CN113489044B - 考虑线路电阻的多端柔性直流输电自适应下垂控制方法 - Google Patents

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Abstract

考虑线路电阻的多端柔性直流输电自适应下垂控制方法，涉及电力控制技术领域。本发明是为了解决传统的下垂控制方式中下垂系数固定，因此在功率波动较大时，很容易导致换流站出现过载；并且直流线路上的电阻会导致线路上存在压降，进而影响换流站准确分配有功功率的问题。本发明所述的考虑线路电阻的多端柔性直流输电自适应下垂控制方法，使得换流站能够充分利用自身的容量，避免换流站过载。并且，考虑到了线路电阻的影响，能够准确又合理的分配系统的动态功率。本发明实现了功率的准确协调控制，保证了系统的稳定运行。

Description

考虑线路电阻的多端柔性直流输电自适应下垂控制方法
技术领域
本发明属于电力控制技术领域，尤其涉及换流站输电控制技术。
背景技术
基于电压源型换流器的多端柔性直流输电系统，因其调度的灵活性、较低的输电成本，使其在孤岛供电和海上风电并网等领域具有良好的应用场景。多端柔性直流输电的控制方式主要有三种：定直流电压控制方式、定有功功率控制方式和下垂控制方式。其中下垂控制方式因其可靠性高并且无需通信，所以在多端柔性直流输电中得到广泛的应用。
传统的下垂控制方式中，由于下垂系数固定，因此在功率波动较大时，很容易导致换流站出现过载。除此之外，直流线路上的电阻会导致线路上存在压降，进而影响换流站准确分配有功功率。
发明内容
本发明是为了解决传统的下垂控制方式中下垂系数固定，因此在功率波动较大时，很容易导致换流站出现过载；并且直流线路上的电阻会导致线路上存在压降，进而影响换流站准确分配有功功率的问题，现提供考虑线路电阻的多端柔性直流输电自适应下垂控制方法。
考虑线路电阻的多端柔性直流输电自适应下垂控制方法，所述方法为：
当多端柔性直流输电系统的功率出现不平衡、且直流电压的波动值ΔUdc小于滞环环宽下限时，换流站以其额定功率和实际功率之和作为功率裕度改变下垂系数来减发功率，使多端柔性直流输电系统的功率达到平衡，
当多端柔性直流输电系统的功率出现不平衡、且直流电压的波动值ΔUdc在滞环环宽范围内时，下垂系数保持不变，
当多端柔性直流输电系统的功率出现不平衡、且直流电压的波动值ΔUdc大于滞环环宽上限时，换流站以其额定功率和实际功率之差作为功率裕度改变下垂系数来增发功率，使多端柔性直流输电系统的功率达到平衡。
进一步的，第j个换流站的下垂系数
Figure BDA0003158720580000011
表达式如下：
Figure BDA0003158720580000021
其中，β和-β分别为滞环环宽范围上限和下限，
Figure BDA0003158720580000022
Pimax和Pi分别为第i个换流站的额定功率和实际功率，Pjmax和Pj分别为第j个换流站的额定功率和实际功率，ki和kj分别为第i个和第j个换流站的初始下垂系数，Ri和Rj分别为第i个和第j个换流站线路上的电阻值，idciref和idcjref分别为第i个和第j个换流站的直流电流参考值，Udcref为换流站直流电压参考值。
进一步的，上述β取值为0.02。
进一步的，所述考虑线路电阻的多端柔性直流输电自适应下垂控制方法，其下垂控制表达式为：
Figure BDA0003158720580000023
其中，
Figure BDA0003158720580000024
为PI控制传递函数表达式，kp为比例系数，ki为积分系数，
Figure BDA0003158720580000025
表示积分，Udc为换流站直流电压实际值，Pjref为第j个换流站的功率参考值，idref为换流站d轴电流参考值。
进一步的，当
Figure BDA0003158720580000026
时，多端柔性直流输电系统的功率达到平衡。
进一步的，直流电压的波动值ΔUdc的表达式为：
ΔUdc＝Udcref-Udc，
其中，Udcref为换流站直流电压参考值，Udc为换流站直流电压实际值。
本发明所述的考虑线路电阻的多端柔性直流输电自适应下垂控制方法，使得换流站能够充分利用自身的容量，避免换流站过载。并且，考虑到了线路电阻的影响，能够准确又合理的分配系统的动态功率。本发明实现了功率的准确协调控制，保证了系统的稳定运行。
附图说明
图1为自适应下垂控制原理框图；
图2为换流站控制原理框图，其中，vg为电网公共连接点(PCC)处的电压，Req和Leq分别为线路的等效电阻和电感，vc为换流站出口侧电压，Cdc为直流侧等效电容，vac和iac分别为交流侧电压和电流，vdq和idq分别为dq轴电压和电流，θ为电网电压的相角，ω为电网电压同步旋转角频率，vdqref和vacref分别为dq轴和交流电压参考值，Qj和Qjref分别为第j个换流站的无功功率实际值和参考值，iqref和idref分别为q轴和d轴电流参考值；
图3为四端柔性直流输电系统结构示意图，其中，实线表示连接直流侧正极的直流输电线路，虚线表示连接直流侧负极的直流输电线路，Uo为公共母线电压；
图4为自适应下垂控制仿真功率波形图，其中，(a)表示换流站1和换流站4的功率，二者重合，(b)P2和P3分别为换流站2和换流站3的功率；
