CN109687497A - 抑制特高压直流连续换向失败的预防控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种抑制特高压直流连续换向失败的预防控制策略，该方法在经典的全局优化电压控制基础上，充分考虑了抑制换流站连续换向失败的稳态需求，一是提高换流站母线电压，这可以通过全局优化实现，二是将特高压直流近区预想故障后200ms时抑制连续换向失败的电压需求考虑到主控区域，使主控区域在故障出现后有足够的电压无功支撑能力，除此之外，和特高压直流没有直接关系的协调区域的控制方法与传统的二级电压控制相同，可见，该方法从多层次保证了预想故障后的电压无功支撑能力，保证了特高压直流的正常运行。

Description

抑制特高压直流连续换向失败的预防控制方法及系统

技术领域

本发明涉及一种抑制特高压直流连续换向失败的近区电压无功预防控制方 法及系统，适用于电力调控系统，属于电力系统运行与控制技术领域。

背景技术

我国特高压直流系统相继投运对电网的运行与控制提出了新的要求。其中， 如何应对特高压直流系统接入给交流电网调压带来的影响是一项全新课题。当 前，采用分级分区和多层级间协调互控制模式的自动电压控制系统(Automatic VoltageControl，AVC)已在国内外得到了广泛的应用，但目前AVC系统中尚未 纳入对特高压直流系统的协调。

对于特高压直流的动态安全的分析一般是针对故障切除后暂态过程，因此 特高压直流母线电压动态安全分析可以从暂态稳定的角度来进行，这就要求稳 态控制的时候能考虑各种故障，使故障切除后设备能够及时作出反应，使得系 统即使偏离稳定点也可以通过控制作用使特高压直流母线安全范围。

为此，本发明在全局优化电压控制的框架下，提出了抑制特高压直流连续 换向失败的近区预防控制策略。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种抑制特高压直流连续 换向失败的预防控制方法及系统，保证了预想故障后的电压无功支撑能力，保 证了特高压直流的正常运行。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种抑制特高压直流连续换向失败的 预防控制方法，其特征是，包括以下过程：

S1，对全局控制目标函数进行求解，获得换流站母线电压最优值，将换流 站母线电压最优值作为二级电压控制中换流站母线电压参考值，其中，所述全 局控制目标函数以网损最小以及换流站母线电压最大为目标；

S2，将特高压直流近区内与特高压直流系统直接相连的二级电压控制分区 划分为主控区域，特高压直流近区内非主控区域划分为协控区域；

主控区域内，对主控区域目标函数对进行求解，获得发电机无功出力最优 解，将此最优解作为发电机机组无功目标值下发给特高压直流近区机组，实现 主控区域内无功调节；其中，所述主控区域目标函数以调整发电机无功使换流 站母线电压在控制后与参考值偏差最小且发电机之间无功出力均衡为目标；

协控区域内，以稳态控制时近区电压偏差最小为目标实现协控区域内无功 调节；

主控区域和协控区域两个区域独立完成无功调节，以实现特高压直流近区 的无功调节。

进一步的，S1中，所述目标函数如下：

min{P_Loss-λ₁U_cnv}

其中，其中P_Loss为系统网损，其计算公式为其中， n为系统节点数，U_i和δ_i分别为节点i的电压幅值和相位，U_j和δ_j分别为节点j的 电压幅值和相位，G_ij为节点i,j在导纳矩阵中的实部，U_cnv为换流站母线电压， λ₁>0为权重系数。

进一步的，S1中，目标函数满足以下约束：

1)稳态功率平衡方程：

交流近区的有功和无功功率方程为：

式中，P_i和Q_i分别为节点i的有功功率和无功功率，δ_ij＝δ_i-δ_j为节点i,j的相 位差，G_ij和B_ij分别为节点i,j在导纳矩阵中的实部和虚部；

2)状态变量的稳态不等式约束

式中，U_i为交流母线i的电压，U_imin,U_imax为该母线i的电压上下限，U_cnv.max,U_cnv.min分别表示特高压换流站母线的电压上下限电压；

3)控制变量的不等约束

Q_G.min≤Q_G≤Q_G.max G∈S_G

B_imin≤B_i≤B_imax i∈S_c

T_imin≤T_i≤T_imax i∈S_T

式中，Q_G为发电机节点的无功，Q_G.min,Q_G.max为发电机节点的无功上下限，B_i为 电容器i的导纳，B_imin,B_imax为电容器i的导纳上下限，T_i为主变i的档位，T_imin,T_imax为主变i的档位上下限，S_G为发电机组集合，S_c为电容器集合，S_T为主变集合。

