CN113644693A - 含可再生能源/氢能交直流混联系统分散式运行管控方法 - Google Patents

含可再生能源/氢能交直流混联系统分散式运行管控方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种含可再生能源/氢能的交直流混联系统分散式运行管控方法，包括如下步骤：步骤S1：构建含可再生能源/氢能的交直流混联系统各端VSC的自适应下垂控制策略及控制结构；步骤S2：根据步骤S1中的控制结构，本发明根据各系统参数关系构建含可再生能源/氢能的交直流混联系统各端VSC的自适应下垂控制策略传递函数；步骤S3：通过步骤S2中得出的各端VSC的自适应下垂控制策略传递函数G(s)；构造新的协调控制器，为在分散式运行管控下的各端VSC提供了电流指令的更新值；步骤S4：根据步骤S3中得到的分散式运行管控下各端VSC的电流指令更新值，各端VSC各自根据相应的电流指令更新值执行操作，分散自治地完成含可再生能源/氢能的交直流混联系统分散式运行管控。

Description

含可再生能源/氢能交直流混联系统分散式运行管控方法
技术领域
本发明涉及电力领域，尤其是一种含可再生能源/氢能的交直流混联系统分散式运行管控方法。
背景技术
随着经济技术的发展，传统化石能源不仅会产生温室气体污染环境，其储量也在逐步减少。氢能作为可再生能源应用的重要途径之一，具有清洁、容量大的特点，能够帮助提升能源转化效率及电网运行的稳定性。
交直流混联系统是近年来提出的一种新兴未来电网拓扑结构，可以将可再生能源与传统电力系统进行互联，其常见的多级系统结构如图1所示。其中，通过变换器（如VSC1、VSC2和 VSCn），可将一个或多个交流系统连接到直流网络中。VSC的交流侧连接到对应交流系统的一条馈线上，而直流侧则连接在同一条直流母线上。分布式能源、电池储能系统以及制氢储能系统等可以直接连接在直流系统中，并通过DC/DC变换器对不同的直流电压等级进行匹配互联，风电系统可以通过AC/DC变换器连接到直流母线上。该系统的结构便于实现灵活多终端对接，中枢直流母线可以提供和提取电能，多个交流系统中的潮流可以通过VSC在直流系统中从指定的交流系统流向另一个，因此，系统内的负载均衡得到实现，整个系统的稳定性得到了提升。同时，该系统结构下，可再生能源制氢能够减少不必要的电力电子变换环节，提升了整体的运行效率和经济性。
然而目前的交直流混联系统多采用基于下垂控制的对等控制模式，随着系统接入数量的增加，各端VSC需单独调整其控制器参数，有着控制器设计复杂，难以进行控制参数优化设计的问题。
发明内容
针对上述问题，本发明提出一种含可再生能源/氢能的交直流混联系统分散式运行管控方法，有效克服现有控制方法的缺陷，提升可再生能源/氢能的交直流混联系统的运行性能。本发明提供含可再生能源/氢能的交直流混联系统分散式运行管控方法，在下垂控制策略的基础上，构建含可再生能源/氢能的交直流混联系统各端VSC的自适应下垂控制策略，并在此基础上设计了新型协调控制器，降低了传统方法在交直流混联系统中控制器设计复杂，参数设计困难的问题，可以实现对含可再生能源/氢能的交直流混联系统的发展提供重要支撑，市场前景广阔。
本发明的技术方案为一种含可再生能源/氢能的交直流混联系统分散式运行管控方法，具体步骤如下：
步骤S1：构建含可再生能源/氢能的交直流混联系统各端VSC的自适应下垂控制策略及控制结构；
步骤S2：根据步骤S1中的控制结构，根据各系统参数关系构建含可再生能源/氢能的交直流混联系统各端VSC的自适应下垂控制策略传递函数；
步骤S3：通过步骤S2中得出的各端VSC的自适应下垂控制策略传递函数G(s)；构造新的协调控制器，为在分散式运行管控下的各端VSC提供了电流指令的更新值；
步骤S4：根据步骤S3中得到的分散式运行管控下各端VSC的电流指令更新值，各端VSC各自根据相应的电流指令更新值执行操作，分散自治地完成含可再生能源/氢能的交直流混联系统分散式运行管控。
有益效果：
本发明中提出的新型协调控制器，在参数选择满足系统反馈控制器约束条件的情况下，能够在各端VSC参数不同时，依旧满足闭环系统的稳定性，相较于传统控制方法，具备更强的抗干扰能力以及更强的系统鲁棒性。
附图说明
图1 交直流混联系统结构图；
