CN112467780A - 一种三端混合直流输电系统电压及功率上升速率协调方法 - Google Patents

一种三端混合直流输电系统电压及功率上升速率协调方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种三端混合直流输电系统电压及功率上升速率协调方法，适用于三端混合直流输电系统阀组在线投入过程，通过将受端MMC换流站分为主协调站和从协调站，对其分别添加相应的控制来实时修正其电压或功率上升速率，最终实现各换流站速率的自律协调，从而解决在阀组投入过程中由于两MMC换流站电压及功率上升速率的不平衡产生的异常潮流现象，起到功率协调与保护阀组的作用。

Description

一种三端混合直流输电系统电压及功率上升速率协调方法
技术领域
本发明涉及输配电技术领域，尤其涉及一种三端混合直流输电系统电压及功率上升速率协调方法。
背景技术
送端采用常规直流LCC(电网换相换流器)，受端采用柔性直流MMC(模块化多电平换流器)的多端混合直流输电系统，因结合了LCC耐压耐流水平较高、输电容量较大、运行损耗较低以及MMC无换相失败风险，谐波水平较高能够大大节约滤波装置占地面积以及有功无功独立控制的特点，在国内外具有良好的发展前景。目前，基于LCC-MMC形式的混合直流输电系统正朝着高电压等级的方向发展，为满足高电压的需求，通常需要在每一极将两个阀组直流侧串联以提升直流电压，其中近直流极线阀组称为高阀，近接地极线阀组称为低阀。
并联型三端混合直流输电系统作为多端混合直流输电系统中的一种常见拓扑，为满足其运行方式灵活转换的特点，需要具备阀组的在线投退功能。阀组的在线投入过程可分为启动充电、电流转移以及电压及功率抬升三个阶段。其中，在电压及功率上升阶段，送端常直站保持定电流控制，由定直流电压MMC站抬升系统的直流电压，定有功功率MMC站抬升本站的有功功率。而由于测量环节或控制系统响应误差等因素，将导致两MMC站间电压及功率上升速率不易协调，容易造成该过程两受端换流站间出现程度不同的异常潮流现象，该现象不仅会造成两个MMC站间的有功波动，严重时将危及站内设备安全。
因此，为适应现实工程中需求，如何在阀组在线投入过程中，对受端换流站的直流电压及有功功率上升速率进行协调以保证阀组的平稳投入，是亟需解决的重要问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于三端混合直流输电系统阀组在线投入过程中直流电压及有功功率上升速率的协调方法，可以对各受端MMC换流站的直流电压或有功功率上升速率进行协调以保证阀组的平稳投入。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种三端混合直流输电系统电压及功率上升速率协调方法，适用于三端混合直流输电系统阀组在线投入过程，包括：
步骤1：在各站待投阀组进入电压及功率上升阶段时，选取额定容量最大且与送端LCC站间通信正常的MMC换流站为主协调站，采用附加电流偏差的定直流电压控制策略控制系统的直流电压；
步骤2：将另一MMC换流站作为从协调站，从协调站实时检测本站的直流电压，并将不同的电压指令值分配至高低阀组；
步骤3：对于从协调站，在完成直流电压指令分配后，高低阀均采用附加电压偏差量的定有功功率控制策略控制本站的有功功率；
步骤4：由主协调站下发电压及功率上升指令，随后主协调站和从协调站分别按预设的速率抬升系统的直流电压或站内有功功率；
步骤5：在直流电压及有功功率上升期间，分别对主协调站与从协调站的升压速率和有功功率上升速率进行实时修正，实现速率的自律协调，最终完成阀组的在线投入。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，通过将受端MMC换流站分为主协调站和从协调站，对其分别添加相应的控制来实时修正其直流电压或有功功率上升速率，最终实现各换流站速率的自律协调，从而解决在阀组投入过程中由于各站直流电压及有功功率上升速率的不平衡产生的异常潮流现象，起到功率协调与保护阀组的作用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述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，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
