CN112994068B - 一种多端柔性直流系统下垂控制设定点在线整定方法 - Google Patents

一种多端柔性直流系统下垂控制设定点在线整定方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112994068B
CN112994068B CN202110209806.1A CN202110209806A CN112994068B CN 112994068 B CN112994068 B CN 112994068B CN 202110209806 A CN202110209806 A CN 202110209806A CN 112994068 B CN112994068 B CN 112994068B
Authority
CN
China
Prior art keywords
direct current
converter station
power
current voltage
converter
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202110209806.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112994068A (zh
Inventor
王一振
邱逢良
王中冠
何晋伟
雷鸣
曾瑞
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tianjin University
Original Assignee
Tianjin University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tianjin University filed Critical Tianjin University
Priority to CN202110209806.1A priority Critical patent/CN112994068B/zh
Publication of CN112994068A publication Critical patent/CN112994068A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112994068B publication Critical patent/CN112994068B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/36—Arrangements for transfer of electric power between ac networks via a high-tension dc link
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/04—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks for connecting networks of the same frequency but supplied from different sources
    • H02J3/06—Controlling transfer of power between connected networks; Controlling sharing of load between connected networks
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
    • H02J3/46—Controlling of the sharing of output between the generators, converters, or transformers
    • H02J3/48—Controlling the sharing of the in-phase component
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2203/00—Indexing scheme relating to details of circuit arrangements for AC mains or AC distribution networks
    • H02J2203/10—Power transmission or distribution systems management focussing at grid-level, e.g. load flow analysis, node profile computation, meshed network optimisation, active network management or spinning reserve management
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2203/00—Indexing scheme relating to details of circuit arrangements for AC mains or AC distribution networks
    • H02J2203/20—Simulating, e g planning, reliability check, modelling or computer assisted design [CAD]
