CN112436538B - 一种特高压直流系统高低阀组电压稳定控制方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种特高压直流系统高低阀组电压稳定控制方法及装置，其中方法包括：在定功率站高阀组或低阀组投退过程中，判断定功率站是否接收到进入直流电压调整阶段的控制指令；当定功率站接收到进入直流电压调整阶段的控制指令后，调整定功率站高阀组和低阀组功率控制外环的功率指令实际值，以控制定功率站高低阀组的直流电压和子模块电压在稳定范围内；可调整功率指令实际值的高阀组和低阀组为定功率站的待投入/退出阀组和非投入/退出阀组。通过调整定功率站的功率外环指令实际值可实现高阀组和低阀组电压稳定控制，解决了阀组在投入/退出过程中的直流电压调整阶段，定功率站高低阀组的直流电压、子模块电压超出稳定范围的问题。

Description

一种特高压直流系统高低阀组电压稳定控制方法及装置
技术领域
本发明涉及电力设备控制领域，特别涉及一种特高压直流系统高低阀组电压稳定控制方法及装置。
背景技术
发展大容量、远距离、高效率的特高压输电技术，是实现我国能源资源的优化配置的最佳途径，也是构建全球能源互联网的关键内容。在特高压输电技术中，特高压直流输电占据重要地位。相比于特高压交流输电，特高压直流输电技术具有点对点输电、输送容量大、输电距离远、输电效率高、控制方式灵活快速、不存在系统稳定性问题、可限制短路电流、能够进行异步电网互联等诸多优势，是世界上先进输电技术之一。而基于模块化多电平换流器(modular multilevel converter，MMC)的特高压柔性直流输电技术相比特高压常规直流输电技术具有有功和无功功率独立控制、能向无源网络供电、无换相失败问题等突出优势，逐渐成为特高压输电技术发展的热点。
特高压直流输电系统一般采用对称双极接线方式，每极换流站由两个换流器以高阀组和低阀组形式串联构成。对于定直流电压站，两个串联的高阀组和低阀组都是控直流电压模式，运行过程中能保证两个阀组的电压稳定。对于定功率站，两个串联的高阀组和低阀组都是控有功功率模式，当高阀组和低阀组间存在稳态差异或出现暂态扰动时，会使高阀组和低阀组的直流电压分压不均，进而导致子模块电压发散并超出稳定范围，因此一般会给定功率站的高阀组和低阀组配置电压稳定控制器，其结构如图1所示。
在特高压直流系统(UHVDC)中，为了减少由于设备故障造成的功率损失，增加系统运行灵活性和可靠性，一次设备的每个阀组直流侧会配置直流场开关，用于投入/退出该阀组。当某个阀组出现故障时，只需将该阀组退出，其他阀组仍可正常运行。当发生故障的阀组故障清除后，系统可在另一个未发生故障的阀组不停运的情况下，将该清除了故障的阀组重新投入运行。因此，在UHVDC工程中，高阀组或低阀组的自动投入/退出控制成为重要的控制环节之一。
在高阀组或低阀组投入/退出过程中，阀组稳态运行前的直流电压调整阶段，定功率站高低阀组存在直流电压、子模块电压不稳定现象。而采用常规的高低阀组直流电压稳定控制器时，为了保证高低阀组的电压均衡，会使非投入/退出阀组的直流电压偏离额定运行范围，这不符合阀组投入/退出过程的要求。因此，需要针对定功率站的阀组投退过程设计新的直流电压稳定控制策略。
发明内容
本发明实施例的目的是提供一种特高压直流系统高低阀组电压稳定控制方法及装置，通过调整定功率站的功率外环指令实际值可实现高低阀组电压稳定控制，解决了在阀组投入/退出过程中的直流电压调整阶段，定功率站高低阀组的直流电压、子模块电压超出稳定范围的问题，采用本方法能实现在维持非投入/退出阀组直流电压不变的基础上，让待投入/退出阀组的直流电压和有功功率稳定抬升，并将高低阀组的直流电压、子模块电压控制在稳定范围内。
为解决上述技术问题，本发明实施例的第一方面提供了一种特高压直流系统高低阀组电压稳定控制方法，所述特高压直流系统包括：一个定直流电压站和至少一个定功率站，包括如下步骤：
在所述定功率站高阀组或低阀组投退过程中，判断所述定功率站是否接收到进入直流电压调整阶段的控制指令；
