CN111478353B - 一种柔性直流输电系统的控制方法及装置 - Google Patents

一种柔性直流输电系统的控制方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及柔性直流输电系统技术领域，公开了一种柔性直流输电系统的控制方法及装置，该方法包括：当检测到换流器的任一桥臂中发生故障的功率模块的数量大于预设的冗余数量阈值时，计算该桥臂的功率模块的当前正向纹波电压限值；根据该桥臂的功率模块的当前正向纹波电压限值和预设的功率边界条件，计算柔性直流输电系统能吸收的最大有功功率限值和最大无功功率限值；根据最大有功功率限值和最大无功功率限值，控制柔性直流输电系统的输出功率，以使柔性直流输电系统保持运行。本发明实现在柔性直流输电系统发生冗余耗尽时，仍可控制柔性直流输电系统保持运行，提高了柔性直流输电系统的保持运行的能力，因此提高了柔性直流输电系统的能量可用率。

Description

一种柔性直流输电系统的控制方法及装置
技术领域
本发明涉及柔性直流输电技术领域，特别是涉及一种柔性直流输电系统的控制方法及装置。
背景技术
柔性直流输电是新一代直流输电技术，其具有无换相失败、有功无功独立控制、可动态无功支撑、可黑启动等突出优点，因而被广泛应用于风电等间歇性新能源并网、孤岛送电、大电网异步互联等场景。
柔性直流输电系统主要由换流器和换流变压设备组成；其中，由于模块化多电平换流器(MMC，Modular Multilevel Converter)具有模块化设计、不需要功率器件串联、无需交直流滤波器等优势，因而成为柔性直流输电工程的主要换流器拓扑结构型式。模块化多电平换流器由6个桥臂构成，每个桥臂由若干个功率模块和一个桥臂电抗器串联构成，如图1所示；其中，功率模块通常采用两种典型电路形式，一种为全桥电路，如图2所示；另一种为半桥电路，如图3所示。另外，为了提高工程的运行可靠性，实际的柔性直流输电工程中的模块化多电平换流器均会在每个桥臂中配置数量相等的冗余功率模块，即在每一桥臂的功率模块数量为额定值N的基础上，还会再配置M个冗余功率模块。
在柔性直流输电系统实际运行过程中，当某一个功率模块发生故障时，控制系统会迅速将其旁路，使其退出运行，具体可通过闭合图中的开关W1或开关W2，以使该功率模块短路。一旦某一个桥臂中旁路的功率模块数量大于冗余数设计值(称为“冗余耗尽”)时，柔性直流输电系统将立刻停运。本发明人在实施本发明的过程中，发现现有技术至少存在以下技术问题：在用电高峰时刻，柔性直流输电系统多处于满功率运行，而一旦发生冗余耗尽的现象，系统将立刻停运，这将造成较大的能量损失。而且，当备品备件储量减少而又不足以补充冗余功率模块时，系统将无法恢复而长时间处于停运状态，这导致系统的能量可用率低，进一步造成了能量的损失。
发明内容
本发明的目的是提供一种柔性直流输电系统的控制方法及装置，能够在所述柔性直流输电系统发生冗余耗尽时，使所述柔性直流输电系统保持运行，从而有效地避免了由于柔性直流输电系统发生冗余耗尽而立刻停运，导致能量损失的问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种柔性直流输电系统的控制方法，包括：
当检测到换流器的任一桥臂中发生故障的功率模块的数量大于预设的冗余数量阈值时，计算该桥臂的功率模块的当前正向纹波电压限值；
根据该桥臂的功率模块的当前正向纹波电压限值以及预设的柔性直流输电系统的功率边界条件，计算所述柔性直流输电系统能吸收的最大有功功率限值和最大无功功率限值；
根据所述最大有功功率限值和所述最大无功功率限值控制所述柔性直流输电系统的输出功率，以使所述柔性直流输电系统保持运行。
作为优选方案，所述计算该桥臂的功率模块的当前正向纹波电压限值，具体包括：
计算所述功率模块的当前平均运行电压；
计算所述功率模块的额定正向纹波电压；
根据所述功率模块的额定正向纹波电压和所述功率模块的当前平均运行电压，通过以下公式计算该桥臂的功率模块的当前正向纹波电压限值：
△U1＝UN+△UN-U1
其中，△U1为所述功率模块的当前正向纹波电压限值；U1为所述功率模块的当前平均运行电压；UN为在所述换流器处于额定运行状态时，所述功率模块的平均运行电压；△UN为所述功率模块的额定正向纹波电压。
作为优选方案，所述计算所述功率模块的当前平均运行电压，具体包括：
通过以下公式计算所述功率模块的当前平均运行电压：
Figure BDA0002424783430000031
其中，U1为所述功率模块的当前平均运行电压；N1为所述换流器中每桥臂可用的功率模块的数量的最小值；UN为在所述换流器处于额定运行状态时，所述功率模块的平均运行电压；N为所述换流器中所有桥臂的功率模块的额定数量。
作为优选方案，所述计算所述功率模块的额定正向纹波电压，具体包括：
通过以下公式计算所述功率模块的额定正向纹波电压：
Figure BDA0002424783430000032