图1为本发明实施例提供的一种直流电压及有功功率上升速率协调方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的特高压三端混合直流输电系统的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的附加电流偏差的定直流电压控制原理图；
图4为本发明实施例提供的从协调站功率上升速率自律协调控制的原理图。
具体实施方式
下面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，都属于本发明的保护范围。
本发明应用于高电压等级传输容量较大的特高压直流输电系统，尤其是特高压多端混合直流工程，阀组在线投入过程中的电压及功率上升阶段场景。下面将结合附图对本发明实施例作进一步的详细说明，如图1所示，为本发明实施例提供的一种直流电压及有功功率上升速率协调方法的流程图，该方法适用于三端混合直流输电系统高阀在线投入过程，包括：
步骤1：在各站待投阀组进入电压及功率上升阶段时，选取额定容量最大且与送端LCC站间通信正常的MMC换流站为主协调站，采用附加电流偏差的定直流电压控制策略控制系统的直流电压。
本发明实施例中，选取额定容量最大且与送端LCC站通讯正常的MMC换流站作为主协调站，记为MMCmain。设置主协调站的额定直流电流为IdcN；按下式计算主协调站的不平衡电流(电流偏差)：
ΔIdc＝Im-IdcN
其中，Im为直流电流测量值；
将该不平衡电流经PI环节转换为电压偏差ΔU，与预设升压速率相加，作为主协调站高阀有功外环参考值Udcref：
Udcref＝ΔU+g1(t)
其中，g1(t)为预设的升压速率，假设t0和t1分别为升压起始和结束时刻，则有：
Figure BDA0002807019040000031
其中，UdcN为单阀组的额定电压。
本领域技术人员可以理解，将得到的有功外环参考值输入阀层控制，经控制系统响应能够控制系统的直流电压。
步骤2：将另一MMC换流站作为从协调站，从协调站实时检测站内的直流电压，并将不同的电压指令值分配至高低阀组。
本发明实施例中，对于从协调站，实时检测直流电压值UdcP，并记录升压时刻初始值UdcP0，将UdcP0作为低阀电压指令值，将UdcP-UdcP0作为高阀电压指令值，表示为：
Figure BDA0002807019040000041
其中，UdcH为高阀电压指令值，UdcL为低阀电压指令值。
本领域技术人员可以理解，特高压MMC换流站中串联有两个阀组，将近直流极线阀组称为高阀，近接地极线阀组称为低阀，以此对两个阀组进行区分。
步骤3：对于从协调站，在完成直流电压指令分配后，高低阀均采用附加电压偏差量的定有功功率控制策略控制本站的有功功率。
本发明实施例中，
通过下式计算从协调站各阀组的不平衡电压：
Figure BDA0002807019040000042
其中，ΔUdcH为高阀电压偏差，ΔUdcL为低阀电压偏差，UdcmH和UdcmL分别为高阀和低阀的直流电压测量值。
之后，将高阀电压偏差与低阀电压偏差乘以直流电流得到高低阀功率不平衡量ΔPH与ΔPL，再与预设的有功功率上升速率相加，作为从协调站有功外环参考值，具体如下式：
Figure BDA0002807019040000043
其中，PrefH、PrefL分别为高低阀组最终的有功外环参考值，Pref0为低阀的初始有功功率参考值，g2(t)为预设的有功功率上升速率，表达式如下：
Figure BDA0002807019040000044
步骤4：由主协调站向从协调站下发功率上升指令，自身同时以预设速率抬升直流电压，随后主协调站和从协调站分别按预设的速率抬升系统的直流电压和站内有功功率。
步骤5：在电压及功率上升期间，本发明所提出的协调策略能够分别对主协调站的升压速率g1(t)和从协调站的有功功率上升速率g2(t)进行实时修正，实现速率的自律协调，最终完成阀组的在线投入。
为了便于理解，下面结合实际案例对上述方法的流程进行说明，如图2所示为本发明所举实例中特高压三端混合直流输电系统的结构示意图，该系统送端为LCC换流站(LCC1)，受端为两个MMC换流站(MMC2、MMC3)，其中MMC3站额定容量较大，稳态下采用定直流电压控制，MMC2站采用定有功功率控制。系统采用真双极接线形式，每极均有两个阀组串联而成，近架空线阀组称为高阀，近接地极线阀组称为低阀。下面将以正极高阀在线投入为具体场景，说明本发明实施例所述方法来做，具体如下：
1、主控站发出正极高阀在线投入指令，各站执行相应操作完成高阀的零压投入。选取MMC3站为主协调站，与LCC站进行交互，确定本站的额定电流IdcN,并将高阀切换至如图3所示的附加电流偏差的定直流电压控制。