当所述定功率站接收到进入直流电压调整阶段的控制指令时，调整所述定功率站中高阀组和低阀组功率控制外环的功率指令实际值，以控制所述定功率站高低阀组的直流电压和子模块电压在稳定范围内；
其中，可调整所述功率指令实际值的所述高阀组和低阀组为所述定功率站的待投入/退出阀组和非投入/退出阀组。
进一步地，所述功率指令实际值为相应所述高低阀组的有功功率指令期望值和有功功率指令调整值之和。
进一步地，所述待投入/退出阀组的有功功率指令期望值为：
Pref_H＝Udc_ramp_H×Idc_H；
其中，Udc_ramp_H为所述定功率站待投入/退出阀组直流电压指令值，Idc_H为所述定功率站的待投入/退出阀组直流电流指令值；
所述待投入/退出阀组的有功功率指令调整值为：
△Pref_H＝(Udc_ramp_H-Udc_H)×K；
其中，Udc_H为所述定功率站的待投入/退出阀组直流电压实际值，K为PI调节器调节系数。
进一步地，所述非投入/退出阀组的有功功率指令期望值为：上层控制系统下发的功率指令值；
所述非投入/退出阀组的有功功率指令调整值为：
△Pref_L＝0。
进一步地，所述定功率站高低阀组为基于全桥子模块，或基于半桥子模块与全桥子模块混合的模块化多电平换流器。
相应地，本发明实施例的第二方面提供了一种特高压直流系统高低阀组电压稳定控制装置，所述特高压直流系统包括：定直流电压站和至少一个定功率站，包括：
判断模块，其用于在所述定功率站高阀组或低阀组投退过程中，判断所述定功率站是否接收到进入直流电压调整阶段的控制指令；
控制模块，其用于当所述定功率站接收到进入直流电压调整阶段的控制指令时，调整所述定功率站中高阀组和低阀组功率控制外环的功率指令实际值，以控制所述定功率站高低阀组直流电压和子模块电压在稳定范围内；
其中，可调整所述功率指令实际值的所述高阀组和低阀组为所述定功率站的待投入/退出阀组和非投入/退出阀组。
进一步地，所述功率指令实际值为相应所述高低阀组的有功功率指令期望值和有功功率指令调整值之和。
进一步地，所述待投入/退出阀组的有功功率指令期望值为：
Pref_H＝Udc_ramp_H×Idc_H；
其中，Udc_ramp_H为所述定功率站待投入/退出阀组直流电压指令值，Idc_H为所述定功率站的待投入/退出阀组直流电流指令值；
所述待投入/退出阀组的有功功率指令调整值为：
△Pref_H＝(Udc_ramp_H-Udc_H)×K；
其中，Udc_H为所述定功率站的待投入/退出阀组直流电压实际值，K为PI调节器调节系数。
进一步地，所述非投入/退出阀组的有功功率指令期望值为：上层控制系统下发的功率指令值；
所述非投入/退出阀组的有功功率指令调整值为：
△Pref_L＝0。
进一步地，所述定功率站高低阀组为基于全桥子模块，或基于半桥子模块与全桥子模块混合的模块化多电平换流器。
本发明实施例的上述技术方案具有如下有益的技术效果：
通过调整定功率站的功率外环指令实际值可实现高低阀组电压稳定控制，解决了在阀组投入/退出过程中的直流电压调整阶段，定功率站高低阀组的直流电压、子模块电压超出稳定范围的问题，采用本方法能实现在维持非投入/退出阀组直流电压不变的基础上，让待投入/退出阀组的直流电压和有功功率稳定抬升，并将高低阀组的直流电压、子模块电压控制在稳定范围内。
附图说明
图1是现有技术中的常规高低阀组电压稳定控制器示意图；
图2是本发明实施例提供的双端特高压柔性直流系统拓扑结构示意图；
图3是本发明实施例提供的特高压直流系统高低阀组电压稳定控制方法流程图；
图4是本发明实施例提供的高阀组投入过程定直流电压站与定功率站的直流电压关系示意图；
图5是本发明实施例提供的定功率站待投入/退出阀组电压稳定控制策略示意图；
图6是本发明实施例提供的定功率站非投入/退出阀组电压稳定控制策略示意图；
图7是本发明实施例提供的特高压直流系统高低阀组电压稳定控制装置模块图。
附图标记：
