CN111953013A - 真双极柔性直流输电系统故障下的自适应优化调控方法 - Google Patents

真双极柔性直流输电系统故障下的自适应优化调控方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种真双极柔性直流输电系统故障下的自适应优化调控方法，包括：实时获取直流电网的潮流状态、拓扑状态、电网参数和新能源场信息；确立新能源最大化消纳目标函数表达式；分析真双极直流输电系统约束条件；生成预想事故集；建立整个系统的等效优化模型，针对预想事故集中的所有预想事故，求解对应优化调控方案，形成离线优化方案库。当系统实际发生故障时，立即匹配并应用离线库内最相近的优化方案，同时基于故障后的系统实际状态，计算并应用精确的实时优化方案；之后，根据系统的实际运行状态，更新预想事故集，并重新计算离线优化方案库。本方法适用于各种类型和拓扑的真双极直流输电系统，所提出的优化调控策略具有一般性，适用范围广泛。

Description

真双极柔性直流输电系统故障下的自适应优化调控方法
技术领域
本发明涉及一种真双极柔性直流输电系统故障下的自适应优化调控方法，属于直流输电技术领域。
背景技术
随着柔性直流输电系统向更高电压等级、更大输电容量、多端化和网络化发展，灵活可靠的真双极系统结构将拥有广阔的应用前景。由于其灵活性和强支撑性，为实现新能源大规模送出提供了有效的技术手段，广泛地应用于风电汇集等新能源汇集场景，但是，真双极系统的灵活特性也对换流站的协调控制提出了更高的要求，对于如何有效提升新能源消纳能力，以及故障情况下快速自愈恢复的优化调控策略需求仍旧迫切，目前并未被充分研究。具体的说：
真双极直流系统接入新能源电网，在考虑最大化地消纳新能源出力时，对换流站正、负极换流器均给定同一类型控制量，使交流电网注入正、负极输电线路的功率大小和方向一致，并未充分利用正负极换流器可独立控制的优势特性，控制两极换流器灵活分配新能源增发量到直流网络中。此外，对于面向新能源最大化消纳的真双极直流系统，在发生电网故障时，如何通过快速匹配最合适的优化调控方案恢复到正常运行状态，目前没有包含多种预想故障的离线优化方案库和在线优化的协调策略，以实现故障情形的自适应。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供一种真双极柔性直流输电系统故障下的自适应优化调控方法，在实现新能源最大化消纳的前提下，故障情况时快速匹配各端换流站的调控优化方案，充分利用真双极系统两极换流器可独立控制的特点，有效缩短故障发生后的恢复时间，提高电力系统稳定性。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
一种真双极柔性直流输电系统故障下的自适应优化调控方法，该方法包括以下步骤：
步骤1，在真双极柔性直流输电系统稳定运行状态条件下，实时获取电网拓扑、电网参数和运行状态，其中运行状态包括初始各端的初始电压、有功功率；
步骤2，建立真双极柔性直流输电系统的等效优化模型，所述真双极柔性直流输电系统共有n端，依次编号为1,2,...,m,m+1,...,q,q+1,...,n，其中第i＝1,2,...,q端为可调控端，第i＝1,2,...,m端为可调新能源端，第i＝q+1,...,n端为不可调端，q＜n，m＜q：
等效优化模型的目标函数根据换流站实际传输容量进行选取：1)当可调新能源端的实际传输功率未达到换流站容量上限时，选取目标函数为f(x)max＝η(1)ΔP(1)+η(2)ΔP(2)+...+η(m)ΔP(m)，η(i)(i＝1,2,...,m)为第i端的新能源有功功率增发量ΔP(i)的权重系数，i＝1,2,...,m；2)当可调新能源端的实际传输功率达到换流站容量上限时，选取目标函数为f(x)max＝Pac(1)_last+Pac(2)_last+...+Pac(m)_last，Pac(i)_last(i＝1,2,...,m)表示优化调控后第i端的交流侧有功功率；