图2 含可再生能源/氢能的交直流混联系统各端VSC的自适应下垂控制结构图；
图3 协调控制器结构；
图4 含可再生能源/氢能的交直流混联系统分散式运行管控方法流程示意图。
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、完整的描述，显然，所描述的实施例仅为本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域的普通技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
根据本发明的一个实施例，本发明提出一种含可再生能源/氢能的交直流混联系统分散式运行管控方法，有效克服现有控制方法的缺陷，提升可再生能源/氢能的交直流混联系统的运行性能。如图4所示，本发明的具体步骤如下：
步骤S1：构建了含可再生能源/氢能的交直流混联系统各端VSC的自适应下垂控制策略，控制结构图如图2所示，系统输出功率及输出电压的反馈环路经下垂系数调节后，送入PI控制器中，得到VSC内环参考输入电流。其中，
Figure 984387DEST_PATH_IMAGE001
和
Figure 229423DEST_PATH_IMAGE002
分别是VSC的直流电压及有功功率参考值，
Figure 9160DEST_PATH_IMAGE001
和
Figure 404370DEST_PATH_IMAGE002
分别是VSC的直流电压及有功功率的实际值，
Figure 281059DEST_PATH_IMAGE003
是VSC内环电流参考值，K n 为下垂控制器的下垂系数。通过将K n 和U dcn 相乘，可以得到新的下垂控制系数
Figure 103521DEST_PATH_IMAGE004
。
如图2为含可再生能源/氢能的交直流混联系统各端VSC的自适应下垂控制结构图；
步骤S2：根据步骤S1中的控制结构，本发明得到参数关系：
Figure 370555DEST_PATH_IMAGE005
K p、K i为PI控制器控制参数；
构建了含可再生能源/氢能的交直流混联系统各端VSC的自适应下垂控制策略传递函数G(s)：
Figure 366192DEST_PATH_IMAGE006
其中，
Figure 35071DEST_PATH_IMAGE007
。
S3：通过S2中得出的各端VSC的自适应下垂控制策略传递函数G(s)，本发明进一步设计了新型协调控制器，其控制结构如图3所示。
图3中，A(s)为反馈控制器，
Figure 28435DEST_PATH_IMAGE008
，其中，a 1为控制器增益，a 2 为比例反馈环节，
Figure 110660DEST_PATH_IMAGE009
为控制器阻尼比，ω c为控制器自然频率；B(s)为VSC系统传递函数，
Figure 847672DEST_PATH_IMAGE010
，其中，
Figure 371057DEST_PATH_IMAGE011
为系统阻尼比，ω n为系统自然频率，且
Figure 597639DEST_PATH_IMAGE012
； C(s)=c 1,c 2为比例项，b1、b2为系统传递函数的系数。
在该控制结构中，通过构造满足以下条件的A(s)，能够保证整个闭环系统的稳定性，
(1) A(s)的所有极点均位于开左半复平面；
(2) 对于
Figure 839265DEST_PATH_IMAGE013
，有
Figure 114388DEST_PATH_IMAGE014
；
(3)
Figure 757859DEST_PATH_IMAGE015
；
(4) 系统环路增益
Figure 420922DEST_PATH_IMAGE016
。
通过新的协调控制器，为在分散式运行管控下的各端VSC提供了电流指令的更新值。
步骤S4：根据步骤S3中得到的分散式运行管控下各端VSC的电流指令更新值，各端VSC各自根据相应的电流指令更新值执行操作，分散自治地完成含可再生能源/氢能的交直流混联系统分散式运行管控。
尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，且应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

Claims (6)

