CN113469454A - 一种一体化能源基地直流调制参数配置方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种一体化能源基地直流调制参数配置方法与系统，方法包括：进行虚拟阻抗数据修正的直流调制过程，得到待优化的整套直流调制参数；其中虚拟阻抗数据修正具体为：通过交流联络线功率突变量叠加功率的虚拟阻抗数据修正值，并经一阶惯性环节，将结果输入到直流调制系统增益环节；对待优化的整套直流调制参数进行优化，计算优化指标，得到所有组直流调制参数的优化指标；输出优化指标最优的一组直流调制参数作为最终配置结果。本发明为直流环节在交流电网中增加惯性阻尼环节，增加系统的动态稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及多能互补配比优化领域，特别涉及一种一体化能源基地直流调制参数配置方法及系统。
背景技术
在高压直流输电系统中，直流线路的基本控制量是直流电流和直流电压，分别通过直流输电系统的整流器(送端换流器)和逆变器(受端换流器)进行控制。直流输电系统作为一个整体嵌入到交流输电网中，对交流系统而言，相当于一个对频率不敏感的负荷，这就导致它对交流系统的功率波动可能会由于其负阻尼效应而影响交流系统的稳定功率传输。
在这种背景下，常规的直流系统整流器控制系统中，应加入专门设计的附加控制器，即直流调制器，它利用直流系统本身具有的快速响应特性以及高度可控性能，从而对直流系统的控制进行拓展，缓冲交流系统的功率波动，提高互联系统的动态稳定性。
目前直流调制系统的参数配置多数针对超前和滞后环节的两个时间参数，以及HVDC的增益系数进行优化。对于这些系数的优化目标函数构建，目前有研究采用振荡性能积分指标最小的目标，也有研究采用振荡绝对值最小的目标，也有采用等面积法的暂态稳定性指标的优化方法。
发明内容
为解决现有技术中的问题，本发明提供了一种一体化能源基地直流调制参数配置方法及系统，本发明能够增加系统的动态稳定性。
为了实现上述目的，本发明提供了如下的技术方案。
一种一体化能源基地直流调制参数配置方法，包括以下步骤：
进行虚拟阻抗数据修正的直流调制过程，得到待优化的整套直流调制参数；其中虚拟阻抗数据修正具体为：通过交流联络线功率突变量叠加功率的虚拟阻抗数据修正值，并经一阶惯性环节，将结果输入到直流调制系统增益环节；
对待优化的整套直流调制参数进行优化，计算优化指标，得到所有组直流调制参数的优化指标；
输出优化指标最优的一组直流调制参数作为最终配置结果。
作为本发明的进一步改进，所述功率的虚拟阻抗数据修正值△Pf由上级系统根据当前系统的调峰、调频情况给到的输入量。
作为本发明的进一步改进，对待优化的整套直流调制参数进行优化具体包括：
初始化待优化的整套参数；
根据待优化参数计算优化指标；计算控制器状态空间的矩阵及矩阵特征值；校核矩阵特征值实部；
如果为正，则待优化参数不满足小干扰稳定性条件，修改待优化参数进行下一次计算；
如果为负，那记录本次计算的初始化参数和优化指标，并修改待优化参数进行下一次计算；
直至所有参数已经计算完成。
作为本发明的进一步改进，所述优化指标I的计算公式如下：
其中，t0为开始计算指标的时间，t1为终止计算指标的时间，P为直流系统传输实时功率，Pdr为直流调制系统输出功率指令值。
作为本发明的进一步改进，所述直流调制过程具体为：
一阶惯性环节得到基于虚拟阻抗的数据修正值，数据修正值按顺序通过增幅为KHVDC的比例环节，隔直环节，以及超前滞后环节，得到直流调制其产生的抑制低频振荡信号；抑制低频振荡信号与当前直流功率控制指令信号相叠加，其结果即为直流调制系统输出功率指令值。
一种一体化能源基地直流调制参数配置系统，包括：
直流调制模块，用于进行虚拟阻抗数据修正的直流调制过程，得到待优化的整套直流调制参数；其中虚拟阻抗数据修正具体为：通过交流联络线功率突变量叠加功率的虚拟阻抗数据修正值，并经一阶惯性环节，将结果输入到直流调制系统增益环节；
参数优化模块，用于对待优化的整套直流调制参数进行优化，计算优化指标，得到所有组直流调制参数的优化指标；
结果输出模块，用于输出优化指标最优的一组直流调制参数作为最终配置结果。
一种电子设备，包括存储器、处理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，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述一体化能源基地直流调制参数配置方法的步骤。
一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述一体化能源基地直流调制参数配置方法的步骤。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
现有技术直流调制系统的输入交流功率变化量为实际测量量，未考虑基于虚拟阻尼的数据修正，从而增大了交流系统发生功率振荡的可能性。现有的直流调制系统参数优化方案中，只把功率振荡情况的时域特性的相关特性作为优化量，从而只考虑系统的暂态稳定性，未针对系统的小干扰稳定性进行校验。本发明将交流功率变化量叠加基于虚拟阻尼的数据修正，从而为直流环节在交流电网中增加惯性阻尼环节，增加系统的动态稳定性；同时在参数优化方案中，添加系统小干扰稳定性校验环节，从而增加系统的小干扰稳定性。具体优点为：
