CN113394809B - 基于电网构造型的柔性直流孤岛控制方法、装置及介质 - Google Patents

基于电网构造型的柔性直流孤岛控制方法、装置及介质 Download PDF

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Abstract

本发明公开了基于电网构造型的柔性直流孤岛控制方法、装置及介质，在柔性直流输电系统在构网型控制系统框架下，柔性直流输电系统接入的交流电网拓扑结构由联网型改变为仅孤岛型电网与直流系统连接后，检测所述柔性直流输电系统的并网点频率；当所述并网点频率波动至极端频率范围时，根据预设的频率额定参考值输出交流电压相位角参考值，根据所述交流电压相位角参考值和稳态控制方法进行所述柔性直流输电系统的功率控制、电压控制和电流控制；为避免采用构网型控制策略时，所述并网点频率偏离稳定范围后，继续采用构网型控制策略，导致所述并网点频率超出极端运行频率，使得直流系统停止运行，造成的系统不稳定，提高了系统控制过程的稳定性。

Description

基于电网构造型的柔性直流孤岛控制方法、装置及介质
技术领域
本发明涉及电力电子控制技术领域，尤其涉及基于电网构造型的柔性直流孤岛控制方法、装置及介质。
背景技术
随着系统中大容量电力电子设备所占比例的不断提高，电网面临全新的演化模式，以同步机为主导的传统稳定问题将演变为以电力电子设备控制为主导的新型稳定问题。
目前柔性直流输电系统工程化控制方法主要为基于电压锁相(phase lockedloop，PLL)的定有功/无功-电流内外环矢量控制方法。在该控制方法下，当直流输电系统在构网型控制策略下所连接的交流电网由联网型切为孤岛型电网时，若直流系统不采取特殊控制手段仍在构网型控制策略下运行，则其交流频率会产生偏移，偏移程度与电网切换前后直流系统传输功率水平相关。若功率水平差异较小，则频率偏移程度较小；若直流系统切换前后功率水平差异较大，则频率偏移程度较大，频率偏移超出允许的运行范围会直接影响直流系统运行的安全性与稳定性。
发明内容
本发明实施例提供基于电网构造型的柔性直流孤岛控制方法、装置及介质，能够避免持续采用构网型控制策略，导致所述并网点频率超出极端运行频率，使得直流系统停止运行，造成的系统不稳定。
本发明实施例提供一种基于电网构造型的柔性直流孤岛控制方法，其特征在于，所述方法包括：
柔性直流输电系统接入电网拓扑结构改变为仅孤岛型电网与直流系统连接后，检测所述柔性直流输电系统的并网点的并网点频率；
当所述并网点频率波动至极端频率范围时，根据预设的频率额定参考值输出交流电压相位角参考值，根据所述交流电压相位角参考值和稳态控制方法进行所述柔性直流输电系统的功率控制、电压控制和电流控制。
优选地，所述方法还包括：
当所述并网点频率波动在稳定范围内运行时，按照柔性直流输电系统的稳态控制方法进行所述柔性直流输电系统的功率控制、电压控制和电流控制。
优选地，所述当所述并网点频率波动至极端频率范围时，根据预设的频率额定参考值输出交流电压相位角参考值，根据所述交流电压相位角参考值和稳态控制方法进行所述柔性直流输电系统的功率控制、电压控制和电流控制，具体包括：
当所述并网点频率f满足fexmin<f<fmin或fmax<f<fexmax时，判定所述并网点频率运行至极端频率范围，其中，fexmin为所述并网点极端运行频率下限和fexmax并网点极端运行频率上限，fmin和fmax分别为所述并网点长期运行的最小频率及最大频率；
根据预设的频率额定参考值fref进行积分运算，得到交流电压相位角参考值；
获取换流站交流并网点的电压测量值和频率测量值，并根据所述电压测量值、所述频率测量值和预设的二次调频控制模型，输出有功功率参考值及无功功率参考值；
测量所述并网点的有功功率及无功功率，并根据所述有功功率参考值、所述无功功率参考值、预设的有功功率控制模型及预设的无功功率控制模型，输出交流电压幅值参考值；
测量所述并网点的交流电压测量值，根据所述交流电压相位角参考值θ对所述交流电压测量值进行帕克变换，将三相交流电气量从abc坐标系变换到dq坐标系，输出所述并网点的交流电压dq分量值；设定所述并网点的交流电压d分量的电压参考值为所述交流电压幅值参考值，设定所述并网点的交流电压q分量的电压参考值为零；根据设定的交流电压d分量的电压参考值、设定的交流电压q分量的电压参考值和预设的电压控制模型对所述交流电压dq分量值进行控制，并输出电流dq分量参考值；
测量所述并网点的交流电流测量值，根据所述交流电压相位角参考值对所述交流电流测量值进行帕克变换，将三相交流电气量从abc坐标系变换到dq坐标系，输出所述并网点的交流电流dq分量值；根据所述电流dq分量参考值和预设的电流控制模型对所述交流电流dq分量值进行控制，并输出换流站的阀侧电压dq分量参考值；根据所述交流电压相位角参考值对所述阀侧电压dq分量参考值进行帕克逆变换，从dq坐标系逆变换到abc坐标系，输出换流器三相电压参考波用于换流器阀控制环节。
优选地，所述当所述并网点频率波动在稳定范围内运行时，按照柔性直流输电系统的稳态控制方法进行所述柔性直流输电系统的功率控制、电压控制和电流控制，具体包括：
当所述并网点频率f满足fmin<f<fmax时，判定所述并网点频率运行在稳定范围内，其中，fmin和fmax分别为并网点长期运行的最小频率及最大频率；
获取换流站交流并网点的电压测量值和频率测量值，并根据所述电压测量值、所述频率测量值和预设的二次调频控制模型，输出有功功率参考值及无功功率参考值；
