CN112531763B - 一种应用于直流配电网换流站的非线性下垂控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种应用于直流配电网换流站的非线性下垂控制方法,包括:构建包含主换流站和从换流站的多端环状直流配电网结构,其中,主换流站采用恒压控制方法,从换流站采用非线性下垂控制方法;构建修正的非线性函数;基于换流站有功容量和直流配电系统稳态运行时所允许的直流电压最大偏差,构建非线性下垂系数的最大值;构建非线性下垂系数。本发明的控制方法应用到采用主从控制的直流配电网的从换流站,使得从换流站具有提高系统直流电压的动态调节性能,在直流配电网遭受大扰动时无需通信就能快速调节有功功率,保证直流配电网直流电压的稳定,提高了系统的可靠性。
Description
技术领域
本发明属于直流配电网控制技术领域,涉及直流配电网中换流站的控制方法。
背景技术
近年来,直流配电网在技术和经济方面均表现出突出的优势。目前,对于直流配电网电压控制策略研究主要集中在变换器本身或微网控制技术的研究与分析,尚没有成熟的直流配电网控制策略,相关的柔性直流配电网电压协同控制方法主要参考柔性直流输电中的电压控制方法,其中适用于柔性直流配电网的电压控制方法主要有三种:主从控制方式(Master/SlaveControl),电压下垂控制方式(DroopControl)和电压裕度控制(MarginControl)。相对柔性直流输电系统,直流配电网的节点多、潮流更为复杂,而采用主从控制方式比其他方式更易于实现直流配电网的稳定运行,但现有的直流配电网的主从控制方法,仍存在主从控制在通信故障时无法实现运行模式的切换和直流电压稳定控制难的缺点。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足,提出一种直流配电网中换流站的非线性下垂控制方法。在直流配电网受到大扰动时,能够使的换流站即使在通信故障时亦可实现运行模式的自动无缝切换,以便保证直流电压的稳定。
本发明解决其现实问题是采取以下技术方案实现的:
一种应用于直流配电网换流站的非线性下垂控制方法,包括以下步骤:
S10、构建包含主换流站和从换流站的多端环状直流配电网结构,其中,主换流站采用恒压控制方法,从换流站采用非线性下垂控制方法;
S30、基于换流站有功容量和直流配电系统稳态运行时所允许的直流电压最大偏差,构建非线性下垂系数的最大值βimax;
S40、构建非线性下垂系数βi=βimax·sigmoid′(|ΔUdci|)。
进一步的,步骤S20具体包括:
S21、以|ΔUdci|为自变量χ,sigmoid函数为因变量,引入修正系数λ0和λ1,构建修正的sigmoid函数:
S22、基于自变量的取值范围,得到修正的sigmoid函数的特征曲线:
若Udci∈(UdcL,UdcH),则sigmoid′随着|ΔUdci|的增加而快速增大,
若ΔUdci≥ΔUdcmax,则sigmoid′(|ΔUdci|)≈1,
进一步的,步骤S30中根据最大限度利用从换流站功率裕度参与动态调压的原则,构建非线性下垂系数的最大值的具体形式为:
式中,Piref表示直流配电网中第i台换流站的有功功率参考值,ξi表示直流配电网中第i台换流站还可以输出的有功功率裕度,Pimax直流配电网中第i台换流站能输出的有功功率最大值,ΔUdcmax为直流配电网稳态运行时允许的最大直流电压偏差。
进一步的,将式(1)和(2)代入下垂系数倒数βi=βimax·sigmoid′(|ΔUdci|),得到非线性下垂系数的具体形式为:
基于式(3)构建有功功率和直流电压的非线性下垂控制方法原理图。
有益效果:
本发明与现有技术相比较,具有以下优点:
(1)采用本发明的非线性下垂控制方法的换流站能根据直流电压自动和无缝的切换换流站的控制模式,不需要通信。
(2)本发明的控制方法应用到采用主从控制的直流配电网的从换流站,使得从换流站具有提高系统直流电压的动态调节性能,在直流配电网遭受大扰动时无需通信就能快速调节有功功率,保证直流配电网直流电压的稳定,提高了系统的可靠性。
附图说明
图1为本发明非线性下垂控制方法流程图;
图2为本发明非线性下垂控制的原理图;
图3为本发明三端环状直流配电网框图;
图4为本发明实施例1非线性下垂控制图;
