CN111509762B - 一种多端柔性直流换流站的pmt控制方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多端柔性直流换流站的PMT控制方法和系统，通过在下垂系数的基础上引入功率调整因子，来实现换流站运行方式对风光出力实时波动的自适应调节，进而在提高对并网系统功率波动的分配能力和系统运行稳定性的同时，降低了MTDC电网的直流电压偏差。

Description

一种多端柔性直流换流站的PMT控制方法和系统

技术领域

本发明涉及直流换流站运行控制领域，特别是涉及一种多端柔性直流换流站的PMT控制方法和系统。

背景技术

随着电力系统呈现“高比例可再生能源并网”的运行特征，其强不确定性与波动性给并网系统的可靠运行带来了挑战。在此背景下，多端柔性直流输电技术(Multi-TerminalHighVoltage Direct CurrentTransmission，MTDC)以其灵活快速的功率调控能力和具有平抑可再生能源出力波动的技术优势，被认为是实现可再生能源大规模汇集传输与灵活消纳的有效方案。

传统而言，直流电网一般在主从控制的系统级策略下，采用定直流电压或定有功功率方式来控制直流换流站的运行，然而该控制策略需以理想的运行场景及MTDC网络拓扑为前提，才可安排未来一个调度周期内换流站的运行方式，且需保持MTDC系统内各换流站之间的实时通讯，因而难以应对风光出力的实时随机波动和突发故障。继而发展出灵活可控的功率—电压下垂控制策略。在本控制方式中，仍采用如图2中虚线所示的固定下垂斜率(Fixed Droop Coefficient，FDC)进行，这就使得在对并网功率大幅且持久的波动进行跟踪与调节的时候，能力受到严重限制，且难以灵活响应系统潮流变化，易造成换流站直流电压的频繁波动，威胁直流电网的运行稳定性。

因此，本领域亟需提供一种适于改善高比例可再生能源并网下灵活运行能力的多端柔性直流换流站运行控制方式，以解决现有技术中存在的对并网系统功率波动的分配能力差、MTDC电网的直流电压偏差高、系统的运行稳定性差等问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种多端柔性直流换流站的功率裕度追踪(Power MarginTracking，PMT)控制方法和系统，以实现换流站运行方式对风光出力实时波动的自适应调节，进而解决现有技术中存在的对并网系统功率波动的分配能力差、MTDC电网的直流电压偏差高、系统的运行稳定性差等问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种多端柔性直流换流站的PMT控制方法，包括：

获取多端柔性直流换流站的直流功率运行极限和直流电压上限值；

选取所述多端柔性直流换流站中一运行点为参考运行点，并获取所述参考运行点的直流运行功率和所述参考运行点的直流电压；

获取所述多端柔性直流换流站中实时运行点的直流运行功率和所述实时运行点的直流电压；

根据所述直流功率运行极限、直流电压上限值、所述参考运行点的直流运行功率和所述参考运行点的直流电压确定所述多端柔性直流换流站的下垂系数；

根据所述直流功率运行极限、所述参考运行点的直流运行功率和所述实时运行点的直流运行功率确定所述多端柔性直流换流站的功率调整因子；

根据所述下垂系数、所述功率调整因子、所述参考运行点的直流运行功率、所述实时运行点的直流运行功率和所述参考运行点的直流电压确定所述实时运行点的直流运行电压；

根据所述直流运行电压完成对所述多端柔性直流换流站的PMT控制。

优选的，所述根据所述直流功率运行极限、直流电压上限值、所述参考运行点的直流运行功率和所述参考运行点的直流电压确定所述多端柔性直流换流站的下垂系数，具体包括：

采用公式

确定所述多端柔性直流换流站的下垂系数；其中，k为下垂系数，

为直流电压上限值，U_d0为参考运行点的直流电压，

为直流功率运行极限，P_d0为参考运行点的直流运行功率。

优选的，所述根据所述直流功率运行极限、所述参考运行点的直流运行功率和所述实时运行点的直流运行功率确定所述多端柔性直流换流站的功率调整因子，具体包括：

采用公式

确定所述多端柔性直流换流站的功率调整因子；其中，ξ为功率调整因子，P_d为实时运行点的直流运行功率，

为直流功率运行极限，P_d0为参考运行点的直流运行功率。

优选的，所述根据所述下垂系数、所述功率调整因子、所述参考运行点的直流运行功率、所述实时运行点的直流运行功率和所述参考运行点的直流电压确定所述实时运行点的直流运行电压，具体包括：