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2300/00—Systems for supplying or distributing electric power characterised by decentralized, dispersed, or local generation
    • H02J2300/20—The dispersed energy generation being of renewable origin
    • H02J2300/28—The renewable source being wind energy
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/60—Arrangements for transfer of electric power between AC networks or generators via a high voltage DC link [HVCD]

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)

Abstract

本发明涉及一种多端柔性直流系统下垂控制设定点在线整定方法，其特征在于，该在线整定方法由直流电压达阈值触发或系统故障触发，利用换流站实时功率与直流母线电压测量数据，以及换流站额定容量、下垂增益和初始有功功率指令值数据，按照不平衡功率分配原则与零和直流电压偏差原则导出期望潮流分布，从期望潮流分布中计算获取新的下垂控制设定点。

Description

一种多端柔性直流系统下垂控制设定点在线整定方法
技术领域
本发明属于柔性直流输电系统领域，特别涉及一种多端柔性直流系统中下垂控制换流站设定点的在线整定方法。
背景技术
得益于电力电子技术的快速发展，多端柔性直流输电(Voltage sourceconverter based multi-terminal high voltage direct current,VSC-MTDC)技术也取得了突破性进展。多端柔性直流输电系统适用于海底电缆和长距离输电，也有助于电力市场的建立。将新能源连接至多端柔性直流输电系统，还可以提高电能转换效率，改善电能质量等。相较于电网换相换流器(Line-commutated converter,LCC)，柔性直流换流器因1)不存在换相失败问题，2)可实现有功功率和无功功率的解耦控制，3)可在不改变极性的条件下实现功率双向传输等优势，而更适用于建设多端柔性直流输电系统，同时也对交流系统更加友好。因此，柔性直流输电系统为大规模可再生能源消纳并网提供了一个行之有效的解决方案。
多端柔性直流输电系统在带来更加灵活、经济的运行方式的同时，也导致系统控制策略更加复杂。主从控制(Master-slave,M-S)因其简单的特性而被广泛用于多端柔性直流输电系统。但是，主从控制的可靠性相对较低，这是因为在主控制站受到严重扰动或丢失通讯等情况下，容易失去对直流电压的控制能力。与之相反，电压下垂控制(Voltage droopcontrol method,VDM)因其高可靠性而备受关注，已成为新的研究热点。
由于海上风能等可再生能源的间歇性，与可再生能源电站相连接的换流站的输出功率通常处于频繁波动的状态。特别是在一个采用传统下垂控制的多端柔性直流输电系统中，当某个换流器因意外事件退出运行，或可再生能源输出功率发生急剧变化时，系统中的直流电压会与额定值产生较大偏差，甚至会超过安全限值。除此之外，采用传统下垂控制时的扰动后功率分配同样不理想，难以实现预期的功率分配目标。因此，不少学者提出了改变下垂控制下垂增益的方法来改善这一情况。然而，下垂增益的选择是一种在直流电压稳态偏差与最优扰动后功率分配之间的一种权衡，考虑到改变下垂增益无法消除稳态误差，甚至存在恶化系统稳定性的可能，有必要改变下垂控制设定点以改善传统下垂控制的不足。
发明内容
本发明的目的是提供一种下垂控制设定点在线整定方法，以维持直流电压始终保持一个较小的电压偏差值，实现功率的精准控制，能优化扰动后功率分配，避免换流站功率过载等情况。从而改善在采用传统下垂控制的多端柔性直流输电系统中，系统在扰动后容易出现直流电压偏差过大、甚至超过安全限值，以及功率分配不合理的缺陷。其技术特点如下：
一种多端柔性直流系统下垂控制设定点在线整定方法，其特征在于，该在线整定方法由直流电压达阈值触发或系统故障触发，利用换流站实时功率与直流母线电压测量数据，以及换流站额定容量、下垂增益和初始有功功率指令值数据，按照不平衡功率分配原则与零和直流电压偏差原则导出期望潮流分布，从期望潮流分布中计算获取新的下垂控制设定点；包括以下步骤：
(1)选取在线整定方法触发条件，触发条件分为直流电压达阈值触发与系统故障触发，且两种触发机制同时运行：设定低阈值与高阈值，在直流电压达阈值触发中，当系统任一直流电压达到低阈值后在线整定方法立即触发一次，直到直流电压达到高阈值或触发时间间隔结束后才能再次触发，阈值的设置与多端柔性直流系统的运行要求、通讯时间以及计算处理时间相关，触发时间间隔的设置与外环控制器时间常数相关；故障触发分为线路故障或换流站意外退出运行，当检测到系统有关线路故障或换流站意外退出运行的信号，在线整定方法立即触发并产生触发时间间隔；当系统出现线路故障而断开某条线路后，还需对系统导纳矩阵进行修正；