进一步的，S2中，所述目标函数如下：

式中，为换流站母线电压参考值，ΔQ_G作为控制变量，表示主控区域控 制发电机的无功出力调节量；W_p>0和W_q>0为权重系数；S_vg为电压无功灵敏度 矩阵。

进一步的，S2中，目标函数满足如下约束：

增加故障场景，该场景下特高压直流母线电压运行约束如下：

其中f为预想故障，F为预想故障集，t₀为故障切除时刻，Δt为200ms， I(t₀+Δt)是t₀+Δt时刻的电压无功灵敏度，为主控区域t₀时刻机组的无功初 始值，Q_cf(t₀+Δt)为故障切除后200ms的无功出力，ε>0为控制死区，U_cnv为换流 站母线电压，ΔU_cnv|_f为预想故障下换流站母线电压降。

相应的，本发明还提供了一种抑制特高压直流连续换向失败的预防控制系 统，其特征是，包括全局优化控制模块、二级电压控制模块；

全局优化控制模块，用于对全局控制目标函数进行求解，获得换流站母线 电压最优值，将换流站母线电压最优值作为二级电压控制中换流站母线电压参 考值，其中，所述全局控制目标函数以网损最小以及换流站母线电压最大为目 标；

二级电压控制模块，将特高压直流近区内与特高压直流系统直接相连的二 级电压控制分区划分为主控区域，特高压直流近区内非主控区域划分为协控区 域；

主控区域内，对主控区域目标函数对进行求解，获得发电机无功出力最优 解，将此最优解作为发电机机组无功目标值下发给特高压直流近区机组，实现 主控区域内无功调节；其中，所述主控区域目标函数以调整发电机无功使换流 站母线电压在控制后与参考值偏差最小且发电机之间无功出力均衡为目标；

协控区域内，以稳态控制时近区电压偏差最小为目标实现协控区域内无功 调节；

主控区域和协控区域两个区域独立完成无功调节，以实现特高压直流近区 的无功调节。

进一步的，全局优化控制模块中，所述目标函数如下：

min{P_Loss-λ₁U_cnv}

其中，其中P_Loss为系统网损，其计算公式为其中， n为系统节点数，U_i和δ_i分别为节点i的电压幅值和相位，U_j和δ_j分别为节点j的 电压幅值和相位，G_ij为节点i,j在导纳矩阵中的实部，U_cnv为换流站母线电压， λ₁>0为权重系数。

进一步的，全局优化控制模块中，目标函数满足以下约束：

1)稳态功率平衡方程：

交流近区的有功和无功功率方程为：

式中，P_i和Q_i分别为节点i的有功功率和无功功率，δ_ij＝δ_i-δ_j为节点i,j的相 位差，G_ij和B_ij分别为节点i,j在导纳矩阵中的实部和虚部；

2)状态变量的稳态不等式约束

式中，U_i为交流母线i的电压，U_imin,U_imax为该母线i的电压上下限，U_cnv.max,U_cnv.min分别表示特高压换流站母线的电压上下限电压；

3)控制变量的不等约束

Q_G.min≤Q_G≤Q_G.max G∈S_G

B_imin≤B_i≤B_imax i∈S_c

T_imin≤T_i≤T_imax i∈S_T

式中，Q_G为发电机节点的无功，Q_G.min,Q_G.max为发电机节点的无功上下限，B_i为 电容器i的导纳，B_imin,B_imax为电容器i的导纳上下限，T_i为主变i的档位，T_imin,T_imax为主变i的档位上下限，S_G为发电机组集合，S_c为电容器集合，S_T为主变集合。

进一步的，二级电压控制模块中，所述目标函数如下：

式中，为换流站母线电压参考值，ΔQ_G作为控制变量，表示主控区域控 制发电机的无功出力调节量；W_p>0和W_q>0为权重系数；S_vg为电压无功灵敏度 矩阵。

进一步的，二级电压控制模块中，目标函数满足如下约束：

增加若干故障场景，该场景下特高压直流母线电压运行约束如下：

其中f为预想故障，F为预想故障集，t₀为故障切除时刻，Δt为200ms， I(t₀+Δt)是t₀+Δt时刻的电压无功灵敏度，为主控区域t₀时刻机组的无功初 始值，Q_cf(t₀+Δt)为故障切除后200ms的无功出力，ε>0为控制死区，U_cnv为换流 站母线电压，ΔU_cnv|_f为预想故障下换流站母线电压降。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：该方法在经典的三级电压 控制基础上，充分考虑了抑制换流站连续换向失败的稳态需求，一是提高换流 站母线电压，这可以通过全局优化实现，二是将特高压直流近区预想故障后200ms时抑制连续换向失败的电压需求考虑到主控区域，使主控区域在故障出现 后有足够的电压无功支撑能力，除此之外，和特高压直流没有直接关系的协调 区域的控制方法与传统的二级电压控制相同，可见，该方法从多层次保证了预 想故障后的电压无功支撑能力，保证了特高压直流的正常运行。