采用公式U_d＝-ξ·k(P_d-P_d0)+U_d0确定所述多端柔性直流换流站的控制模型；其中，U_d为直流运行电压，ξ为功率调整因子，P_d为实时运行点的直流运行功率，P_d0为参考运行点的直流运行功率，U_d0为参考运行点的直流电压。

一种多端柔性直流换流站的PMT控制系统，包括：

第一获取模块，用于获取多端柔性直流换流站的直流功率运行极限和直流电压上限值；

参考运行点选取模块，用于选取所述多端柔性直流换流站中一运行点为参考运行点，并获取所述参考运行点的直流运行功率和所述参考运行点的直流电压；

第二获取模块，用于获取所述多端柔性直流换流站中实时运行点的直流运行功率和所述实时运行点的直流电压；

下垂系数确定模块，用于根据所述直流功率运行极限、直流电压上限值、所述参考运行点的直流运行功率和所述参考运行点的直流电压确定所述多端柔性直流换流站的下垂系数；

功率调整因子确定模块，用于根据所述直流功率运行极限、所述参考运行点的直流运行功率和所述实时运行点的直流运行功率确定所述多端柔性直流换流站的功率调整因子；

直流运行电压确定模块，用于根据所述下垂系数、所述功率调整因子、所述参考运行点的直流运行功率、所述实时运行点的直流运行功率和所述参考运行点的直流电压确定所述实时运行点的直流运行电压；

PMT控制控制模块，用于根据所述直流运行电压完成对所述多端柔性直流换流站的PMT控制。

优选的，所述下垂系数确定模块具体包括：

下垂系数确定单元，用于采用公式

确定所述多端柔性直流换流站的下垂系数；其中，k为下垂系数，

为直流电压上限值，U_d0为参考运行点的直流电压，

为直流功率运行极限，P_d0为参考运行点的直流运行功率。

优选的，所述功率调整因子确定模块具体包括：

功率调整因子确定单元，用于采用公式

确定所述多端柔性直流换流站的功率调整因子；其中，ξ为功率调整因子，P_d为实时运行点的直流运行功率，

为直流功率运行极限，P_d0为参考运行点的直流运行功率。

优选的，所述直流运行电压确定模块具体包括：

直流运行电压确定单元，用于采用公式U_d＝-ξ·k(P_d-P_d0)+U_d0确定所述多端柔性直流换流站的控制模型；其中，U_d为直流运行电压，ξ为功率调整因子，P_d为实时运行点的直流运行功率，P_d0为参考运行点的直流运行功率，U_d0为参考运行点的直流电压。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明提供的多端柔性直流换流站的PMT控制方法和系统，通过在下垂系数的基础上引入功率调整因子，来实现换流站运行方式对风光出力实时波动的自适应调节，进而在提高对并网系统功率波动的分配能力和系统运行稳定性的同时，降低了MTDC电网的直流电压偏差。

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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的多端柔性直流换流站的PMT控制方法的流程图；

图2为PMT控制方法和常规FDC下垂控制策略的运行特性曲线图；

图3为本发明提供的多端柔性直流换流站的PMT控制系统的结构示意图。

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做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。

本发明的目的是提供一种多端柔性直流换流站的PMT控制方法和系统，以实现换流站运行方式对风光出力实时波动的自适应调节，进而解决现有技术中存在的对并网系统功率波动的分配能力差、MTDC电网的直流电压偏差高、系统的运行稳定性差等问题。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明提供的多端柔性直流换流站的PMT控制方法的流程图，如图1所示，一种多端柔性直流换流站的PMT控制方法，包括：