1.一种含可再生能源/氢能的交直流混联系统分散式运行管控方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1：构建含可再生能源/氢能的交直流混联系统各端VSC的自适应下垂控制策略及控制结构；
步骤S2：根据步骤S1中的控制结构，本发明根据各系统参数关系构建含可再生能源/氢能的交直流混联系统各端VSC的自适应下垂控制策略传递函数；
步骤S3：通过步骤S2中得出的各端VSC的自适应下垂控制策略传递函数G(s)；构造新的协调控制器，为在分散式运行管控下的各端VSC提供了电流指令的更新值；
步骤S4：根据步骤S3中得到的分散式运行管控下各端VSC的电流指令更新值，各端VSC各自根据相应的电流指令更新值执行操作，分散自治地完成含可再生能源/氢能的交直流混联系统分散式运行管控。
2.根据权利要求1所述一种含可再生能源/氢能的交直流混联系统分散式运行管控方法，其特征在于，所述步骤S1：构建含可再生能源/氢能的交直流混联系统各端VSC的自适应下垂控制策略，构建控制结构，
Figure 315029DEST_PATH_IMAGE001
和
Figure 319894DEST_PATH_IMAGE002
分别是VSC的直流电压及有功功率参考值，U dcn 和P n 分别是VSC的直流电压及有功功率的实际值，
Figure 757829DEST_PATH_IMAGE003
是VSC内环电流参考值，K n 为下垂控制器的下垂系数，通过将K n 和U dcn 相乘，得到新的下垂控制系数
Figure 739298DEST_PATH_IMAGE004
。
3.根据权利要求2所述一种含可再生能源/氢能的交直流混联系统分散式运行管控方法，其特征在于，所述步骤S2：根据步骤S1中的控制结构得出参数关系：
Figure 211867DEST_PATH_IMAGE005
其中，K p、K i为PI控制器控制参数，根据上式构建含可再生能源/氢能的交直流混联系统各端VSC的自适应下垂控制策略传递函数G(s)：
Figure 325317DEST_PATH_IMAGE006
其中，
Figure 312864DEST_PATH_IMAGE007
，s为拉普拉斯算子。
4.根据权利要求1所述一种含可再生能源/氢能的交直流混联系统分散式运行管控方法，其特征在于，所述步骤S3：通过步骤S2中得出的各端VSC的自适应下垂控制策略传递函数G(s)，设计新的协调控制器的控制结构，A(s)为反馈控制器，
Figure 537172DEST_PATH_IMAGE008
，
其中，a 1为控制器增益，a 2 为比例反馈环节，
Figure 598669DEST_PATH_IMAGE009
为控制器阻尼比，ω c为控制器自然频率；B(s)为VSC系统传递函数，
Figure 945337DEST_PATH_IMAGE010
，
其中，
Figure 357864DEST_PATH_IMAGE011
为系统阻尼比，ω n为系统自然频率，且
Figure 385863DEST_PATH_IMAGE012
；C(s)=c 1,c 2为比例项，b1、b2为系统传递函数的系数。
5.根据权利要求4所述一种含可再生能源/氢能的交直流混联系统分散式运行管控方法，其特征在于，在该控制结构中，通过构造满足以下条件的A(s)，能够保证整个闭环系统的稳定性，
(1) A(s)的所有极点均位于开左半复平面；
(2) 对于
Figure 629762DEST_PATH_IMAGE013
，有
Figure 819435DEST_PATH_IMAGE014
；
(3)
Figure 719258DEST_PATH_IMAGE015
；
(4) 系统环路增益
Figure 849150DEST_PATH_IMAGE016
；
通过新的协调控制器，为在分散式运行管控下的各端VSC提供了电流指令的更新值。
6.根据权利要求1所述一种含可再生能源/氢能的交直流混联系统分散式运行管控方法，其特征在于，所述步骤S4：根据步骤S3中得到的分散式运行管控下各端VSC的电流指令更新值，各端VSC各自根据相应的电流指令更新值执行操作，分散自治地完成含可再生能源/氢能的交直流混联系统分散式运行管控。
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