(2)计算不平衡功率，规定功率和电流的正方向为交流系统流入直流系统，换流站有功功率在交流侧进行测量，定义不平衡功率如下：
Figure BDA0002951027320000021
其中，ΔP为不平衡功率，D表示具有下垂控制特性的换流站集合，Pi0表示D中第i个换流站的初始有功功率指令值，其值由上级调度指令给定，E表示不具有下垂控制特性的换流站集合，Pj表示E中第j个换流站的有功功率，F表示因故障退出运行的换流站集合；
(3)预分配不平衡功率，当在线整定方法被触发后，利用当前功率测量数据计算不平衡功率，并基于换流站剩余容量对不平衡功率进行预分配：
Figure BDA0002951027320000022
Figure BDA0002951027320000023
其中，Pi表示第i个换流站有功功率期望值，Pirem与Pjrem分别表示第i个和第j个换流器的有功剩余容量，Pimax表示第i个换流站的有功最大容量；
(4)计算直流母线电压偏差，根据快速线性潮流算法原理，为实现预期的不平衡功率在下垂控制换流站之间的分配，需要计算获取多端柔性直流系统的各换流站直流母线处的直流电压偏差，即实际测量直流电压与额定直流电压之差，在具有n个换流站的多端柔性直流系统中，系统导纳矩阵的秩为n-1，选定一个电压偏差为已知量的换流站m，利用下式求解各个换流站的直流电压偏差：
Figure BDA0002951027320000024
该式简写为：
Pn-1＝Yn-1ΔVn-1+δmYm
其中，Yi,j表示系统导纳矩阵中的元素，ΔVidc表示第i个换流站处的直流电压偏差，δm表示换流站m的直流电压偏差，所有换流站电压均为δm的线性表达式；
(5)确定系统电压偏差水平，使所有换流站直流电压偏差之和为0，实现直流电压在其额定值附近的均匀分布，即利用零和直流电压偏差原则确定系统的电压偏差水平：
Figure BDA0002951027320000031
(6)获取下垂控制设定点，结合各个换流站的下垂增益，利用下式计算新的有功功率指令值，并修改下垂控制换流站的设定点：
Figure BDA0002951027320000032
该式简写为：
Pref＝AΔVn
其中，Piref表示第i个换流站的有功功率指令值，βi表示第i个换流站的下垂增益。
优选地，直流电压达到阈值触发中的低、高阈值分别选取为电压偏差限值的60％、90％，触发时间间隔选取为100ms。
本发明的实质性特点是：快速线性潮流算法提供了一个在数毫秒内就可获取整个多端柔性直流系统功率与电压偏差的方法，基于此，本发明提出了一种基于线性潮流算法的下垂控制设定点在线整定方法。该方法是通过预分配不平衡功率，确定直流电压偏差水平，反向求出各下垂控制换流站的新设定点的方法。在本发明中，在线整定方法首先由直流电压或系统故障触发，同时对系统导纳矩阵进行修正，然后依据实时测量功率进行不平衡功率的计算，并根据换流站的剩余容量对不平衡功率进行预分配，接着利用零和直流电压偏差法确定系统电压水平，获取期望潮流，最后计算求出并分配新设定点。该方法能将直流电压维持在规定范围内，并实现对功率合理、准确的分配。本发明的方法流程图如图2所示。
本发明的有益效果是：本发明原理简单，效果显著，反应迅速，适用于在线实时控制。本发明消除了传统下垂控制在扰动后存在的稳态误差，并改善了多端柔性直流系统的多项性能指标：1)在线路故障、换流器意外退出运行、光伏风机等可再生能源输出功率急剧变化等扰动下，本发明能限制直流电压处于规定的安全范围内，使各直流母线电压偏差始终处于一个较小范围；2)本发明能实现稳态下功率的精准快速控制，改善不平衡功率在下垂控制换流站之间的分配，同时避免换流站过载等情况出现。
附图说明
图1为直流电压达阈值触发工作原理示意图
图2为一种基于线性潮流算法的下垂控制设定点在线整定方法流程图
图3为多端柔性直流输电系统仿真拓扑图
图4为扰动1)仿真结果，BUSi表示第i个直流母线电压，VSCi表示第i个换流站有功功率，(a)为传统下垂控制直流电压仿真结果，(b)为传统下垂控制有功功率仿真结果，(c)为本发明所提方法直流电压仿真结果，(d)为本发明所提方法有功功率仿真结果，(e)为图(c)虚线框局部放大图，(f)为图(d)虚线框局部放大图。
图5为扰动2)仿真结果，BUSi表示第i个直流母线电压，VSCi表示第i个换流站有功功率，(a)为传统下垂控制直流电压仿真结果，(b)为传统下垂控制有功功率仿真结果，(c)为本发明所提方法直流电压仿真结果，(d)为本发明所提方法有功功率仿真结果。
具体实施方案
本发明提供一种基于线性潮流算法的下垂控制设定点在线整定方法，该方法由直流电压达阈值触发或系统故障触发，利用换流站实时功率与直流母线电压测量数据，以及换流站额定容量、下垂增益、初始有功功率指令值数据，按照不平衡功率分配原则与零和直流电压偏差原则导出期望潮流分布，基于适用于多端柔性直流系统的快速线性潮流算法，从期望潮流分布中计算获取新的下垂控制设定点。包括以下步骤：
(1)选取在线整定方法触发条件。触发条件分为直流电压达阈值触发与系统故障触发，且两种触发机制同时运行。在直流电压达阈值触发中，阈值可划分为低阈值与高阈值，当系统任一直流电压达到低阈值后在线整定方法立即触发一次，直到直流电压达到高阈值或触发时间间隔结束后才能再次触发，其原理图如图1所示。阈值的设置与多端柔性直流系统的运行要求、通讯时间以及计算处理时间相关，触发时间间隔的设置与外环控制器时间常数相关。故障触发一般可划分为线路故障或换流站意外退出运行，当系统检测到有关信号时，在线整定方法立即触发并产生触发时间间隔。当系统出现线路故障而断开某条线路后，还需对系统导纳矩阵进行修正。
