CN110365036A - 一种lcc-vsc直流输电系统的功率协调控制方法与装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种LCC‑VSC直流输电系统的功率协调控制方法与装置，属于直流输电技术领域，当有功功率控制模式的VSC端换流站一极停运，且VSC端换流站另一极为双极有功功率控制模式时，该极的有功功率参考值根据双极有功功率控制模式进行相应调节；当VSC端换流站另一极为单极有功功率控制模式时，该极的有功功率参考值不变；当LCC端换流站的控制模式为双极有功功率控制模式时，强置切换为单极有功功率控制模式，LCC端换流站各极的有功功率参考值根据单极有功功率控制模式进行相应调节；直流电压控制模式的VSC端换流站自适应调节有功功率进行。本发明保证了有功功率控制模式的VSC端换流站一极停运时LCC‑VSC直流输电系统的有功功率稳定，避免出现有功功率波动的问题。

Description

一种LCC-VSC直流输电系统的功率协调控制方法与装置

技术领域

本发明属于直流输电技术领域，具体涉及一种LCC-VSC直流输电系统的功率协调控制方法与装置。

背景技术

目前，传统直流输电技术(LCC-HVDC)是直流输电最主流、最成熟的技术，其具有输电容量大、运行稳定性好、系统损耗小、建设成本低等优势，在远距离大容量输电方面具有不可替代的作用。基于电压源型换流器的柔性直流输电技术(VSC-HVDC)为直流输电技术提供了新的发展方向，可接入无源网络，由于其不存在换相失败的问题，且电压谐波含量少，输出频率与电压稳定，能快速调节有功功率与无功功率，控制灵活性好。将传统直流输电换流器LCC与柔性直流输电换流器VSC灵活组合，同时发挥LCC-HVDC成本低、损耗小、容量大以及VSC-HVDC无换相失败，控制灵活等技术优势的混合直流输电技术逐渐成为当前直流输电领域的研究热点，也将是完善未来电网的重要途径。

由LCC和VSC构成的混合多端LCC-VSC直流输电系统具有多重优势：充分发挥特高压直流系统大容量、远距离输电优势，实现大规模能源基地电力高效、经济外送；可在直流线路故障下利用LCC自然阻断故障电流的特征避免VSC阀过电流；受端VSC无功支撑能力有助于抑制LCC换相失败；还可形成多个落点，利于功率的分散消纳，降低对受端电网的冲击。

如图1所示，为一种混合三端LCC-VSC直流输电系统的拓扑结构，其中，包括送端和受端，送端包括换流站A(SA)，受端包括换流站B(SB)和换流站C(SC)，换流站A为LCC端换流站，LCC端换流站为整流站(送端)，换流站B(SB)和换流站C(SC)均为VSC端换流站，均为逆变站(受端)。这三端换流站均为双极拓扑结构。

为了提高电力系统安全稳定性、防范电网稳定事故、防止发生大面积停电事故，根据混合多端LCC-VSC直流输电系统故障前的运行工况，在一端故障停运时重新快速计算各端有功功率的参考值，能够快速平衡混合多端LCC-VSC直流输电系统的有功功率。但是，当LCC端换流站其中一极因故障停运时，整个混合多端LCC-VSC直流输电系统的有功功率就会出现很大的波动，现有的功率协调控制方法无法快速平稳整个混合多端LCC-VSC直流输电系统的有功功率。

发明内容

本发明的目的是提供一种LCC-VSC直流输电系统的功率协调控制方法与装置，用于解决当LCC端换流站其中一极停运时，现有的功率协调控制方法无法快速平稳整个混合多端LCC-VSC直流输电系统的有功功率的问题。

基于上述目的，一种LCC-VSC直流输电系统的功率协调控制方法的技术方案如下：

LCC-VSC直流输电系统包括送端和受端，所述送端包括一个LCC端换流站，受端包括至少两个并联设置的VSC端换流站，其中，LCC端换流站的控制模式是有功功率控制模式，一个VSC端换流站的控制模式是有功功率控制模式，另一个VSC端换流站的控制模式是直流电压控制模式，当有功功率控制模式的VSC端换流站一极停运时，所述功率协调控制方法包括以下步骤：