1、虚拟阻抗数据修正的直流调制系统，交流联络线功率突变量△Pac叠加功率的虚拟阻抗数据修正值△Pf，并经一阶惯性环节，结果输入到直流调制系统增益环节。
2、一体化能源基地直流调制参数配置优化方法的算法流程及环节内物理量的定义。
3、待优化参数计算优化指标I的公式及相应t0、t1、P的定义。
附图说明
在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本发明公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本发明的理解，并不是具体限定本发明各部件的形状和比例尺寸。在附图中：
图1为本发明优选实施例一体化能源基地直流调制参数配置方法流程示意图；
图2为本发明包含虚拟阻抗数据修正的直流调制系统图；
图3为本发明一体化能源基地直流调制参数配置优化方法；
图4为本发明功率动态波动及相关参数示意图；
图5为本发明优选实施例一体化能源基地直流调制参数配置系统结构示意图；
图6为本发明优选实施例电子设备结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，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做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施例。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
术语解释：
一体化能源基地：能源基地是指以发展能源及相关产业为基础和特色的地区，包括能源的生产、加工、转换、输配、贸易和相应的服务。一体化能源基地一般是指包含多种能源类型，特别是包含清洁能源，如风电、光伏、水电等类型能源的能源基地。
直流调制：在高压直流输电系统中，除去基本控制量，即直流电压、直流电流，通过检测交流系统功率传输偏差，在直流整流侧主控级控制系统中所加入的专门控制器。
有功功率：有功功率是指单位时间内实际发出或消耗的交流电能量，是周期内的平均功率。单相电路中等于电压有效值、电流有效值和功率因数的乘积。多相电路中等于相数乘以每相的有功功率。单位为瓦、千瓦等。
无功功率：无功功率是指在具有电抗的交流电路中，电场或磁场在一周期的一部分时间内从电源吸收能量，另一部分时间则释放能量，在整个周期内平均功率是零，但能量在电源和电抗元件(电容、电感)之间不停地交换。交换率的最大值即为“无功功率”。单相交流电路中，其值等于电压有效值、电流有效值和电压与电流间相位角的正弦三者之积。多相电路中等于相数乘以每相的无功功率。单位为Var、kVar等。
如图1所示，本发明涉及一种一体化能源基地直流调制参数配置方法，包括以下步骤：
进行虚拟阻抗数据修正的直流调制过程，得到待优化的整套直流调制参数；其中虚拟阻抗数据修正具体为：通过交流联络线功率突变量叠加功率的虚拟阻抗数据修正值，并经一阶惯性环节，将结果输入到直流调制系统增益环节；
对待优化的整套直流调制参数进行优化，计算优化指标，得到所有组直流调制参数的优化指标；
输出优化指标最优的一组直流调制参数作为最终配置结果。
其中，对待优化的整套直流调制参数进行优化具体包括：
初始化待优化的整套参数；
根据待优化参数计算优化指标；计算控制器状态空间的矩阵及矩阵特征值；校核矩阵特征值实部；
如果为正，则待优化参数不满足小干扰稳定性条件，修改待优化参数进行下一次计算；
如果为负，那记录本次计算的初始化参数和优化指标，并修改待优化参数进行下一次计算；
直至所有参数已经计算完成。
如图2所示。图为2包含虚拟阻抗数据修正的直流调制系统图，
将交流联络线功率突变量△Pac，与功率的虚拟阻抗数据修正值△Pf相加，结果通过一阶惯性环节，得到基于虚拟阻抗的数据修正值。数据修正值按顺序通过增幅为KHVDC的比例环节，时间常数为TW的隔直环节，以及时间常数为T1和T2的超前滞后环节，得到直流调制其产生的抑制低频振荡信号Pmod。信号与当前直流功率控制指令信号Pd0相叠加，其结果即为直流调制系统输出功率指令值Pdr。
直流调制系统中包含虚拟阻抗数据修正的直流调制系统包含以下环节和物理量：
△Pac：交流联络线功率突变量；
△Pf：功率的虚拟阻抗数据修正值，由上级系统根据当前系统的调峰、调频情况给到的输入量；
一阶惯性环节：为模拟实际阻抗响应特性的惯性环节，其中Ts为惯性延时时间常数，为可调节量；
KHVDC：待优化量，直流调制系统增益系数；
TW：隔直环节时间常数；
T1，T2：待优化量，超前滞后环节时间常数；
Pmod：直流调制器产生的抑制低频振荡信号；
Pd0：直流功率控制指令信号；
Pdr：直流调制系统输出功率指令值。
如图3所示为一体化能源基地直流调制参数配置优化方法。优化开始并初始化系统；初始化待优化的整套参数，包括T1、T2、KHVDC；根据待优化参数计算优化指标I；计算控制器状态空间的矩阵及矩阵特征值；校核特征值实部，如果为正，说明参数不满足小干扰稳定性条件，修改参数进行下一次计算；如果为负，那记录本次计算的初始化参数和优化指标，并修改参数进行下一次计算；当所有参数已经计算完成，从中选出最优的优化指标及其配套待优化参数，即为优化参数最终配置结果。这其中，优化指标I的计算公式如下所示。
公式中参数的定义参照图4。图4为功率动态波动及相关参数示意图；t0为开始计算指标的时间，t1为终止计算指标的时间，P为直流系统传输实时功率。