步骤100：获取多端柔性直流换流站的直流功率运行极限和直流电压上限值。

步骤110：选取多端柔性直流换流站中一运行点为参考运行点，并获取参考运行点的直流运行功率和参考运行点的直流电压。在本发明中参考运行点为(P_d0,U_d0)。

步骤120：获取多端柔性直流换流站中实时运行点的直流运行功率和实时运行点的直流电压。其中，实时运行点为(P_d,U_d)。

步骤130：根据直流功率运行极限、直流电压上限值、参考运行点的直流运行功率和参考运行点的直流电压确定多端柔性直流换流站的下垂系数。确定下垂系数的具体过程为：

现有的下垂控制方式是直流换流站通过在其参考运行点(可设为运行区间内的中值点)上预设下垂系数(即图2中虚线的斜率)，来规定功率波动出现时各换流站对系统不平衡量的分摊比例，同时换流站即按照这一固定的斜率沿此控制特性直线自动搜寻新的稳定运行点。

基于上述控制方式，现有技术中的下垂控制方式的控制式为：

U_d＝-k(P_d-P_d0)+U_d0 (1)

其中，多端柔性直流换流站的下垂系数的确定公式如下：

式中，k为下垂系数，

为直流电压上限值，U_d0为参考运行点的直流电压，

为直流功率运行极限，P_d0为参考运行点的直流运行功率。

进而基于公式(2)可以确定得到多端柔性直流换流站的下垂系数。

步骤140：根据直流功率运行极限、参考运行点的直流运行功率和实时运行点的直流运行功率确定多端柔性直流换流站的功率调整因子。其中，功率调整因子的确定过程具体包括：

在下垂系数的基于上引入功率调整因子，并得到功率调整因子的确定公式为：

式中，ξ为功率调整因子，0≤ξ≤1，ξ越大，说明实时运行点离极限越近，裕度越小。P_d为实时运行点的直流运行功率，

为直流功率运行极限，P_d0为参考运行点的直流运行功率。

基于上述公式(3)就可以确定多端柔性直流换流站的功率调整因子。

步骤150：根据下垂系数、功率调整因子、参考运行点的直流运行功率、实时运行点的直流运行功率和参考运行点的直流电压确定实时运行点的直流运行电压。

其中实时运行点的直流运行电压是通过下述公式(4)进行确定：

U_d＝-ξ·k(P_d-P_d0)+U_d0 (4)

式中，U_d为直流运行电压，ξ为功率调整因子，P_d为实时运行点的直流运行功率，P_d0为参考运行点的直流运行功率，U_d0为参考运行点的直流电压。

其中，根据上述公式(4)得到功率调节范围

与电压调节范围

间的关系曲线，如图2所示的实线部分。

步骤160：根据直流运行电压完成对多端柔性直流换流站的PMT控制。

下面通过与现有常规的FDC下垂控制方法进行对比，对本发明所提供的PMT控制方法的优点进行进一步说明。

对现有常规的FDC下垂控制方法中的公式(1)与本发明所提供的PMT控制方法中的公式(4)进行求导，可得到两中控制方式的斜率分别为：

式中，k_FDC为FDC下垂控制方法的斜率，k′为FDC下垂控制方法的下垂系数，k_PMT为PMT控制方法的斜率。

对比k_FDC和k_PMT可见：

1)当换流站运行在参考运行点(P_d＝P_d0)，k_PMT＝0，换流站实际上处于定直流电压控制状态。

2)当换流站的运行状态发生改变，但仍运行在参考点附近时(直流运行功率P_d满足下式)：

有k_PMT＜k_FDC，此时PMT控制方式仍倾向于维持换流站的直流电压稳定。

3)当换流站的运行状态继续偏离参考点而接近容量极限时(直流运行功率P_d满足下式)：

有k_PMT＞k_FDC，此时PMT控制方式趋于维持换流站的功率稳定，而且，实时运行功率越接近容量极限，下垂系数越大，功率分摊比例越小，减缓其接近极限速度，保留其功率调节能力。

将FDC下垂控制中因运行点改变而产生的直流电压变化量记为Δu₁，将PMT下垂控制中的直流电压变化量记为Δu₂，则：

Δu₁＝-k(P_d-P_d0) (9)

Δu₂＝-ξ·k(P_d-P_d0) (10)

由于0≤ξ≤1，有：

|Δu₂|-|Δu₁|＝(ξ-1)·k(P_d-P_d0)≤0 (11)

