传输功率值运行，将交流电网的故障限制在自身区域内，防止影响另一侧电网。然而，当柔性直流输送功率对于送受端交流电网的容量来说占有很大的比例时，也应该考虑其在交流电网之间发挥事故支援的能力，因为柔性直流的一个突出优势在于传输的有功、无功都可以在数十毫秒级别快速精确调整，将这种受控的快速调节能力发挥出来，可以提高整个互联系统的安全稳定性，同时避免系统间的事故传递。
在多端柔性直流输电系统中，主从式控制是广泛应用的一种协调控制方法，主站以控制直流侧电压为目标，从站控制直流传输功率。当前的主从式控制的缺点是不具有分区间频率支援的能力。为此，有学者提出具有频率支援能力的下垂控制方法，在参考功率设定值Pref上附加了一个与所接入交流电网频率相关的功率分量，当交流电网发生频率扰动时，通过提升或降低参考功率值，直接调节交流电网频率。同时，在电压-功率下垂特性的作用下，直流电压也会响应的上下调节，并自然的传递到互联的其他换流站。这些换流站根据直流电压的变动改变输出功率，这样就实现了互联的各个交流系统同时支援发生频率扰动的交流系统，从整体上降低功率缺额引起的频率偏差。从上述工作原理可以看出，下垂控制利用了直流电压作为传递各个异步互联系统频率波动信息的媒介。因而在实际运行中直流电压通常会偏离其额定值，当频率扰动较大或直流负荷变化剧烈时，有可能造成直流电压偏离额定值太大，中断柔性直流输电系统的正常工作。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种多端柔性直流输电系统的从站外环电流控制方法，可通过在不同分区之间交换功率，实现各分区之间的频率支援。
本发明提供的一种多端柔性直流输电系统的从站外环电流控制方法，其中，所述多端柔性直流输电系统为基于电压源换流器的柔性直流输电系统，所述方法可包括：
步骤S1，将柔性直流互联的多个交流电网的频率传送到与所述多个交流电网直连的电压源换流器，其中，每一个交流电网和其直连的电压源换流器形成一个分区；
步骤S2，计算各分区中的交流电网的频率偏离额定值的情况，并根据各分区的频率偏移情况，修正每一个电压源换流器的传输功率，以便通过在不同分区之间交换功率，实现各分区之间的频率支援。
在可选的实施例中，所述步骤S2中，所述计算各分区中的交流电网的频率偏离额定值的情况包括：
步骤S21，在每一个分区中，采集与交流电网直连的电压源换流器的交流频率；
步骤S22，在每一个分区中，计算所述交流电网的额定频率和步骤S21采集的交流频率的差值，以获得各分区中的交流电网的频率偏离额定值的情况。
在可选的实施例中，在步骤S21采集到与交流电网直连的电压源换流器的交流频率之后，通过滤波器滤除所采集的交流频率的高频波动成分；
所述步骤S22使用所述滤波器处理后的频率值和额定频率进行差值计算。
在可选的实施例中，所述步骤S2中，所述根据各分区的频率偏移情况，修正每一个电压源换流器的传输功率包括：
步骤S23，根据各分区的频率偏移情况，计算每一个分区用于频率控制所需的功率值；
步骤S24，根据每一个分区用于频率控制所需的功率值，计算某一分区的电压源换流器用于整个多端柔性直流输电系统的频率调节所需的功率增量；
步骤S25，将步骤S24计算得到的功率增量转换为d轴电流参考值，并将转换后的d轴电流参考值传递给所述某一分区的电压源换流器的内环电流控制器，以通过所述内环电流控制器计算所述某一分区的电压源换流器所需的调制信号。
在可选的实施例中，在所述步骤S23中，通过将各分区的频率偏移差与比例积分参数相乘的方式计算每一个分区用于频率控制所需的功率值。
在可选的实施例中，在所述步骤S24中，通过计算所述某一分区的电压源换流器用于频率控制所需的功率值的2倍与整个多端柔性直流输电系统的每个分区中的电压源换流器用于频率控制所需的功率值的总和求差的方式，计算得到某一分区的电压源换流器用于整个多端柔性直流输电系统的频率调节所需的功率增量。
在可选的实施例中，在所述步骤S25中，所述将步骤S24计算得到的功率增量转换为d轴电流参考值，包括：