2、如图4所示，选取MMC2站为从协调站，实时检测直流电压值UdcP，并记录升压时刻初始值UdcP0，将UdcP0作为低阀电压指令值，将UdcP-UdcP0作为高阀电压指令值。
3、对于从协调站MMC2，将高低阀组切换至附加电压偏差量的定有功功率控制。
4、受端MMC站完成上述控制切换后，由主协调站MMC3站发出电压及功率上升指令，主从协调站分别按照预设速率g1(t)、g2(t)抬升电压和有功功率。
5、在电压及功率上升过程中，主从MMC换流站分别对自身直流电压和有功功率上升速率进行实时调节，从而完成阀组投入过程中的自律协调，实现阀组的平稳投入。
本发明实施例提供的上述方案，适用于具备高低阀结构的特高压混合多端直流输电系统，针对其阀组在线投入过程，将受端换流站分为主协调站和从协调站，并分别采取不同的附加策略，完成各受端站电压及功率上升速率的自律协调，从而有效解决该过程可能出现的潮流异常现象，实现阀组的平稳投入。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例可以通过软件实现，也可以借助软件加必要的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，上述实施例的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质(可以是CD-ROM，U盘，移动硬盘等)中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种三端混合直流输电系统电压及功率上升速率协调方法，适用于三端混合直流输电系统阀组在线投入过程，其特征在于，包括：
步骤1：在各站待投阀组进入电压及功率上升阶段时，选取额定容量最大且与送端LCC站间通信正常的MMC换流站为主协调站，采用附加电流偏差的定直流电压控制策略控制系统的直流电压；
步骤2：将另一MMC换流站作为从协调站，从协调站实时检测本站的直流电压，并将不同的电压指令值分配至高低阀组；
步骤3：对于从协调站，在完成直流电压指令分配后，高低阀均采用附加电压偏差量的定有功功率控制策略控制本站的有功功率；
步骤4：由主协调站下发电压及功率上升指令，随后主协调站和从协调站分别按预设的速率抬升系统的直流电压或站内有功功率；
步骤5：在直流电压及有功功率上升期间，分别对主协调站与从协调站的升压速率和有功功率上升速率进行实时修正，实现速率的自律协调，最终完成阀组的在线投入。
2.根据权利要求1所述的一种三端混合直流输电系统电压及功率上升速率协调方法，其特征在于，所述采用附加电流偏差的定直流电压控制策略控制系统的直流电压包括：
设置主协调站的额定直流电流为IdcN；
按下式计算主协调站的不平衡电流：
ΔIdc＝Im-IdcN
其中，Im为直流电流测量值；
将该不平衡电流经PI环节转换为电压偏差ΔU，与预设升压速率相加，作为主协调站高阀有功外环参考值Udcref，将得到的有功外环参考值输入阀层控制，经控制系统响应能够控制系统的直流电压。
3.根据权利要求1所述的一种三端混合直流输电系统电压及功率上升速率协调方法，其特征在于，所述将不同的电压指令值分配至高低阀组包括：
对于从协调站，实时检测直流电压值UdcP，并记录升压时刻初始值UdcP0，将UdcP0作为低阀电压指令值，将UdcP-UdcP0作为高阀电压指令值；其中，高阀为近直流极线阀组，低阀为近接地极线阀组。
4.根据权利要求1或3所述的一种三端混合直流输电系统电压及功率上升速率协调方法，其特征在于，
对于从协调站，将低阀电压指令值记为UdcL，将高阀电压指令值记为UdcH；
通过下式计算从协调站各阀组的不平衡电压：
Figure FDA0002807019030000021
其中，ΔUdcH为高阀电压偏差，ΔUdcL为低阀电压偏差，UdcmH、UdcmL分别为高低阀组的直流电压测量值；
之后，将高阀电压偏差与低阀电压偏差乘以直流电流得到高低阀功率不平衡量ΔPH与ΔPL，再各自与预设的有功功率上升速率相加，作为从协调站有功外环参考值，具体如下式：
Figure FDA0002807019030000022
其中，PrefH、PrefL分别为高低阀组最终的有功外环参考值，Pref0为低阀初始有功参考值，g2(t)为预设的有功功率上升速率。
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