如图5所示，本发明的另一目的在于提出一种一体化能源基地直流调制参数配置系统，包括：
直流调制模块，用于进行虚拟阻抗数据修正的直流调制过程，得到待优化的整套直流调制参数；其中虚拟阻抗数据修正具体为：通过交流联络线功率突变量叠加功率的虚拟阻抗数据修正值，并经一阶惯性环节，将结果输入到直流调制系统增益环节；
参数优化模块，用于对待优化的整套直流调制参数进行优化，计算优化指标，得到所有组直流调制参数的优化指标；
结果输出模块，用于输出优化指标最优的一组直流调制参数作为最终配置结果。
如图6所示，本发明第三个目的是提供一种电子设备，包括存储器、处理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，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述一体化能源基地直流调制参数配置方法的步骤。
所述一体化能源基地直流调制参数配置方法包括以下步骤：
进行虚拟阻抗数据修正的直流调制过程，得到待优化的整套直流调制参数；其中虚拟阻抗数据修正具体为：通过交流联络线功率突变量叠加功率的虚拟阻抗数据修正值，并经一阶惯性环节，将结果输入到直流调制系统增益环节；
对待优化的整套直流调制参数进行优化，计算优化指标，得到所有组直流调制参数的优化指标；
输出优化指标最优的一组直流调制参数作为最终配置结果。
本发明第四个目的是提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述一体化能源基地直流调制参数配置方法的步骤。
所述一体化能源基地直流调制参数配置方法包括以下步骤：
进行虚拟阻抗数据修正的直流调制过程，得到待优化的整套直流调制参数；其中虚拟阻抗数据修正具体为：通过交流联络线功率突变量叠加功率的虚拟阻抗数据修正值，并经一阶惯性环节，将结果输入到直流调制系统增益环节；
对待优化的整套直流调制参数进行优化，计算优化指标，得到所有组直流调制参数的优化指标；
输出优化指标最优的一组直流调制参数作为最终配置结果。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (8)
1.一种一体化能源基地直流调制参数配置方法，其特征在于，包括以下步骤：
进行虚拟阻抗数据修正的直流调制过程，得到待优化的整套直流调制参数；其中虚拟阻抗数据修正具体为：通过交流联络线功率突变量叠加功率的虚拟阻抗数据修正值，并经一阶惯性环节，将结果输入到直流调制系统增益环节；
对待优化的整套直流调制参数进行优化，计算优化指标，得到所有组直流调制参数的优化指标；
输出优化指标最优的一组直流调制参数作为最终配置结果。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述功率的虚拟阻抗数据修正值△Pf由上级系统根据当前系统的调峰、调频情况给到的输入量。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
对待优化的整套直流调制参数进行优化具体包括：
初始化待优化的整套参数；
根据待优化参数计算优化指标；计算控制器状态空间的矩阵及矩阵特征值；校核矩阵特征值实部；
如果为正，则待优化参数不满足小干扰稳定性条件，修改待优化参数进行下一次计算；
如果为负，那记录本次计算的初始化参数和优化指标，并修改待优化参数进行下一次计算；
直至所有参数已经计算完成。
4.根据权利要求1或3所述的方法，其特征在于，
所述优化指标I的计算公式如下：
其中，t0为开始计算指标的时间，t1为终止计算指标的时间，P为直流系统传输实时功率，Pdr为直流调制系统输出功率指令值。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述直流调制过程具体为：
一阶惯性环节得到基于虚拟阻抗的数据修正值，数据修正值按顺序通过增幅为KHVDC的比例环节，隔直环节，以及超前滞后环节，得到直流调制其产生的抑制低频振荡信号；抑制低频振荡信号与当前直流功率控制指令信号相叠加，其结果即为直流调制系统输出功率指令值。
6.一种一体化能源基地直流调制参数配置系统，其特征在于，包括：
直流调制模块，用于进行虚拟阻抗数据修正的直流调制过程，得到待优化的整套直流调制参数；其中虚拟阻抗数据修正具体为：通过交流联络线功率突变量叠加功率的虚拟阻抗数据修正值，并经一阶惯性环节，将结果输入到直流调制系统增益环节；
参数优化模块，用于对待优化的整套直流调制参数进行优化，计算优化指标，得到所有组直流调制参数的优化指标；
结果输出模块，用于输出优化指标最优的一组直流调制参数作为最终配置结果。
7.一种电子设备，包括存储器、处理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，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1-5任一项所述一体化能源基地直流调制参数配置方法的步骤。
8.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-5任一项所述一体化能源基地直流调制参数配置方法的步骤。
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