等效优化模型的约束条件包括：
选取1)中目标函数时满足：Pac(i)-Pac(i)_last≤0(i＝1,2,...,m)
选取2)中目标函数时满足：Pac(i)_last-Pac(i)≤0(i＝1,2,...,m)
k(i)Pac(i)≤PVSC(i)max_p(i＝1,2,...,m)
(1-k(i))Pac(i)≤PVSC(i)max_n(i＝1,2,...,m)
max(|k(i)Pac(i)|，|Pdc(i)_p|+Ploss(i)_p)≤PVSC(i)max_p(i＝m+1,2,...,q)
max(|(1-k(i))Pac(i)|，|Pdc(i)_n|+Ploss(i)_n)≤PVSC(i)max_n(i＝m+1,2,...,q)
|Pdc(i)_p|+Ploss(i)_p≤PVSC(i)max_p(i＝q+1,2,...,n)
|Pdc(i)_n|+Ploss(i)_n≤PVSC(i)max_n(i＝q+1,2,...,n)
Figure BDA0002595855970000021
Figure BDA0002595855970000022
其中，Pac(i)表示第i端交流侧初始有功功率，k(i)为系统第i端换流站中正极换流器的有功分配系数，PVSC(i)max_p和PVSC(i)max_n分别为第i端换流站中正、负极换流器的有功功率上限，Pdc(i)_p和Pdc(i)_n分别为第i端换流站中正、负极换流器的直流侧有功功率，Ploss(i)_p和Ploss(i)_n分别为第i端换流站中正、负极换流器的有功功率损耗，Udc(i)表示第i端换流站直流电压，
Figure BDA0002595855970000023
和
Figure BDA0002595855970000024
分别为第i端换流站直流电压的上下限；Idc(ij)表示第i端和第j端换流站间直流线路传输的电流，
Figure BDA0002595855970000025
表示第i端和第j端换流站间直流线路传输的电流上限；
步骤3，将获取的电网拓扑、电网参数和运行状态作为初始值，初始化步骤2中建立的等效优化模型；
步骤4，根据真双极柔性直流输电系统的历史故障数据，生成预想事故集；
步骤5，根据步骤2中建立的等效优化模型，针对步骤3预想事故集中的所有预想事故，求解对应优化调控方案，形成离线优化方案库；
步骤6，当真双极柔性直流输电系统状态发生变化时，进入运行状态判断：
若当前电网拓扑或潮流与初始电网拓扑或潮流不一致时，有三种处理方法：1)立即匹配并应用离线优化方案库内最相近的对应优化调控方案；2)基于当前电网状态进行在线优化，实时求解对应优化调控方案；3)立即匹配并应用离线优化方案库内最相近的对应优化调控方案，再基于当前的电网状态和参数进行在线优化，实时求解对应优化调控方案，用实时求解得到的优化调控方案替换匹配得到的优化调控方案
进一步，步骤1中所述的潮流状态包括初始各节点的电压及有功功率。
进一步，该方法还包括在电网拓扑和潮流发生变化的同时更新离线优化方案库：若电网拓扑发生变化则更新等效优化模型；若仅潮流发生变化则将故障恢复至稳态后的潮流状态作为更新后的等效优化模型初始值，再次针对预想事故集中的所有预想事故，求解对应优化调控方案，更新离线优化方案库。
进一步，步骤6中应用优化调控方案时，按照如下方式整定正、负极换流器有功功率实现优化调控：
在正、负极换流器可独立调控的换流站中，对采取主从控制的换流站的正、负两极换流器，分别赋予有功功率分配系数为k(i)和1-k(i)，其中
Figure BDA0002595855970000031
Pac(i)_p为第i端正极换流器交流侧的功率，k(i)满足0≤k(i)≤1，此时优化调控量为正极换流器有功分配系数k(i)，结合优化调控方案调整正、负极的有功功率注入分别为k(i)Pac(i)和(1-k(i))Pac(i)；对采取下垂控制的换流站，优化调控量包括正极换流器有功功率分配系数k(i)、或者正、负极换流器各自的下垂系数K(i)_p、K(i)_n；对采取混合控制策略，即同一换流站内其中一极换流器采用有功/无功耦合控制方式，另一极换流器采用包含上述主从控制或下垂控制的有功/无功解耦控制方式的换流站，优化调控量包括正极换流器有功分配系数k(i)，正、负极换流器各自的下垂系数K(i)_p、K(i)_n，内环、外环控制器参数、控制目标参考值。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