1、判断模块，2、控制模块。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
图2是本发明实施例提供的双端特高压柔性直流系统拓扑结构示意图。
请参照图2，特高压直流系统包括一个定电压站和一个定功率站，系统为对称双极接线形式，单换流站的每一极由高低两个阀组串联组成，每个阀组直流侧配置一套直流场开关，该直流场开关用于投入或切除MMC阀组。高阀组或低阀组投入时直流场开关动作顺序为：初始阶段BPI闭合，Q1、Q2和BPS断开→闭合Q1、Q2→闭合BPS，断开BPI→MMC启动充电并解锁，解锁后MMC运行于零直流电压状态，然后通过控制使流过BPS的直流电流转移至MMC，电流转移完成后，换流阀切换为常规控制模式。此后进入直流电压调整阶段，需将各站待投入/退出阀组的直流电压稳定抬升，并保证高阀组和低阀组的直流电压、子模块电压在稳定范围内。由于在阀组投退过程中，定直流电压站的高阀组和低阀组直流电压受控，则两个阀组的直流电压、子模块电压在稳定范围内。而定功率站高阀组和低阀组如不采取稳压控制措施，极易出现直流电压分压不均，导致子模块电压不均衡，可能超出稳定范围，因此需要对定功率站高阀组和低阀组进行电压稳定控制。
图3是本发明实施例提供的特高压直流系统高低阀组电压稳定控制方法流程图。
请参照图3，本发明实施例的第一方面提供了一种特高压直流系统高低阀组电压稳定控制方法，特高压直流系统包括：一个定直流电压站和至少一个定功率站，包括如下步骤：
S100，在定功率站高阀组或低阀组投退过程中，判断定功率站是否接收到进入直流电压调整阶段的控制指令。
S200，当定功率站接收到进入直流电压调整阶段的控制指令时，调整定功率站中高阀组和低阀组功率控制外环的功率指令实际值，以控制定功率站高低阀组的直流电压和子模块电压在稳定范围内。
具体的，控制待投入/退出阀组直流电压平稳升高；控制非投入/退出阀组直流电压和子模块电压保持原来的稳定状态；让待投入/退出阀组和非投入/退出阀组的直流电压和子模块电压都受控并在稳定范围内。
图4是本发明实施例提供的高阀组投入过程定直流电压站与定功率站的直流电压关系示意图。
请参照图4，在特高压直流系统正极高阀组投入过程中的直流电压调整阶段，当定直流电压站正极高阀组MMC11直流电压指令Udc_ramp_ref斜坡上升时，低阀组MMC12直流电压保持不变，为了维持定功率站正极低阀组MMC22直流电压不变，则应控制高阀组MMC21的直流端口电压Udc_ramp_H跟随MMC11上升。可通过调整MMC21和MMC22功率控制外环的功率指令实际值，达到MMC21直流端口电压平稳升高且MMC22直流端口电压维持不变的目的。
其中，可调整功率指令实际值的高阀组和低阀组为定功率站的待投入/退出阀组和非投入/退出阀组。
进一步地，功率指令实际值为相应高低阀组的有功功率指令期望值和有功功率指令调整值之和。
图5是本发明实施例提供的定功率站待投入/退出阀组电压稳定控制策略示意图。
具体的，请参照图5，待投入/退出阀组的有功功率指令期望值为：
Pref_H＝Udc_ramp_H×Idc_H；
其中，Udc_ramp_H为定功率站待投入/退出阀组直流电压指令值，该电压指令与定直流电压站待投入/退出阀组直流电压指令值因通讯延时存在一定差异，Idc_H为定功率站的待投入/退出阀组直流电流指令值；
待投入/退出阀组的有功功率指令调整值为：
△Pref_H＝(Udc_ramp_H-Udc_H)×K；
其中，Udc_H为定功率站待投入/退出阀组直流电压实际值，K为PI调节器调节系数。
图6是本发明实施例提供的定功率站非投入/退出阀组电压稳定控制策略示意图。
具体的，请参照图6，非投入/退出阀组的有功功率指令期望值为：上层控制系统下发的功率指令值；
非投入/退出阀组的有功功率指令调整值为：
△Pref_L＝0。
如图5和图6所示，本发明实施例提出的定功率站阀组投退过程中电压稳定控制策略，除了能应用于本发明中提及的定功率站保持直流电流不变，其有功功率随定电压站直流电压同步调整的工况，还能应用于阀组投退过程中保持高阀组和低阀组整体有功功率不变的工况，只需对待投入/退出阀组的直流电流指令值Idc_H以及非投入/退出阀组的功率指令预期值Pref_L进行相应调整即可。
