CN113991729A - 一种柔性直流输电系统及其运行的同步控制方法及设备 - Google Patents

Abstract

本发明实施例涉及一种柔性直流输电系统及其运行的同步控制方法及设备，该方法包括：获取柔性直流输电系统的等效虚拟阻抗值系数和基准功率；获取控直流电压侧换流站换流母线处的第一相位以及控直流功率侧换流站换流母线处的第二相位；采用功率参考公式对等效虚拟阻抗值系数、基准功率、第一相位和第二相位进行处理，得到柔性直流输电系统的直流功率参考值；通过直流功率参考值或柔性直流输电系统的最大传输容量阈值调整柔性直流输电系统的直流功率。该柔性直流输电系统运行的同步控制方法能够实现稳态时柔性直流输电功率自动控制，提供工作效率，不需要调度人员下发命令后才能启动柔性直流输电线系统输送功率的调整。

Description

一种柔性直流输电系统及其运行的同步控制方法及设备

技术领域

本发明涉及柔性直流输电技术领域，尤其涉及一种柔性直流输电系统及其运行的同步控制方法及设备。

背景技术

柔性直流输电系统作为一种新型的直流输电系统，相比于传统常规直流输电系统，柔性直流输电系统能够独立调控有功功率和无功功率，不需要无功补偿设备，也不需要交流系统支撑才能完成换相。柔性直流输电系统的各端需要在有功类物理量(交流系统频率、有功功率和直流电压等)和无功类物理量(无功功率和交流电压等)中各挑选一个物理量进行控制，同时必须有一端控制直流电压。

两端柔性直流输电系统送端、受端连接的交流系统均为有源系统时，其典型控制方式是一侧控制直流电压和交流侧无功功率，另一侧控制有功功率和交流侧无功功率，定有功功率控制通常将有功功率设定为具体数值。上述两端柔性直流输电系统的传统控制模式依赖于调度控制中心的调度运行人员下达调度控制指令，两端柔性直流输电系统无法根据交流系统的运行状态变化自动调整输送功率，难以快速实现双侧交流系统的功率互济。

发明内容

本发明实施例提供了一种柔性直流输电系统及其运行的同步控制方法及设备，应用于柔性直流输电系统上，用于解决现有柔性直流输电系统送受端物理量的控制依赖于调度人员下发的命令，工作效率低的技术问题。

为了实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：

一种柔性直流输电系统运行的同步控制方法，应用于柔性直流输电系统上，所述柔性直流输电系统包括控直流电压侧换流站和控直流功率侧换流站，该同步控制方法包括以下步骤：

获取柔性直流输电系统的等效虚拟阻抗值系数和基准功率；

获取所述控直流电压侧换流站换流母线处的第一相位以及所述控直流功率侧换流站换流母线处的第二相位；

采用功率参考公式对所述等效虚拟阻抗值系数、所述基准功率、所述第一相位和所述第二相位进行处理，得到柔性直流输电系统的直流功率参考值；

通过所述直流功率参考值或柔性直流输电系统的最大传输容量阈值调整柔性直流输电系统的直流功率。

优选地，所述功率参考公式为：

式中，P₀为基准功率，K为等效虚拟阻抗值系数，τ为柔性直流输电系统的滤波时间常数，δ₁为第一相位，δ₂为第二相位，P_ref为直流功率参考值。

优选地，该柔性直流输电系统运行的同步控制方法包括：若所述直流功率参考值不大于最大传输容量阈值，采用所述直流功率参考值调整柔性直流输电系统的直流功率。

优选地，该柔性直流输电系统运行的同步控制方法包括：若所述直流功率参考值大于最大传输容量阈值，采用最大传输容量阈值调整柔性直流输电系统的直流功率。

优选地，该柔性直流输电系统运行的同步控制方法包括：通过柔性直流输电系统的锁相环获取所述控直流电压侧换流站换流母线处的第一相位以及所述控直流功率侧换流站换流母线处的第二相位。