具体实施方式

下面对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的 技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

现有技术中特高压直流近区电网AVC系统基于全网稳态和暂态的动态分 区，其中，全局优化电压控制主要面向全网的经济运行以及特高压直流母线电 压安全性，采用“网损+特高压母线电压”最优潮流实现，为各稳态、暂态分区的 二级电压控制提供其先导节点电压的最优设定值，其时间常数为1h；稳态二级 电压控制为区域性通过协调稳态区域内发电厂无功输出以维持区域先导节点电 压等于设定值，形成发电机自动电压调节器(automatic voltage regulator，AVR) 的电压设定值并下发给一级电压控制系统，其时间常数为分钟级；暂态二级电 压控制为区域性通过协调暂态区域内发电厂无功输出以保证特高压直流所在暂 态分区内动态无功储备最大，其时间常数为分钟级；一级电压控制为本地控制， 通过发电机AVR装置的动作，维持机端电压等于设定值，其时间常数为秒级。 可见，该AVC系统通过全局优化分层控制来协调特高压直流近区各电压无功控 制装置的动作，进而实现全网无功电压的在线自动闭环控制与特高压直流母线 电压在线实时预防控制。

本发明抑制特高压直流连续换向失败的近区电压无功预防控制方法，具体 原理如下：

依据经典的全局优化电压控制体系，电压无功优化可以分成全局优化+二级 分区控制+一级控制三层，本发明仍然遵循该框架。

从特高压直流母线的电压角度看，特高压直流的换向失败根本原因是近区 故障诱发的特高压直流母线电压跌落至临界电压以下，所以近区稳态控制的目 的不在于保证故障切除后的换流站母线稳态电压或者瞬间跌落电压不越限，而 是保证故障切除后200ms时，特高压直流母线电压能恢复至引起特高压直流连 续换向失败的临界电压以上(一般认为0.9p.u)。

考虑直流近区某故障发生后，特高压直流母线电压在故障切除后200ms时为 U'，通常情况下，U'是一不确定的集合，估计U'的困难在于：

1)U'是动态变化的，其数值和趋势不仅和网络拓扑有关，而且和全网的电 厂、变电站以及特高压直流响应状态等密切相关，在毫秒级时间尺度上，无法 计算故障状态下(尚未发生)U'的准确值；

2)U'的数值和故障发生的位置、形式(三相短路/断线)等密切相关，在预 防控制的决策阶段，预想故障下电网动态响应不仅和近区以及特高压的实时断 面潮流和拓扑有关，还取决于近区电网的控制周期和控制策略，即使利用实时 仿真，在电压控制策略、特高压直流的控制响应等因素没有确定情况下，仿真 结果的可信度不高。

为了预防特高压连续换向失败，在稳态控制时需要尽可能的将特高压直流 母线电压抬高，其目的在于，当交流近区发生短路等严重N-1故障状态下，特 高压直流的母线电压不至于跌落至导致直流换向失败的临界电压。

特高压直流母线电压预防控制就是要寻找特高压-交流近区的一个“正常且 暂态恢复段安全”的运行状态，该状态可以兼顾2个约束条件：

(1)保证正常运行时特高压直流母线和近区电压分布在约束范围内；

(2)当近区出现任意N-1故障后，要保证故障切除后200ms，特高压直流 母线电压快速恢复至0.9p.u，不会出现连续换向失败。

本发明提出了一种以最小化网损为目标，同时计及稳态运行约束和预想N -1故障切除后200ms的暂态安全约束的无功优化模型，保证任何一个近区预想 故障切除后直流恢复过程中，特高压换流站本体和近区有足够的动态无功支撑 能力以避免连续换向失败或者多个直流同时换向失败。这是一个典型的带暂态 安全约束的最优潮流(SCOPF)模型，保证所得的最优解能够兼顾正常运行和N-1 故障切除后的暂态安全问题。