(2)计算不平衡功率。规定功率和电流的正方向为交流系统流入直流系统，换流站有功功率在交流侧进行测量。定义不平衡功率如下：
Figure BDA0002951027320000041
其中，ΔP为不平衡功率，D表示具有下垂控制特性的换流站集合，Pi0表示D中第i个换流站的初始有功功率指令值，其值由上级调度指令给定，E表示不具有下垂控制特性的换流站集合，Pj表示E中第j个换流站的有功功率，F表示因故障退出运行的换流站集合。
(3)预分配不平衡功率。当在线整定方法被触发后，利用当前功率测量数据计算不平衡功率，并基于换流站剩余容量对不平衡功率进行预分配：
Figure BDA0002951027320000042
Figure BDA0002951027320000043
其中，Pi表示第i个换流站有功功率期望值，Pirem与Pjrem表示第i个和第j个换流器的有功剩余容量，Pimax表示第i个换流站的有功最大容量。
(4)计算直流母线电压偏差。根据快速线性潮流算法原理，为实现预期的不平衡功率在下垂控制换流站之间的分配，需要计算获取多端柔性直流系统的各节点即换流站(直流母线)处的直流电压偏差，即实际测量直流电压与额定直流电压之差。在具有n个节点的多端柔性直流系统中，由于系统导纳矩阵的秩为n-1，需假定一个电压偏差为已知量的节点m，利用下式求解各个节点的直流电压偏差：
Figure BDA0002951027320000051
该式或简写为：
Pn-1＝Yn-1ΔVn-1+δmYm
其中，Yi,j表示系统导纳矩阵中的元素，ΔVidc表示第i个节点处的直流电压偏差，δm表示节点m的直流电压偏差。这样，所有节点电压均为δm的线性表达式。
(5)确定系统电压偏差水平。使所有节点直流电压偏差之和为0，实现直流电压在其额定值附近的均匀分布，即利用零和直流电压偏差原则确定系统的电压偏差水平：
Figure BDA0002951027320000052
(6)获取下垂控制设定点。结合各个换流站的下垂增益，利用下式计算新的有功功率指令值，并修改下垂控制换流站的设定点。
Figure BDA0002951027320000053
该式或简写为：
Pref＝AΔVn
其中，Piref表示第i个换流站的有功功率指令值，βi表示第i个换流站的下垂增益。
该方法属于在线控制方法。直流电压达到阈值触发中的低、高阈值通常分别选取为电压偏差限值的60％、90％，触发时间间隔通常选取为100ms。
本发明的技术特点是：快速线性潮流算法提供了一个在数毫秒内就可获取整个多端柔性直流系统功率与电压偏差的方法，基于此，本发明提出了一种基于线性潮流算法的下垂控制设定点在线整定方法。该方法是通过预分配不平衡功率，确定直流电压偏差水平，反向求出各下垂控制换流站的新设定点的方法。在本发明中，在线整定方法首先由直流电压或系统故障触发，同时对系统导纳矩阵进行修正，然后依据实时测量功率进行不平衡功率的计算，并根据换流站的剩余容量对不平衡功率进行预分配，接着利用零和直流电压偏差法确定系统电压水平，获取期望潮流，最后计算求出并分配新设定点。该方法能将直流电压维持在规定范围内，并实现对功率合理、准确的分配。本发明的方法流程图如图2所示。
以下将结合附图以及具体实施，对本发明提出的一种基于线性潮流算法的下垂控制设定点在线整定方法进行详细说明。
在PSCAD/EMTDC中搭建一个±200kV的十节点、九换流站的多端柔性直流输电系统模型，如图3所示。由于该方法可适用于多端柔性直流输电系统与直流电网，因此可在本例中采用。其中VSC1至VSC5分别连接到不同的负荷中心，VSC6至VSC9分别连接到不同的风电场。在这些换流站中，VSC6至VSC10控制换流站公共连接点处的电压幅值和系统频率。其它换流站均采用电压下垂控制与定无功功率控制，下垂增益标幺值均设置为10，且所有换流站的无功功率指令值也设置为0。
考虑在线整定方法的计算时间与通讯延迟为20ms，系统直流电压偏差限值为5％。
规定功率和电流的正方向为交流系统流入直流系统。
设置换流站VSC1至VSC9的额定容量分别为400MVA、600MVA、600MVA、400MVA、600MVA、400MVA、600MVA、400MVA、400MVA。VSC1至VSC5的初始有功功率指令值分别为300MW、-500MW、-200MW、-200MW、-400MW。VSC6至VSC9的初始有功功率输出值为150MW、550MW、100MW、200MW。
设置系统扰动如下：
1)风电场输出功率突变扰动：VSC6、VSC8和VSC9在2.1s时功率突增200MW。
2)线路故障与换流站退出运行：连接母线2与母线8的直流线路在2.1s时断开，如图3中F1，VSC7在2.5s时因故障退出并从多端柔性直流电网中断开，如图3中F2。
设多端柔性直流输电系统中直流线路的电阻为0.008Ω/km，在以100MVA和400kV为基值的标幺制下，得到系统导纳矩阵Y：
Figure BDA0002951027320000061
仿真结果如图4、图5所示。
结合以上信息，在本发明中，在线整定方法由直流电压达阈值触发或系统故障触发，利用换流站实时功率与直流母线电压测量数据，以及换流站额定容量、下垂增益、初始有功功率指令值数据，按照不平衡功率分配原则与零和直流电压偏差原则导出期望潮流分布，基于适用于多端柔性直流系统的快速线性潮流算法，从期望潮流分布中计算获取新的下垂控制设定点。该方法包括以下步骤：