测量所述并网点的有功功率及无功功率，并根据所述有功功率参考值、所述无功功率参考值、预设的有功功率控制模型及预设的无功功率控制模型，输出所述并网点的交流电压相位角参考值及交流电压幅值参考值；
测量所述并网点的交流电压测量值，根据所述交流电压相位角参考值θ对所述交流电压测量值进行帕克变换，将三相交流电气量从abc坐标系变换到dq坐标系，输出所述并网点的交流电压dq分量值；设定所述并网点的交流电压d分量的电压参考值为所述交流电压幅值参考值，设定所述并网点的交流电压q分量的电压参考值为零；根据设定的交流电压d分量的电压参考值、设定的交流电压q分量的电压参考值和预设的电压控制模型对所述交流电压dq分量值进行控制，并输出电流dq分量参考值；
测量所述并网点的交流电流测量值，根据所述交流电压相位角参考值对所述交流电流测量值进行帕克变换，将三相交流电气量从abc坐标系变换到dq坐标系，输出所述并网点的交流电流dq分量值；根据所述电流dq分量参考值和预设的电流控制模型对所述交流电流dq分量值进行控制，并输出换流站的阀侧电压dq分量参考值；根据所述交流电压相位角参考值对所述阀侧电压dq分量参考值进行帕克逆变换，从dq坐标系逆变换到abc坐标系，输出换流器三相电压参考波用于换流器阀控制环节。
本发明另一实施例提供一种基于电网构造型的柔性直流孤岛控制装置，包括：频率检测模块和第一控制模块；
所述频率检测模块用于柔性直流输电系统接入电网拓扑结构改变为仅孤岛型电网与直流系统连接后，检测所述柔性直流输电系统的并网点的并网点频率；
所述第一控制模块用于当所述并网点频率波动至极端频率范围时，根据预设的频率额定参考值输出交流电压相位角参考值，根据所述交流电压相位角参考值和稳态控制方法进行所述柔性直流输电系统的功率控制、电压控制和电流控制。
作为一种优选实施方式，所述装置还包括第二控制模块；
所述第二控制模块用于当所述并网点频率波动在稳定范围内运行时，按照柔性直流输电系统的稳态控制方法进行所述柔性直流输电系统的功率控制、电压控制和电流控制。
作为一种优选实施方式，所述第一控制模块具体用于：
当所述并网点频率f满足fexmin<f<fmin或fmax<f<fexmax时，判定所述并网点频率运行至极端频率范围，其中，fexmin为所述并网点极端运行频率下限和fexmax并网点极端运行频率上限，fmin和fmax分别为所述并网点长期运行的最小频率及最大频率；
根据预设的频率额定参考值fref进行积分运算，得到交流电压相位角参考值；
获取换流站交流并网点的电压测量值和频率测量值，并根据所述电压测量值、所述频率测量值和预设的二次调频控制模型，输出有功功率参考值及无功功率参考值；
测量所述并网点的有功功率及无功功率，并根据所述有功功率参考值、所述无功功率参考值、预设的有功功率控制模型及预设的无功功率控制模型，输出交流电压幅值参考值；
测量所述并网点的交流电压测量值，根据所述交流电压相位角参考值θ对所述交流电压测量值进行帕克变换，将三相交流电气量从abc坐标系变换到dq坐标系，输出所述并网点的交流电压dq分量值；设定所述并网点的交流电压d分量的电压参考值为所述交流电压幅值参考值，设定所述并网点的交流电压q分量的电压参考值为零；根据设定的交流电压d分量的电压参考值、设定的交流电压q分量的电压参考值和预设的电压控制模型对所述交流电压dq分量值进行控制，并输出电流dq分量参考值；
测量所述并网点的交流电流测量值，根据所述交流电压相位角参考值对所述交流电流测量值进行帕克变换，将三相交流电气量从abc坐标系变换到dq坐标系，输出所述并网点的交流电流dq分量值；根据所述电流dq分量参考值和预设的电流控制模型对所述交流电流dq分量值进行控制，并输出换流站的阀侧电压dq分量参考值；根据所述交流电压相位角参考值对所述阀侧电压dq分量参考值进行帕克逆变换，从dq坐标系逆变换到abc坐标系，输出换流器三相电压参考波用于换流器阀控制环节。
优选地，所述当所述并网点频率波动在稳定范围内运行时，按照柔性直流输电系统的稳态控制方法进行所述柔性直流输电系统的功率控制、电压控制和电流控制，具体包括：
当所述并网点频率f满足fmin<f<fmax时，判定所述并网点频率运行在稳定范围内，其中，fmin和fmax分别为并网点长期运行的最小频率及最大频率；
获取换流站交流并网点的电压测量值和频率测量值，并根据所述电压测量值、所述频率测量值和预设的二次调频控制模型，输出有功功率参考值及无功功率参考值；
测量所述并网点的有功功率及无功功率，并根据所述有功功率参考值、所述无功功率参考值、预设的有功功率控制模型及预设的无功功率控制模型，输出所述并网点的交流电压相位角参考值及交流电压幅值参考值；
测量所述并网点的交流电压测量值，根据所述交流电压相位角参考值θ对所述交流电压测量值进行帕克变换，将三相交流电气量从abc坐标系变换到dq坐标系，输出所述并网点的交流电压dq分量值；设定所述并网点的交流电压d分量的电压参考值为所述交流电压幅值参考值，设定所述并网点的交流电压q分量的电压参考值为零；根据设定的交流电压d分量的电压参考值、设定的交流电压q分量的电压参考值和预设的电压控制模型对所述交流电压dq分量值进行控制，并输出电流dq分量参考值；
测量所述并网点的交流电流测量值，根据所述交流电压相位角参考值对所述交流电流测量值进行帕克变换，将三相交流电气量从abc坐标系变换到dq坐标系，输出所述并网点的交流电流dq分量值；根据所述电流dq分量参考值和预设的电流控制模型对所述交流电流dq分量值进行控制，并输出换流站的阀侧电压dq分量参考值；根据所述交流电压相位角参考值对所述阀侧电压dq分量参考值进行帕克逆变换，从dq坐标系逆变换到abc坐标系，输出换流器三相电压参考波用于换流器阀控制环节。