实现预防控制的关键是充分利用调相机和近区发电机等动态调节资源，对 于特高压直流，可用的无功调节手段主要包括站域级静态无功补偿装置及换流 站内调相机。预防控制的核心目标是保特高压直流运行在“正常且暂态恢复段安 全”的状态，这体现在约束中加入暂态安全约束条件，但是考虑到大电网的建模 非精确性以及量测等误差问题，同时必须保证特高压直流母线电压处于较高水 平，这是优先级最高的目标函数，在此情况下，可以进一步保证该区域网损最 小目标。

为了提高近区故障导致特高压直流母线电压跌落和故障切除后特高压直流 母线电压恢复的整体水平，最直观的做法是稳态时提高特高压直流母线的电压 U_cnv，假定电压跌落程度仅与近区故障类型有关，则近区相同故障情况下，提高 稳态电压运行水平有助于换向失败的暂态电压恢复，从而以避免连续换向失败 或者多个直流同时换向失败。

除此之外，全局优化电压控制中全局优化层交直流协调控制需要保证近区 的交流系统的经济性最好，也即网损最小。

因此，本文的全局优化电压控制的目标函数为：

min{P_Loss-λ₁U_cnv}

其中P_Loss为系统网损，其计算公式为其中，n为 系统节点数，U_i和δ_i分别为节点i的电压幅值和相位，U_j和δ_j分别为节点j的电 压幅值和相位，G_ij为节点i,j在导纳矩阵中的实部，U_cnv为换流站母线电压，换 流站母线也是系统中一个普通的节点，即U_cnv包含于U_i组成的集合，λ₁>0为权重 系数，一般取0.8。

全局优化中涉及控制设备包括近区机组、容抗器以及特高压直流内滤波器， 涉及的控制变量为近区机组的无功出力、容抗器以及特高压直流内滤波器的投 切状态。

约束条件包括等式约束(近区/直流有功和无功功率的平衡方程)及不等式约 束(包括稳态断面下所有节点电压幅值上、下限，近区机组和无功补偿设备容量 的上、下限，特高压直流运行约束等)。

除此之外，和传统的N-1预防控制不同，本专利不强调故障后稳态满足各 种约束，也就是说，如果N-1故障切除后，近区母线的越限事件并不是首先要 消除的，预防控制的首要目的是保证近区N-1故障切除后200ms时直流恢复至 高于规定的电压阈值0.9p.u，以下为详细的约束。

1)稳态功率平衡方程：

交流近区的有功和无功功率方程为：

式中，P_i和Q_i分别为节点i的有功功率和无功功率，此处无功功率Q_i中不包 括调相机并网点的无功，但包括非调相机的发电机组无功Q_G)，U_i和δ_i分别为节 点i的电压幅值和相位，U_j和δ_j分别为节点j的电压幅值和相位，(需要注意的是， 换流站母线也是一个普通的节点，故U_i组成的集合中也包括U_cnv)，δ_ij＝δ_i-δ_j为 节点i,j的相位差，G_ij和B_ij分别为节点i,j在导纳矩阵中的实部和虚部，下标i和 j皆为节点编号，n为系统节点数。

2)状态变量的稳态不等式约束

其中U_i为交流母线i的电压(也就是上面所说的节点i电压)，U_imin,U_imax为该 母线i的电压上下限，U_cnv.max,U_cnv.min分别表示特高压换流站母线的电压上下限电 压，需要注意的是，换流站母线也属于交流母线，而换流站母线电压作为一个 状态变量，也存在这样的电压上下限约束。

3)控制变量的不等约束

Q_G.min≤Q_G≤Q_G.max G∈S_G

B_imin≤B_i≤B_imax i∈S_c

T_imin≤T_i≤T_imax i∈S_T

控制变量包括近区机组、动态无功设备、容抗器以及特高压直流站域滤波 器，特别需要指出，该优化阶段不包括特高压直流内调相机。

上式中Q_G为发电机节点的无功，Q_G.min,Q_G.max为发电机节点的无功上下限，B_i为电容器i的导纳，B_imin,B_imax为电容器i的导纳上下限，T_i为主变i的档位，T_imin,T_imax为主变i的档位上下限，S_G为发电机组集合，S_c为电容器集合，S_T为主变集合， 导纳矩阵矩阵虚部B_ij与电容器导纳B_i以及主变的档位关系是电力系统的已有的 通识内容，此处不再赘述。

求解该优化模型即可得到换流站母线电压参考值

该模型和传统的全局优化模型本质上的差别在于：

(1)传统的全局优化的目标函数是网损最小，而新的模型除了降低网损P_Loss外，还要求使换流站母线U_cnv最大，这意味着在更大的时空尺度保证特高压直流 母线电压；