(1)选取在线整定方法触发条件。触发条件分为直流电压达阈值触发与系统故障触发，且两种触发机制同时运行。在直流电压达阈值触发中，阈值可划分为低阈值与高阈值，当系统任一直流电压达到低阈值后在线整定方法立即触发一次，直到直流电压达到高阈值或触发时间间隔结束后能再次触发。阈值的设置与多端柔性直流系统的运行要求、通讯时间以及计算处理时间相关，选取低阈值为偏差限值的60％，即3％的直流电压偏差(412kV)，选取高阈值为偏差限值的90％，即4.5％的直流电压偏差(418kV)。触发时间间隔的设置与外环控制器时间常数相关，本例中选取为100ms。故障触发一般可划分为线路故障或换流站意外退出，当系统检测到有关信号时，在线整定方法立即触发并产生触发时间间隔。当系统出现线路故障而断开某条线路后，在计算过程中还需对导纳矩阵进行修正，故当2)中F1发生后，修正导纳矩阵为Y'：
Figure BDA0002951027320000071
(2)计算不平衡功率。规定功率和电流的正方向为交流系统流入直流系统，换流站有功功率在交流侧进行测量。定义不平衡功率如下：
Figure BDA0002951027320000072
其中，ΔP为不平衡功率，D表示具有下垂控制特性的换流站集合，Pi0表示D中第i个换流站的初始有功功率指令值，其值由上级调度指令给定，E表示不具有下垂控制特性的换流站集合，Pj表示E中第j个换流站的有功功率，F表示因故障退出运行的换流站集合。
在扰动1)中，当2.13s时，在线整定方法被第一次触发，此时VSC6至VSC9的测量输出功率为247MW、552MW、196MW、297MW，不平衡功率ΔP11＝247+552+196+297+300-500-200-200-400MW＝292MW。当2.23s时，根据步骤(1)所述条件，在线整定方法被再次触发，此时VSC6至VSC9的测量输出功率为331MW、552MW、281MW、381MW，不平衡功率ΔP12＝331+552+281+381+300-500-200-200-400MW＝545MW。
在扰动2)F1中，由于传输线断开不影响不平衡功率大小，故此时的不平衡功率为ΔPF1＝0。在扰动2)F2中，由于VSC7意外退出运行，VSC7的输出功率降低为0，此时的不平衡功率ΔPF2＝150+100+200+300-500-200-200-400MW＝-550MW。
(3)预分配不平衡功率。当在线整定方法被触发后，利用当前功率测量数据计算不平衡功率，并基于换流站剩余容量对不平衡功率进行预分配：
Figure BDA0002951027320000073
Figure BDA0002951027320000074
其中，Pi表示第i个换流站有功功率期望值，Pirem与Pjrem表示第i个和第j个换流器的有功剩余容量，Pimax表示第i个换流站的有功最大容量。
在扰动1)中，首先确定VSC1至VSC5的剩余容量分别为700MW、100MW、400MW、200MW、200MW。再利用2.13s的测量数据，计算VSC1至VSC5的有功功率期望值：
P1＝300-292×7/16＝172.25MW
P2＝-500-292×1/16＝-518.25MW
P3＝-200-292×4/16＝-273MW
P4＝-200-292×2/16＝-236.5MW
P5＝-400-292×2/16＝-436.5MW
同理，利用2.23s的测量数据，计算VSC1至VSC5的有功功率期望值分别为：61.56MW、-534.06MW、-336.25MW、-268.13MW、-468.13MW。
计算2)F1发生时VSC1至VSC5的有功功率期望值仍为原有功功率指令值。
计算2)F2发生时VSC1至VSC5的有功功率期望值分别为：315.28MW、-331.94MW、-77.78MW、-108.33MW、-247.22MW。
(4)计算直流母线电压偏差。根据快速线性潮流算法原理，为实现预期的不平衡功率在下垂控制换流站之间的分配，需要计算获取多端柔性直流系统的各节点(直流母线)处的直流电压偏差，即实际测量直流电压与额定直流电压之差。在具有n个节点的多端柔性直流系统中，由于系统导纳矩阵的秩为n-1，需假定一个电压偏差为已知量的节点m，利用下式求解各个节点的直流电压偏差：
Figure BDA0002951027320000081
该式或简写为：
Pn-1＝Yn-1ΔVn-1+δmYm
其中，Yi,j表示系统导纳矩阵中的元素，ΔVidc表示第i个节点处的直流电压偏差，δm表示节点m的直流电压偏差。这样，所有节点电压均为δm的线性表达式。
(5)确定系统电压偏差水平。使所有节点直流电压偏差之和为0，实现直流电压在其额定值附近的均匀分布，即利用零和直流电压偏差原则确定系统的电压偏差水平：
Figure BDA0002951027320000082
结合步骤(4)和步骤(5)，利用步骤(1)至步骤(3)中的信息，求得：
1)2.13s时各直流母线电压偏差为：4.2244kV、0.0502kV、-3.1503kV、-8.3005kV、-6.5085kV、6.3430kV、6.5569kV、2.2835kV、-1.3245kV、-0.1743kV。
1)2.23s时各直流母线电压偏差为：3.3018kV、-0.2838kV、-5.2158kV、-7.7843kV、-5.6393kV、6.3952kV、7.0633kV、3.0927kV、0.2507kV、-1.1808kV。
2)F1时各直流母线电压偏差为：1.6732kV、-4.8747kV、-6.5512kV、-4.1188kV、-2.5178kV、4.8792kV、7.8882kV、5.4862kV、2.2842kV、-4.1482kV。