图5为本发明实施例1下垂控制特性曲线。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例,进一步阐明本发明,应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围,在阅读了本发明之后,本领域技术人员对本发明的各种等同形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
如图1所示,一种应用于直流配电网换流站的非线性下垂控制方法,包括以下步骤:
S10、构建包含主换流站和从换流站的多端环状直流配电网结构,其中,主换流站采用恒压控制方法,从换流站采用非线性下垂控制方法;基于主从控制实现从换流站不依赖通信能完成恒功率和非线性下垂两种控制模式间的自动无缝切换,其中系统稳态时从换流站工作在恒功率控制模式,系统遭受大扰动时从换流站切换为变系数下垂控制模式;
进一步的,步骤S20具体包括:
S21、以|ΔUdci|为自变量χ,sigmoid函数为因变量,引入修正系数λ0和λ1,构建修正的sigmoid函数:
S22、基于自变量的取值范围,得到修正的sigmoid函数的特征曲线:
若Udci∈(UdcL,UdcH),则sigmoid′随着|ΔUdci|的增加而快速增大,
若ΔUdci≥ΔUdcmax,则sigmoid′(|ΔUdci|)≈1,
基于直流配电网电压偏差要求,选取UdcL=Udc-max(|UdcLi|,|UdcHi|)和UdcH=Udc+max(|UdcLi|,|UdcHi|),其中,由于直流配电网线路损耗小,线路压降小,稳态时换流站直流侧电压和恒压换流站电压偏差较小,因此选取
从而计算得到sigmoid的修正系数λ0和λ1。
S30、基于换流站有功容量和直流配电系统稳态运行时所允许的直流电压最大偏差,构建非线性下垂系数的最大值βimax;
进一步的,步骤S30中根据最大限度利用从换流站功率裕度参与动态调压的原则,构建非线性下垂系数的最大值的具体形式为:
式中,Piref表示直流配电网中第i台换流站的有功功率参考值,ξi表示直流配电网中第i台换流站还可以输出的有功功率裕度,Pimax直流配电网中第i台换流站能输出的有功功率最大值,ΔUdcmax为直流配电网稳态运行时允许的最大直流电压偏差。从(2)可知,βimax和ξi成正比,因此功率裕度较大的换流站参与调压的能力强。
S40、构建非线性下垂系数βi=βimax·sigmoid′(|ΔUdci|)。
进一步的,将式(1)和(2)代入下垂系数倒数βi=βimax·sigmoid′(|ΔUdci|),得到非线性下垂系数的具体形式为:
基于式(3)构建有功功率和直流电压的非线性下垂控制方法原理图,如图2所示。
实施例1
一种应用于直流配电网换流站的非线性下垂控制方法,包括以下步骤:
S10、构建包含一个主换流站和两个从换流站的多端环状直流配电网结构,其中,主换流站采用恒压控制方法,从换流站采用非线性下垂控制方法;基于主从控制实现从换流站不依赖通信能完成恒功率和非线性下垂两种控制模式间的自动无缝切换,其中系统稳态时从换流站工作在恒功率控制模式,系统遭受大扰动时从换流站切换为变系数下垂控制模式。如图3所示,中压直流配电系统包含三个MMC换流站,构成了多端环状直流配电网结构,其中将VSC1设置为主站工作在恒压控制模式,MMC2、MMC3设置为从换流站,采用本发明设计的非线性下垂控制方法。
表1列出了图3中直流配电系统各段线路的等效阻抗,系统中换流站MMC1,MMC2和MMC3主要仿真参数如表2所示,其中,i=2,3。
表1中压直流配电系统线路参数
线路 | 首端节点号 | 末端节点号 | 线路长度 | Resistance |
L1 | 1 | 4 | 3.5km | 0.21035Ω |
L2 | 2 | 4 | 5km | 0.3005Ω |
L3 | 1 | 5 | 2km | 0.1202Ω |
L4 | 3 | 5 | 5km | 0.3005Ω |
L5 | 3 | 6 | 5km | 0.3005Ω |
L6 | 2 | 6 | 2km | 0.1202Ω |
表2换流站电路参数
进一步的,步骤S20具体包括:
S21、以|ΔUdci|为自变量χ,sigmoid函数为因变量,引入修正系数λ0和λ1,构建修正的sigmoid函数:
S22、基于自变量的取值范围,得到修正的sigmoid函数的特征曲线:
若Udci∈(UdcL,UdcH),则sigmoid′随着|ΔUdci|的增加而快速增大,
若ΔUdci≥ΔUdcmax,则sigmoid′(|ΔUdci|)≈1,
基于直流配电网电压偏差要求,选取UdcL=Udc-max(|UdcLi|,|UdcHi|)和UdcH=Udc+max(|UdcLi|,|UdcHi|),其中,由于直流配电网线路损耗小,线路压降小,稳态时换流站直流侧电压和恒压换流站电压偏差较小,因此选取
从而计算得到sigmoid的修正系数λ0=440和λ1=13.175,进一步的,得到修正的sigmoid函数为:
S30、基于换流站有功容量和直流配电系统稳态运行时所允许的直流电压最大偏差,构建非线性下垂系数的最大值βimax;
进一步的,步骤S30中以最大限度利用从换流站功率裕度来参与动态调压为原则,根据换流站有功容量和直流配电系统稳态运行时所允许的直流电压最大偏差,设计非线性下垂系数的最大值,构建非线性下垂系数的最大值的具体形式为:
式中,Piref表示直流配电网中第i台换流站的有功功率参考值,ξi表示直流配电网中第i台换流站还可以输出的有功功率裕度,Pimax直流配电网中第i台换流站能输出的有功功率最大值,ΔUdcmax为直流配电网稳态运行时允许的最大直流电压偏差。从(2)可知,βimax和ξi成正比,因此功率裕度较大的换流站参与调压的能力强。
S40、构建非线性下垂系数βi=βimax·sigmoid′(|ΔUdci|)。
进一步的,将式(1)和(2)代入下垂系数倒数βi=βimax·sigmoid′(|ΔUdci|),得到非线性下垂系数的具体形式为:
选取直流电压参考基准值20KV,功率参考基准值为10MVA,则Pimax=P1max=P2max=1。根据直流配电网稳态运行时电压偏差要求,取ΔUdcmax=0.05,将P1max和P2max代入(3)得到:
从而得到:
βi=25(1-Piref)·sigmoid′(|ΔUdci|)。
基于换流站MMC2和MMC3设计得到的非线性下垂控制方法如图4所示。根据图4得到基于功率裕度和直流电压偏差的非线性下垂控制特性曲线如图5所示。由图5可以看出,如果系统电压偏差在(UdcL,UdcH)=(0.98pu,1.02pu)电压区间,采用提出的非线性下垂控制的换流站下垂系数为0,换流站控制模式为恒功率控制,确保系统有功功率的精确分配。如果系统发生运行方式切换或遭受N-1等大扰动导致直流电压偏差超出(UdcL,UdcH(=(0.98pu,1.02pu)电压区间,不需要通信,从换流站下垂系数就能根据直流电压自适应平滑变化,从而使得从换流站自动无缝的切换为下垂控制模式,提高了系统直流电压的动态调节性能,保证直流配电网直流电压的稳定。另外,从图中可以看出由于下垂系数引入了功率裕度系数和直流电压偏差,在系统调节功率能满足负荷需求时,提出的下垂控制方法可确保换流站不会发生功率越限和直流电压偏差越限。
Claims (3)
1.一种应用于直流配电网换流站的非线性下垂控制方法,其特征在于,包括以下步骤:
S10、构建包含主换流站和从换流站的多端环状直流配电网结构,其中,主换流站采用恒压控制方法,从换流站采用非线性下垂控制方法;
S30、基于换流站有功容量和直流配电系统稳态运行时所允许的直流电压最大偏差,构建非线性下垂系数的最大值βimax;
S40、构建非线性下垂系数βi=βimax·sigmoid'(|ΔUdci|);
步骤S20具体包括:
S21、以|ΔUdci|为自变量χ,sigmoid函数为因变量,引入修正系数λ0和λ1,构建修正的sigmoid函数:
S22、基于自变量的取值范围,得到修正的sigmoid函数的特征曲线:
若Udci∈(UdcL,UdcH),则sigmoid'随着|ΔUdci|的增加而快速增大,
若ΔUdci≥ΔUdcmax,则sigmoid'(|ΔUdci|)≈1,
其中,UdcHi和UdcLi分别为直流配电系统稳态运行时换流站直流侧可能达到的最大电压值和最小电压值;
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