(2)传统的全局优化阶段是考虑所有的调节设备，对于换流站母线电压而 言，换流站电容器和调相机均能维持其电压，但调相机更重要的作用在于为系 统提供紧急无功电压支撑，快速恢复系统电压，故本专利全局优化阶段上不考 虑调相机；

(3)和传统全局优化电压控制保证电网经济性不同，本专利在目标函数中 考虑了提高换流站母线电压U_cnv的需求，提高U_cnv的目的是各种预想故障下也能 保证特高压直流母线的电压特高压直流母线电压在故障切除后不会低至发生连 续换向失败。

在全局优化决策结束后，二级电压控制中进行分区决策，即将特高压直流 近区分层若干个独立的控制区域，但考虑到和换流站直接相连的区域的机组出 力对换流站母线电压的支撑作用最强，而不与换流站内直接相连的区域对换流 站母线电压支撑能力弱，故本专利将控制区域分成主控区域和协控区域。

主控区域指的是和特高压直流系统直接相连的二级电压控制分区，通过调 节主控区域内的发电机组，跟踪换流站母线电压参考值，该区域二级电压控制 的目标为：

且满足如下约束：

式中，ΔQ_G作为控制变量，表示主控区域控制发电机的无功出力调节量； W_p>0和W_q>0为权重系数；S_vg为电压无功灵敏度矩阵(电压无功灵敏度求法为 成熟的算法，此处不再赘述)。

上式中，这一项物理意义是通过调整发电机无功使换流站母线电压在控制后与参考值偏差尽可能小，是为了保证发电 机之间无功出力较均衡，W_p>0和W_q>0为权重系数。

除此之外，直流恢复过程中电压暂态约束，为了预防特高压直流连续换向失 败，主控区域二级优化模型需增加若干故障场景，该场景下特高压直流母线电 压运行约束如下：

其中f为预想故障，F为预想故障集，t₀为故障切除时刻，Δt为200ms，I(t₀+Δt) 是t₀+Δt时刻的电压无功灵敏度(电压无功灵敏度为成熟的算法，此处不再赘 述)，为主控区域t₀时刻机组的无功初始值，Q_cf(t₀+Δt)为故障切除后200ms 的无功出力，ε>0为控制死区，一般取0.001,U_cnv为换流站母线电压，ΔU_cnv|_f为 预想故障下换流站母线电压降。

综上所述，主控区域的决策模型为：

求解该问题即可得到主控区域的机组出力，即可得到相应的控制策略。

特高压直流近区的非主控区域定义为协控区域，它的作用是保证稳态控制 时近区电压偏差最小和各种静态约束，这一点上和传统的二级电压控制保持一 致，且协控区域和主控区域的决策是独立的(由于传统的二级电压控制模型是 成熟的理论，且非本发明的重点，本专利不再赘述)。

可见，本发明利用“控制自由度”来调整交流近区发电机、电容器以及特高 压直流内滤波器、调相机等无功出力的分配，增强了系统应对可能发生的特高 压直流连续换向失败的隐患。同时基于已有二级电压控制框架，利用各个区域 计算的独立性，将已有的全局优化电压控制的时间尺度拓展至暂态-稳态层面。

综上所述，本发明的抑制特高压直流连续换向失败的近区电压无功预防控 制方法，通过全局优化在整个近区提高换流站母线电压水平，然后在主控区域 考虑预想事故集并跟踪全局优化的换流站母线参考值，最终保证换流站母线电 压安全，主要包括以下步骤：

步骤S1，对特高压直流近区建立以网损最小以及换流站母线电压最大为目 标的目标函数，求解所述目标函数获得换流站母线电压最优值将换流站母 线电压最优值作为二级电压控制中换流站母线电压参考值

目标函数及约束条件为：

min P_Loss-λ₁U_cnv

U_imin≤U_i≤U_imax i∈B_A

U_cnv.min≤U_cnv≤U_cnv.max

Q_imin≤Q_i≤Q_imax i∈S_G

B_imin≤B_i≤B_imax i∈S_c

T_imin≤T_i≤T_imax i∈S_T

上述模型中已知量为：

节点i的有功功率P_i，节点i,j在导纳矩阵中的实部G_ij和虚部B_ij，n为系统节 点数，母线i的电压下限和上限U_imin,U_imax，换流站母线的电压上限和下限 U_cnv.max,U_cnv.min，节点i的无功下限和上限Q_imin,Q_imax，电容器i的导纳下限和上限 B_imin,B_imax，主变i的档位下限和上限T_imin,T_imax，导纳矩阵矩阵虚部B_ij与电容器导纳 B_i以及主变的档位关系是电力系统的已有的通识内容，此处不再赘述。