当有功功率控制模式的VSC端换流站另一极为双极有功功率控制模式时，该极的有功功率参考值根据所述双极有功功率控制模式进行相应调节；当有功功率控制模式的VSC端换流站另一极为单极有功功率控制模式时，该极的有功功率参考值不变；

当LCC端换流站的控制模式为双极有功功率控制模式时，强置切换为单极有功功率控制模式，LCC端换流站各极的有功功率参考值根据单极有功功率控制模式进行相应调节；

直流电压控制模式的VSC端换流站对应极的有功功率进行自适应调节。

基于上述目的，一种LCC-VSC直流输电系统的功率协调控制装置的技术方案如下：

LCC-VSC直流输电系统包括送端和受端，所述送端包括一个LCC端换流站，受端包括至少两个并联设置的VSC端换流站，其中，LCC端换流站的控制模式是有功功率控制模式，一个VSC端换流站的控制模式是有功功率控制模式，另一个VSC端换流站的控制模式是直流电压控制模式；所述功率协调控制装置包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器在执行所述计算机程序时实现的控制过程包括：

当有功功率控制模式的VSC端换流站一极停运时，采用以下步骤进行功率协调控制：

当有功功率控制模式的VSC端换流站另一极为双极有功功率控制模式时，该极的有功功率参考值根据所述双极有功功率控制模式进行相应调节；当有功功率控制模式的VSC端换流站另一极为单极有功功率控制模式时，该极的有功功率参考值不变；

当LCC端换流站的控制模式为双极有功功率控制模式时，强置切换为单极有功功率控制模式，LCC端换流站各极的有功功率参考值根据单极有功功率控制模式进行相应调节；

直流电压控制模式的VSC端换流站对应极的有功功率进行自适应调节。

上述两个技术方案的有益效果是：

本发明的协调控制方法及装置，在有功功率控制模式的VSC端换流站其中一极停运时，对相应有功功率控制模式的VSC端换流站另一极的有功功率参考值，以及LCC端换流站各极的有功功率参考值进行调节，直流电压控制模式的VSC端换流站对应极的有功功率进行自适应调节，，而能够快速重新平衡整个LCC-VSC直流输电系统的有功功率，保证在有功功率控制模式的VSC端换流站一极停运时LCC-VSC直流输电系统的有功功率稳定，避免出现有功功率波动的问题。

进一步，为了保证VSC端换流站中有功功率协调控制的可靠性，当有功功率控制模式的VSC端换流站另一极为双极有功功率控制模式时，该极的有功功率参考值的计算式如下：

式中，为协调控制后有功功率控制模式的VSC端换流站另一极的有功功率参考值，P_{ref_B1}、P_{ref_B2}分别为有功功率控制模式的VSC端换流站停运极和另一极的原有功功率参考值，P_{cap_B2}为所述VSC端换流站另一极的有功功率容量，min为取小运算符号。

进一步，为了保证LCC端换流站中有功功率协调控制的可靠性，当LCC端换流站的控制模式强置切换为单极有功功率控制模式，且有功功率控制模式的VSC端换流站另一极为双极有功功率控制模式时，LCC端换流站各极的有功功率参考值计算式如下：

式中，分别为协调控制后LCC端换流站其中一极和另一极的有功功率参考值，P_{ref_A1}、P_{ref_A2}分别为LCC端换流站其中一极和另一极的原有功功率参考值，P_{ref_B1}、P_{ref_B2}分别为有功功率控制模式的VSC端换流站停运极和另一极的原有功功率参考值，P_{cap_B2}为所述VSC端换流站另一极的有功功率容量，P_{cap_A2}为LCC端换流站另一极的有功功率容量，min为取小运算符号。

当LCC端换流站的控制模式强置切换为单极有功功率控制模式，且有功功率控制模式的VSC端换流站另一极为单极有功功率控制模式时，LCC端换流站各极的有功功率参考值计算式如下：

式中，分别为协调控制后LCC端换流站其中一极和另一极的有功功率参考值，P_{ref_A1}、P_{ref_A2}分别为LCC端换流站其中一极和另一极的原有功功率参考值，P_{cap_C1}为直流电压控制模式的VSC端换流站其中一极的有功功率容量，P_{cap_A2}为LCC端换流站另一极的有功功率容量，min为取小运算符号。