步骤S251，采集所述某一分区的电压源换流器的有功功率；
步骤S252，将所述某一分区的电压源换流器的额定功率和步骤S23计算得到的功率增量相加后与所述采集的有功功率求差；
步骤S253，将d轴电流转换比例积分参数与步骤S242得到的所述求差结果相乘，其中，所述d轴电流转换比例积分参数为Kp+Ki/s，其中，Kp代表比例系数，Ki代表积分环节系数，s代表复频域算子。
在可选的实施例中，所述额定功率为电压源换流器的直流电压为额定值时对应的电压源换流器的输出功率。
在可选的实施例中，所述交流网络为有源交流网络。
本发明实施例的有效效果为：
通过在不同分区之间交换功率，实现各分区之间的频率支援。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是多端柔性直流输电系统的一个实施例的结构示意图。
图2是本发明的多端柔性直流输电系统的从站外环电流控制方法的一个实施例的流程示意图。
图3是图2中所示的步骤S21中计算各分区中的交流电网的频率偏离额定值的情况的另一个实施例的详细流程示意图。
图4是图2中所示的步骤S2中并根据各分区的频率偏移情况，修正每一个电压源换流器的传输功率的一个实施例的详细流程示意图。
图5是图4中所示的步骤S25中转换d轴电流参考值的一个实施例的详细流程示意图。
图6示出了可用于计算所述某一分区的电压源换流器所需的调制信号的已知的内环电流控制器的一个原理示意图。
图7是本发明的多端柔性直流输电系统的从站外环电流控制的一个实施例的原理示意图。
具体实施方式
以下各实施例的说明是参考附图，用以示例本发明可以用以实施的特定实施例。
图1是多端柔性直流输电系统的一个实施例的结构示意图。如图1所示，多端柔性直流输电系统通过可包括位于中间的柔性直流输电部分(例如，包括图1中的DC直流输送线以及连接在DC直流输送线两端的VSC1-VSC4)和多个交流电网(例如，图1中的四个交流电网AC1-AC4)。进一步，每一个交流电网和其直连的电压源换流器形成一个分区，例如，在图1中AC1和VSC1形成一个分区，AC2和VSC2形成一个分区，AC3和VSC3形成一个分区，AC4和VSC4形成一个分区。
本发明实施例的多端柔性直流输电系统的从站外环电流控制方法用于控制例如图1所示的多端柔性直流输电系统的从站进行外环电流，以便通过在不同分区之间交换功率，实现各分区之间的频率支援。例如，当任意一侧的交流电网频率出现扰动后，可以通过实施本发明的方法，便可将频率未发生扰动的分区中的交流电网的功率传递给频率出现扰动的分区的交流电网的方式，实现各分区之间的频率支援。
图2是本发明的多端柔性直流输电系统的从站外环电流控制方法的一个实施例的流程示意图。图2所示，本发明的方法可包括：
步骤S1，将柔性直流互联的多个交流电网的频率传送到与所述多个交流电网直连的电压源换流器，其中，每一个交流电网和其直连的电压源换流器形成一个分区；
步骤S2，计算各分区中的交流电网的频率偏离额定值的情况，并根据各分区的频率偏移情况，修正每一个电压源换流器的传输功率，以便通过在不同分区之间交换功率，实现各分区之间的频率支援。
进一步，图3是图2中所示的步骤S2中计算各分区中的交流电网的频率偏离额定值的情况的一个实施例的详细流程示意图。如图3所示，步骤S2进一步可包括：
步骤S21，在每一个分区中，采集与交流电网直连的电压源换流器的交流频率；
步骤S22，在每一个分区中，计算所述交流电网的额定频率和步骤S21采集的交流频率的差值，以获得各分区中的交流电网的频率偏离额定值的情况。
图3是图2中所示的步骤S2中计算各分区中的交流电网的频率偏离额定值的情况的另一个实施例的详细流程示意图。如图3所示，步骤S2进一步可包括：
步骤S21，在每一个分区中，采集与交流电网直连的电压源换流器的交流频率；
步骤S211，通过滤波器滤除所采集的交流频率的高频波动成分；
步骤S22，在每一个分区中，计算所述交流电网的额定频率和步骤S211滤波处理后的交流频率的差值，以获得各分区中的交流电网的频率偏离额定值的情况。