1)本发明在采用不同控制方式的正负极换流器之间设计极间协同控制策略，充分利用了真双极直流系统正、负两极换流器可独立控制的特点，根据新能源消纳需求和运行工况协同两极间具体有功功率分配，能够在非正常工况下由健全极和健全线路主动承担部分故障极和故障线路的传输功率，以避免故障极传输功率过剩，根据当前运行状态生成恢复调控方案，解决了目前故障情况下难以自适应恢复的问题，增强了双极系统的灵活性和可靠性；
2)本发明提出的故障下的自适应优化调控策略，结合通用的真双极直流潮流计算和多种优化算法，在模拟预想故障外还考虑新能源预测出力等不确定场景的适用性，优化结果覆盖所有常见故障场景且满足对新能源消纳的需求，为柔直电网并入新能源电场的优化及调度提供合理的预测及调整方案，能在故障发生后迅速应用恢复调控方案使电网恢复到稳定运行状态。
附图说明
图1为真双极系统故障下的自适应优化调控策略整体流程图；
图2为真双极系统故障下的自适应离线优化调控策略流程图；
图3为真双极系统故障下的自适应在线优化调控策略流程图；
图4为四端真双极VSC-MTDC系统环型拓扑结构图；
图5为真双极单端换流站结构示意图。
具体实施方式
以下将结合附图以及具体实施例对本发明提供的技术方案进行详细说明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
一种真双极柔性直流输电系统故障下的自适应优化调控方法，包括如下步骤：
步骤1，在真双极柔性直流输电系统稳定运行状态条件下，实时获取电网拓扑、电网参数和运行状态，其中运行状态包括初始各端的初始电压、有功功率；
步骤2，建立真双极柔性直流输电系统的等效优化模型；
步骤3，将获取的电网拓扑、电网参数和运行状态作为初始值，初始化等效优化模型；
步骤4，根据真双极柔性直流输电系统的历史故障数据，生成预想事故集；
步骤5，根据步骤2中建立的等效优化模型，针对步骤3预想事故集中的所有预想事故，求解对应优化调控方案，形成离线优化方案库；
步骤6，当真双极柔性直流输电系统状态发生变化时，进入运行状态判断：
若当前电网拓扑或潮流与初始电网拓扑或潮流不一致时，有三种处理方法：1)立即匹配并应用离线优化方案库内最相近的对应优化调控方案；2)基于当前电网状态进行在线优化，实时求解对应优化调控方案；3)立即匹配并应用离线优化方案库内最相近的对应优化调控方案，再基于当前的电网状态和参数进行在线优化，实时求解对应优化调控方案，用实时求解得到的优化调控方案替换匹配得到的优化调控方案。
进一步的，建立真双极柔性直流输电系统的等效优化模型，包括如下步骤：
1、真双极柔性直流输电系统共有n端，依次编号为1,2,...,m,m+1,...,q,q+1,...,n，其中第i＝1,2,...,q端为可调控端(q＜n)；第i＝1,2,...,m端为可调新能源端，换流站与新能源电场相接(m＜q)；第i＝q+1,...,n端为不可调端。根据上述编号规则建立真双极柔性直流输电系统的等效优化模型。
目标函数根据换流站实际传输容量进行选取，当可调新能源端的实际传输功率未达换流站容量上限，仍有传输裕度时，选取目标函数为：
f(x)max＝η(1)ΔP(1)+η(2)ΔP(2)+...+η(m)ΔP(m)
其中，η(i)为第i端的新能源有功功率增发量ΔP(i)的权重系数(1≤i≤m)，考虑但不限于根据新能源场的实际出力预测曲线做进一步细化，或在缺乏预测信息时按照新能源场容量按比赋值。
当可调新能源端的实际传输功率接近换流站容量上限时，选取目标函数为：
f(x)max＝Pac(1)_last+Pac(2)_last+...+Pac(m)_last
其中，Pac(i)_last表示优化调控后第i端的交流侧有功功率(1≤i≤m)。
2、确定参与优化的决策变量及变量个数。
对于采取有功/无功耦合控制方式，包含主从控制策略、下垂控制策略的有功/无功解耦控制方式，及同一端换流站同时采取有功/无功耦合控制和有功/无功解耦控制的混合控制方式，或其他相似原理控制策略的大规模较复杂真双极多端柔性直流输电系统，参与优化的决策变量包括：
优化调控量包括正极换流器有功分配系数k(i)，正、负极换流器各自的下垂系数K(i)_p、K(i)_n，内环、外环控制器参数、控制目标参考值。
对于不可调端，只需满足潮流的约束和换流器及换流站的限制条件，不参与优化调控。
3、确定约束条件。
所述约束条件包括：各换流器及各换流站约束条件、各换流站所接入新能源电场或交流网络约束条件、直流输电线路约束条件：
1)满足保证可调新能源端有功功率出力增发的条件：
Pac(i)-Pac(i)_last≤0(i＝1,2...,m)
其中，Pac(i)_last表示优化调控后第i端的交流侧有功功率(1≤i≤m)，Pac(i)表示第i端的交流侧初始有功功率。
2)满足真双极直流潮流迭代计算的潮流方程，以及一定的迭代收敛条件。
3)真双极直流潮流计算后得到的各端有功功率、直流节点电压、直流线路的电流需满足上下限值约束。
其中，可调新能源端正、负极换流器的稳态有功功率分别满足有功限值约束：
Figure BDA0002595855970000061
其中，k(i)为第i端换流站中正极换流器的有功分配系数，Pac(i)为第i端交流侧初始有功功率，PVSC(i)max_p和PVSC(i)max_n分别为第i端换流站中正、负极换流器的有功功率上限。
剩余可调控端正、负极换流器稳态有功功率分别满足有功限值约束：
Figure BDA0002595855970000062
其中，Pdc(i)_p和Pdc(i)_n分别为第i端换流站中正、负极换流器的直流侧有功功率。
不可调控端正、负极换流器稳态有功功率分别满足约束：
Figure BDA0002595855970000063
其中，Ploss(i)_p和Ploss(i)_n分别为第i端换流站中正、负极换流器的有功功率损耗。
真双极柔性直流输电系统中所有端换流站直流电压满足电压限值约束：
Figure BDA0002595855970000064
其中，
Figure BDA0002595855970000065
和
Figure BDA0002595855970000066
分别为第i端换流站直流电压的上下限。
真双极柔性直流输电系统中正、负极直流线路电流满足各条直流线路中直流电流约束：
Figure BDA0002595855970000067
其中，Idc(ij)表示i、j节点间直流线路传输的电流，
Figure BDA0002595855970000068
表示i、j节点间直流线路的电流上限。
步骤4：生成预想事故集，包括但不限于N-1和N-2预想事故集。在非正常工况下，使健全极和健全线路转代故障极或故障线路传输的部分功率，在保证直流电压不越限、换流器及换流站功率不越限、直流线路不超过电流上限的前提下，提高换流站整体传输功率。非正常工况包括但不限于：N-1故障下的单极电网出现直流断线故障或换流器停运故障，N-2故障下的线路故障与换流器故障的组合情况，以及某端换流站退出运行的故障情况。
步骤5：优化求解正、负极换流器极间调控方案。根据步骤1、2、3、4建立系统故障下的等效优化模型，对预想事故集覆盖的故障状态求解对应的优化调控方案。优化方法包括但不限于人工智能优化解法或处理有约束非线性多元函数问题的经典数值解法。遍历预想事故集直至完成，存储各组优化解，生成离线优化方案库。
进一步的，当真双极直流电网状态发生变化时，进入运行状态判断模块。判断对象包括电网拓扑及当前运行的潮流状态。当电网拓扑和潮流发生变化，可采用已生成离线库中对应的优化方案直接生成调控策略，也可以基于当前电网状态直接进行在线优化求解。或采取离线匹配与在线优化相结合的方式，先立即匹配一组离线库内已有的相近故障情况的优化方案，再基于当前的潮流状态和电网拓扑和参数，更新系统等效优化模型进行在线求解优化方案，生成后用在线优化方案代替离线优化方案。
进一步的，进入在线优化环节时，根据当前的潮流状态和电网拓扑和参数确定优化模型的初值条件，按照步骤1到步骤3建立优化模型后，针对当前的故障类型，进行优化求解，包括但不限于人工智能优化解法或经典数值优化解法生成优化方案。
进一步的，在电网状态发生波动或电网发生故障的同时更新离线优化方案库。根据当前电网状态判断拓扑和潮流的变化，若拓扑发生改变则需重新构建等效优化模型，若仅潮流发生变化则仅重新初始化等效优化模型，将故障恢复至稳态后的潮流状态作为更新后优化的初始值，通过人工智能优化求解或者数值优化求解，遍历预想事故集生成各状态对应的最优运行方案，更新离线优化方案库。
一种基于真双极柔性直流输电系统的极间有功功率分配策略，采用如下策略：
在正、负极换流器可独立调控的换流站中，对采取主从控制的换流站的正、负两极换流器，分别赋予有功功率分配系数为k(i)和1-k(i)，其中
Figure BDA0002595855970000071
Pac(i)_p为该端正极换流器交流侧的功率，k(i)满足0≤k(i)≤1，此时优化调控量为正极换流器有功分配系数k(i)，结合优化调控方案调整正、负极的有功功率注入分别为k(i)Pac(i)和(1-k(i))Pac(i)；对采取下垂控制的换流站，优化调控量包括正极换流器有功功率分配系数k(i)、或者正、负极换流器各自的下垂系数K(i)_p、K(i)_n。对采取混合控制策略，即同一换流站内其中一极换流器采用有功/无功耦合控制方式，另一极换流器采用包含上述主从控制或下垂控制的有功/无功解耦控制方式的换流站，优化调控量包括正极换流器有功分配系数k(i)，正、负极换流器各自的下垂系数K(i)_p、K(i)_n，内环、外环控制器参数、控制目标参考数值。
在保证换流器功率不越限的条件下可独立调节，并在单极换流器故障或退出运行的情况下，可由健全极转代故障极的部分有功功率，尽可能的保证输出故障端全部有功功率。
本发明建立了适用于系统不同运行工况，不同拓扑，不同控制方式的统一优化模型，通过离线优化与在线优化相结合的方式，在系统运行于包括故障和非正常运行工况在内的不同运行工况下时，快速匹配相应的系统最优运行方案，极大程度地应用了真双极系统两极网络可独立控制的灵活性，解决了真双极直流系统在故障或非正常运行时，难以进行实时优化调控的问题。
本发明提出的方法可以在各类柔性直流输电系统实现应用，适用于伪双极、真双极接线方式及单极接线方式的系统结构，并适用于各种控制方案，包括真双极系统中同一换流站内两极换流器都采取有功/无功耦合控制或有功/无功解耦控制的控制方式，以及同一换流站内其中一极换流器采用有功/无功耦合控制方式，另一极换流器采用有功/无功解耦控制方式的混合控制方式。采用提出的自适应优化调控方法都能达到新能源最大化消纳的控制效果。
图1所示的自适应优化调控策略，可以实现离线优化与在线优化的配合，为故障后的调控匹配精准的优化方案；图2所示的离线优化调控策略，较适用于潮流变化不大、相对稳定的场合，由于缺少在线优化的环节，可能造成优化方案不够精确；图3所示在线优化调控策略，较适用于小规模、拓扑结构不太复杂、计算量不大的直流系统。
以图4所示的四端真双极柔性直流输电系统为例对本发明提出的自适应优化调控策略的进行具体说明。同一换流站内正、负两极换流器独立控制，如图5所示。
其中换流站1和端换流站2的额定容量分别为1500MW和3000MW，分别与新能源风电场相连，均采用定有功功率控制；换流站4的额定容量为1500MW，与抽水蓄能电站相连，作为平衡站采用定直流电压控制稳定全网电压；换流站3的额定容量为3000MW，与交流电网相连，工作在定有功功率控制方式下。直流侧的额定电压为±500kV。每端换流站有两套换流器，分别与正负极运行层连接。
算例中选取换流站容量基值SB为2000MW，直流侧电压基值UB为500kV。
在直流系统稳定运行状态条件下，获取电网拓扑、电网参数和运行状态包括初始各端的初始电压、有功功率获取电网拓扑、电网参数和运行状态包括初始各端的初始电压、有功功率。
步骤1，以提高新能源消纳能力为目标确定目标函数。根据换流站1和换流站2连接的新能源风场容量分别为1500MW和3000MW，容量比例为1:2，设置各风场新能源增发量的比例系数η1、η2分别为1/3和2/3，考虑当新能源场发电量仍有一定裕度，则确定目标函数为：
f(x)max＝η(1)ΔP(1)+η(2)ΔP(2)
其中，ΔP(1)和ΔP(2)的计算方式为：ΔP(1)＝Pac(1)_last-Pac(1)，ΔP(2)＝Pac(2)_last-Pac(2)。其中Pac(1)_last和Pac(2)_last表示新能源端发电量提升后实际注入直流电网的有功功率，Pac(1)和Pac(2)表示新能源端初始注入有功功率。
步骤2，确定决策变量及变量个数。对于采取主从控制策略的真双极多端直流输电系统，参与优化的决策变量为：
X＝[Pac(1)_last，Pac(2)_last，k(1)，k(2)，k(3)]T
其中Pac(1)_last、Pac(2)_last表示新能源端发电量提升后实际柔直系统各端初始交流功率；k(1)，k(2)，k(3)表示柔直各端换流站的正、负极换流器功率分配系数。
步骤3：确定约束条件。所述约束条件包括：各个换流器及各端换流站约束条件、各换流站所接新能源电场或交流网络约束条件、直流输电线路约束条件。其中线性不等式约束为：
Figure BDA0002595855970000091
其中，Pac(1)和Pac(2)分别为换流站1、2的初始有功功率。
非线性约束包括真双极直流潮流迭代计算的潮流方程约束条件，具体包括换流站有功、电压约束，直流线路的电流约束。
其中、新能源端(1、2端)正极和负极换流器的稳态有功功率分别满足约束：
Figure BDA0002595855970000092
第3端和平衡站端(4端)正极和负极换流器稳态有功功率分别满足约束：
Figure BDA0002595855970000093
四端换流站均满足直流电压满足约束：
Figure BDA0002595855970000094
正、负极网络的直流线路电流满足约束:
Figure BDA0002595855970000095
步骤4：生成常见预想事故集包括但不限于N-1和N-2预想事故集，在非正常工况下，使健全极和健全线路转代部分故障极或故障线路功率，在保证直流电压不越限、换流器及换流站功率不越限、直流线路不超过直流断路器电流上限的前提下提高换流站整体传输功率。非正常工况包括：N-1故障下的单极电网出现直流断线故障或换流器停运故障，N-2故障下线路故障与换流器故障的组合情况以及某端换流站退出运行的故障情况。
步骤5：优化求解正、负极换流器极间调控方案。对预想故障集覆盖的故障状态求解对应的优化解。优化方法包括但不限于人工智能优化解法或处理有约束非线性多元函数问题的经典数值解法。得到相应的决策变量优化结果和目标函数的值，即对应的优化调控方案。遍历预想事故集直至完成，存储各组优化解，生成离线优化方案库。
进一步的，当真双极直流电网发生状态变化时，进入运行状态判断模块。判断对象包括电网拓扑及当前运行的潮流状态。假设直流电网出现负极网络换流站3和换流站4之间的直流断线故障，此时电网拓扑发生变化，且潮流发生变化：换流站1端所接新能源电场出力从0.5p.u.提升为0.6p.u.，且潮流变化量超出允许的波动范围内，先直接匹配已生成离线库中对应或相近故障的优化方案，同时基于当前的电网状态直接进行在线优化求解，生成在线优化方案后立即替换原方案。离线优化方案与在线优化方案结果如表1所示。
表1离线优化方案与在线优化方案结果
Figure BDA0002595855970000101
f1(x)max＝(Pac1_last-Pac1)+(Pac2_last-Pac2)＝0.324p.u.
f2(x)max＝(Pac1_last-Pac1)+(Pac2_last-Pac2)＝0.422p.u.
此时，f1(x)max和f2(x)max分别为选用离线和在线优化方案得到的目标函数最大值。
优化结果表明，故障下的自适应优化策略用于同新能源风场相连的直流输电系统时，能灵活应对新能源出力波动的情况，同时在故障的情况下，利用正、负极换流器独立控制的特点，能使电网快速恢复到稳定运行状态。表1中结果表明，离线方案得到的新能源端增发量最大消纳能力为0.324×2000＝648MW，即在满足稳态时换流器电压、功率及直流线路电流均不越限的情况下，可以更大限度地消纳所连接风场增发的648MW的有功功率。其中换流站1、2、3的正极有功功率分配系数分别为0.520、0.621、0.652。故障实际发生时刻，换流站2交流侧注入有功功率发生波动，从0.6p.u.减小到0.5p.u.，基于该时刻的潮流在线优化的得到的结果为：新能源端增发量最大消纳能力为0.422×2000＝844MW，其中换流站1、2、3的正极有功功率分配系数分别为0.529、0.587、0.620。
优化结果表明，正、负极换流器之间设计的极间协同控制策略，充分利用了真双极直流系统正、负两极换流器可独立控制的特点，能根据系统的新能源消纳需求和运行工况协同两极间具体有功功率分配，在非正常工况下由健全极和健全线路主动承担部分故障极和故障线路的传输功率，以避免故障极传输功率过剩，增强了双极系统的灵活性和可靠性。
其中，离线优化库能使电网在故障情况下迅速匹配相近优化方案恢复到次优运行状态，在线优化方案使故障电网匹配到精确优化方案恢复到最优运行状态。
本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.真双极柔性直流输电系统故障下的自适应优化调控方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤1，在真双极柔性直流输电系统稳定运行状态条件下，实时获取电网拓扑、电网参数和运行状态，其中运行状态包括初始各端的初始电压、有功功率；
步骤2，建立真双极柔性直流输电系统的等效优化模型，所述真双极柔性直流输电系统共有n端，依次编号为1,2,...,m,m+1,...,q,q+1,...,n，其中第i＝1,2,...,q端为可调控端，第i＝1,2,...,m端为可调新能源端，第i＝q+1,...,n端为不可调端，q＜n，m＜q：
等效优化模型的目标函数根据换流站实际传输容量进行选取：1)当可调新能源端的实际传输功率未达到换流站容量上限时，选取目标函数为f(x)max＝η(1)ΔP(1)+η(2)ΔP(2)+...+η(m)ΔP(m)，η(i)(i＝1,2,...,m)为第i端的新能源有功功率增发量ΔP(i)的权重系数，i＝1,2,...,m；2)当可调新能源端的实际传输功率达到换流站容量上限时，选取目标函数为f(x)max＝Pac(1)_last+Pac(2)_last+...+Pac(m)_last，Pac(i)_last(i＝1,2,...,m)表示优化调控后第i端的交流侧有功功率；
等效优化模型的约束条件包括：
选取1)中目标函数时满足：Pac(i)-Pac(i)_last≤0(i＝1,2,...,m)
选取2)中目标函数时满足：Pac(i)_last-Pac(i)≤0(i＝1,2,...,m)
k(i)Pac(i)≤PVSC(i)max_p(i＝1,2,...,m)
(1-k(i))Pac(i)≤PVSC(i)max_n(i＝1,2,...,m)
max(|k(i)Pac(i)|，|Pdc(i)_p|+Ploss(i)_p)≤PVSC(i)max_p(i＝m+1,2,...,q)
max(|(1-k(i))Pac(i)|，|Pdc(i)_n|+Ploss(i)_n)≤PVSC(i)max_n(i＝m+1,2,...,q)
|Pdc(i)_p|+Ploss(i)_p≤PVSC(i)max_p(i＝q+1,2,...,n)
|Pdc(i)_n|+Ploss(i)_n≤PVSC(i)max_n(i＝q+1,2,...,n)
Figure FDA0002595855960000011
Figure FDA0002595855960000012
其中，Pac(i)表示第i端交流侧初始有功功率，k(i)为系统第i端换流站中正极换流器的有功分配系数，PVSC(i)max_p和PVSC(i)max_n分别为第i端换流站中正、负极换流器的有功功率上限，Pdc(i)_p和Pdc(i)_n分别为第i端换流站中正、负极换流器的直流侧有功功率，Ploss(i)_p和Ploss(i)_n分别为第i端换流站中正、负极换流器的有功功率损耗，Udc(i)表示第i端换流站直流电压，
Figure FDA0002595855960000021
和
Figure FDA0002595855960000022
分别为第i端换流站直流电压的上下限；Idc(ij)表示第i端和第j端换流站间直流线路传输的电流，
Figure FDA0002595855960000023
表示第i端和第j端换流站间直流线路传输的电流上限；
步骤3，将获取的电网拓扑、电网参数和运行状态作为初始值，初始化步骤2中建立的等效优化模型；
步骤4，根据真双极柔性直流输电系统的历史故障数据，生成预想事故集；
步骤5，根据步骤2中建立的等效优化模型，针对步骤3预想事故集中的所有预想事故，求解对应优化调控方案，形成离线优化方案库；
步骤6，当真双极柔性直流输电系统状态发生变化时，进入运行状态判断：
若当前电网拓扑或潮流与初始电网拓扑或潮流不一致时，有三种处理方法：1)立即匹配并应用离线优化方案库内最相近的对应优化调控方案；2)基于当前电网状态进行在线优化，实时求解对应优化调控方案；3)立即匹配并应用离线优化方案库内最相近的对应优化调控方案，再基于当前的电网状态和参数进行在线优化，实时求解对应优化调控方案，用实时求解得到的优化调控方案替换匹配得到的优化调控方案。
2.如权利要求1所述的真双极柔性直流输电系统故障下的自适应优化调控方法，其特征在于，步骤1中所述的潮流状态包括初始各节点的电压及有功功率。
3.如权利要求1所述的真双极柔性直流输电系统故障下的自适应优化调控方法，其特征在于，该方法还包括在电网拓扑和潮流发生变化的同时更新离线优化方案库：若电网拓扑发生变化则更新等效优化模型；若仅潮流发生变化则将故障恢复至稳态后的潮流状态作为更新后的等效优化模型初始值，再次针对预想事故集中的所有预想事故，求解对应优化调控方案，更新离线优化方案库。
4.如权利要求1所述的真双极柔性直流输电系统故障下的自适应优化调控方法，其特征在于，步骤6中应用优化调控方案时，按照如下方式整定正、负极换流器有功功率实现优化调控：
在正、负极换流器可独立调控的换流站中，对采取主从控制的换流站的正、负两极换流器，分别赋予有功功率分配系数为k(i)和1-k(i)，其中
Figure FDA0002595855960000024
Pac(i)_p为第i端正极换流器交流侧的功率，k(i)满足0≤k(i)≤1，此时优化调控量为正极换流器有功分配系数k(i)，结合优化调控方案调整正、负极的有功功率注入分别为k(i)Pac(i)和(1-k(i))Pac(i)；对采取下垂控制的换流站，优化调控量包括正极换流器有功功率分配系数k(i)、或者正、负极换流器各自的下垂系数K(i)_p、K(i)_n；对采取混合控制策略，即同一换流站内其中一极换流器采用有功/无功耦合控制方式，另一极换流器采用包含上述主从控制或下垂控制的有功/无功解耦控制方式的换流站，优化调控量包括正极换流器有功分配系数k(i)，正、负极换流器各自的下垂系数K(i)_p、K(i)_n，内环、外环控制器参数、控制目标参考值。
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