图5为自适应下垂控制仿真直流电压波形图，其中，Udc2和Udc3分别表示换流站2和换流站3直流电压变化波形。
具体实施方式
具体实施方式一：参照图1至5具体说明本实施方式，本实施方式所述的考虑线路电阻的多端柔性直流输电自适应下垂控制方法，无功控制环采用图2中传统的定交流电压控制或定无功功率控制，将图2中的有功外环替换为图1中下垂控制方式，下垂控制表达式如下：
Figure BDA0003158720580000031
其中，
Figure BDA0003158720580000032
为PI控制传递函数表达式，kp为比例系数，ki为积分系数，
Figure BDA0003158720580000033
表示积分，Udc和Udcref分别为换流站直流电压实际值和参考值，Pjref和Pj分别为第j个换流站的功率参考值和实际功率。
当
Figure BDA0003158720580000034
时，多端柔性直流输电系统的功率达到平衡。
为了防止下垂系数频繁切换，引入滞环环宽，设β和-β分别为滞环环宽范围上限和下限。本实施方式中β取值为0.02。
若多端柔性直流输电系统的功率出现不平衡，导致直流电压波动，则有：
(1)当直流电压处于下降状态，下降的直流电压的波动值ΔUdc＝Udcref-Udc小于滞环环宽下限-β时(ΔUdc<-β)，第j个换流站以其额定功率和实际功率之和作为功率裕度改变下垂系数来减发功率，使多端柔性直流输电系统的功率达到平衡。第j个换流站的下垂系数
Figure BDA0003158720580000041
具体表达式为：
Figure BDA0003158720580000042
(2)当直流电压的波动值ΔUdc＝Udcref-Udc在滞环环宽范围内时(-β≤ΔUdc≤β)，下垂系数保持不变。
(3)当直流电压处于上升状态，上升的直流电压的波动值ΔUdc＝Udcref-Udc大于滞环环宽上限β时(ΔUdc>β)，换流站以其额定功率和实际功率之差作为功率裕度改变下垂系数来增发功率，使多端柔性直流输电系统的功率达到平衡。第j个换流站的下垂系数
Figure BDA0003158720580000045
具体表达式为：
Figure BDA0003158720580000043
上述公式中，
Figure BDA0003158720580000044
Pimax和Pi分别为第i个换流站的额定功率和实际功率，Pjmax和Pj分别为第j个换流站的额定功率和实际功率，idciref和idcjref分别为第i个和第j个换流站的直流电流参考值，ki和kj分别为第i个和第j个换流站的初始下垂系数，Ri和Rj分别为第i个和第j个换流站线路上的电阻值。
通过本实施方式，避免了换流站出现过载的问题。除此之外，当直流线路上电阻较大时，尤其是在连接不同换流站的直流线路电阻不同时，会导致两个换流站的直流电压波动值不同，由于直流电压波动值Udcref-Udc不同，叠加到有功功率的参考值也不同，因此导致下垂换流站分配功率不准确。
考虑到电阻会导致下垂换流站的直流电流发生改变的问题，本实施方式所述的多端柔性直流输电自适应下垂控制方法采用下式调整第j个换流站的下垂系数
Figure BDA0003158720580000051
Figure BDA0003158720580000052
即：只需要确定一个下垂换流站的下垂系数，并且知晓换流站直流电压参考值Udcref、换流站直流电流参考值idcref、以及线路电阻(Ri和Rj)这些本地电气量，就可以重新整定其余几个换流站的下垂系数。当利用重新整定的下垂系数时，由于系统发出和吸收的功率相同，所以就可以在考虑电阻的影响下实现功率的准确分配。
为了验证本实施方式的实用性，利用PLECS搭建一个如图3所示的四端柔性直流输电系统，并做了仿真验证。在仿真中，换流站1和换流站2的容量为400MW，换流站3和换流站4的容量为300MW。定义换流站1、2、3和4所在直流线路的长度分别为l1、l2、l3和l4。另外，换流站1和换流站4采用定有功功率控制，换流站2采用下垂控制策略，换流站3采用自适应下垂控制策略。系统的仿真参数如表1所示。
表1仿真参数
Figure BDA0003158720580000053
Figure BDA0003158720580000061
假设4个换流站的初始有功功率参考值为0MW，此时，各换流站之间不传输功率，各个换流站的端口直流电压Udc为400kV，直流电流参考值idcref为0kA。由表1可知，换流站2线路上的电阻为0Ω，换流站3线路上电阻为2Ω。选取初始下垂系数k2＝k3＝20MW/kV。在1s时换流站1和换流站4的功率分别上升200MW，仿真波形分别如图4和5所示。
由图4可知，当换流站1和换流站4的功率变为200MW时，直流电压上升，换流站2和换流站3开始承担不平衡功率。由于换流站2的功率裕度大于换流站3的功率裕度，所以换流站2所承担的功率要大于换流站3所承担的功率。此时，换流站2承担的功率为-228MW，换流站3承担的功率变为-171MW。并且此时α1＝4/3，换流站所承担的功率同样满足换流站的功率裕度比，实现功率的准确分配。如图5所示，换流站2端口电压为411kV，换流站3端口电压为410kV，电压上升值保持在允许的范围内。