假如通过fi表示第i个分区中的电压源换流器的交流频率，通过fref表示第i各分区中的电压源换流器的交流频率，其中，i＝[1，N-1]，N为所述多端柔性直流输电系统中的电压源换流器的总数。则本发明实施例中，可通过fref-fi表示获得的第i个分区中的交流电网的频率偏离额定值的情况。
进一步，图4是图2中所示的步骤S2中并根据各分区的频率偏移情况，修正每一个电压源换流器的传输功率的一个实施例的详细流程示意图。如图4所示，其可包括：
步骤S23，根据各分区的频率偏移情况，计算每一个分区用于频率控制所需的功率值。作为举例，在步骤S23可通过将各分区的频率偏移差与比例积分参数相乘的方式计算每一个分区用于频率控制所需的功率值，具体计算公式表示为：
ΔPi＝KPi(fref-fi) (1)
其中，△Pi表示第i个分区用于频率控制所需的功率值，KPi为比例积分参数，fref为额定频率，fi为采集到的第i个分区中的电压源换流器的交流频率，i＝[1，N-1]，N为所述多端柔性直流输电系统中的电压源换流器的总数。
步骤S24，根据每一个分区用于频率控制所需的功率值，计算某一分区的电压源换流器用于整个多端柔性直流输电系统的频率调节所需的功率增量。作为举例，在步骤S24可通过计算所述某一分区的电压源换流器用于频率控制所需的功率值的2倍与整个多端柔性直流输电系统的每个分区中的电压源换流器用于频率控制所需的功率值的和求差的方式，计算得到某一分区的电压源换流器用于整个多端柔性直流输电系统的频率调节所需的功率增量，具体计算公式可表示为：
Figure GDA0002932755730000061
其中，△Pt-i表示第i个分区的电压源换流器用于整个多端柔性直流输电系统的频率调节所需的功率增量，△Pi表示第i个分区用于频率控制所需的功率值，i为[1，N-1]中的任一个，N为所述多端柔性直流输电系统中的电压源换流器的总数。
当然在其他实施例中，也可以取所述某一分区的电压源换流器用于频率控制所需的功率值的其他倍的值与整个多端柔性直流输电系统的每个分区中的电压源换流器用于频率控制所需的功率值的和求差。
步骤S25，将步骤S24计算得到的功率增量转换为d轴电流参考值，并将转换后的d轴电流参考值传递给所述某一分区的电压源换流器的内环电流控制器，以通过所述内环电流控制器计算所述某一分区的电压源换流器所需的调制信号。
进一步，图5是图4中所示的步骤S25中转换d轴电流参考值的一个实施例的详细流程示意图。如图5所示，其可包括：
步骤S251，采集所述某一分区的电压源换流器的有功功率。类似于对采集的交流频率的处理方式，在本发明的其他实施例，也可对步骤S251采集的有功功率通过滤波器滤除其高频波动成分。
步骤S252，将所述某一分区的电压源换流器的额定功率和步骤S23计算得到的功率增量相加后与所述采集的有功功率求差；
步骤S253，将d轴电流转换比例积分参数与步骤S242得到的所述求差结果相乘，其中，所述d轴电流转换比例积分参数为Kp+Ki/s，其中，Kp代表比例系数，Ki代表积分环节系数，s代表复频域算子，同时需要Kp和Ki是用于实现无差调节。
对应图6的计算公式可表示为：
idref＝(KP+Ki/s)(Piref+ΔPt-i-Pi) (3)
其中，idref为d轴电流参考值，Kp+Ki/s为d轴电流转换比例积分参数，Piref为第i个分区中的电压源换流器的额定功率，△Pt-i表示第i个分区的电压源换流器用于整个多端柔性直流输电系统的频率调节所需的功率增量，△Pi表示第i个分区用于频率控制所需的功率值，i为[1，N-1]中的任一个，N为所述多端柔性直流输电系统中的电压源换流器的总数。
此外，在本发明的各实施例中，所述交流网络为有源交流网络。
具体实现中，在步骤S25中将转换后的d轴电流参考值传递给所述某一分区的电压源换流器的内环电流控制器，以通过所述内环电流控制器计算所述某一分区的电压源换流器所需的调制信号。图6示出了可用于计算所述某一分区的电压源换流器所需的调制信号的已知的内环电流控制器的一个原理示意图。由于内环电流控制器的原理并非本发明的关注点，因此，在此不对其步骤进行赘述。
进一步，图7是本发明的多端柔性直流输电系统的从站外环电流控制的一个实施例的原理示意图。在图7所示的实施例中，以多端柔性直流输电系统包括三个与交流电网直连的电压源换流器为例进行了举例说明。在图7中，首先通过三个加法器分别计算三个分区中的交流电网的频率f1，f2以及f3与偏离额定值fref的情况；随后，将三个比例积分参数Kp1，Kp2以及Kp3分别与三个加法器的计算结果进行比例积分以得到三个分区用于频率控制所需的功率值△P1，△P2以及△P3；随后，通过加法器得到整个柔性直流输电系统中的三个电压源换流器用于频率控制所需的功率值的和，并利用另一个加法器将第2个分区的电压源换流器的额定功率P2ref和计算得到的第2个分区的电压源换流器的功率增量相加后与所述采集的第2个分区的电压源换流器有功功率求差，最后将求差的结果与d轴电流转换比例积分参数Kp+Ki/s相乘得到d轴电流参考值。
本发明实施例的有效效果为：
通过在不同分区之间交换功率，实现各分区之间的频率支援。
以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (3)

1.一种多端柔性直流输电系统的从站外环电流控制方法，其中，所述多端柔性直流输电系统为基于电压源换流器的柔性直流输电系统，其特征在于，包括：
步骤S1，将柔性直流互联的多个交流电网的频率传送到与所述多个交流电网直连的电压源换流器，其中，每一个交流电网和其直连的电压源换流器形成一个分区；
步骤S2，计算各分区中的交流电网的频率偏离额定值的情况，并根据各分区的频率偏移情况，修正每一个电压源换流器的传输功率，以便通过在不同分区之间交换功率，实现各分区之间的频率支援；包括步骤S21～S25：
步骤S21，在每一个分区中，采集与交流电网直连的电压源换流器的交流频率；通过滤波器滤除所采集的交流频率的高频波动成分；
步骤S22，在每一个分区中，计算所述交流电网的额定频率和步骤S21所述滤波器处理后的交流频率的差值，以获得各分区中的交流电网的频率偏离额定值的情况；
步骤S23，通过将各分区的频率偏移差与比例积分参数相乘的方式计算每一个分区用于频率控制所需的功率值；
步骤S24，根据每一个分区用于频率控制所需的功率值，计算某一分区的电压源换流器用于整个多端柔性直流输电系统的频率控制所需的功率增量；其中，通过计算所述某一分区的电压源换流器用于频率控制所需的功率值的2倍与整个多端柔性直流输电系统的每个分区中的电压源换流器用于频率控制所需的功率值的和求差的方式，计算得到某一分区的电压源换流器用于整个多端柔性直流输电系统的频率控制所需的功率增量；
步骤S25，将步骤S24计算得到的功率增量转换为d轴电流参考值，并将转换后的d轴电流参考值传递给所述某一分区的电压源换流器的内环电流控制器，以通过所述内环电流控制器计算所述某一分区的电压源换流器所需的调制信号；
其中，所述将步骤S24计算得到的功率增量转换为d轴电流参考值，包括：
步骤S251，采集所述某一分区的电压源换流器的有功功率；
步骤S252，将所述某一分区的电压源换流器的额定功率和步骤S23计算得到的功率增量相加后与所述采集的有功功率求差；
步骤S253，将d轴电流转换比例积分参数与步骤S252求差得到的求差结果相乘，其中，所述d轴电流转换比例积分参数为Kp+Ki/s，其中，Kp代表比例系数，Ki代表积分环节系数，s代表复频域算子。
2.根据权利要求1所述的多端柔性直流输电系统的从站外环电流控制方法，其特征在于，所述额定功率为电压源换流器的直流电压为额定值时对应的电压源换流器的输出功率。
3.根据权利要求2所述的多端柔性直流输电系统的从站外环电流控制方法，其特征在于，所述交流电网为有源交流网络。
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