待求量为：

节点i的无功功率Q_i(不包括调相机并网点的无功)，节点i的电压幅值U_i， 由于换流器母线也是一个电网节点，则换流站站母线对应的节点的电压U_cnv也属 于U_i组成的集合，节点i的相位δ_i，节点i,j的相位差δ_ij＝δ_i-δ_j；电容器对应的电 纳B_i，主变的档位T_i。

求解上述目标函数获得换流站母线电压最优值将换流站母线电压最优 值作为二级电压控制中换流站母线电压参考值

步骤S2：将特高压直流近区内与特高压直流系统直接相连的二级电压控制 分区划分为主控区域，特高压直流近区内非主控区域划分为协控区域。

对主控区域，建立以调整发电机无功使换流站母线电压在控制后与参考值 偏差尽可能小且发电机之间处理较均衡为目标的目标函数，求解所述目标函数 获得的发电机无功出力最优解ΔQ_G，将此最优解作为发电机机组无功目标值ΔQ_G下发给特高压直流近区机组；

主控区域的优化模型为：

上述模型中已知量为：

换流站母线电压参考值电压无功灵敏度S_vg，机组最大/最小无功出力 Q_Gmax，Q_G.min，换流站母线电压下限和上限U_cnv.min,U_cnv.max，f为预想故障，F为预 想故障集，t₀为故障切除时刻，Δt为200ms，I(t₀+Δt)是t₀+Δt时刻的电压无功灵 敏度(电压无功灵敏度为成熟的算法，此处不再赘述)，为主控区域t₀时刻 机组的无功初始值，Q_cf(t₀+Δt)为故障切除后200ms的无功出力，ε>0为控制死 区，一般取0.001，ΔU_cnv|_f为预想故障下换流站母线电压降，该值是通过潮流计 算得到的。

待求量为：

换流站母线电压U_cnv，发电机无功出力ΔQ_G。

求解主控区域的目标函数，得到发电机无功出力ΔQ_G，将发电机机组无功目 标值ΔQ_G下发给特高压直流近区机组，实现主控区域内无功控制。

对协控区域的无功控制以稳态控制时近区电压偏差最小为目标。

主控区域和协控区域独立进行各自的控制策略，至此，特高压直流近区电 压无功控制完成。

相应的，本发明还提供了一种抑制特高压直流连续换向失败的近区电压无 功预防控制系统，其特征是，包括全局优化控制模块、二级电压控制模块；

全局优化控制模块，用于对特高压直流近区进行全局优化控制：建立以网 损最小以及换流站母线电压最大为目标的目标函数，求解所述目标函数获得换 流站母线电压最优值，将换流站母线电压最优值作为二级电压控制中换流站母 线电压参考值；

二级电压控制模块，将特高压直流近区内与特高压直流系统直接相连的二 级电压控制分区划分为主控区域，特高压直流近区内非主控区域划分为协控区 域；

对主控区域，建立以调整发电机无功使换流站母线电压在控制后与参考值 偏差尽可能小且发电机之间处理较均衡为目标的目标函数，求解所述目标函数 获得的发电机无功出力最优解，将此最优解作为发电机机组无功目标值下发给 特高压直流近区机组；

对协控区域的无功控制以稳态控制时近区电压偏差最小为目标。

进一步的，全局优化控制模块中，所述目标函数如下：

min{P_Loss-λ₁U_cnv}

其中，其中P_Loss为系统网损，其计算公式为其中， n为系统节点数，U_i和δ_i分别为节点i的电压幅值和相位，U_j和δ_j分别为节点j的 电压幅值和相位，G_ij为节点i,j在导纳矩阵中的实部，U_cnv为换流站母线电压， λ₁>0为权重系数。

进一步的，全局优化控制模块中，目标函数满足以下约束：

1)稳态功率平衡方程：

交流近区的有功和无功功率方程为：

式中，P_i和Q_i分别为节点i的有功功率和无功功率，δ_ij＝δ_i-δ_j为节点i,j的相 位差，G_ij和B_ij分别为节点i,j在导纳矩阵中的实部和虚部；

2)状态变量的稳态不等式约束

式中，U_i为交流母线i的电压，U_imin,U_imax为该母线i的电压上下限，U_cnv.max,U_cnv.min分别表示特高压换流站母线的电压上下限电压；