本申请还提供一种柔性直流输电系统，包括控直流电压侧换流站和与所述控直流电压侧换流站连接的控直流功率侧换流站，所述控直流功率侧换流站包括附加开环控制模块、外环功率控制模块和内环电流控制模块，所述附加开环控制模块执行上述所述的柔性直流输电系统运行的同步控制方法得到直流功率参考值。

优选地，所述附加开关控制模块与所述外环功率控制模块连接，所述外环功率控制模块与所述内环电流控制模块连接，所述直流功率参考值作为所述外环功率控制模块的输入。

优选地，所述附加开关控制模块设置有用于调节有功功率响应速度的一阶低通滤波单元。

优选地，所述附加开关控制模块设置有用于调节有功功率响应速度的一阶低通滤波单元。

本申请还提供一种终端设备，包括处理器以及存储器；

所述存储器，用于存储程序代码，并将所述程序代码传输给所述处理器；

所述处理器，用于根据所述程序代码中的指令执行上述所述的柔性直流输电系统运行的同步控制方法。

从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：本申请实施例提供的柔性直流输电系统及其运行的同步控制方法及设备，其方法包括：获取柔性直流输电系统的等效虚拟阻抗值系数和基准功率；获取控直流电压侧换流站换流母线处的第一相位以及控直流功率侧换流站换流母线处的第二相位；采用功率参考公式对等效虚拟阻抗值系数、基准功率、第一相位和第二相位进行处理，得到柔性直流输电系统的直流功率参考值；通过直流功率参考值或柔性直流输电系统的最大传输容量阈值调整柔性直流输电系统的直流功率。该柔性直流输电系统运行的同步控制方法能够实现稳态时柔性直流输电功率自动控制，提供工作效率，不需要调度人员下发命令后才能启动柔性直流输电线系统输送功率的调整，解决了现有柔性直流输电系统送受端物理量的控制依赖于调度人员下发的命令，工作效率低的技术问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本申请实施例所述的柔性直流输电系统运行的同步控制方法的步骤流程图；

图2本申请实施例所述的柔性直流输电系统的电路原理图；

图3为本申请实施例所述的柔性直流输电系统附加开环控制模块的电路原理图。

具体实施方式

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，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，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。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前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本申请实施例提供了一种柔性直流输电系统及其运行的同步控制方法及设备，应用于柔性直流输电系统上，用于解决现有柔性直流输电系统送受端物理量的控制依赖于调度人员下发的命令，工作效率低的技术问题。

图1为本申请实施例所述的柔性直流输电系统运行的同步控制方法的步骤流程图，图2本申请实施例所述的柔性直流输电系统的电路原理图。

如图1和图2所示，本申请实施例提供了一种柔性直流输电系统运行的同步控制方法，应用于柔性直流输电系统上，柔性直流输电系统包括控直流电压侧换流站2和控直流功率侧换流站3，该同步控制方法包括以下步骤：

S1.获取柔性直流输电系统的等效虚拟阻抗值系数和基准功率；

S2.获取控直流电压侧换流站换流母线处的第一相位以及控直流功率侧换流站换流母线处的第二相位；

S3.采用功率参考公式对等效虚拟阻抗值系数、基准功率、第一相位和第二相位进行处理，得到柔性直流输电系统的直流功率参考值；

S4.通过直流功率参考值或柔性直流输电系统的最大传输容量阈值调整柔性直流输电系统的直流功率。

在本申请实施例的步骤S1中，可以从调度系统中获取柔性直流输电系统的等效虚拟阻抗值系数和基准功率。

在本申请实施例的步骤S2中，通过控直流电压侧换流站2的锁相环采集控直流电压侧换流站2换流母线处的第一相位，通过控直流功率侧换流站3的锁相环采集控直流功率侧换流站3换流母线处的第二相位。

需要说明的是，通过锁相环采集换流站的相位是电力系统领域比较常用的技术，此处不对锁相环采集相位的内容一一阐述。

在本申请实施例的步骤S3中，功率参考公式为：

式中，P₀为基准功率，K为等效虚拟阻抗值系数，τ为柔性直流输电系统的滤波时间常数，δ₁为第一相位，δ₂为第二相位，P_ref为直流功率参考值。其中，S为拉普拉斯变换中的数学符号。