基于上述分析可知：

当换流站运行在参考运行点(P_d＝P_d0)：两种策略均无直流电压偏差，即|Δu₁＝Δu₂＝0。

当换流站达到极限容量(即ξ＝1)时，有|Δu₁|＝|Δu₂|。

只要换流站偏离参考运行点，均产生直流电压偏差时，|Δu₁|＜|Δu₂|，即采用PMT控制方法可降低因各换流站因风光出力波动而产生的直流电压偏差。

通过以上分析，本发明所提供的PMT控制方法通过在下垂系数的基础上引入功率调整因子，来实现对换流站功率裕度的实时追踪，使各换流站均可对风光出力的波动进行自适应调控。其优势在于可提高对系统功率波动的分配能力，降低MTDC电网的直流电压偏差，提高系统的运行稳定性。

此外，针对上述提供的多端柔性直流换流站的PMT控制方法，本发明还对应提供了一种多端柔性直流换流站的PMT控制系统，如图3所示，该PMT控制系统包括：第一获取模块1、参考运行点选取模块2、第二获取模块3、下垂系数确定模块4、功率调整因子确定模块5、直流运行电压确定模块6和PMT控制控制模块7。

其中，第一获取模块1用于获取多端柔性直流换流站的直流功率运行极限和直流电压上限值。

参考运行点选取模块2用于选取多端柔性直流换流站中一运行点为参考运行点，并获取参考运行点的直流运行功率和参考运行点的直流电压。

第二获取模块3用于获取多端柔性直流换流站中实时运行点的直流运行功率和实时运行点的直流电压。

下垂系数确定模块4用于根据直流功率运行极限、直流电压上限值、参考运行点的直流运行功率和参考运行点的直流电压确定多端柔性直流换流站的下垂系数。

功率调整因子确定模块5用于根据直流功率运行极限、参考运行点的直流运行功率和实时运行点的直流运行功率确定多端柔性直流换流站的功率调整因子。

直流运行电压确定模块6用于根据下垂系数、功率调整因子、参考运行点的直流运行功率、实时运行点的直流运行功率和参考运行点的直流电压确定实时运行点的直流运行电压。

PMT控制控制模块7用于根据直流运行电压完成对多端柔性直流换流站的PMT控制。

作为本发明的另一实施例，上述下垂系数确定模块4具体包括：下垂系数确定单元。

下垂系数确定单元用于采用公式

确定多端柔性直流换流站的下垂系数。其中，k为下垂系数，

为直流电压上限值，U_d0为参考运行点的直流电压，

为直流功率运行极限，P_d0为参考运行点的直流运行功率。

作为本发明的另一实施例，上述功率调整因子确定模块5具体包括：功率调整因子确定单元。

功率调整因子确定单元用于采用公式

确定多端柔性直流换流站的功率调整因子。其中，ξ为功率调整因子，P_d为实时运行点的直流运行功率，

为直流功率运行极限，P_d0为参考运行点的直流运行功率。

作为本发明的另一实施例，上述直流运行电压确定模块6具体包括：直流运行电压确定单元。

直流运行电压确定单元用于采用公式U_d＝-ξ·k(P_d-P_d0)+U_d0确定多端柔性直流换流站的控制模型。其中，U_d为直流运行电压，ξ为功率调整因子，P_d为实时运行点的直流运行功率，P_d0为参考运行点的直流运行功率，U_d0为参考运行点的直流电压。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种多端柔性直流换流站的PMT控制方法，其特征在于，包括：

获取多端柔性直流换流站的直流功率运行极限和直流电压上限值；

选取所述多端柔性直流换流站中一运行点为参考运行点，并获取所述参考运行点的直流运行功率和所述参考运行点的直流电压；

获取所述多端柔性直流换流站中实时运行点的直流运行功率和所述实时运行点的直流电压；

根据所述直流功率运行极限、直流电压上限值、所述参考运行点的直流运行功率和所述参考运行点的直流电压确定所述多端柔性直流换流站的下垂系数；

根据所述直流功率运行极限、所述参考运行点的直流运行功率和所述实时运行点的直流运行功率确定所述多端柔性直流换流站的功率调整因子；

根据所述下垂系数、所述功率调整因子、所述参考运行点的直流运行功率、所述实时运行点的直流运行功率和所述参考运行点的直流电压确定所述实时运行点的直流运行电压；

根据所述直流运行电压完成对所述多端柔性直流换流站的PMT控制；

所述根据所述直流功率运行极限、所述参考运行点的直流运行功率和所述实时运行点的直流运行功率确定所述多端柔性直流换流站的功率调整因子，具体包括：

采用公式

确定所述多端柔性直流换流站的功率调整因子；其中，ξ为功率调整因子，P_d为实时运行点的直流运行功率，

为直流功率运行极限，P_d0为参考运行点的直流运行功率。

2.根据权利要求1所述的多端柔性直流换流站的PMT控制方法，其特征在于，所述根据所述直流功率运行极限、直流电压上限值、所述参考运行点的直流运行功率和所述参考运行点的直流电压确定所述多端柔性直流换流站的下垂系数，具体包括：

采用公式

确定所述多端柔性直流换流站的下垂系数；其中，k为下垂系数，

为直流电压上限值，U_d0为参考运行点的直流电压，

为直流功率运行极限，P_d0为参考运行点的直流运行功率。

3.根据权利要求1所述的多端柔性直流换流站的PMT控制方法，其特征在于，所述根据所述下垂系数、所述功率调整因子、所述参考运行点的直流运行功率、所述实时运行点的直流运行功率和所述参考运行点的直流电压确定所述实时运行点的直流运行电压，具体包括：

采用公式U_d＝-ξ·k(P_d-P_d0)+U_d0确定所述多端柔性直流换流站的控制模型；其中，U_d为直流运行电压，ξ为功率调整因子，P_d为实时运行点的直流运行功率，P_d0为参考运行点的直流运行功率，U_d0为参考运行点的直流电压。

4.一种多端柔性直流换流站的PMT控制系统，其特征在于，包括：

第一获取模块，用于获取多端柔性直流换流站的直流功率运行极限和直流电压上限值；

参考运行点选取模块，用于选取所述多端柔性直流换流站中一运行点为参考运行点，并获取所述参考运行点的直流运行功率和所述参考运行点的直流电压；

第二获取模块，用于获取所述多端柔性直流换流站中实时运行点的直流运行功率和所述实时运行点的直流电压；

下垂系数确定模块，用于根据所述直流功率运行极限、直流电压上限值、所述参考运行点的直流运行功率和所述参考运行点的直流电压确定所述多端柔性直流换流站的下垂系数；

功率调整因子确定模块，用于根据所述直流功率运行极限、所述参考运行点的直流运行功率和所述实时运行点的直流运行功率确定所述多端柔性直流换流站的功率调整因子；

直流运行电压确定模块，用于根据所述下垂系数、所述功率调整因子、所述参考运行点的直流运行功率、所述实时运行点的直流运行功率和所述参考运行点的直流电压确定所述实时运行点的直流运行电压；

PMT控制模块，用于根据所述直流运行电压完成对所述多端柔性直流换流站的PMT控制；

所述功率调整因子确定模块具体包括：

功率调整因子确定单元，用于采用公式

确定所述多端柔性直流换流站的功率调整因子；其中，ξ为功率调整因子，P_d为实时运行点的直流运行功率，P_d ^max为直流功率运行极限，P_d0为参考运行点的直流运行功率。

5.根据权利要求4所述的多端柔性直流换流站的PMT控制系统，其特征在于，所述下垂系数确定模块具体包括：

下垂系数确定单元，用于采用公式

确定所述多端柔性直流换流站的下垂系数；其中，k为下垂系数，

为直流电压上限值，U_d0为参考运行点的直流电压，

为直流功率运行极限，P_d0为参考运行点的直流运行功率。

6.根据权利要求4所述的多端柔性直流换流站的PMT控制系统，其特征在于，所述直流运行电压确定模块具体包括：

直流运行电压确定单元，用于采用公式U_d＝-ξ·k(P_d-P_d0)+U_d0确定所述多端柔性直流换流站的控制模型；其中，U_d为直流运行电压，ξ为功率调整因子，P_d为实时运行点的直流运行功率，P_d0为参考运行点的直流运行功率，U_d0为参考运行点的直流电压。

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