2)F2时各直流母线电压偏差为：2.2271kV、-1.7184kV、-1.9689kV、-3.0840kV、-2.2174kV、2.9826kV、2.3160kV、1.8715kV、0.6271kV、-1.0356kV。
(6)获取下垂控制设定点。结合各个换流站的下垂增益，利用下式计算新的有功功率指令值，并修改下垂控制换流站的设定点。
Figure BDA0002951027320000091
该式或简写为：
Pref＝AΔVn
其中，Piref表示第i各换流站的有功功率指令值，βi表示第i个换流站的下垂增益。
将VSC1至VSC5的下垂增益由各自标幺值10，统一化为以100MVA和400kV为基值的标幺制下，其分别为40、60、60、40、60。以1)2.13s数据为例，又以400kV基值对直流电压偏差进行标幺，计算下垂控制换流站的新设定点，即新有功功率指令值：
Figure BDA0002951027320000092
得到1)2.13s时VSC1至VSC5的新设定点为：209.73MW、-520.57MW、-331.13MW、-314.49MW、-525.1MW。新设定点将传输至各个下垂控制换流站的外环控制器。由于计算与通讯的延迟，结合给定信息，下垂控制换流站将在2.15s时开始动作。
同理，得到1)2.23s时VSC1至VSC5的新设定点为：94.58MW、-538.32MW、-414.49MW、-345.97MW、-552.71MW。下垂控制换流站将在2.25s时开始动作。
得到2)F1时，VSC1至VSC5的新设定点为：316.29MW、-573.18MW、-298.52MW、-241.31MW、-437.89MW。下垂控制换流站将在2.12s时开始动作。
得到2)F2时，VSC1至VSC5的新设定点为：337.55MW、-357.72MW、-107.31MW、-139.17MW、-280.48MW。下垂控制换流站将在2.52s时开始动作。
扰动1)的仿真结果如图4所示。当采用传统下垂控制时，有三个换流站的直流电压偏差超过了5％的安全限值，即电压超过了420kV，即使在扰动后的稳态时，全系统的直流电压偏差水平仍然较高，最大电压偏差超过了19kV。当采用本发明所提出的在线整定方法后，直流电压的性能表现有了很大改善。其中，直流电压在2.13s时达到412kV，触发在线整定方法，并在2.15s时开始动作，下垂控制换流站的迅速响应，抑制了直流电压的快速升高，并将直流电压限制在安全范围内。考虑到直流电压在100ms后，即2.23s时的电压仍然高于412kV，因此下垂控制换流站在2.25s再次动作。得益于采用了零和直流电压偏差原则，扰动后的直流电压均匀的分布在额定值上下。此外，由于采用了基于剩余容量的不平衡功率分配原则，在线整定方法避免了换流站的满负荷运行。例如在采用传统下垂控制时，VSC3的有功功率达到了600MW，而采用本发明所提出的方法后，VSC3的有功功率仅增加了30MW。
扰动2)的仿真结果如图5所示。与步骤(1)相一致，在线整定方法在两次故障时被触发，即使2.5s后存在换流站的直流电压偏差超过了5％，但由于触发时间间隔未结束，新设定点将不会产生。在采用在线整定方法的系统中，其初始条件已由本发明方法进行了调节，这样，在F1发生前后，各下垂控制换流站的有功功率保持不变。而采用传统下垂控制时，由于下垂控制固有的有差特性，不仅初始有功功率与期望有功功率存在较大差距，而且扰动F1前后的有功功率变化量同样显著。例如有着相同设定点的VSC3和VSC4，在2.1s前，VSC3相较于VSC4多吸收30MW，而在2.1s后，VSC4反而比VSC3多吸收30MW。得益于在线整定方法，扰动下系统的暂态特性和稳态特性都得到了改善。在VSC7意外退出运行后，系统直流电压被限制在规定范围内，且稳态时仍均匀分布在额定值两侧。若采用传统下垂控制，则会产生一个低于380kV的电压跌落，并且稳态时的电压水平偏低。
综上所述，包括功率突变，线路故障与换流站意外退出的多场景仿真结果，验证了本发明所提出方法的正确性与有效性。得益于线性潮流算法的快速性，下垂控制换流站可以在扰动过程中及时调节其设定点。因此，本发明解决了传统下垂控制容易出现直流电压超越安全限值的问题。本发明还实现了换流站有功功率的精准控制，并改善了不平衡功率分配。

Claims (2)

1.一种多端柔性直流系统下垂控制设定点在线整定方法，其特征在于，该在线整定方法由直流电压达阈值触发或系统故障触发，利用换流站实时功率与直流母线电压测量数据，以及换流站额定容量、下垂增益和初始有功功率指令值数据，按照不平衡功率分配原则与零和直流电压偏差原则导出期望潮流分布，从期望潮流分布中计算获取新的下垂控制设定点，包括以下步骤：
(1)选取在线整定方法触发条件，触发条件分为直流电压达阈值触发与系统故障触发，且两种触发机制同时运行：设定低阈值与高阈值，在直流电压达阈值触发中，当系统任一直流电压达到低阈值后在线整定方法立即触发一次，直到直流电压达到高阈值或触发时间间隔结束后才能再次触发，阈值的设置与多端柔性直流系统的运行要求、通讯时间以及计算处理时间相关，触发时间间隔的设置与外环控制器时间常数相关；故障触发分为线路故障或换流站意外退出运行，当检测到系统有关线路故障或换流站意外退出运行的信号，在线整定方法立即触发并产生触发时间间隔；当系统出现线路故障而断开某条线路后，还需对系统导纳矩阵进行修正；
(2)计算不平衡功率，规定功率和电流的正方向为交流系统流入直流系统，换流站有功功率在交流侧进行测量，定义不平衡功率如下：