在本申请实施例的步骤S4中，主要通过直流功率参考值或柔性直流输电系统的最大传输容量阈值调整柔性直流输电系统的直流功率能够实现稳态时柔性直流输电系统功率自动控制。

需要说明的是，最大传输容量阈值指的是柔性直流输电系统允许最大输送功率。

本申请提供的一种柔性直流输电系统运行的同步控制方法，包括：获取柔性直流输电系统的等效虚拟阻抗值系数和基准功率；获取控直流电压侧换流站换流母线处的第一相位以及控直流功率侧换流站换流母线处的第二相位；采用功率参考公式对等效虚拟阻抗值系数、基准功率、第一相位和第二相位进行处理，得到柔性直流输电系统的直流功率参考值；通过直流功率参考值或柔性直流输电系统的最大传输容量阈值调整柔性直流输电系统的直流功率。该柔性直流输电系统运行的同步控制方法能够实现稳态时柔性直流输电功率自动控制，提供工作效率，不需要调度人员下发命令后才能启动柔性直流输电线系统输送功率的调整，解决了现有柔性直流输电系统送受端物理量的控制依赖于调度人员下发的命令，工作效率低的技术问题。

在本申请的一个实施例中，该柔性直流输电系统运行的同步控制方法包括：

若直流功率参考值不大于最大传输容量阈值，采用直流功率参考值调整柔性直流输电系统的直流功率；

若直流功率参考值大于最大传输容量阈值，采用最大传输容量阈值调整柔性直流输电系统的直流功率。

需要说明的是，该柔性直流输电系统运行的同步控制方法以一个最大传输容量为1000MW的双端柔性直流输电系统为例，等效虚拟阻抗值系数K＝360MW/度，基准功率值P₀＝0MW，柔性直流输电系统的滤波时间常数τ＝1s。

若第一相位δ₁为35°，第二相位δ₂为33°，则得到直流功率参考值为：

在步骤S4中通过直流功率参考值720MW调整柔性直流输电系统的直流功率。

若第一相位δ₁为35°，第二相位δ₂为32°，则得到直流功率参考值为：

因直流功率参考值P_ref＝1080MW已超过柔性直流输电系统的最大传输容量阈值的1000MW，因此，在步骤S4中通过最大传输容量阈值1000MW调整柔性直流输电系统的直流功率。

本申请实施例提供了一种柔性直流输电系统运行的同步控制方法能够在稳态运行时将柔性直流输电系统设计为给定阻抗的交流联络线，模拟交流线路自动调节输送功率的特性，根据双侧换流站并网点相位自动快速调整功率潮流，无需等待调度端下达功率指令，降低调度运行人员的工作强度，两侧电网类似于同步运行，增强两侧系统的联系和稳定性，同时降低短路电流水平；当某侧发生故障时，柔性直流隔离故障，降低两侧电网相互影响，两侧电网类似于异步运行。

实施例二：

图3为本申请实施例所述的柔性直流输电系统附加开环控制模块的电路原理图。

如图2和图3所示，在本申请还提供一种柔性直流输电系统，包括控直流电压侧换流站2和与控直流电压侧换流站2连接的控直流功率侧换流站3，控直流功率侧换流站3包括附加开环控制模块31、外环功率控制模块32和内环电流控制模块33，附加开环控制模块31执行如权利要求1-5任意一项的柔性直流输电系统运行的同步控制方法得到直流功率参考值。

需要说明的是，实施例二系统中的柔性直流输电系统运行的同步控制方法的内容已在实施例一中详细阐述了，在此实施例二中不再对柔性直流输电系统运行的同步控制方法中的内容进行详细阐述。

在本申请实施例中，附加开关控制模块31与外环功率控制模块32连接，外环功率控制模块32与内环电流控制模块31连接，直流功率参考值作为外环功率控制模块32的输入。

在本申请实施例中，附加开关控制模块31设置有用于调节有功功率响应速度的一阶低通滤波单元。

需要说明的是，一阶低通滤波单元主要是用于调节柔性直流输电系统有功功率的响应速度。

在本申请实施例中，附加开关控制模块31设置限幅单元。

需要说明的是，限幅单元主要是用于保证有最大传输容量阈值不超过柔性直流输电系统的输电容量。

在本申请实施例中，如图2所示，柔性直流输电系统包括第一交流系统1、与第一交流系统1连接的控直流电压侧换流站2、与控直流电压侧换流站2连接的控直流功率侧换流站3和与控直流功率侧换流站3连接的第二交流系统4。