其中，△UN为所述功率模块的额定正向纹波电压；PN为所述柔性直流输电系统吸收的额定有功功率；QN所述柔性直流输电系统吸收的额定无功功率；E为所述柔性直流输电系统中的变压器阀侧额定线电压有效值；mN为所述换流器在额定运行功率水平下的调制比；ω为电网工频角频率；t为时间；C为所述功率模块的电容容值；
Figure BDA0002424783430000033
为所述换流器在额定运行功率水平下的输出功率因数角；N为所述换流器中所有桥臂的功率模块的额定数量；UN为在所述换流器处于额定运行状态时，所述功率模块的平均运行电压。
作为优选方案，所述根据该桥臂的功率模块的当前正向纹波电压限值以及预设的柔性直流输电系统的功率边界条件，计算所述柔性直流输电系统能吸收的最大有功功率限值和最大无功功率限值，具体包括：
计算所述换流器在当前运行功率水平下的调制比：
Figure BDA0002424783430000041
其中，m1为所述换流器在当前运行功率水平下的调制比；N为所述换流器中所有桥臂的功率模块的额定数量；UN为在所述换流器处于额定运行状态时，所述功率模块的平均运行电压；E为所述柔性直流输电系统中的变压器阀侧额定线电压有效值；P为所述换流器内部输出的虚拟有功功率；Q为所述换流器内部输出的虚拟无功功率；R为所述柔性直流输电系统的交流侧等效损耗电阻；ω为电网工频角频率；LT为所述柔性直流输电系统中的变压器短路阻抗电感值；L为所述换流器中的桥臂电抗器电感值；
计算所述换流器在当前运行功率水平下的输出功率因数角：
Figure BDA0002424783430000042
其中，
Figure BDA0002424783430000043
为所述换流器在当前运行功率水平下的输出功率因数角；Po为所述柔性直流输电系统能吸收的最大有功功率限值；Qo所述柔性直流输电系统吸收的最大无功功率限值；P为所述换流器内部输出的虚拟有功功率；E为所述柔性直流输电系统中的变压器阀侧额定线电压有效值；ω为电网工频角频率；LT为所述柔性直流输电系统中的变压器短路阻抗电感值；L为所述换流器中的桥臂电抗器电感值；
根据该桥臂的功率模块的当前正向纹波电压限值、所述换流器在当前运行功率水平下的调制比、所述换流器在当前运行功率水平下的输出功率因数角以及预设的柔性直流输电系统的功率边界条件，通过以下公式计算所述柔性直流输电系统能吸收的最大有功功率限值和最大无功功率限值：
Figure BDA0002424783430000051
所述功率边界条件为：Po≤PN，Qo≤QN；
其中，△U1为所述功率模块的当前正向纹波电压限值；Po为所述柔性直流输电系统能吸收的最大有功功率限值；Qo所述柔性直流输电系统吸收的最大无功功率限值；E为所述柔性直流输电系统中的变压器阀侧额定线电压有效值；m1为所述换流器在当前运行功率水平下的调制比；ω为电网工频角频率；t为时间；C为所述功率模块的电容容值；
Figure BDA0002424783430000052
为所述换流器在当前运行功率水平下的输出功率因数角；N1为所述换流器中可用的功率模块的数量的最小值；U1为所述功率模块的当前平均运行电压。
为了解决相同的技术问题，本发明实施例还提供一种柔性直流输电系统的控制装置，包括：
当前正向纹波电压限值计算模块，用于当检测到换流器的任一桥臂中发生故障的功率模块的数量大于预设的冗余数量阈值时，计算该桥臂的功率模块的当前正向纹波电压限值；
功率计算模块，用于根据该桥臂的功率模块的当前正向纹波电压限值以及预设的柔性直流输电系统的功率边界条件，计算所述柔性直流输电系统能吸收的最大有功功率限值和最大无功功率限值；
输出功率控制模块，用于根据所述最大有功功率限值和所述最大无功功率限值控制所述柔性直流输电系统的输出功率，以使所述柔性直流输电系统保持运行。
作为优选方案，所述当前正向纹波电压限值计算模块，具体包括：
当前平均运行电压计算单元，用于计算所述功率模块的当前平均运行电压；
额定正向纹波电压计算单元，计算所述功率模块的额定正向纹波电压；
当前正向纹波电压限值计算单元，用于根据所述功率模块的额定正向纹波电压和所述功率模块的当前平均运行电压，通过以下公式计算该桥臂的功率模块的当前正向纹波电压限值：
△U1＝UN+△UN-U1
其中，△U1为所述功率模块的当前正向纹波电压限值；U1为所述功率模块的当前平均运行电压；UN为在所述换流器处于额定运行状态时，所述功率模块的平均运行电压；△UN为所述功率模块的额定正向纹波电压。
作为优选方案，所述当前平均运行电压计算单元，具体用于通过以下公式计算所述功率模块的当前平均运行电压：
Figure BDA0002424783430000061
其中，U1为所述功率模块的当前平均运行电压；N1为所述换流器中每桥臂可用的功率模块的数量的最小值；UN为在所述换流器处于额定运行状态时，所述功率模块的平均运行电压；N为所述换流器中所有桥臂的功率模块的额定数量。
作为优选方案，所述额定正向纹波电压计算单元，具体用于通过以下公式计算所述功率模块的额定正向纹波电压：
Figure BDA0002424783430000062