本发明实施例还提供一种基于电网构造型的柔性直流孤岛控制装置，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述实施例中任意一项所述的基于电网构造型的柔性直流孤岛控制方法。
本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行上述实施例中任意一项所述的基于电网构造型的柔性直流孤岛控制方法。
本发明提供基于电网构造型的柔性直流孤岛控制方法、装置及介质，基于电网构造型控制，在柔性直流输电系统在构网型控制系统框架下，柔性直流输电系统接入的交流电网拓扑结构由联网型改变为仅孤岛型电网与直流系统连接后，检测所述柔性直流输电系统的并网点频率；当所述并网点频率波动至极端频率范围时，根据预设的频率额定参考值输出交流电压相位角参考值，根据所述交流电压相位角参考值和稳态控制方法进行所述柔性直流输电系统的功率控制、电压控制和电流控制；为避免采用构网型控制策略时，所述并网点频率偏离稳定范围后，继续采用构网型控制策略，导致所述并网点频率超出极端运行频率，使得直流系统停止运行，造成的系统不稳定，提高了系统控制过程的稳定性。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种基于电网构造型的柔性直流孤岛控制方法的流程示意图；
图2是本发明实施例提供的一种基于电网构造型的柔性直流孤岛控制方法的交流电压相位角参考值获取模型的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的一种二次调频控制模型生成有功功率参考值的框架图；
图4是本发明实施例提供的一种二次调频控制模型生成无功功率参考值的框架图；
图5是本发明实施例提供的一种功率控制模型的控制框架图；
图6是本发明实施例提供的一种电压控制模型的控制框架图；
图7是本发明实施例提供的一种电流控制模型的控制框架图；
图8是本发明实施例提供的一种基于电网构造型的柔性直流孤岛控制装置的结构示意图；
图9是本发明又一实施例提供的基于电网构造型的柔性直流孤岛控制装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供一种基于电网构造型的柔性直流孤岛控制方法，参见图1所示，是本发明实施例提供的一种基于电网构造型的柔性直流孤岛控制方法的流程示意图，包括步骤S101～S102：
S101，柔性直流输电系统接入电网拓扑结构改变为仅孤岛型电网与直流系统连接后，检测所述柔性直流输电系统的并网点的并网点频率；
S102，当所述并网点频率波动至极端频率范围时，根据预设的频率额定参考值输出交流电压相位角参考值，根据所述交流电压相位角参考值和稳态控制方法进行所述柔性直流输电系统的功率控制、电压控制和电流控制。
在本实施例具体实施时，在柔性支流电网在构网型控制系统框架下，接入电网由联网型转变为孤岛型电网后，为避免构网型控制策略下由于，柔性直流输电系统的并网点的频率发生较大的波动，需要检测所述并网点的并网点频率；
当识别到所述并网点频率波动至极端频率范围时，为避免继续采用构网型控制策略，将会导致所述并网点频率越来越偏离稳定范围，当所述并网点频率超出极端运行频率，将会导致直流系统停止运行，此时，根据预设的频率额定参考值输出交流电压相位角参考值，并进行所述柔性直流输电系统的电压控制和电流控制；
本发明实施例提供一种基于电网构造型的柔性直流孤岛控制方法，在柔性支流电网在构网型控制系统框架下，柔性直流输电系统接入电网拓扑结构改变为仅孤岛型电网与直流系统连接后，检测所述柔性直流输电系统的并网点的并网点频率；当所述并网点频率波动至极端频率范围时，根据预设的频率额定参考值输出交流电压相位角参考值，根据所述交流电压相位角参考值和稳态控制方法进行所述柔性直流输电系统的功率控制、电压控制和电流控制；为避免采用构网型控制策略时，所述并网点频率偏离稳定范围后，继续采用构网型控制策略，导致所述并网点频率超出极端运行频率，使得直流系统停止运行，造成的系统不稳定，提高了系统控制过程的稳定性。
本发明提供的又一实施例中，所述方法还包括步骤S103：
当所述并网点频率波动在稳定范围内运行时，按照柔性直流输电系统的稳态控制方法进行所述柔性直流输电系统的功率控制、电压控制和电流控制。
在本实施例具体实施时，当柔性直流输电系统接入电网由联网型转为孤岛型后，若接入电网状态变化前后所引起的功率变化较小，引起并网点频率偏移，所述并网点频率在稳定范围内，则所述柔性直流输电系统仍能在稳态下运行，保持该情况下由直流系统提供的频率保持在稳定范围内运行，按照柔性直流输电系统的稳态控制方法控制所述柔性直流输电系统。
当柔性直流输电系统有联网型切换为孤岛型后，当并网点频率保持在稳定范围内，按照柔性直流输电系统的稳态控制方法控制所述柔性直流输电系统，实现对所述柔性直流输电系统的稳定控制。
在本发明提供的又一实施例中，步骤S102，具体包括：
当所述并网点频率f满足fexmin<f<fmin或fmax<f<fexmax时，判定所述并网点频率运行至极端频率范围，其中，fexmin为所述并网点极端运行频率下限和fexmax并网点极端运行频率上限，fmin和fmax分别为所述并网点长期运行的最小频率及最大频率；
根据预设的频率额定参考值fref进行积分运算，得到交流电压相位角参考值；
获取换流站交流并网点的电压测量值和频率测量值，并根据所述电压测量值、所述频率测量值和预设的二次调频控制模型，输出有功功率参考值及无功功率参考值；
测量所述并网点的有功功率及无功功率，并根据所述有功功率参考值、所述无功功率参考值、预设的有功功率控制模型及预设的无功功率控制模型，输出交流电压幅值参考值；
测量所述并网点的交流电压测量值，根据所述交流电压相位角参考值θ对所述交流电压测量值进行帕克变换，将三相交流电气量从abc坐标系变换到dq坐标系，输出所述并网点的交流电压dq分量值；设定所述并网点的交流电压d分量的电压参考值为所述交流电压幅值参考值，设定所述并网点的交流电压q分量的电压参考值为零；根据设定的交流电压d分量的电压参考值、设定的交流电压q分量的电压参考值和预设的电压控制模型对所述交流电压dq分量值进行控制，并输出电流dq分量参考值；
测量所述并网点的交流电流测量值，根据所述交流电压相位角参考值对所述交流电流测量值进行帕克变换，将三相交流电气量从abc坐标系变换到dq坐标系，输出所述并网点的交流电流dq分量值；根据所述电流dq分量参考值和预设的电流控制模型对所述交流电流dq分量值进行控制，并输出换流站的阀侧电压dq分量参考值；根据所述交流电压相位角参考值对所述阀侧电压dq分量参考值进行帕克逆变换，从dq坐标系逆变换到abc坐标系，输出换流器三相电压参考波用于换流器阀控制环节。
在本实施例具体实施时，实时检测所述并网点频率，并进行判定，当所述并网点频率f满足fexmin<f<fmin或fmax<f<fexmax时，判定所述并网点频率运行至极端频率范围，其中，fexmin为所述并网点极端运行频率下限和fexmax并网点极端运行频率上限，fmin和fmax分别为所述并网点长期运行的最小频率及最大频率；
参见图2所示，是本发明实施例提供的一种基于电网构造型的柔性直流孤岛控制方法的交流电压相位角参考值获取模型的结构示意图；
获取预设的频率额定参考值fref，对进行通过积分算子1/s进行积分运算，得到交流电压相位角参考值θ；
获取换流站交流并网点的电压测量值得到所述并网点的交流电源的幅值Vm和所述并网点的交流电源频率fm；
通过二次调频控制模型：
Figure BDA0003130647440000111
和
Figure BDA0003130647440000112
输出功率参考值，包括：有功功率参考值Pref和无功功率参考值Qref,其中，
fref和Vmref分别为所述并网点的频率额定参考值和电压额定参考值，Pnom和Qnom分别为直流系统主回路设计时额定有功功率及额定无功功率，Pset和Qset分别为调度系统设定的二次调频有功功率的基准值和二次调频无功功率的基准值，Tp和Tq分别为决定二次调频动态响应时间的有功功率时间常数控制参数和无功功率时间常数控制参数，σp和σq分别为有功功率二次调频贡献因素和无功功率二次调频贡献因素。
测量所述并网点的有功功率P及无功功率Q，并根据所述有功参考值和无功功率参考值；根据同步发电机运动方程构建的有功功率控制模型和无功功率控制模型：
Figure BDA0003130647440000113
和
Figure BDA0003130647440000121
生成所述并网点的所述交流电压幅值参考值Vmref；其中，
Jp和Jq分别为虚拟同步控制惯量常数，DP和Dq分别为有功无功功率虚拟同步控制调节常数和无功功率虚拟同步控制调节常数，ωref为所述并网点的频率额定参考值fref的角速度，即ωref＝2πfref，ω＝2πf，f为所连电网频率，在稳态情况下，f＝fref。
通过测量所述并网点的交流电压测量值Vabc，根据交流电压相位角参考值θ将所述交流电压测量值Vabc进行帕克变换，将三相交流电气量从abc坐标系变换到dq坐标系得到交流电压dq分量电压值Vdq；
设定所述交流电压幅值参考值Vmref为所述交流电压d分量Vd的电压参考值Vdref，设定0为所述交流电压q分量Vq的参考值Vqref，即Vdref＝Vmref，Vqref＝0；
分别根据所述交流电压d分量Vd的电压参考值Vdref和交流电压q分量Vq的电压参考值Vqref对所述交流电压dq分量Vd和Vq进行控制，输出交流电流dq分量的参考值Idref和Iqref。
通过测量所述并网点的交流电流测量值Iabc，根据所述交流电压相位角参考值θ将三相交流电流实际值Iabc进行帕克变换，将三相交流电气量从abc坐标系变换到dq坐标系得到所述并网点交流电流dq分量电流值Idq；
通过电流控制模型，使得并网点交流电流dq分量Id和Iq分别跟随所述电流参考值Idref和Iqref，生成阀侧电压dq分量参考波Vcdref和Vcqref；
根据所述交流电压相位角参考值θ将阀侧电压参考波进行帕克逆变换，从dq坐标系逆变换到abc坐标系得到阀侧三相电压参考波Vcabc作为换流器阀控制环节的输入量。
为避免采用构网型控制策略时，所述并网点频率偏离稳定范围后，继续采用构网型控制策略，导致所述并网点频率超出极端运行频率，使得直流系统停止运行，造成的系统不稳定，提高了系统控制过程的稳定性。
在本发明提供的又一实施例中，步骤S103具体包括：
当所述并网点频率f满足fmin<f<fmax时，判定所述并网点频率运行在稳定范围内，其中，fmin和fmax分别为并网点长期运行的最小频率及最大频率；
获取换流站交流并网点的电压测量值和频率测量值，并根据所述电压测量值、所述频率测量值和预设的二次调频控制模型，输出有功功率参考值及无功功率参考值；
测量所述并网点的有功功率及无功功率，并根据所述有功功率参考值、所述无功功率参考值、预设的有功功率控制模型及预设的无功功率控制模型，输出所述并网点的交流电压相位角参考值及交流电压幅值参考值；
测量所述并网点的交流电压测量值，根据所述交流电压相位角参考值θ对所述交流电压测量值进行帕克变换，将三相交流电气量从abc坐标系变换到dq坐标系，输出所述并网点的交流电压dq分量值；设定所述并网点的交流电压d分量的电压参考值为所述交流电压幅值参考值，设定所述并网点的交流电压q分量的电压参考值为零；根据设定的交流电压d分量的电压参考值、设定的交流电压q分量的电压参考值和预设的电压控制模型对所述交流电压dq分量值进行控制，并输出电流dq分量参考值；
测量所述并网点的交流电流测量值，根据所述交流电压相位角参考值对所述交流电流测量值进行帕克变换，将三相交流电气量从abc坐标系变换到dq坐标系，输出所述并网点的交流电流dq分量值；根据所述电流dq分量参考值和预设的电流控制模型对所述交流电流dq分量值进行控制，并输出换流站的阀侧电压dq分量参考值；根据所述交流电压相位角参考值对所述阀侧电压dq分量参考值进行帕克逆变换，从dq坐标系逆变换到abc坐标系，输出换流器三相电压参考波用于换流器阀控制环节。
在本实施例具体实施时，当所述并网点频率f满足fmin<f<fmax时，判定所述并网点频率运行在稳定范围内，其中，fmin和fmax分别为并网点长期运行的最小频率及最大频率；
判定并网点频率运行在稳定范围内时，按照柔性直流输电系统的稳态控制方法控制所述柔性直流输电系统，具体过程如下：
先测量换流站交流并网点处的电压测量值Vm和所述并网点处的频率测量值fm；
通过预设的二次调频控制模型：
Figure BDA0003130647440000141
Figure BDA0003130647440000142
获取功率参考值，功率参考值包括有功功率参考值Pref和无功功率参考值Qref；此外，所述二次调频控制模型中包含提前获取的电力系统的参数信息，具体为：fref和Vmref分别为所述并网点的频率额定参考值和电压额定参考值，Pnom和Qnom分别为直流系统主回路设计时额定有功功率及额定无功功率，Pset和Qset分别为调度系统设定的二次调频有功功率的基准值和二次调频无功功率的基准值，Tp和Tq分别为决定二次调频动态响应时间的有功功率时间常数控制参数和无功功率时间常数控制参数，σp和σq分别为有功功率二次调频贡献因素和无功功率二次调频贡献因素。
参见图3所示，是本发明实施例提供的的二次调频控制模型生成有功功率参考值的框架图，当输入二次调频控制模型的输入量：频率额定参考值fref、频率测量值fm、调度系统设定的二次调频有功功率的基准值Pset，二次调频控制模型根据频率额定参考值fref、直流系统主回路设计时额定有功功率Pnom、有功功率二次调频的贡献因素σp，以及有功功率时间常数控制参数Tp，输出有功功率参考值Pref；
参见图4所示，是本发明实施例提供的一种二次调频控制模型生成无功功率参考值的框架图，当输入二次调频控制模型的输入量，电压额定参考值Vmref、电压测量值Vm、调度系统设定的二次调频无功功率的基准值Qset，二次调频控制模型根据电压额定参考值Vmref、直流系统主回路设计时额定无功功率Qnom、无功功率二次调频的贡献因素σq，以及无功功率时间常数控制参数Tq，输出无功功率参考值Qref；
通过二次调频控制模型来生成功率参考值为准稳态控制环节，其动态响应时间精度为秒级，能够在并网点电压或频率发生偏离后，通过生成的有功/无功功率参考值来减少频率幅值和电压幅值的偏离程度。
在功率控制环节，先测量所述并网点的有功功率电压值P和无功功率电压值Q；
将测量的有功功率电压值P和无功功率电压值Q以及二次调频控制模型输出的有功功率参考值Pref和无功功率参考值Qref输入到预设的功率控制模型：
Figure BDA0003130647440000151
Figure BDA0003130647440000152
输出电压参考值，包括，交流电压相位角参考值θ及所述交流电压幅值参考值Vmref；
其中，P为测量的所述有功功率电压值，Q为测量的所述无功功率电压值，θ为直流系统接入电网的相角，f为所连电网频率，Jp和Jq分别为虚拟同步控制惯量常数，DP和Dq分别为有功/无功功率虚拟同步控制调节常数ωref为所述并网点的频率额定参考值fref的角速度，即ωref＝2πfref，f为所连电网频率，在稳态情况下，f＝fref。
在稳态情况下，有功功率电压值P＝有功功率参考值Pref，所连电网频率f＝频率额定参考值fref，当直流系统所连接交流系统频率发生变化时，若频率额定参考值f增大时，Δf＝f-fref≠0，则有功功率电压值也会在功率控制模型作用下快速调节至新的稳定值，确保系统保持平衡平衡点。
当无功功率电压值发生变化，工作原理与有功功率情况基本类似，在此不做赘述。
参见图5所示，是本发明实施例提供的一种功率控制模型的控制框架图，输入有功功率电压值P、有功功率参考值Pref、无功功率电压值Q、无功功率参考值Qref，经过图示的流程，能够完成对有功/无功功率电压的稳定并输出电压参考值θ和Vmref；
功率控制模型的响应的精度为毫秒级，对应为同步电机控制的一次调频环节。功率控制环节模拟了同步发电机的运动方程，通过功率控制对网侧并网点电压的幅值和相角进行构造，使柔直系统具备自同步功能和快速调频调压能力，正常运行时控制环节中无需锁相环。
参见图6所示，是本发明实施例提供的一种电压控制模型的控制框架图，分别根据所述并网点交流电压dq分量的参考值Vdref和Vqref对并网点实际交流电压dq分量Vd和Vq进行控制，输出并网点交流电流dq分量的参考值Idref和Iqref。。
参见图7所示，是本发明实施例提供的一种电流控制模型的控制框架图。通过电流控制模型，使得并网点交流电流dq分量Id和Iq分别跟随所述电流参考值Idref和Iqref，生成阀侧电压dq分量参考波Vcdref和Vcqref；
根据所述相角θ将阀侧电压参考波进行帕克逆变换，从dq坐标系逆变换到abc坐标系得到阀侧三相电压参考波Vcabc作为换流器阀控制环节的输入量。
通过，引入二次调频控制模型，能够充分将同步电机的调频调压特性应用到直流输电系统中，进一步模拟直流系统的同步电机特性，可以更方便的将直流系统等效于同步电机电网，能够在毫秒级响应系统变化，调节直流系统的无功/有功的功率、电压、电流，维持直流系统的稳定性。
本发明实施例提供一种基于电网构造型的柔性直流孤岛控制方法，在柔性支流电网在构网型控制系统框架下，柔性直流输电系统接入电网拓扑结构改变为仅孤岛型电网与直流系统连接后，检测所述柔性直流输电系统的并网点的并网点频率；当所述并网点频率波动至极端频率范围时，根据预设的频率额定参考值输出交流电压相位角参考值，根据所述交流电压相位角参考值和稳态控制方法进行所述柔性直流输电系统的功率控制、电压控制和电流控制；为避免采用构网型控制策略时，所述并网点频率偏离稳定范围后，继续采用构网型控制策略，导致所述并网点频率超出极端运行频率，使得直流系统停止运行，造成的系统不稳定，提高了系统控制过程的稳定性。
本发明实施例还提供一种基于电网构造型的柔性直流孤岛控制装置，参见图8，是本发明实施例提供的一种基于电网构造型的柔性直流孤岛控制装置的结构示意图，所述装置包括频率检测模块和第一控制模块；
所述频率检测模块用于柔性直流输电系统接入电网拓扑结构改变为仅孤岛型电网与直流系统连接后，检测所述柔性直流输电系统的并网点的并网点频率；
所述第一控制模块用于当所述并网点频率波动至极端频率范围时，根据预设的频率额定参考值输出交流电压相位角参考值，根据所述交流电压相位角参考值和稳态控制方法进行所述柔性直流输电系统的功率控制、电压控制和电流控制。
本装置各个模块的具体功能在本发明提供的任一基于电网构造型的柔性直流孤岛控制方法的实施例中做了具体说明，在此不作赘述。
参见图9，是本发明又一实施例提供的基于电网构造型的柔性直流孤岛控制装置的结构示意图。该实施例的基于电网构造型的柔性直流孤岛控制装置包括：处理器、存储器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，例如基于电网构造型的柔性直流孤岛控制程序。所述处理器执行所述计算机程序时实现上述各个基于电网构造型的柔性直流孤岛控制方法实施例中的步骤，例如图1所示的步骤S101～S103。或者，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述各装置实施例中各模块/单元的功能。
示例性的，所述计算机程序可以被分割成一个或多个模块/单元，所述一个或者多个模块/单元被存储在所述存储器中，并由所述处理器执行，以完成本发明。所述一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述所述计算机程序在所述基于电网构造型的柔性直流孤岛控制装置中的执行过程。例如，所述计算机程序可以被分割成功率参考值设定模块、功率控制模块、电压控制模块和电流控制模块，各模块具体功能在此不做赘述.。
所述基于电网构造型的柔性直流孤岛控制装置可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。所述基于电网构造型的柔性直流孤岛控制装置可包括，但不仅限于，处理器、存储器。本领域技术人员可以理解，所述示意图仅仅是基于电网构造型的柔性直流孤岛控制装置的示例，并不构成对基于电网构造型的柔性直流孤岛控制装置的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如所述基于电网构造型的柔性直流孤岛控制装置还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。
所称处理器可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等，所述处理器是所述基于电网构造型的柔性直流孤岛控制装置的控制中心，利用各种接口和线路连接整个基于电网构造型的柔性直流孤岛控制装置的各个部分。
所述存储器可用于存储所述计算机程序和/或模块，所述处理器通过运行或执行存储在所述存储器内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器内的数据，实现所述基于电网构造型的柔性直流孤岛控制装置的各种功能。所述存储器可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序(比如声音播放功能、图像播放功能等)等；存储数据区可存储根据手机的使用所创建的数据(比如音频数据、电话本等)等。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card,SMC)，安全数字(Secure Digital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。
其中，所述基于电网构造型的柔性直流孤岛控制装置集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。
本发明提供的基于电网构造型的柔性直流孤岛控制方法、装置及介质，在柔性直流输电系统在构网型控制系统框架下，柔性直流输电系统接入的交流电网拓扑结构由联网型改变为仅孤岛型电网与直流系统连接后，检测所述柔性直流输电系统的并网点频率；当所述并网点频率波动至极端频率范围时，根据预设的频率额定参考值输出交流电压相位角参考值，根据所述交流电压相位角参考值和稳态控制方法进行所述柔性直流输电系统的功率控制、电压控制和电流控制；为避免采用构网型控制策略时，所述并网点频率偏离稳定范围后，继续采用构网型控制策略，导致所述并网点频率超出极端运行频率，使得直流系统停止运行，造成的系统不稳定，提高了系统控制过程的稳定性。
需说明的是，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。另外，本发明提供的装置实施例附图中，模块之间的连接关系表示它们之间具有通信连接，具体可以实现为一条或多条通信总线或信号线。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于电网构造型的柔性直流孤岛控制方法，其特征在于，所述方法包括：柔性直流输电系统接入电网拓扑结构改变为仅孤岛型电网与直流系统连接后，检测所述柔性直流输电系统的并网点频率；
当所述并网点频率波动至极端频率范围时，根据预设的频率额定参考值输出交流电压相位角参考值，根据所述交流电压相位角参考值和稳态控制方法进行所述柔性直流输电系统的功率控制、电压控制和电流控制；
所述当所述并网点频率波动至极端频率范围时，根据预设的频率额定参考值输出交流电压相位角参考值，根据所述交流电压相位角参考值和稳态控制方法进行所述柔性直流输电系统的功率控制、电压控制和电流控制，具体包括：
当所述并网点频率f满足fexmin<f<fmin或fmax<f<fexmax时，判定所述并网点频率运行至极端频率范围，其中，fexmin为并网点极端运行频率下限和fexmax并网点极端运行频率上限，fmin和fmax分别为所述并网点长期运行的最小频率及最大频率；
根据预设的频率额定参考值fref进行积分运算，得到交流电压相位角参考值；
获取换流站交流并网点的电压测量值和频率测量值，并根据所述电压测量值、所述频率测量值和预设的二次调频控制模型，输出有功功率参考值及无功功率参考值；
测量所述并网点的有功功率及无功功率，并根据所述有功功率参考值、所述无功功率参考值、预设的有功功率控制模型及预设的无功功率控制模型，输出交流电压幅值参考值；
测量所述并网点的交流电压测量值，根据所述交流电压相位角参考值θ对所述交流电压测量值进行帕克变换，将三相交流电气量从abc坐标系变换到dq坐标系，输出所述并网点的交流电压dq分量值；设定所述并网点的交流电压d分量的电压参考值为所述交流电压幅值参考值，设定所述并网点的交流电压q分量的电压参考值为零；根据设定的交流电压d分量的电压参考值、设定的交流电压q分量的电压参考值和预设的电压控制模型对所述交流电压dq分量值进行控制，并输出电流dq分量参考值；
测量所述并网点的交流电流测量值，根据所述交流电压相位角参考值对所述交流电流测量值进行帕克变换，将三相交流电气量从abc坐标系变换到dq坐标系，输出所述并网点的交流电流dq分量值；根据所述电流dq分量参考值和预设的电流控制模型对所述交流电流dq分量值进行控制，并输出换流站的阀侧电压dq分量参考值；根据所述交流电压相位角参考值对所述阀侧电压dq分量参考值进行帕克逆变换，从dq坐标系逆变换到abc坐标系，输出换流器三相电压参考波用于换流器阀控制环节。
2.根据权利要求1所述的基于电网构造型的柔性直流孤岛控制方法，其特征在于，所述方法还包括：
当所述并网点频率波动在稳定范围内运行时，按照柔性直流输电系统的稳态控制方法进行所述柔性直流输电系统的功率控制、电压控制和电流控制。
3.根据权利要求2所述的基于电网构造型的柔性直流孤岛控制方法，其特征在于，所述当所述并网点频率波动在稳定范围内运行时，按照柔性直流输电系统的稳态控制方法进行所述柔性直流输电系统的功率控制、电压控制和电流控制，具体包括：
当所述并网点频率f满足fmin<f<fmax时，判定所述并网点频率运行在稳定范围内，其中，fmin和fmax分别为并网点长期运行的最小频率及最大频率；
获取换流站交流并网点的电压测量值和频率测量值，并根据所述电压测量值、所述频率测量值和预设的二次调频控制模型，输出有功功率参考值及无功功率参考值；
测量所述并网点的有功功率及无功功率，并根据所述有功功率参考值、所述无功功率参考值、预设的有功功率控制模型及预设的无功功率控制模型，输出所述并网点的交流电压相位角参考值及交流电压幅值参考值；
测量所述并网点的交流电压测量值，根据所述交流电压相位角参考值θ对所述交流电压测量值进行帕克变换，将三相交流电气量从abc坐标系变换到dq坐标系，输出所述并网点的交流电压dq分量值；设定所述并网点的交流电压d分量的电压参考值为所述交流电压幅值参考值，设定所述并网点的交流电压q分量的电压参考值为零；根据设定的交流电压d分量的电压参考值、设定的交流电压q分量的电压参考值和预设的电压控制模型对所述交流电压dq分量值进行控制，并输出电流dq分量参考值；