需要说明的是，该柔性直流输电系统运行的同步控制方法依赖于柔性直流输电系统双侧第一交流系统1和第二交流系统4均为同步电网，如检测到双侧频率差或相角差超过阈值，执行该柔性直流输电系统运行的同步控制方法的附加开环控制模块则在柔性直流输电系统上自动退出运行。其中，在第一交流系统1或第二交流系统4的电压跌落并低于阈值时，执行该柔性直流输电系统运行的同步控制方法的附加开环控制模块则在柔性直流输电系统上自动退出运行，降低两侧电网相互影响。

在本申请实施例中，如图2所示的柔性直流输电系统中控直流电压侧换流站2和控直流功率侧换流站3的电压分别为U₁、U₂，对应相位为δ₁和δ₂，则柔性直流输电系统的线路中传输的有功功率主要是由两侧换流站的电压幅值、相位差值和线路阻抗确定，有功功率传输方向由相位差值确定，并且有功功率根据两侧换流站电压状态的变化实时变化，如下公式(1)所示。

其中，U₁和U₂为交流线路控直流电压侧换流站2和控直流功率侧换流站3的交流电压幅值，X为交流线路阻抗值。

如图3所示，针对现有柔性直流输电系统双闭环控制策略，在定直流功率控制侧换流站的有功功率外环输入参考值前增加一个开环控制环节，即是附加开环控制模块，采集双侧控直流电压侧换流站2和控直流功率侧换流站3并网点的交流电压幅值和相位，以及输入的交流线路阻抗值，计算出外环功率参考值。例如：通过设定交流线路阻抗值X的数值，柔性直流输电系统根据双侧换流母线的电压幅值U₁、U₂以及相位δ₁、δ₂，并按照公式(1)计算控直流功率侧的直流功率参考值P_ref。其中电压幅值U₁、U₂由取自柔性直流双侧的网侧电压测量装置，相位δ₁、δ₂取自双侧锁相环得到的相角，即是：

一般来说，柔性直流输电系统处于稳态时，交流电压幅值波动范围很小，可以认为U₁、U₂保持不变。并且双侧交流系统的相角差也不超过10度，则上式可近似为：

同时为了调节柔性直流输电线系统输送的基础功率，可以叠加基准功率值P₀。另外，增加一阶低通滤波环节，可以控制有功功率的变化或响应速度。则有功功率参考值可以由下式开展计算：

需要说明的是，根据直流功率参考值调整柔性直流输电系统的直流功率时，将直流功率参考值作为定功率控制的外环输入参考值，实时调整柔性直流输电系统输送的直流功率。若计算出的直流功率参考值超过了柔性直流输电系统的传输能力(即是最大传输容量阈值P_max)，则附加开环控制模块31的限幅单元就将输送的功率限制为P_max。

在本申请实施例中，该柔性直流输电系统在控直流功率换流站增加附加开环控制模块通过该柔性直流输电系统运行的同步控制方法得到柔性直流输电系统的直流功率参考值，经过一阶低通滤波单元和限幅单元后，作为外环功率控制环节的输入调整柔性直流输电系统的直流功率，使得能够实现稳态时柔性直流输电系统的输电功率自动控制和双侧交流系统的功率互济，并降低调度运行人员的工作强度，一侧发生故障时，柔性直流隔离故障，降低两侧电网相互影响。

实施例三：

本申请还提供一种终端设备，包括处理器以及存储器；

所述存储器，用于存储程序代码，并将所述程序代码传输给所述处理器；

所述处理器，用于根据所述程序代码中的指令执行上述的柔性直流输电系统运行的同步控制方法。

需要说明的是，该柔性直流输电系统运行的同步控制方法已在实施例一中详细描述了，此处不作详细阐述。处理器用于根据所程序代码中的指令执行上述的一种柔性直流输电系统运行的同步控制方法实施例中的步骤。或者，处理器执行计算机程序时实现上述各系统/装置实施例中各模块/单元的功能。