其中，△UN为所述功率模块的额定正向纹波电压；PN为所述柔性直流输电系统吸收的额定有功功率；QN所述柔性直流输电系统吸收的额定无功功率；E为所述柔性直流输电系统中的变压器阀侧额定线电压有效值；mN为所述换流器在额定运行功率水平下的调制比；ω为电网工频角频率；t为时间；C为所述功率模块的电容容值；
Figure BDA0002424783430000063
为所述换流器在额定运行功率水平下的输出功率因数角；N为所述换流器中所有桥臂的功率模块的额定数量；UN为在所述换流器处于额定运行状态时，所述功率模块的平均运行电压。
作为优选方案，所述功率计算模块，具体包括：
调制比计算单元，用于计算所述换流器在当前运行功率水平下的调制比：
Figure BDA0002424783430000071
其中，m1为所述换流器在当前运行功率水平下的调制比；N为所述换流器中所有桥臂的功率模块的额定数量；UN为在所述换流器处于额定运行状态时，所述功率模块的平均运行电压；E为所述柔性直流输电系统中的变压器阀侧额定线电压有效值；P为所述换流器内部输出的虚拟有功功率；Q为所述换流器内部输出的虚拟无功功率；R为所述柔性直流输电系统的交流侧等效损耗电阻；ω为电网工频角频率；LT为所述柔性直流输电系统中的变压器短路阻抗电感值；L为所述换流器中的桥臂电抗器电感值；
输出功率因数角计算单元，用于计算所述换流器在当前运行功率水平下的输出功率因数角：
Figure BDA0002424783430000072
其中，
Figure BDA0002424783430000073
为所述换流器在当前运行功率水平下的输出功率因数角；Po为所述柔性直流输电系统能吸收的最大有功功率限值；Qo所述柔性直流输电系统吸收的最大无功功率限值；P为所述换流器内部输出的虚拟有功功率；E为所述柔性直流输电系统中的变压器阀侧额定线电压有效值；ω为电网工频角频率；LT为所述柔性直流输电系统中的变压器短路阻抗电感值；L为所述换流器中的桥臂电抗器电感值；
功率计算单元，用于根据该桥臂的功率模块的当前正向纹波电压限值、所述换流器在当前运行功率水平下的调制比、所述换流器在当前运行功率水平下的输出功率因数角以及预设的柔性直流输电系统的功率边界条件，通过以下公式计算所述柔性直流输电系统能吸收的最大有功功率限值和最大无功功率限值：
Figure BDA0002424783430000074
所述功率边界条件为：Po≤PN，Qo≤QN；
其中，△U1为所述功率模块的当前正向纹波电压限值；Po为所述柔性直流输电系统能吸收的最大有功功率限值；Qo所述柔性直流输电系统吸收的最大无功功率限值；E为所述柔性直流输电系统中的变压器阀侧额定线电压有效值；m1为所述换流器在当前运行功率水平下的调制比；ω为电网工频角频率；t为时间；C为所述功率模块的电容容值；
Figure BDA0002424783430000081
为所述换流器在当前运行功率水平下的输出功率因数角；N1为所述换流器中可用的功率模块的数量的最小值；U1为所述功率模块的当前平均运行电压。
与现有技术相比，本发明提供一种柔性直流输电系统的控制方法及装置，通过在检测到换流器的任一桥臂中发生故障的功率模块的数量大于预设的冗余数量阈值时，根据该桥臂的功率模块的当前正向纹波电压限值以及预设的柔性直流输电系统的功率边界条件，计算所述柔性直流输电系统能吸收的最大有功功率限值和最大无功功率限值，以根据所述最大有功功率限值和所述最大无功功率限值控制所述柔性直流输电系统的输出功率，从而实现在所述柔性直流输电系统发生冗余耗尽时，通过计算得到的所述最大有功功率限值和所述最大无功功率限值来限制所述柔性直流输电系统的输出功率，以使所述柔性直流输电系统保持运行，进而提高了柔性直流输电系统的保持运行的能力，有效地避免了由于柔性直流输电系统发生冗余耗尽而立刻停运，导致能量损失的问题，因此提高了所述柔性直流输电系统的能量可用率。
附图说明
图1是现有技术中的换流器的结构示意图；
图2是现有技术中的一种功率模块的结构示意图；
图3是现有技术中的另一种功率模块的结构示意图；
图4是本发明实施例提供的柔性直流输电系统的控制方法的流程示意图；
图5是本发明实施例提供的柔性直流输电系统的控制装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明实施例中，柔性直流输电系统包括换流器和变压器，所述换流器包括六个桥臂，所述桥臂包括桥臂电抗器和多个功率模块；其中，交流电网输出的交流电经所述变压器输入后，经所述换流器转换为直流电并输出。
参见图4，是本发明实施例提供的柔性直流输电系统的控制方法的流程示意图。
在本发明实施例中，所述柔性直流输电系统的控制方法，适用于上述的柔性直流输电系统，所述方法具体包括以下步骤S11-S13：
S11、当检测到换流器的任一桥臂中发生故障的功率模块的数量大于预设的冗余数量阈值时，计算该桥臂的功率模块的当前正向纹波电压限值。
具体地，当检测到换流器的任一桥臂中发生故障的功率模块的数量大于预设的冗余数量阈值时，表明所述柔性直流输电系统发生冗余耗尽；此时，计算在当前运行状态下，该桥臂的功率模块的正向纹波电压限值，即计算所述功率模块的当前正向纹波电压限值。