具体的，定功率站高低阀组为基于全桥子模块，或基于半桥子模块与全桥子模块混合的模块化多电平换流器。
本发明提出一种特高压直流系统高低阀组电压稳定控制方法，旨在解决阀组投入/退出过程中，在直流电压调整阶段，定功率站高阀组和低阀组的直流电压、子模块电压超出稳定范围的问题。通过调整定功率站的功率外环指令实际值可实现高阀组和低阀组电压稳定控制。其中，定功率站待投入/退出阀组的功率外环指令值由两部分组成，第一部分为功率指令预期值，该值随着定直流电压站的直流电压指令的升高/降低而升高/降低；第二部分为功率指令调整值，通过调整本阀组的有功功率来调整直流电压，使本阀组直流电压跟随定直流电压站待投入/退出阀组的直流电压指令值变化。对于定功率站非投入/退出阀组，在阀组投退过程中，其功率外环指令值由两部分组成，第一部分功率指令预期值是上层控制系统下发的功率指令值，第二部分功率指令调整值等于零。采用这种电压稳定控制方法，可在维持非投入/退出阀组直流电压不变的基础上，让待投入/退出阀组的直流电压和有功功率稳定抬升，并将定功率站高低阀组的直流电压、子模块电压控制在稳定范围内。
图7是本发明实施例提供的特高压直流系统高低阀组电压稳定控制装置模块图。
相应地，请参照图7，本发明实施例的第二方面提供了一种特高压直流系统高低阀组电压稳定控制装置，特高压直流系统包括：定直流电压站和至少一个定功率站，包括：判断模块1和控制模块2。其中，判断模块1用于在定功率站高阀组或低阀组投退过程中，判断定功率站是否接收到进入直流电压调整阶段的控制指令；控制模块2用于当定功率站接收到进入直流电压调整阶段的控制指令时，调整定功率站中高阀组和低阀组功率控制外环的功率指令实际值，以控制定功率站高低阀组直流电压和子模块电压在稳定范围内。
其中，可调整功率指令实际值的高阀组和低阀组为定功率站的待投入/退出阀组和非投入/退出阀组。
进一步地，功率指令实际值为相应高低阀组的有功功率指令期望值和有功功率指令调整值之和。
具体的，待投入/退出阀组的有功功率指令期望值为：
Pref_H＝Udc_ramp_H×Idc_H；
其中，Udc_ramp_H为定功率站待投入/退出阀组直流电压指令值，Idc_H为定功率站的待投入/退出阀组直流电流指令值；
待投入/退出阀组的有功功率指令调整值为：
△Pref_H＝(Udc_ramp_H-Udc_H)×K；
其中，Udc_H为定功率站待投入/退出阀组直流电压实际值，K为PI调节器调节系数。
具体的，非投入/退出阀组的有功功率指令期望值为：上层控制系统下发的功率指令值；
非投入/退出阀组的有功功率指令调整值为：
△Pref_L＝0。
具体的，定功率站高低阀组为基于全桥子模块，或基于半桥子模块与全桥子模块混合的模块化多电平换流器。
相应地，本发明实施例的第三方面提供了一种电子设备，包括：至少一个处理器；以及与所述至少一个处理器连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述一个处理器执行的指令，所述指令被所述一个处理器执行，以使所述至少一个处理器执行上述特高压直流系统高低阀组电压稳定控制方法。
此外，本发明实施例的第四方面还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，该指令被处理器执行时实现上述特高压直流系统高低阀组电压稳定控制方法。
本发明实施例旨在保护一种特高压直流系统高低阀组电压稳定控制方法及装置，特高压直流系统包括：一个定直流电压站和至少一个定功率站，其中方法包括如下步骤：在定功率站高阀组或低阀组投退过程中，判断定功率站是否接收到进入直流电压调整阶段的控制指令；当定功率站接收到进入直流电压调整阶段的控制指令时，调整定功率站中高阀组和低阀组功率控制外环的功率指令实际值，以控制定功率站高低阀组的直流电压和子模块电压在稳定范围内；其中，可调整功率指令实际值的高阀组和低阀组为定功率站的待投入/退出阀组和非投入/退出阀组。上述技术方案具备如下效果：