测量所述并网点的交流电流测量值，根据所述交流电压相位角参考值对所述交流电流测量值进行帕克变换，将三相交流电气量从abc坐标系变换到dq坐标系，输出所述并网点的交流电流dq分量值；根据所述电流dq分量参考值和预设的电流控制模型对所述交流电流dq分量值进行控制，并输出换流站的阀侧电压dq分量参考值；根据所述交流电压相位角参考值对所述阀侧电压dq分量参考值进行帕克逆变换，从dq坐标系逆变换到abc坐标系，输出换流器三相电压参考波用于换流器阀控制环节。
4.一种基于电网构造型的柔性直流孤岛控制装置，其特征在于，包括：频率检测模块和第一控制模块；
所述频率检测模块用于柔性直流输电系统接入电网拓扑结构改变为仅孤岛型电网与直流系统连接后，检测所述柔性直流输电系统的并网点的并网点频率；
所述第一控制模块用于当所述并网点频率波动至极端频率范围时，根据预设的频率额定参考值输出交流电压相位角参考值，根据所述交流电压相位角参考值和稳态控制方法进行所述柔性直流输电系统的功率控制、电压控制和电流控制；
所述第一控制模块具体用于：
当所述并网点频率f满足fexmin<f<fmin或fmax<f<fexmax时，判定所述并网点频率运行至极端频率范围，其中，fexmin为所述并网点极端运行频率下限和fexmax并网点极端运行频率上限，fmin和fmax分别为所述并网点长期运行的最小频率及最大频率；
根据预设的频率额定参考值fref进行积分运算，得到交流电压相位角参考值；
获取换流站交流并网点的电压测量值和频率测量值，并根据所述电压测量值、所述频率测量值和预设的二次调频控制模型，输出有功功率参考值及无功功率参考值；
测量所述并网点的有功功率及无功功率，并根据所述有功功率参考值、所述无功功率参考值、预设的有功功率控制模型及预设的无功功率控制模型，输出交流电压幅值参考值；
测量所述并网点的交流电压测量值，根据所述交流电压相位角参考值θ对所述交流电压测量值进行帕克变换，将三相交流电气量从abc坐标系变换到dq坐标系，输出所述并网点的交流电压dq分量值；设定所述并网点的交流电压d分量的电压参考值为所述交流电压幅值参考值，设定所述并网点的交流电压q分量的电压参考值为零；根据设定的交流电压d分量的电压参考值、设定的交流电压q分量的电压参考值和预设的电压控制模型对所述交流电压dq分量值进行控制，并输出电流dq分量参考值；
测量所述并网点的交流电流测量值，根据所述交流电压相位角参考值对所述交流电流测量值进行帕克变换，将三相交流电气量从abc坐标系变换到dq坐标系，输出所述并网点的交流电流dq分量值；根据所述电流dq分量参考值和预设的电流控制模型对所述交流电流dq分量值进行控制，并输出换流站的阀侧电压dq分量参考值；根据所述交流电压相位角参考值对所述阀侧电压dq分量参考值进行帕克逆变换，从dq坐标系逆变换到abc坐标系，输出换流器三相电压参考波用于换流器阀控制环节。
5.根据权利要求4所述的基于电网构造型的柔性直流孤岛控制装置，其特征在于，所述装置还包括第二控制模块；
所述第二控制模块用于当所述并网点频率波动在稳定范围内运行时，按照柔性直流输电系统的稳态控制方法进行所述柔性直流输电系统的功率控制、电压控制和电流控制。
6.根据权利要求4所述的基于电网构造型的柔性直流孤岛控制装置，其特征在于，所述当所述并网点频率波动在稳定范围内运行时，按照柔性直流输电系统的稳态控制方法进行所述柔性直流输电系统的功率控制、电压控制和电流控制，具体包括：
当所述并网点频率f满足fmin<f<fmax时，判定所述并网点频率运行在稳定范围内，其中，fmin和fmax分别为并网点长期运行的最小频率及最大频率；
获取换流站交流并网点的电压测量值和频率测量值，并根据所述电压测量值、所述频率测量值和预设的二次调频控制模型，输出有功功率参考值及无功功率参考值；
测量所述并网点的有功功率及无功功率，并根据所述有功功率参考值、所述无功功率参考值、预设的有功功率控制模型及预设的无功功率控制模型，输出所述并网点的交流电压相位角参考值及交流电压幅值参考值；
测量所述并网点的交流电压测量值，根据所述交流电压相位角参考值θ对所述交流电压测量值进行帕克变换，将三相交流电气量从abc坐标系变换到dq坐标系，输出所述并网点的交流电压dq分量值；设定所述并网点的交流电压d分量的电压参考值为所述交流电压幅值参考值，设定所述并网点的交流电压q分量的电压参考值为零；根据设定的交流电压d分量的电压参考值、设定的交流电压q分量的电压参考值和预设的电压控制模型对所述交流电压dq分量值进行控制，并输出电流dq分量参考值；
测量所述并网点的交流电流测量值，根据所述交流电压相位角参考值对所述交流电流测量值进行帕克变换，将三相交流电气量从abc坐标系变换到dq坐标系，输出所述并网点的交流电流dq分量值；根据所述电流dq分量参考值和预设的电流控制模型对所述交流电流dq分量值进行控制，并输出换流站的阀侧电压dq分量参考值；根据所述交流电压相位角参考值对所述阀侧电压dq分量参考值进行帕克逆变换，从dq坐标系逆变换到abc坐标系，输出换流器三相电压参考波用于换流器阀控制环节。
7.一种基于电网构造型的柔性直流孤岛控制装置，其特征在于，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至3中任意一项所述的基于电网构造型的柔性直流孤岛控制方法。
8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行如权利要求1至3中任意一项所述的基于电网构造型的柔性直流孤岛控制方法。
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