Claims (5)

1.考虑线路电阻的多端柔性直流输电自适应下垂控制方法，其特征在于，
当多端柔性直流输电系统的功率出现不平衡、且直流电压的波动值ΔUdc小于滞环环宽下限时，换流站以其额定功率和实际功率之和作为功率裕度改变下垂系数来减发功率，使多端柔性直流输电系统的功率达到平衡，
当多端柔性直流输电系统的功率出现不平衡、且直流电压的波动值ΔUdc在滞环环宽范围内时，下垂系数保持不变，
当多端柔性直流输电系统的功率出现不平衡、且直流电压的波动值ΔUdc大于滞环环宽上限时，换流站以其额定功率和实际功率之差作为功率裕度改变下垂系数来增发功率，使多端柔性直流输电系统的功率达到平衡；
第j个换流站的下垂系数
Figure FDA0003683844110000011
表达式如下：
Figure FDA0003683844110000012
其中，β和-β分别为滞环环宽范围上限和下限，
Figure FDA0003683844110000013
Pimax和Pi分别为第i个换流站的额定功率和实际功率，Pjmax和Pj分别为第j个换流站的额定功率和实际功率，ki和kj分别为第i个和第j个换流站的初始下垂系数，Ri和Rj分别为第i个和第j个换流站线路上的电阻值，idciref和idcjref分别为第i个和第j个换流站的直流电流参考值，Udcref为换流站直流电压参考值。
2.根据权利要求1所述的考虑线路电阻的多端柔性直流输电自适应下垂控制方法，其特征在于，β取值为0.02。
3.根据权利要求1所述的考虑线路电阻的多端柔性直流输电自适应下垂控制方法，其特征在于，所述方法的下垂控制表达式为：
Figure FDA0003683844110000021
其中，
Figure FDA0003683844110000022
为PI控制传递函数表达式，kp为比例系数，ki为积分系数，
Figure FDA0003683844110000023
表示积分，Udc为换流站直流电压实际值，Pjref为第j个换流站的功率参考值，idref为换流站d轴电流参考值。
4.根据权利要求3所述的考虑线路电阻的多端柔性直流输电自适应下垂控制方法，其特征在于，当
Figure FDA0003683844110000024
时，多端柔性直流输电系统的功率达到平衡。
5.根据权利要求1所述的考虑线路电阻的多端柔性直流输电自适应下垂控制方法，其特征在于，直流电压的波动值ΔUdc的表达式为：
ΔUdc＝Udcref-Udc，
其中，Udcref为换流站直流电压参考值，Udc为换流站直流电压实际值。
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