通过调整定功率站的功率外环指令实际值可实现高低阀组电压稳定控制，解决了在阀组投入/退出过程中的直流电压调整阶段，定功率站高低阀组的直流电压、子模块电压超出稳定范围的问题，采用本方法能实现在维持非投入/退出阀组直流电压不变的基础上，让待投入/退出阀组的直流电压和有功功率稳定抬升，并将高低阀组的直流电压、子模块电压控制在稳定范围内。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (4)

1.一种特高压直流系统高低阀组电压稳定控制方法，所述特高压直流系统包括：一个定直流电压站和至少一个定功率站，其特征在于，包括如下步骤：
在所述定功率站高阀组或低阀组投退过程中，判断所述定功率站是否接收到进入直流电压调整阶段的控制指令；
当所述定功率站接收到进入直流电压调整阶段的控制指令时，调整所述定功率站中高阀组和低阀组功率控制外环的功率指令实际值，以控制所述定功率站高低阀组的直流电压和子模块电压在稳定范围内；
其中，可调整所述功率指令实际值的所述高阀组和低阀组为所述定功率站的待投入/退出阀组和非投入/退出阀组；
所述功率指令实际值为相应所述高低阀组的有功功率指令期望值和有功功率指令调整值之和；
所述待投入/退出阀组的有功功率指令期望值为：
Pref_H＝Udc_ramp_H×Idc_H；
其中，Udc_ramp_H为所述定功率站待投入/退出阀组直流电压指令值，Idc_H为所述定功率站的待投入/退出阀组直流电流指令值；
所述待投入/退出阀组的有功功率指令调整值为：
△Pref_H＝(Udc_ramp_H-Udc_H)×K；
其中，Udc_H为所述定功率站的待投入/退出阀组直流电压实际值，K为PI调节器调节系数；
所述非投入/退出阀组的有功功率指令期望值为：上层控制系统下发的功率指令值；
所述非投入/退出阀组的有功功率指令调整值为：
△Pref_L＝0。
2.根据权利要求1所述的特高压直流系统高低阀组电压稳定控制方法，其特征在于，
所述定功率站高低阀组为基于全桥子模块或基于半桥子模块与全桥子模块混合的模块化多电平换流器。
3.一种特高压直流系统高低阀组电压稳定控制装置，所述特高压直流系统包括：一个定直流电压站和至少一个定功率站，其特征在于，包括：
判断模块，其用于在所述定功率站高阀组或低阀组投退过程中，判断所述定功率站是否接收到进入直流电压调整阶段的控制指令；
控制模块，其用于当所述定功率站接收到进入直流电压调整阶段的控制指令时，调整所述定功率站中高阀组和低阀组功率控制外环的功率指令实际值，以控制所述定功率站高低阀组直流电压和子模块电压在稳定范围内；
其中，可调整所述功率指令实际值的所述高阀组和低阀组为所述定功率站的待投入/退出阀组和非投入/退出阀组；
所述功率指令实际值为相应所述高低阀组的有功功率指令期望值和有功功率指令调整值之和；
所述待投入/退出阀组的有功功率指令期望值为：
Pref_H＝Udc_ramp_H×Idc_H；
其中，Udc_ramp_H为所述定功率站待投入/退出阀组直流电压指令值，Idc_H为所述定功率站的待投入/退出阀组直流电流指令值；
所述待投入/退出阀组的有功功率指令调整值为：
△Pref_H＝(Udc_ramp_H-Udc_H)×K；
其中，Udc_H为所述定功率站的待投入/退出阀组直流电压实际值，K为PI调节器调节系数；
所述非投入/退出阀组的有功功率指令期望值为：上层控制系统下发的功率指令值；
所述非投入/退出阀组的有功功率指令调整值为：
△Pref_L＝0。
4.根据权利要求3所述的特高压直流系统高低阀组电压稳定控制装置，其特征在于，
所述定功率站高低阀组为基于全桥子模块或基于半桥子模块与全桥子模块混合的模块化多电平换流器。
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