3)控制变量的不等约束

Q_G.min≤Q_G≤Q_G.max G∈S_G

B_imin≤B_i≤B_imax i∈S_c

T_imin≤T_i≤T_imax i∈S_T

式中，Q_G为发电机节点的无功，Q_G.min,Q_G.max为发电机节点的无功上下限，B_i为 电容器i的导纳，B_imin,B_imax为电容器i的导纳上下限，T_i为主变i的档位，T_imin,T_imax为主变i的档位上下限，S_G为发电机组集合，S_c为电容器集合，S_T为主变集合。

进一步的，二级电压控制模块中，所述目标函数如下：

式中，为换流站母线电压参考值，ΔQ_G作为控制变量，表示主控区域控 制发电机的无功出力调节量；W_p>0和W_q>0为权重系数；S_vg为电压无功灵敏度 矩阵。

进一步的，二级电压控制模块中，目标函数满足如下约束：

增加故障场景，该场景下特高压直流母线电压运行约束如下：

其中f为预想故障，F为预想故障集，t₀为故障切除时刻，Δt为200ms， I(t₀+Δt)是t₀+Δt时刻的电压无功灵敏度，为主控区域t₀时刻机组的无功初 始值，Q_cf(t₀+Δt)为故障切除后200ms的无功出力，ε>0为控制死区，U_cnv为换流 站母线电压，ΔU_cnv|_f为预想故障下换流站母线电压降。

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 的流程来描述的。应理解可由计算机程序指令实现每一流程和/或方框、以及 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一个 流程或多个流程和/或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，该指令装置实现在一个流程或多个流程和/ 或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一个流程或 多个流程和/或一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通 技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变 型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种抑制特高压直流连续换向失败的预防控制方法，其特征是，包括以下过程：

S1，对全局控制目标函数进行求解，获得换流站母线电压最优值，将换流站母线电压最优值作为二级电压控制中换流站母线电压参考值，其中，所述全局控制目标函数以网损最小以及换流站母线电压最大为目标；

S2，将特高压直流近区内与特高压直流系统直接相连的二级电压控制分区划分为主控区域，特高压直流近区内非主控区域划分为协控区域；

主控区域内，对主控区域目标函数对进行求解，获得发电机无功出力最优解，将此最优解作为发电机机组无功目标值下发给特高压直流近区机组，实现主控区域内无功调节；其中，所述主控区域目标函数以调整发电机无功使换流站母线电压在控制后与参考值偏差最小且发电机之间无功出力均衡为目标；

协控区域内，以稳态控制时近区电压偏差最小为目标实现协控区域内无功调节；

主控区域和协控区域两个区域独立完成无功调节，以实现特高压直流近区的无功调节。

2.根据权利要求1所述的一种抑制特高压直流连续换向失败的预防控制方法，其特征是，S1中，所述目标函数如下：

min{P_Loss-λ₁U_cnv}

其中，其中P_Loss为系统网损，其计算公式为n为系统节点数，U_i和δ_i分别为节点i的电压幅值和相位，U_j和δ_j分别为节点j的电压幅值和相位，G_ij为节点i,j在导纳矩阵中的实部，U_cnv为换流站母线电压，λ₁>0为权重系数。

3.根据权利要求2所述的一种抑制特高压直流连续换向失败的预防控制方法，其特征是，S1中，目标函数满足以下约束：

1)稳态功率平衡方程：

交流近区的有功和无功功率方程为：

式中，P_i和Q_i分别为节点i的有功功率和无功功率，δ_ij＝δ_i-δ_j为节点i,j的相位差，G_ij和B_ij分别为节点i,j在导纳矩阵中的实部和虚部；

2)状态变量的稳态不等式约束

式中，U_i为交流母线i的电压，U_imin,U_imax为母线i的电压上下限，U_cnv.max,U_cnv.min分别表示特高压换流站母线的电压上下限电压；

3)控制变量的不等约束

Q_G.min≤Q_G≤Q_G.max G∈S_G

B_imin≤B_i≤B_imax i∈S_c

T_imin≤T_i≤T_imax i∈S_T

式中，Q_G为发电机节点的无功，Q_G.min,Q_G.max为发电机节点的无功上下限，B_i为电容器i的导纳，B_imin,B_imax为电容器i的导纳上下限，T_i为主变i的档位，T_imin,T_imax为主变i的档位上下限，S_G为发电机组集合，S_c为电容器集合，S_T为主变集合。