Figure FDA0003520640410000011
其中，ΔP为不平衡功率，D表示具有下垂控制特性的换流站集合，Pi0表示D中第i个换流站的初始有功功率指令值，其值由上级调度指令给定，E表示不具有下垂控制特性的换流站集合，Pj表示E中第j个换流站的有功功率，F表示因故障退出运行的换流站集合；
(3)预分配不平衡功率，当在线整定方法被触发后，利用当前功率测量数据计算不平衡功率，并基于换流站剩余容量对不平衡功率进行预分配：
Figure FDA0003520640410000012
Figure FDA0003520640410000013
其中，Pi表示第i个换流站有功功率期望值，Pirem与Pjrem分别表示第i个和第j个换流器的有功剩余容量，Pimax表示第i个换流站的有功最大容量；
(4)计算直流母线电压偏差，根据快速线性潮流算法原理，为实现预期的不平衡功率在下垂控制换流站之间的分配，需要计算获取多端柔性直流系统的各换流站直流母线处的直流电压偏差，即实际测量直流电压与额定直流电压之差，在具有n个换流站的多端柔性直流系统中，系统导纳矩阵的秩为n-1，选定一个电压偏差为已知量的换流站m，利用下式求解各个换流站的直流电压偏差：
Figure FDA0003520640410000021
该式简写为：
Pn-1＝Yn-1ΔVn-1+δmYm
其中，Yi,j表示系统导纳矩阵中的元素，ΔVidc表示第i个换流站处的直流电压偏差，δm表示换流站m的直流电压偏差，所有换流站电压均为δm的线性表达式；
(5)确定系统电压偏差水平，使所有换流站直流电压偏差之和为0，实现直流电压在其额定值附近的均匀分布，即利用零和直流电压偏差原则确定系统的电压偏差水平：
Figure FDA0003520640410000022
(6)获取下垂控制设定点，结合各个换流站的下垂增益，利用下式计算新的有功功率指令值，并修改下垂控制换流站的设定点：
Figure FDA0003520640410000023
该式简写为：
Pref＝AΔVn
其中，Piref表示第i个换流站的有功功率指令值，βi表示第i个换流站的下垂增益。
2.根据权利要求1所述的在线整定方法，其特征在于，直流电压达到阈值触发中的低、高阈值分别选取为电压偏差限值的60％、90％，触发时间间隔选取为100ms。
CN202110209806.1A 2021-02-24 2021-02-24 一种多端柔性直流系统下垂控制设定点在线整定方法 Active CN112994068B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110209806.1A CN112994068B (zh) 2021-02-24 2021-02-24 一种多端柔性直流系统下垂控制设定点在线整定方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110209806.1A CN112994068B (zh) 2021-02-24 2021-02-24 一种多端柔性直流系统下垂控制设定点在线整定方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112994068A CN112994068A (zh) 2021-06-18
CN112994068B true CN112994068B (zh) 2022-04-19

Family

ID=76350470

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110209806.1A Active CN112994068B (zh) 2021-02-24 2021-02-24 一种多端柔性直流系统下垂控制设定点在线整定方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112994068B (zh)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108923448A (zh) * 2018-06-19 2018-11-30 东南大学 一种多端柔性直流输电协调控制方法及系统
CN109120005A (zh) * 2018-06-22 2019-01-01 华北电力大学（保定） 一种多端柔性直流输电系统功率协调控制方法
CN111711217A (zh) * 2020-05-21 2020-09-25 东北电力大学 面向交流功率波动的多端柔性直流系统直流电压控制方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110086193A (zh) * 2019-05-21 2019-08-02 上海电力学院 适用于柔性直流配电系统的自适应下垂控制方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108923448A (zh) * 2018-06-19 2018-11-30 东南大学 一种多端柔性直流输电协调控制方法及系统
CN109120005A (zh) * 2018-06-22 2019-01-01 华北电力大学（保定） 一种多端柔性直流输电系统功率协调控制方法
CN111711217A (zh) * 2020-05-21 2020-09-25 东北电力大学 面向交流功率波动的多端柔性直流系统直流电压控制方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