附图说明

图1是现有的一种混合三端LCC-VSC直流输电系统的拓扑结构图；

图2是本发明提供的混合三端LCC-VSC直流输电系统中的各控制系统之间的通信图；

图3是本发明的有功功率控制模式的VSC端换流站的功率协调控制流通图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。

图1所示的混合三端LCC-VSC直流输电系统中的各端换流站控制功能按分层配置，配置有直流站控系统、极1极控系统和极2极控系统。换流站A包括站A极1极控系统、站A极2极控系统和站A直流站控系统，换流站B包括站B极1极控系统、站B极2极控系统和站B直流站控系统，换流站C包括站C极1极控系统、站C极2极控系统和站C直流站控系统。各端直流站控系统之间利用光纤通信，各端直流站控系统和极控系统之间利用光纤通信，如图2所示。

LCC端换流站控制模式分联合有功功率控制模式(即双极有功功率控制模式)和独立有功功率控制模式(即单极有功功率控制模式)，因此，LCC端换流站两个极的控制模式有三种组合：双极+双极有功功率控制；双极+单极有功功率控制；单极+单极有功功率控制。VSC端换流站控制模式分有功功率控制模式和直流电压控制模式，即各VSC端换流站中，一个VSC端换流站的控制模式是有功功率控制模式，另一个VSC端换流站的控制模式是直流电压控制模式，而有功功率控制模式包含双极有功功率控制模式和单极有功功率控制模式。就图1而言，这两个VSC端换流站有功功率控制模式和直流电压控制模式互斥，即一个VSC端换流站有功功率控制模式，另一个VSC端换流站直流电压控制模式。有功功率控制模式的VSC端换流站两个极的控制模式组合方式同上述LCC端换流站一致。

各端直流站控系统相互之间传输本站两极的当前有功功率参考值、有功功率容量及控制模式，并完成各端有功功率协调控制功能，将重新计算得到的各极有功功率参考值通过光纤分别发送给对应的极控系统，由极控系统执行，重新完成有功功率平衡。

当有功功率控制模式的VSC端换流站一极停运时，比如因故障停运时，各端换流器的控制如下：

当有功功率控制模式的VSC端换流站另一极为双极有功功率控制模式时，该极的有功功率参考值根据所述双极有功功率控制模式进行相应调节；当有功功率控制模式的VSC端换流站另一极为单极有功功率控制模式时，该极的有功功率参考值不变，如图3所示。

当LCC端换流站的控制模式为双极有功功率控制模式时，强置切换为单极有功功率控制模式，LCC端换流站各极的有功功率参考值根据单极有功功率控制模式进行相应调节；而直流电压控制模式的VSC端换流站对应极的有功功率进行自适应调节。

基于上述实现过程，下面以有功功率控制模式的站B极1故障停运，站A的控制模式是有功功率控制模式，站C的控制模式是直流电压控制模式为例，说明所要求保护的LCC-VSC直流输电系统功率协调控制方法。

工况一：站A极2为双极有功功率控制模式，站B极2为双极有功功率控制模式，站C为直流电压控制模式，在站B极1故障停运时，站A极2的双极有功功率控制模式强置切换为单极有功功率控制模式，而站A极1的控制模式与有功功率参考值的计算没有关系，下面工况二、三、四的情况均是如此。

站A极1的有功功率参考值修改为：

站A极2的有功功率参考值修改为：

站B极2的有功功率参考值修改为：

其中，分别为协调控制后站A极1和极2的有功功率参考值，P_{ref_A1}、P_{ref_A2}分别为协调控制前站A极1和极2的原有功功率参考值，P_{ref_B1}、P_{ref_B2}分别为站B极1和极2的原有功功率参考值，P_{cap_B2}为站B极2的有功功率容量，P_{cap_A2}为站A极2的有功功率容量，min为取小运算符号。

由于站C的控制模式为直流电压控制模式，因此，站C极1、极2的有功功率进行自适应调节。

工况二：站A极2为双极有功功率控制模式，站B极2为单极有功功率控制模式，站C为直流电压控制模式，当站B极1故障停运时，站A极2的双极有功功率控制模式强置切换为单极有功功率控制模式。

站A极1有功功率参考值修改为：

站A极2有功功率参考值修改为：

其中，分别为协调控制后站A极1和极2的有功功率参考值，P_{ref_A1}、P_{ref_A2}分别为站A极1和极2的原有功功率参考值，P_{cap_C1}为站C极1的有功功率容量，P_{cap_A2}为站A极2的有功功率容量。

在站B极1故障停运时，站B极2的有功功率参考值不变；站C极1、极2的有功功率进行自适应调节。

工况三：站A极2为单极有功功率控制模式，站B极2为双极有功功率控制模式，站C为直流电压控制模式。

站A极1、极2的有功功率参考值不变；

站B极2的有功功率参考值修改为：

由于站C的控制模式为直流电压控制模式，因此，站C极1的有功功率进行自适应调节，站C极2的有功功率进行自适应调节。

工况四：站A极2为单极有功功率控制模式，站B极2为单极有功功率控制模式，站C为直流电压控制模式。

站A极1的有功功率参考值修改为：

这样修改的原因在于，站B极2是单极有功功率控制模式，极1的有功功率无法转带极2，为了保障站C总的有功功率尽量不损失，因而增大站A极1的有功功率，且小于站C的有功功率容量。

站A极2的有功功率参考值不变；

站B极2的有功功率参考值不变；

站C极1的有功功率进行自适应调节，站C极2的有功功率进行自适应调节。

本发明的协调控制方法，在有功功率控制模式的VSC端换流站其中一极停运时，对相应有功功率控制模式的VSC端换流站另一极的有功功率参考值，以及LCC端换流站各极的有功功率参考值进行调节，直流电压控制模式的VSC端换流站对应极的有功功率进行自适应调节，，而能够快速重新平衡整个LCC-VSC直流输电系统的有功功率，保证在有功功率控制模式的VSC端换流站一极停运时LCC-VSC直流输电系统的有功功率稳定，避免出现有功功率波动的问题。

上述LCC-VSC直流输电系统功率协调控制方法可以作为一种计算机程序，存储在LCC-VSC直流输电系统的功率协调控制装置的存储器中，并可由LCC-VSC直流输电系统的功率协调控制装置的处理器执行。

Claims (8)

1.一种LCC-VSC直流输电系统的功率协调控制方法，LCC-VSC直流输电系统包括送端和受端，所述送端包括一个LCC端换流站，受端包括至少两个并联设置的VSC端换流站，其中，LCC端换流站的控制模式是有功功率控制模式，一个VSC端换流站的控制模式是有功功率控制模式，另一个VSC端换流站的控制模式是直流电压控制模式，其特征在于，当有功功率控制模式的VSC端换流站一极停运时，所述功率协调控制方法包括以下步骤：

当有功功率控制模式的VSC端换流站另一极为双极有功功率控制模式时，该极的有功功率参考值根据所述双极有功功率控制模式进行相应调节；当有功功率控制模式的VSC端换流站另一极为单极有功功率控制模式时，该极的有功功率参考值不变；

当LCC端换流站的控制模式为双极有功功率控制模式时，强置切换为单极有功功率控制模式，LCC端换流站各极的有功功率参考值根据单极有功功率控制模式进行相应调节；

直流电压控制模式的VSC端换流站对应极的有功功率进行自适应调节。

2.根据权利要求1所述的LCC-VSC直流输电系统的功率协调控制方法，其特征在于，当有功功率控制模式的VSC端换流站另一极为双极有功功率控制模式时，该极的有功功率参考值的计算式如下：

式中，为协调控制后有功功率控制模式的VSC端换流站另一极的有功功率参考值，P_{ref_B1}、P_{ref_B2}分别为有功功率控制模式的VSC端换流站停运极和另一极的原有功功率参考值，P_{cap_B2}为所述VSC端换流站另一极的有功功率容量，min为取小运算符号。

3.根据权利要求1所述的LCC-VSC直流输电系统的功率协调控制方法，其特征在于，当LCC端换流站的控制模式强置切换为单极有功功率控制模式，且有功功率控制模式的VSC端换流站另一极为双极有功功率控制模式时，LCC端换流站各极的有功功率参考值计算式如下：

式中，分别为协调控制后LCC端换流站其中一极和另一极的有功功率参考值，P_{ref_A1}、P_{ref_A2}分别为LCC端换流站其中一极和另一极的原有功功率参考值，P_{ref_B1}、P_{ref_B2}分别为有功功率控制模式的VSC端换流站停运极和另一极的原有功功率参考值，P_{cap_B2}为所述VSC端换流站另一极的有功功率容量，P_{cap_A2}为LCC端换流站另一极的有功功率容量，min为取小运算符号。

4.根据权利要求1所述的LCC-VSC直流输电系统的功率协调控制方法，其特征在于，当LCC端换流站的控制模式强置切换为单极有功功率控制模式，且有功功率控制模式的VSC端换流站另一极为单极有功功率控制模式时，LCC端换流站各极的有功功率参考值计算式如下：

式中，分别为协调控制后LCC端换流站其中一极和另一极的有功功率参考值，P_{ref_A1}、P_{ref_A2}分别为LCC端换流站其中一极和另一极的原有功功率参考值，P_{cap_C1}为直流电压控制模式的VSC端换流站其中一极的有功功率容量，P_{cap_A2}为LCC端换流站另一极的有功功率容量，min为取小运算符号。

5.一种LCC-VSC直流输电系统的功率协调控制装置，LCC-VSC直流输电系统包括送端和受端，所述送端包括一个LCC端换流站，受端包括至少两个并联设置的VSC端换流站，其中，LCC端换流站的控制模式是有功功率控制模式，一个VSC端换流站的控制模式是有功功率控制模式，另一个VSC端换流站的控制模式是直流电压控制模式；所述功率协调控制装置包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器在执行所述计算机程序时实现的控制过程包括：

当有功功率控制模式的VSC端换流站一极停运时，采用以下步骤进行功率协调控制：

当有功功率控制模式的VSC端换流站另一极为双极有功功率控制模式时，该极的有功功率参考值根据所述双极有功功率控制模式进行相应调节；当有功功率控制模式的VSC端换流站另一极为单极有功功率控制模式时，该极的有功功率参考值不变；

当LCC端换流站的控制模式为双极有功功率控制模式时，强置切换为单极有功功率控制模式，LCC端换流站各极的有功功率参考值根据单极有功功率控制模式进行相应调节；

直流电压控制模式的VSC端换流站对应极的有功功率进行自适应调节。

6.根据权利要求5所述的LCC-VSC直流输电系统的功率协调控制装置，其特征在于，当有功功率控制模式的VSC端换流站另一极为双极有功功率控制模式时，该极的有功功率参考值的计算式如下：

式中，为协调控制后有功功率控制模式的VSC端换流站另一极的有功功率参考值，P_{ref_B1}、P_{ref_B2}分别为有功功率控制模式的VSC端换流站停运极和另一极的原有功功率参考值，P_{cap_B2}为所述VSC端换流站另一极的有功功率容量，min为取小运算符号。

7.根据权利要求5所述的LCC-VSC直流输电系统的功率协调控制装置，其特征在于，当LCC端换流站的控制模式强置切换为单极有功功率控制模式，且有功功率控制模式的VSC端换流站另一极为双极有功功率控制模式时，LCC端换流站各极的有功功率参考值计算式如下：

式中，分别为协调控制后LCC端换流站其中一极和另一极的有功功率参考值，P_{ref_A1}、P_{ref_A2}分别为LCC端换流站其中一极和另一极的原有功功率参考值，P_{ref_B1}、P_{ref_B2}分别为有功功率控制模式的VSC端换流站停运极和另一极的原有功功率参考值，P_{cap_B2}为所述VSC端换流站另一极的有功功率容量，P_{cap_A2}为LCC端换流站另一极的有功功率容量，min为取小运算符号。

8.根据权利要求5所述的LCC-VSC直流输电系统的功率协调控制装置，其特征在于，当LCC端换流站的控制模式强置切换为单极有功功率控制模式，且有功功率控制模式的VSC端换流站另一极为单极有功功率控制模式时，LCC端换流站各极的有功功率参考值计算式如下：

式中，分别为协调控制后LCC端换流站其中一极和另一极的有功功率参考值，P_{ref_A1}、P_{ref_A2}分别为LCC端换流站其中一极和另一极的原有功功率参考值，P_{cap_C1}为直流电压控制模式的VSC端换流站其中一极的有功功率容量，P_{cap_A2}为LCC端换流站另一极的有功功率容量，min为取小运算符号。