示例性的，计算机程序可以被分割成一个或多个模块/单元，一个或者多个模块/单元被存储在存储器中，并由处理器执行，以完成本申请。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，该指令段用于描述计算机程序在终端设备中的执行过程。

终端设备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。终端设备可包括，但不仅限于，处理器、存储器。本领域技术人员可以理解，并不构成对终端设备的限定，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，例如终端设备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)、现成可编程门阵列(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。

存储器可以是终端设备的内部存储单元，例如终端设备的硬盘或内存。存储器也可以是终端设备的外部存储设备，例如终端设备上配备的插接式硬盘，智能存储卡(SmartMedia Card，SMC)，安全数字(Secure Digital，SD)卡，闪存卡(Flash Card)等。进一步地，存储器还可以既包括终端设备的内部存储单元也包括外部存储设备。存储器用于存储计算机程序以及终端设备所需的其他程序和数据。存储器还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

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单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的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，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种柔性直流输电系统运行的同步控制方法，应用于柔性直流输电系统上，其特征在于，所述柔性直流输电系统包括控直流电压侧换流站和控直流功率侧换流站，该同步控制方法包括以下步骤：

获取柔性直流输电系统的等效虚拟阻抗值系数和基准功率；

获取所述控直流电压侧换流站换流母线处的第一相位以及所述控直流功率侧换流站换流母线处的第二相位；

采用功率参考公式对所述等效虚拟阻抗值系数、所述基准功率、所述第一相位和所述第二相位进行处理，得到柔性直流输电系统的直流功率参考值；

通过所述直流功率参考值或柔性直流输电系统的最大传输容量阈值调整柔性直流输电系统的直流功率。

2.根据权利要求1所述的柔性直流输电系统运行的同步控制方法，其特征在于，所述功率参考公式为：

式中，P₀为基准功率，K为等效虚拟阻抗值系数，τ为柔性直流输电系统的滤波时间常数，δ₁为第一相位，δ₂为第二相位，P_ref为直流功率参考值。

3.根据权利要求1所述的柔性直流输电系统运行的同步控制方法，其特征在于，包括：若所述直流功率参考值不大于最大传输容量阈值，采用所述直流功率参考值调整柔性直流输电系统的直流功率。

4.根据权利要求1所述的柔性直流输电系统运行的同步控制方法，其特征在于，包括：若所述直流功率参考值大于最大传输容量阈值，采用最大传输容量阈值调整柔性直流输电系统的直流功率。

5.根据权利要求1所述的柔性直流输电系统运行的同步控制方法，其特征在于，包括：通过柔性直流输电系统的锁相环获取所述控直流电压侧换流站换流母线处的第一相位以及所述控直流功率侧换流站换流母线处的第二相位。

6.一种柔性直流输电系统，其特征在于，包括控直流电压侧换流站和与所述控直流电压侧换流站连接的控直流功率侧换流站，所述控直流功率侧换流站包括附加开环控制模块、外环功率控制模块和内环电流控制模块，所述附加开环控制模块执行如权利要求1-5任意一项所述的柔性直流输电系统运行的同步控制方法得到直流功率参考值。

7.根据权利要求6所述的柔性直流输电系统，其特征在于，所述附加开关控制模块与所述外环功率控制模块连接，所述外环功率控制模块与所述内环电流控制模块连接，所述直流功率参考值作为所述外环功率控制模块的输入。

8.根据权利要求6所述的柔性直流输电系统，其特征在于，所述附加开关控制模块设置有用于调节有功功率响应速度的一阶低通滤波单元。

9.根据权利要求6所述的柔性直流输电系统，其特征在于，所述附加开关控制模块设置限幅单元。

10.一种终端设备，其特征在于，包括处理器以及存储器；

所述存储器，用于存储程序代码，并将所述程序代码传输给所述处理器；

所述处理器，用于根据所述程序代码中的指令执行如权利要求1-5任意一项所述的柔性直流输电系统运行的同步控制方法。

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