A Novel Strategy on Smooth Connection of anOffline MMC Station into MTDC Systems;Yizhen Wang, et al;《IEEE Transactions on Power Delivery》;20150525;第31卷(第2期);全文 *
Equal Loading Rate Based Master Slave VoltageControl for VSC Based DC Distribution Systems;Yizhen Wang，et al;《IEEE TRANSACTIONS ON POWER DELIVERY》;20201031;第35卷(第7期);全文 *
多端柔性直流电网主动功率平衡协调控制策略;李周 等;《电力系统自动化》;20190910;第43卷(第17期);全文 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN112994068A (zh) 2021-06-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110970906B (zh) 一种协调控制风电场无功电压的方法和系统
CN110808602B (zh) 一种多端柔性直流输电系统改进附加频率控制方法及系统
CN110970907B (zh) 一种协调控制光伏电站无功电压的方法和系统
CN109888811B (zh) 利用储能提升直流输电系统暂态稳定性的协调控制方法
CN108599259A (zh) 一种基于灵敏度分析的微电网主动运行决策方法
CN111682558B (zh) 一种自备电厂并网联络线功率快速恒定的控制方法
CN110957734B (zh) 一种适用于多端柔性直流输配电系统的电压下垂控制方法
CN112994068B (zh) 一种多端柔性直流系统下垂控制设定点在线整定方法
CN115860372A (zh) 一种直流配电网双时间尺度能量管理方法及装置
CN115483715A (zh) 一种用于集中式光伏电站的虚拟同步发电机自适应控制方法及系统
CN112542850B (zh) 基于主动功率平衡的多端直流配网电压无差控制方法
Pan et al. Power regulation of islanded PV-battery DC microgrid with seamless transition
CN112600239A (zh) 一种风电并网控制方法
Kritprajun et al. Development of a converter-based supercapacitor system emulator for PV applications
Bo et al. Low voltage ride through enhancement of a permanent magnet synchronous generator based wind energy conversion system in an islanded microgrid: A dynamic matrix controlled virtual DC machine
Liu et al. Control strategy of distributed generations integration systems based on robust virtual synchronization
Arzani et al. Dynamic performance enhancement of a utility-scale solar PV plant
Mu et al. Transient Fault Current Calculation Method of Photovoltaic Grid-Connected System Considering the Dynamic Response of Phase-Locked Loop
Li et al. Active Power Sharing Control Strategy of Photovoltaic Microgrid Based on Adaptive Droop
Li et al. Distributed collaborative optimization DC voltage control strategy for VSC–MTDC system with renewable energy integration
CN117239817B (zh) 一种基于柔性直流并网的光储与风光协调运行方法
CN115833184B (zh) 基于能量管理系统功率精确控制的风电场一次调频方法
CN112600184B (zh) 一种应用于直流配电网换流站的虚拟电容控制方法
Yin et al. A Novel Fast and Dynamic Support for Power Grid Control Strategy of CHB-BESS
Li et al. Distributed Finite-Time Secondary Frequency Control of an Islanded Microgrid with Renewable Energy Sources

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant