CN111969640A - 一种多换流单元柔性直流输电系统的功率协调控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种多换流单元柔性直流输电系统的功率协调控制方法，由直流站控或主导单元通过各单元的功率方式、运行状态、功率限值等数据信息，按照联合功率模式的换流单元根据各自的功率限值等比例分配运行功率设参考值的策略方法，计算各换流单元所需承担的运行功率参考值和功率升降速率，并下发给各换流单元执行，可以有效的避免全站多个换流单元不同功率方式下功率协调困难问题、站内多个换流单元由于有功类控制模式不同造成的运行功率参考值无法下发问题，实现全站的功率的优化控制，从而避免了功率分配及转带错误带来的功率缺失、功率突增、功率失稳等问题。

Description

一种多换流单元柔性直流输电系统的功率协调控制方法
技术领域
本发明属于电力系统柔性直流输电技术领域，可用于换流站内包括多个换流单元的功率协调分配。
背景技术
随着用电需求的增加和电力电子器件及控制技术的进步，直流输电的容量和电压等级越来越高。柔性直流输电采用电压源换流器，其独特的全控性特点，避免了电流型换流器因换相失败导致的功率震荡和系统失稳等问题。
为了实现大容量功率输送的要求，新建或换流站扩容需要由多个换流单元组成。相对于单个或两个换流单元的功率协调分配，多换流单元的可靠性要求更高，其控制也更加复杂，特别是换流单元具有联合控制和独立控制两种功率方式，在启动、停机和功率升降中的功率协调对控制方法提出了更高的要求。
目前，对柔性直流输电系统功率协调控制技术的研究仅局限于双极拓扑或者两个对称单极构成的双单元系统，旧站扩容新增换流单元容量往往不同于已建换流单元；为了充分发挥柔性直流输电的传输功率的优势，需要一种灵活、可靠和有效的功率协调方法，解决由于旧站扩容或者新建换流站而出现的多个换流单元之间功率协调分配、功率转带问题，保证换流站功率的灵活控制和直流系统的安全可靠运行。
发明内容
针对现有技术不足，本发明提出一种多换流单元柔性直流输电系统的功率协调控制方法，解决了多个换流单元因功率协调不够灵活优化，带来的功率缺失、功率突增、功率震荡等问题，实现了多个换流单元柔性直流输电系统的功率协调分配控制优化运行。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案实现：
一种多换流单元柔性直流输电系统的功率协调控制方法，所述方法中功率方式包含联合功率模式和独立功率模式，有功类功率控制包括直流电压控制模式和有功功率控制模式，其特征在于，联合功率模式的换流单元根据各自的功率限值等比例分配运行功率参考值。所述的功率协调控制方法包括如下步骤：
1)判断各换流单元的功率方式KMj，联合模式KMj＝1，独立模式KMj＝0，j为换流单元编号。
2)判断各换流单元的运行状态KDj，解锁状态KDj＝1，闭锁状态或停机状态KDj＝0，j为换流单元编号；
3)设置功率参考值的基准值Pnom，提取各换流单元的功率限值Pmaxj，计算各换流单元的功率参考值系数
Figure BDA0002640470980000021
j为换流单元编号。
4)提取各换流单元当前运行功率参考值Pj和运行人员下发的功率总值Pset，计算联合功率模式的换流单元需要承担的功率参考值Psetu，计算换流单元重新协调分配的功率参考值
Figure BDA0002640470980000022
5)提取升降速率参考值Pramp_set和各换流单元上个周期的功率升降速率
Figure BDA0002640470980000023
判断各换流单元的功率升降状态KPj，升降过程中KPj＝1，功率无升降KPj＝0，j为换流单元编号。计算各换流单元的执行的升降速率，若有独立模式的换流单元功率正在升降：
Figure BDA0002640470980000031
若所有换流单元均无升降：
Figure BDA0002640470980000032
所述的柔性直流输电系统由多个对称单极拓扑结构的换流单元组成。
所述的本换流站内换流单元的有功类控制模式是直流电压控制或者有功功率控制，各换流单元可根据运行需求配置为直流电压模式或者有功功率模式。若换流单元配置为直流电压控制模式，必须获取对站(即有功功率控制端)的当前运行功率参考值。
所述的判断换流单元的功率方式是联合模式或者独立模式，各换流单元可根据运行要求随意配置为联合模式或者独立模式。
所述的功率参考值的基准值Pnom设定为换流站总容量；各换流单元的功率限值Pmaxj，根据换流单元正常或由于设备异常引起的限功率运行计算，正常运行取换流单元设计容量值，异常运行则根据限功率情况而变化。
所述的联合功率模式的换流单元需要承担的功率参考值
Figure BDA0002640470980000033
描述为功率总值减去所有独立模式换流站的运行功率参考值。所有换流单元的功率方向必须一致，对联合模式换流单元需要承担的功率参考值Psetu作如下限制：
1)独立模式换流单元的功率方向为功率正送，Psetu设置下限为0，上限为换流站总容量(正送)；
2)独立模式换流单元的功率方向为功率反送，Psetu设置上限为0，下限为换流站总容量(反送)；
3)独立模式换流单元无功率传输，Psetu设置上限和下限为换流站正送和反送总容量。
所述的功率参考值的计算和分配可由直流站控系统(DCP)完成，各换流单元控制系统(PCP)与直流站控系统以快速总线冗余交叉形成通信网络；由直流站控获取各换流单元的功率和运行状态等信息，计算功率分配参考值和功率升降速率并分发给换流单元，由换流单元执行功率的升降。
所述的功率参考值的计算和分配可由换流单元的主导单元完成，各换流单元之间以快速总线冗余交叉形成通信网络；各换流单元之间交换功率和运行状态等信息，均计算功率分配参考值和功率升降速率，由主导单元并分发给各换流单元，换流单元执行功率的升降。主导单元的选择原则如下：解锁状态的换流单元优先选择为主导单元；功率联合模式的换流单元优先选择为主导单元；通信正常的换流单元优先选择为主导单元；设备运行状态越好的换流单元优先选择为主导单元。
采用上述方案侯，本发明的有益效果为：避免了全站多个换流单元不同功率方式下功率协调困难问题、站内多个换流单元由于有功类控制模式不同造成的运行功率参考值无法下发问题，实现了全站的功率的优化控制，从而避免了功率分配及转带错误带来的功率缺失、功率突增、功率失稳等问题。
附图说明
图1是本发明提供的多换流单元柔性直流输电系统拓扑结构图；
图2是本发明实施例多换流单元柔性直流输电系统通信结构图；
图3是本发明实施例多换流单元柔性直流输电系统协调控制流程图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例，对本发明的技术方案作详细说明。
本发明提供一种多换流单元柔性直流输电系统的功率协调控制方法，由直流站控或主导单元通过各单元的功率方式、运行状态、功率限值等数据信息，按照联合功率模式的换流单元根据各自的功率限值等比例分配运行功率设参考值的策略方法，计算各换流单元所需承担的运行功率参考值和功率升降速率，并下发给各换流单元执行。图1是本发明适用的由多个对称单极换流单元构成的柔性直流输电系统的结构示意图。
实施例以图2所示的通信网络结构，由直流站控DCP和三个换流单元的控制系统PCP通过快速总线交叉连接形成。DCP负责协调计算并分发3个换流单元的功率参考值和升降速率，由换流单元接收并执行。图3所示为DCP执行的多换流单元柔性直流输电系统协调控制流程图，具体步骤作如下说明：
1)设置功率参考值的基准值Pnom；
2)运行人员下发的功率总值Pset，提取各换流单元的功率方式KMj，运行状态KDj，功率限值Pmaxj和各换流单元当前运行功率参考值Pj；
3)计算各换流单元的功率参考值系数
Figure BDA0002640470980000051
4)计算联合功率模式的换流单元功率参考值
Figure BDA0002640470980000052
5)计算换流单元重新协调分配的功率参考值
Figure BDA0002640470980000053
6)提取升降速率参考值Pramp_set和各换流单元上个周期的功率升降速率
Figure BDA0002640470980000054
判断各换流单元的功率升降状态KPj。
7)计算各换流单元的执行的升降速率，若有独立模式的换流单元功率正在升降：
Figure BDA0002640470980000061
若所有换流单元均无升降：
Figure BDA0002640470980000062
8)DCP将计算的各换流单元的功率参考值和升降速率下发到换流单元控制系统PCP，由PCP执行功率升降，同时返回步骤2)所述重新开始功率参考值计算过程。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权力要求范围之内。

Claims (8)

1.一种多换流单元柔性直流输电系统的功率协调控制方法，所述方法中功率方式包含联合功率模式和独立功率模式，有功类功率控制包括直流电压控制模式和有功功率控制模式，其特征在于：所述联合功率模式的换流单元根据各自的功率限值等比例分配运行功率参考值；所述功率协调控制方法包括如下步骤：
1)判断各换流单元的功率方式KMj，联合模式KMj＝1，独立模式KMj＝0，j为换流单元编号；
2)判断各换流单元的运行状态KDj，解锁状态KDj＝1，闭锁状态或停机状态KDj＝0，j为换流单元编号；
3)设置功率参考值的基准值Pnom，提取各换流单元的功率限值Pmaxj，计算各换流单元的功率参考值系数
Figure FDA0002640470970000011
j为换流单元编号；
4)提取各换流单元当前运行功率参考值Pj和运行人员下发的功率总值Pset，计算联合功率模式的换流单元需要承担的功率参考值Psetu，计算换流单元重新协调分配的功率参考值
Figure FDA0002640470970000012
5)提取联合模式功率升降速率Pramp_set和各换流单元上个周期的功率升降速率
Figure FDA0002640470970000013
判断各换流单元的功率升降状态KPj，升降过程中KPj＝1，功率无升降KPj＝0，j为换流单元编号；计算各换流单元的执行的升降速率，若有独立模式的换流单元功率正在升降：
Figure FDA0002640470970000021
若所有换流单元均无升降：
Figure FDA0002640470970000022
2.根据权利要求1所述的一种多换流单元柔性直流输电系统的功率协调控制方法，其特征在于，所述柔性直流输电系统由多个对称单极拓扑结构的换流单元组成。
3.根据权利要求1所述的一种多换流单元柔性直流输电系统的功率协调控制方法，其特征在于，本换流站内换流单元的有功类控制模式是直流电压控制或者有功功率控制，各换流单元可根据运行要求随意配置为直流电压模式或者有功功率模式；若换流单元配置为直流电压控制模式，获取对站(即有功功率控制端)的当前运行功率参考值。
4.根据权利要求1所述的一种多换流单元柔性直流输电系统的功率协调控制方法，其特征在于，所述步骤1)中判断换流单元的功率方式是联合模式或者独立模式，各换流单元根据运行需求配置为联合模式或者独立模式。
5.根据权利要求1所述的一种多换流单元柔性直流输电系统的功率协调控制方法，其特征在于，所述步骤3)中功率参考值的基准值Pnom设定为换流站总容量；各换流单元的功率限值Pmaxj，根据换流单元正常或由于设备异常引起的限功率运行计算，正常运行取换流单元设计容量值，异常运行则根据限功率情况而变化。
6.根据权利要求1所述的一种多换流单元柔性直流输电系统的功率协调控制方法，其特征在于，所述步骤4)中联合功率模式的换流单元需要承担的功率参考值
Figure FDA0002640470970000031
描述为功率总值减去所有独立模式换流站的运行功率参考值；所有换流单元的功率方向一致，对联合模式换流单元需要承担的功率参考值Psetu作如下限制：
1)独立模式换流单元的功率方向为功率正送，Psetu设置下限为0，上限为换流站总容量(正送)；
2)独立模式换流单元的功率方向为功率反送，Psetu设置上限为0，下限为换流站总容量(反送)；
3)独立模式换流单元无功率传输，Psetu设置上限和下限为换流站正送和反送总容量。
7.根据权利要求1所述的一种多换流单元柔性直流输电系统的功率协调控制方法，其特征在于，功率参考值的计算和分配由直流站控系统(DCP)完成，各换流单元控制系统(PCP)与直流站控系统以快速总线冗余交叉形成通信网络；由直流站控获取各换流单元的功率和运行状态信息，计算功率分配参考值和功率升降速率并分发给换流单元，由换流单元执行功率的升降。
8.根据权利要求1所述的一种多换流单元柔性直流输电系统的功率协调控制方法，其特征在于，功率参考值的计算和分配可由换流单元的主导单元完成，各换流单元之间以快速总线冗余交叉形成通信网络；各换流单元之间交换功率和运行状态信息，均计算功率分配参考值和功率升降速率，由主导单元并分发给各换流单元，换流单元执行功率的升降；主导单元的选择原则如下：解锁状态的换流单元优先选择为主导单元；功率联合模式的换流单元优先选择为主导单元；通信正常的换流单元优先选择为主导单元；设备运行状态越好的换流单元优先选择为主导单元。
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