S12、根据该桥臂的功率模块的当前正向纹波电压限值以及预设的柔性直流输电系统的功率边界条件，计算所述柔性直流输电系统能吸收的最大有功功率限值和最大无功功率限值。
具体地，根据计算得到的所述功率模块的当前正向纹波电压限值以及所述功率边界条件，计算所述柔性直流输电系统从换流站交流母线位置能够吸收的最大有功功率限值和最大无功功率限值，以根据所述最大有功功率限值和最大无功功率限值控制所述柔性直流输电系统的输出功率。
S13、根据所述最大有功功率限值和所述最大无功功率限值控制所述柔性直流输电系统的输出功率，以使所述柔性直流输电系统保持运行。
具体地，控制所述柔性直流输电系统的输出功率低于所述最大有功功率限值和所述最大无功功率限值，以使柔性直流输电系统保持运行。
在本发明实施例中，通过在检测到换流器的任一桥臂中发生故障的功率模块的数量大于预设的冗余数量阈值时，根据该桥臂的功率模块的当前正向纹波电压限值以及预设的柔性直流输电系统的功率边界条件，计算所述柔性直流输电系统能吸收的最大有功功率限值和最大无功功率限值，以根据所述最大有功功率限值和所述最大无功功率限值控制所述柔性直流输电系统的输出功率，从而实现在所述柔性直流输电系统发生冗余耗尽时，能够通过计算得到的所述最大有功功率限值和所述最大无功功率限值来限制所述柔性直流输电系统的输出功率，以使所述柔性直流输电系统保持运行，进而提高了柔性直流输电系统的保持运行的能力，有效地避免了由于柔性直流输电系统发生冗余耗尽而立刻停运，导致能量损失的问题，因此提高了所述柔性直流输电系统的能量可用率。
在一种优选实施方式中，在实施步骤S11时，所述计算该桥臂的功率模块的当前正向纹波电压限值，具体包括以下步骤S111-S113：
S111、计算所述功率模块的当前平均运行电压。
其中，所述功率模块的当前平均运行电压，具体为在当前运行状态下，所述功率模块的平均运行电压。
具体地，通过以下公式计算所述功率模块的当前平均运行电压：
Figure BDA0002424783430000101
其中，U1为所述功率模块的当前平均运行电压；N1为所述换流器中每桥臂可用的功率模块的数量的最小值；UN为在所述换流器处于额定运行状态时，所述功率模块的平均运行电压；N为所述换流器中所有桥臂的功率模块的额定数量。
可以理解的，基于在当前运行状态下，出现冗余耗尽的桥臂的总储能与桥臂上的功率模块均未发生故障时的总储能相等的关系，即通过上述公式即可计算得到出现冗余耗尽的桥臂的功率模块的当前平均运行电压。
S112、计算所述功率模块的额定正向纹波电压。
其中，所述功率模块的额定正向纹波电压，具体为在所述换流器块处于额定运行状态时，所述功率模块的正向纹波电压。
具体地，通过以下公式计算所述功率模块的额定正向纹波电压：
Figure BDA0002424783430000111
其中，△UN为所述功率模块的额定正向纹波电压；PN为所述柔性直流输电系统从换流站交流母线位置吸收的额定有功功率；QN所述柔性直流输电系统从换流站交流母线位置吸收的额定无功功率；E为所述柔性直流输电系统中的变压器阀侧额定线电压有效值；mN为所述换流器在额定运行功率水平下的调制比；ω为电网工频角频率；t为时间；C为所述功率模块的电容容值；
Figure BDA0002424783430000112
为所述换流器在额定运行功率水平下的输出功率因数角；N为所述换流器中所有桥臂的功率模块的额定数量；UN为在所述换流器处于额定运行状态时，所述功率模块的平均运行电压。
S113、根据所述功率模块的额定正向纹波电压和所述功率模块的当前平均运行电压，通过以下公式计算该桥臂的功率模块的当前正向纹波电压限值：
△U1＝UN+△UN-U1
其中，△U1为所述功率模块的当前正向纹波电压限值；U1为所述功率模块的当前平均运行电压；UN为在所述换流器处于额定运行状态时，所述功率模块的平均运行电压；△UN为所述功率模块的额定正向纹波电压。
可以理解的，基于在当前运行状态下，出现冗余耗尽的桥臂的功率模块的电压波动正向峰值与在额定运行状态下，所述功率模块的电压波动正向峰值相等的关系，即通过上述公式即可计算得到该桥臂的功率模块的当前正向纹波电压限值。
此外，需要说明的是，本发明实施例对步骤S111和步骤S112的执行顺序不作限制，如可以先执行步骤S112，然后再执行步骤S111，当然还可以同时执行步骤S111和步骤S112，本实施例在此不再赘述。
在一种优选实施方式中，在实施步骤S12时，所述根据该桥臂的功率模块的当前正向纹波电压限值以及预设的柔性直流输电系统的功率边界条件，计算所述柔性直流输电系统能吸收的最大有功功率限值和最大无功功率限值，具体包括以下步骤S121-S123：
S121、计算所述换流器在当前运行功率水平下的调制比：
Figure BDA0002424783430000121
其中，m1为所述换流器在当前运行功率水平下的调制比；N为所述换流器中所有桥臂的功率模块的额定数量；UN为在所述换流器处于额定运行状态时，所述功率模块的平均运行电压；E为所述柔性直流输电系统中的变压器阀侧额定线电压有效值；P为所述换流器内部输出的虚拟有功功率；Q为所述换流器内部输出的虚拟无功功率；R为所述柔性直流输电系统的交流侧等效损耗电阻；ω为电网工频角频率；LT为所述柔性直流输电系统中的变压器短路阻抗电感值；L为所述换流器中的桥臂电抗器电感值；