4.根据权利要求1所述的一种抑制特高压直流连续换向失败的预防控制方法，其特征是，S2中，所述目标函数如下：

式中，为换流站母线电压参考值，ΔQ_G作为控制变量，表示主控区域控制发电机的无功出力调节量；W_p>0和W_q>0为权重系数；S_vg为电压无功灵敏度矩阵。

5.根据权利要求4所述的一种抑制特高压直流连续换向失败的预防控制方法，其特征是，S2中，目标函数满足如下约束：

增加故障场景，该场景下特高压直流母线电压运行约束如下：

其中f为预想故障，F为预想故障集，t₀为故障切除时刻，Δt为200ms，I(t₀+Δt)是t₀+Δt时刻的电压无功灵敏度，为主控区域t₀时刻机组的无功初始值，Q_cf(t₀+Δt)为故障切除后200ms的无功出力，ε>0为控制死区，U_cnv为换流站母线电压，ΔU_cnv|_f为预想故障下换流站母线电压降。

6.一种抑制特高压直流连续换向失败的预防控制系统，其特征是，包括全局优化控制模块和二级电压控制模块；

全局优化控制模块，用于对全局控制目标函数进行求解，获得换流站母线电压最优值，将换流站母线电压最优值作为二级电压控制中换流站母线电压参考值，其中，所述全局控制目标函数以网损最小以及换流站母线电压最大为目标；

二级电压控制模块，将特高压直流近区内与特高压直流系统直接相连的二级电压控制分区划分为主控区域，特高压直流近区内非主控区域划分为协控区域；

主控区域内，对主控区域目标函数对进行求解，获得发电机无功出力最优解，将此最优解作为发电机机组无功目标值下发给特高压直流近区机组，实现主控区域内无功调节；其中，所述主控区域目标函数以调整发电机无功使换流站母线电压在控制后与参考值偏差最小且发电机之间无功出力均衡为目标；

协控区域内，以稳态控制时近区电压偏差最小为目标实现协控区域内无功调节；

主控区域和协控区域两个区域独立完成无功调节，以实现特高压直流近区的无功调节。

7.根据权利要求6所述的一种抑制特高压直流连续换向失败的预防控制系统，其特征是，全局优化控制模块中，所述目标函数如下：

min{P_Loss-λ₁U_cnv}

其中，其中P_Loss为系统网损，其计算公式为n为系统节点数，U_i和δ_i分别为节点i的电压幅值和相位，U_j和δ_j分别为节点j的电压幅值和相位，G_ij为节点i,j在导纳矩阵中的实部，U_cnv为换流站母线电压，λ₁>0为权重系数。

8.根据权利要求7所述的一种抑制特高压直流连续换向失败的预防控制系统，其特征是，全局优化控制模块中，目标函数满足以下约束：

1)稳态功率平衡方程：

交流近区的有功和无功功率方程为：

式中，P_i和Q_i分别为节点i的有功功率和无功功率，δ_ij＝δ_i-δ_j为节点i,j的相位差，G_ij和B_ij分别为节点i,j在导纳矩阵中的实部和虚部；

2)状态变量的稳态不等式约束

式中，U_i为交流母线i的电压，U_imin,U_imax为该母线i的电压上下限，U_cnv.max,U_cnv.min分别表示特高压换流站母线的电压上下限电压；

3)控制变量的不等约束

Q_G.min≤Q_G≤Q_G.max G∈S_G

B_imin≤B_i≤B_imax i∈S_c

T_imin≤T_i≤T_imax i∈S_T

式中，Q_G为发电机节点的无功，Q_G.min,Q_G.max为发电机节点的无功上下限，B_i为电容器i的导纳，B_imin,B_imax为电容器i的导纳上下限，T_i为主变i的档位，T_imin,T_imax为主变i的档位上下限，S_G为发电机组集合，S_c为电容器集合，S_T为主变集合。

9.根据权利要求6所述的一种抑制特高压直流连续换向失败的预防控制系统，其特征是，二级电压控制模块中，所述目标函数如下：

式中，为换流站母线电压参考值，ΔQ_G作为控制变量，表示主控区域控制发电机的无功出力调节量；W_p>0和W_q>0为权重系数；S_vg为电压无功灵敏度矩阵。

10.根据权利要求9所述的一种抑制特高压直流连续换向失败的预防控制系统，其特征是，二级电压控制模块中，目标函数满足如下约束：

增加故障场景，该场景下特高压直流母线电压运行约束如下：

其中f为预想故障，F为预想故障集，t₀为故障切除时刻，Δt为200ms，I(t₀+Δt)是t₀+Δt时刻的电压无功灵敏度，为主控区域t₀时刻机组的无功初始值，Q_cf(t₀+Δt)为故障切除后200ms的无功出力，ε>0为控制死区，U_cnv为换流站母线电压，ΔU_cnv|_f为预想故障下换流站母线电压降。