S122、计算所述换流器在当前运行功率水平下的输出功率因数角：
Figure BDA0002424783430000122
其中，
Figure BDA0002424783430000123
为所述换流器在当前运行功率水平下的输出功率因数角；Po为所述柔性直流输电系统能吸收的最大有功功率限值；Qo所述柔性直流输电系统吸收的最大无功功率限值；P为所述换流器内部输出的虚拟有功功率；E为所述柔性直流输电系统中的变压器阀侧额定线电压有效值；ω为电网工频角频率；LT为所述柔性直流输电系统中的变压器短路阻抗电感值；L为所述换流器中的桥臂电抗器电感值；
S123、根据该桥臂的功率模块的当前正向纹波电压限值、所述换流器在当前运行功率水平下的调制比、所述换流器在当前运行功率水平下的输出功率因数角以及预设的柔性直流输电系统的功率边界条件，通过以下公式计算所述柔性直流输电系统能吸收的最大有功功率限值和最大无功功率限值：
Figure BDA0002424783430000131
所述功率边界条件为：Po≤PN，Qo≤QN；
其中，△U1为所述功率模块的当前正向纹波电压限值；Po为所述柔性直流输电系统能吸收的最大有功功率限值；Qo所述柔性直流输电系统吸收的最大无功功率限值；E为所述柔性直流输电系统中的变压器阀侧额定线电压有效值；m1为所述换流器在当前运行功率水平下的调制比；ω为电网工频角频率；t为时间；C为所述功率模块的电容容值；
Figure BDA0002424783430000132
为所述换流器在当前运行功率水平下的输出功率因数角；N1为所述换流器中每桥臂可用的功率模块的数量的最小值；U1为所述功率模块的当前平均运行电压。
需要说明的是，本发明实施例对步骤S121和步骤S122的执行顺序不作限制，如可以先执行步骤S122，然后再执行步骤S121，当然还可以同时执行步骤S121和步骤S122，本实施例在此不再赘述。
参见图5，是本发明实施例相应提供的一种柔性直流输电系统的控制装置。
在本发明实施例中，所述柔性直流输电系统的控制装置1，包括：
当前正向纹波电压限值计算模块11，用于当检测到换流器的任一桥臂中发生故障的功率模块的数量大于预设的冗余数量阈值时，计算该桥臂的功率模块的当前正向纹波电压限值；
功率计算模块12，用于根据该桥臂的功率模块的当前正向纹波电压限值以及预设的柔性直流输电系统的功率边界条件，计算所述柔性直流输电系统能吸收的最大有功功率限值和最大无功功率限值；
输出功率控制模块13，用于根据所述最大有功功率限值和所述最大无功功率限值控制所述柔性直流输电系统的输出功率，以使所述柔性直流输电系统保持运行。
在本发明实施例中，通过由所述当前正向纹波电压限值计算模块11在检测到换流器的任一桥臂中发生故障的功率模块的数量大于预设的冗余数量阈值时，计算该桥臂的功率模块的当前正向纹波电压限值，并由所述功率计算模块12根据该桥臂的功率模块的当前正向纹波电压限值以及预设的柔性直流输电系统的功率边界条件，计算所述柔性直流输电系统能吸收的最大有功功率限值和最大无功功率限值，以使所述输出功率控制模块13根据所述最大有功功率限值和所述最大无功功率限值控制所述柔性直流输电系统的输出功率，从而实现在所述柔性直流输电系统发生冗余耗尽时，通过计算得到的所述最大有功功率限值和所述最大无功功率限值来限制所述柔性直流输电系统的输出功率，以使所述柔性直流输电系统保持运行，进而提高了柔性直流输电系统的保持运行的能力，有效地避免了由于柔性直流输电系统发生冗余耗尽而立刻停运，导致能量损失的问题，因此提高了所述柔性直流输电系统的能量可用率。
在一种优选实施方式中，所述当前正向纹波电压限值计算模块11，具体包括：
当前平均运行电压计算单元，用于计算所述功率模块的当前平均运行电压；其中，所述功率模块的当前平均运行电压，具体为在当前运行状态下，所述功率模块的平均运行电压。
额定正向纹波电压计算单元，计算所述功率模块的额定正向纹波电压；其中，所述功率模块的额定正向纹波电压，具体为在所述换流器块处于额定运行状态时，所述功率模块的正向纹波电压。
当前正向纹波电压限值计算单元，用于根据所述功率模块的额定正向纹波电压和所述功率模块的当前平均运行电压，通过以下公式计算该桥臂的功率模块的当前正向纹波电压限值：
△U1＝UN+△UN-U1
其中，△U1为所述功率模块的当前正向纹波电压限值；U1为所述功率模块的当前平均运行电压；UN为在所述换流器处于额定运行状态时，所述功率模块的平均运行电压；△UN为所述功率模块的额定正向纹波电压。
可以理解的，基于在当前运行状态下，出现冗余耗尽的桥臂的功率模块的电压波动正向峰值与在额定运行状态下，所述功率模块的电压波动正向峰值相等的关系，即通过上述公式即可计算得到该桥臂的功率模块的当前正向纹波电压限值。
进一步地，所述当前平均运行电压计算单元，具体用于通过以下公式计算所述功率模块的当前平均运行电压：
Figure BDA0002424783430000151
其中，U1为所述功率模块的当前平均运行电压；N1为所述换流器中每桥臂可用的功率模块的数量的最小值；UN为在所述换流器处于额定运行状态时，所述功率模块的平均运行电压；N为所述换流器中所有桥臂的功率模块的额定数量。
可以理解的，基于在当前运行状态下，出现冗余耗尽的桥臂的总储能与桥臂上的功率模块均未发生故障时的总储能相等的关系，即通过上述公式即可计算得到出现冗余耗尽的桥臂的功率模块的当前平均运行电压。
进一步地，所述额定正向纹波电压计算单元，具体用于通过以下公式计算所述功率模块的额定正向纹波电压：
Figure BDA0002424783430000152
其中，△UN为所述功率模块的额定正向纹波电压；PN为所述柔性直流输电系统吸收的额定有功功率；QN所述柔性直流输电系统吸收的额定无功功率；E为所述柔性直流输电系统中的变压器阀侧额定线电压有效值；mN为所述换流器在额定运行功率水平下的调制比；ω为电网工频角频率；t为时间；C为所述功率模块的电容容值；
Figure BDA0002424783430000161
为所述换流器在额定运行功率水平下的输出功率因数角；N为所述换流器中所有桥臂的功率模块的额定数量；UN为在所述换流器处于额定运行状态时，所述功率模块的平均运行电压。
在一种优选实施方式中，所述功率计算模块12，具体包括：
调制比计算单元，用于计算所述换流器在当前运行功率水平下的调制比：
Figure BDA0002424783430000162
其中，m1为所述换流器在当前运行功率水平下的调制比；N为所述换流器中所有桥臂的功率模块的额定数量；UN为在所述换流器处于额定运行状态时，所述功率模块的平均运行电压；E为所述柔性直流输电系统中的变压器阀侧额定线电压有效值；P为所述换流器内部输出的虚拟有功功率；Q为所述换流器内部输出的虚拟无功功率；R为所述柔性直流输电系统的交流侧等效损耗电阻；ω为电网工频角频率；LT为所述柔性直流输电系统中的变压器短路阻抗电感值；L为所述换流器中的桥臂电抗器电感值；
输出功率因数角计算单元，用于计算所述换流器在当前运行功率水平下的输出功率因数角：
Figure BDA0002424783430000163
其中，
Figure BDA0002424783430000164
为所述换流器在当前运行功率水平下的输出功率因数角；Po为所述柔性直流输电系统能吸收的最大有功功率限值；Qo所述柔性直流输电系统吸收的最大无功功率限值；P为所述换流器内部输出的虚拟有功功率；E为所述柔性直流输电系统中的变压器阀侧额定线电压有效值；ω为电网工频角频率；LT为所述柔性直流输电系统中的变压器短路阻抗电感值；L为所述换流器中的桥臂电抗器电感值；
功率计算单元，用于根据该桥臂的功率模块的当前正向纹波电压限值、所述换流器在当前运行功率水平下的调制比、所述换流器在当前运行功率水平下的输出功率因数角以及预设的柔性直流输电系统的功率边界条件，通过以下公式计算所述柔性直流输电系统能吸收的最大有功功率限值和最大无功功率限值：
Figure BDA0002424783430000171
所述功率边界条件为：Po≤PN，Qo≤QN；
其中，△U1为所述功率模块的当前正向纹波电压限值；Po为所述柔性直流输电系统能吸收的最大有功功率限值；Qo所述柔性直流输电系统吸收的最大无功功率限值；E为所述柔性直流输电系统中的变压器阀侧额定线电压有效值；m1为所述换流器在当前运行功率水平下的调制比；ω为电网工频角频率；t为时间；C为所述功率模块的电容容值；
Figure BDA0002424783430000172
为所述换流器在当前运行功率水平下的输出功率因数角；N1为所述换流器中每桥臂可用的功率模块的数量的最小值；U1为所述功率模块的当前平均运行电压。
在本发明实施例中，为了解决相同的技术问题，本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述存储介质上存储有程序，当所述程序运行时，实现上述实施例的柔性直流输电系统的控制方法。
综上，本发明提供一种柔性直流输电系统的控制方法及装置，通过在检测到换流器的任一桥臂中发生故障的功率模块的数量大于预设的冗余数量阈值时，根据该桥臂的功率模块的当前正向纹波电压限值以及预设的柔性直流输电系统的功率边界条件，计算所述柔性直流输电系统能吸收的最大有功功率限值和最大无功功率限值，以根据所述最大有功功率限值和所述最大无功功率限值控制所述柔性直流输电系统的输出功率，从而实现在所述柔性直流输电系统发生冗余耗尽时，通过计算得到的所述最大有功功率限值和所述最大无功功率限值来限制所述柔性直流输电系统的输出功率，以使所述柔性直流输电系统保持运行，进而提高了柔性直流输电系统的保持运行的能力，有效地避免了由于柔性直流输电系统发生冗余耗尽而立刻停运，导致能量损失的问题，因此提高了所述柔性直流输电系统的能量可用率。
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替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种柔性直流输电系统的控制方法，其特征在于，包括：
当检测到换流器的任一桥臂中发生故障的功率模块的数量大于预设的冗余数量阈值时，计算该桥臂的功率模块的当前正向纹波电压限值；
根据该桥臂的功率模块的当前正向纹波电压限值以及预设的柔性直流输电系统的功率边界条件，计算所述柔性直流输电系统能吸收的最大有功功率限值和最大无功功率限值；
根据所述最大有功功率限值和所述最大无功功率限值控制所述柔性直流输电系统的输出功率，以使所述柔性直流输电系统保持运行；
所述计算该桥臂的功率模块的当前正向纹波电压限值，具体包括：
计算所述功率模块的当前平均运行电压；
计算所述功率模块的额定正向纹波电压；
根据所述功率模块的额定正向纹波电压和所述功率模块的当前平均运行电压，通过以下公式计算该桥臂的功率模块的当前正向纹波电压限值：
△U1＝UN+△UN-U1
其中，△U1为所述功率模块的当前正向纹波电压限值；U1为所述功率模块的当前平均运行电压；UN为在所述换流器处于额定运行状态时，所述功率模块的平均运行电压；△UN为所述功率模块的额定正向纹波电压；
所述根据该桥臂的功率模块的当前正向纹波电压限值以及预设的柔性直流输电系统的功率边界条件，计算所述柔性直流输电系统能吸收的最大有功功率限值和最大无功功率限值，具体包括：
计算所述换流器在当前运行功率水平下的调制比：
Figure FDA0003083934380000011
其中，m1为所述换流器在当前运行功率水平下的调制比；N为所述换流器中所有桥臂的功率模块的额定数量；UN为在所述换流器处于额定运行状态时，所述功率模块的平均运行电压；E为所述柔性直流输电系统中的变压器阀侧额定线电压有效值；P为所述换流器内部输出的虚拟有功功率；Q为所述换流器内部输出的虚拟无功功率；R为所述柔性直流输电系统的交流侧等效损耗电阻；ω为电网工频角频率；LT为所述柔性直流输电系统中的变压器短路阻抗电感值；L为所述换流器中的桥臂电抗器电感值；
计算所述换流器在当前运行功率水平下的输出功率因数角：
Figure FDA0003083934380000021
其中，
Figure FDA0003083934380000022
为所述换流器在当前运行功率水平下的输出功率因数角；Po为所述柔性直流输电系统能吸收的最大有功功率限值；Qo所述柔性直流输电系统吸收的最大无功功率限值；P为所述换流器内部输出的虚拟有功功率；E为所述柔性直流输电系统中的变压器阀侧额定线电压有效值；ω为电网工频角频率；LT为所述柔性直流输电系统中的变压器短路阻抗电感值；L为所述换流器中的桥臂电抗器电感值；
根据该桥臂的功率模块的当前正向纹波电压限值、所述换流器在当前运行功率水平下的调制比、所述换流器在当前运行功率水平下的输出功率因数角以及预设的柔性直流输电系统的功率边界条件，通过以下公式计算所述柔性直流输电系统能吸收的最大有功功率限值和最大无功功率限值：
Figure FDA0003083934380000023
所述功率边界条件为：Po≤PN，Qo≤QN；
其中，△U1为所述功率模块的当前正向纹波电压限值；Po为所述柔性直流输电系统能吸收的最大有功功率限值；Qo所述柔性直流输电系统吸收的最大无功功率限值；E为所述柔性直流输电系统中的变压器阀侧额定线电压有效值；m1为所述换流器在当前运行功率水平下的调制比；ω为电网工频角频率；t为时间；C为所述功率模块的电容容值；
Figure FDA0003083934380000031
为所述换流器在当前运行功率水平下的输出功率因数角；N1为所述换流器中每桥臂可用的功率模块的数量的最小值；U1为所述功率模块的当前平均运行电压。
2.如权利要求1所述的柔性直流输电系统的控制方法，其特征在于，所述计算所述功率模块的当前平均运行电压，具体包括：
通过以下公式计算所述功率模块的当前平均运行电压：
Figure FDA0003083934380000032
其中，U1为所述功率模块的当前平均运行电压；N1为所述换流器中每桥臂可用的功率模块的数量的最小值；UN为在所述换流器处于额定运行状态时，所述功率模块的平均运行电压；N为所述换流器中所有桥臂的功率模块的额定数量。
3.如权利要求1所述的柔性直流输电系统的控制方法，其特征在于，所述计算所述功率模块的额定正向纹波电压，具体包括：
通过以下公式计算所述功率模块的额定正向纹波电压：
Figure FDA0003083934380000033
其中，△UN为所述功率模块的额定正向纹波电压；PN为所述柔性直流输电系统吸收的额定有功功率；QN所述柔性直流输电系统吸收的额定无功功率；E为所述柔性直流输电系统中的变压器阀侧额定线电压有效值；mN为所述换流器在额定运行功率水平下的调制比；ω为电网工频角频率；t为时间；C为所述功率模块的电容容值；
Figure FDA0003083934380000034
为所述换流器在额定运行功率水平下的输出功率因数角；N为所述换流器中所有桥臂的功率模块的额定数量；UN为在所述换流器处于额定运行状态时，所述功率模块的平均运行电压。
4.一种柔性直流输电系统的控制装置，其特征在于，包括：
当前正向纹波电压限值计算模块，用于当检测到换流器的任一桥臂中发生故障的功率模块的数量大于预设的冗余数量阈值时，计算该桥臂的功率模块的当前正向纹波电压限值；
功率计算模块，用于根据该桥臂的功率模块的当前正向纹波电压限值以及预设的柔性直流输电系统的功率边界条件，计算所述柔性直流输电系统能吸收的最大有功功率限值和最大无功功率限值；
输出功率控制模块，用于根据所述最大有功功率限值和所述最大无功功率限值控制所述柔性直流输电系统的输出功率，以使所述柔性直流输电系统保持运行；
所述当前正向纹波电压限值计算模块，具体包括：
当前平均运行电压计算单元，用于计算所述功率模块的当前平均运行电压；
额定正向纹波电压计算单元，计算所述功率模块的额定正向纹波电压；
当前正向纹波电压限值计算单元，用于根据所述功率模块的额定正向纹波电压和所述功率模块的当前平均运行电压，通过以下公式计算该桥臂的功率模块的当前正向纹波电压限值：
△U1＝UN+△UN-U1
其中，△U1为所述功率模块的当前正向纹波电压限值；U1为所述功率模块的当前平均运行电压；UN为在所述换流器处于额定运行状态时，所述功率模块的平均运行电压；△UN为所述功率模块的额定正向纹波电压；
所述功率计算模块，具体包括：
调制比计算单元，用于计算所述换流器在当前运行功率水平下的调制比：
Figure FDA0003083934380000041
其中，m1为所述换流器在当前运行功率水平下的调制比；N为所述换流器中所有桥臂的功率模块的额定数量；UN为在所述换流器处于额定运行状态时，所述功率模块的平均运行电压；E为所述柔性直流输电系统中的变压器阀侧额定线电压有效值；P为所述换流器内部输出的虚拟有功功率；Q为所述换流器内部输出的虚拟无功功率；R为所述柔性直流输电系统的交流侧等效损耗电阻；ω为电网工频角频率；LT为所述柔性直流输电系统中的变压器短路阻抗电感值；L为所述换流器中的桥臂电抗器电感值；
输出功率因数角计算单元，用于计算所述换流器在当前运行功率水平下的输出功率因数角：
Figure FDA0003083934380000051
其中，
Figure FDA0003083934380000052
为所述换流器在当前运行功率水平下的输出功率因数角；Po为所述柔性直流输电系统能吸收的最大有功功率限值；Qo所述柔性直流输电系统吸收的最大无功功率限值；P为所述换流器内部输出的虚拟有功功率；E为所述柔性直流输电系统中的变压器阀侧额定线电压有效值；ω为电网工频角频率；LT为所述柔性直流输电系统中的变压器短路阻抗电感值；L为所述换流器中的桥臂电抗器电感值；
功率计算单元，用于根据该桥臂的功率模块的当前正向纹波电压限值、所述换流器在当前运行功率水平下的调制比、所述换流器在当前运行功率水平下的输出功率因数角以及预设的柔性直流输电系统的功率边界条件，通过以下公式计算所述柔性直流输电系统能吸收的最大有功功率限值和最大无功功率限值：
Figure FDA0003083934380000053
所述功率边界条件为：Po≤PN，Qo≤QN；
其中，△U1为所述功率模块的当前正向纹波电压限值；Po为所述柔性直流输电系统能吸收的最大有功功率限值；Qo所述柔性直流输电系统吸收的最大无功功率限值；E为所述柔性直流输电系统中的变压器阀侧额定线电压有效值；m1为所述换流器在当前运行功率水平下的调制比；ω为电网工频角频率；t为时间；C为所述功率模块的电容容值；
Figure FDA0003083934380000061
为所述换流器在当前运行功率水平下的输出功率因数角；N1为所述换流器中每桥臂可用的功率模块的数量的最小值；U1为所述功率模块的当前平均运行电压。
5.如权利要求4所述的柔性直流输电系统的控制装置，其特征在于，所述当前平均运行电压计算单元，具体用于通过以下公式计算所述功率模块的当前平均运行电压：
Figure FDA0003083934380000062
其中，U1为所述功率模块的当前平均运行电压；N1为所述换流器中每桥臂可用的功率模块的数量的最小值；UN为在所述换流器处于额定运行状态时，所述功率模块的平均运行电压；N为所述换流器中所有桥臂的功率模块的额定数量。
6.如权利要求4所述的柔性直流输电系统的控制装置，其特征在于，所述额定正向纹波电压计算单元，具体用于通过以下公式计算所述功率模块的额定正向纹波电压：
Figure FDA0003083934380000063
其中，△UN为所述功率模块的额定正向纹波电压；PN为所述柔性直流输电系统吸收的额定有功功率；QN所述柔性直流输电系统吸收的额定无功功率；E为所述柔性直流输电系统中的变压器阀侧额定线电压有效值；mN为所述换流器在额定运行功率水平下的调制比；ω为电网工频角频率；t为时间；C为所述功率模块的电容容值；
Figure FDA0003083934380000064
为所述换流器在额定运行功率水平下的输出功率因数角；N为所述换流器中所有桥臂的功率模块的额定数量；UN为在所述换流器处于额定运行状态时，所述功率模块的平均运行电压。
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