CN114123281A - 一种多端口直流配电网系统直流母线电压控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种多端口直流配电网系统直流母线电压控制方法,多端口直流配电网系统包括多个DC/DC变换器和/或多个DC/AC变换器,至少包括一个DC/DC变换器,且与直流系统连接;至少包括两个DC/AC变换器,且与交流系统连接;控制方法包括定直流电压控制、自适应下垂系数控制和零差电压控制,实现多个变换器以电压源模式并联运行。本发明无需通讯装置,增加了系统的可靠性,换流器根据自适应下垂系数决定的下垂控制策略调整其工作状态,确保各个换流器出力由其功率裕度决定。
Description
技术领域
本发明属于直流配电网、新能源与电力电子化电力系统等技术领域,具体涉及一种多端口直流配电网系统直流母线电压控制方法。
背景技术
2021年中央经济工作会议对做好碳达峰、碳中和工作提出专项部署,“十四五”期间要构建以新能源成为能源消费增量主体的新型电力系统。随着新能源的大规模接入,电力电子装备大量涌入电力系统,使电力系统面临新的挑战。
相较于交流配电网,直流配电网在新能源经大规模电力电子装备接入电网时可以提供较好的支撑,而且成本较低。另外,直流配电网的唯一衡量指标是系统内功率平衡,即直流母线电压稳定。但由于大量电力电子装备的接入,系统具有低惯性、弱阻尼的特点,其直流母线电压的稳定控制难度要大于交流系统。
目前直流配电网的直流母线电压控制方式主要参考高压直流输电中的控制策略,其控制主要集中于各换流站级控制或上层控制,目前常见的母线电压控制方法根据换流站控制方法根据换流站之间是否需要通信分为两大类:有通信类控制和无通信类控制。有通信类控制主要包括主从控制,该控制设定一个主换流站作为功率平衡节点来实现直流电压的控制,其它换流站设定为定有功功率控制,一旦主换流站发生故障退出运行时,从换流站代替主换流站切换到定直流电压控制模式。该控制方法优点是简单,缺点是对换流站间的通信要求较高,通信故障后系统难以控制。无通信类控制主要包括电压裕度控制和电压下垂控制。电压裕度控制是主从控制的一种扩展,相当于一种改进的具有多个可选择功率平衡节点的定直流电压控制,一端功率平衡节点故障或者达到系统的限制,电压调节被另一端换流站接替。但该控制方法在主控制器切换时会引起系统振荡。电压下垂控制的基本思想是基于功率-频率(Power-frequency,P-f)下垂控制,基于电压下垂特性,各个换流站共同承担功率平衡,通过调节直流电压来控制功率的大小。该控制相对于主从控制具有更高的可靠性,且不会造成电压振荡。然而,由于传统的电压下垂控制无法实现定直流电压,难以实现功率分配和电压波动之间的权衡。同时,传统下垂控制都是严格按照事先设定好的下垂曲线来调节换流站的功率变化,无法灵活应对不同的条件变化,由于下垂系数固定未考虑实际负载情况和换流站承担功率的动态裕量。
在上述控制方法中,主从控制虽然属于无差调节,但过度依赖上层控制,对实时通讯要求较高;电压裕度控制和下垂控制可以省去站间通讯,但不能实现电压的无差控制。另外,常见的控制方式中是按照各换流站的额定容量实现调节,忽略了容量裕度的影响,容易导致换流站出力不均。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种多端口直流配电网系统直流母线电压控制方法,提高多端口直流配电网系统直流母线电压的稳定和确保不同功率裕度的换流站间合理分配功率。
本发明所采用的技术方案是:
一种多端口直流配电网系统直流母线电压控制方法,所述多端口直流配电网系统包括多个DC/DC变换器和/或多个DC/AC变换器;至少包括一个DC/DC变换器,且与直流系统连接;至少包括两个DC/AC变换器,且与交流系统连接;
控制方法包括定直流电压控制、自适应下垂系数控制和零差电压控制,实现多个变换器以电压源模式并联运行。
进一步的,具体包括如下步骤:
步骤一:选择容量最大的换流站作为主站,其余的换流站作为从站;
步骤二:假定主站的功率调节范围为[Pmin,Pmax],多端口直流配电网系统的功率变化值在此功率变化范围内,均由主站调整功率平衡;
步骤三:主站超出功率调节范围时,主站工作模式由定直流电压控制模式转换为定有功功率控制模式;超出的功率部分由从站按照自适应下垂系数控制的工作模式来承担;
步骤四:当从站的调整功率值不能满足多端口直流配电网系统的功率变化时,若多端口直流配电网系统中有储能设备系统,此时由储能设备系统作为辅助站参与系统的功率调整。
进一步的,在步骤一中,在正常情况下,主站工作在定直流电压控制模式。
进一步的,从站根据所接负荷情况选择工作在定功率控制模式或交流电压控制模式,并根据实际情况考虑是否加入储能设备作为辅助站。
进一步的,在步骤三中,自适应下垂系数控制方程为:
Udc=Udcref+k(P-Pref) (1)
其中,Udc为直流母线电压,Udcref为直流母线电压参考值,k为自适应下垂系数,P为换流站实际输出功率,Pref为换流站输出功率参考值。
进一步的,自适应下垂系数k由下式决定:
式中,k0为常数。
进一步的,换流站输出功率参考值Pref等于系统稳定时换流站实际功率输出值,进而实现系统直流母线电压的零差控制。
进一步的,在步骤二中若多端口直流配电网系统中有储能设备系统,将其工作状态控制为充电状态,系统中其余的从站保持工作状态不变。
进一步的,在步骤四中,当系统直流母线电压高于参考电压值时,系统向储能设备传输功率;当系统直流母线电压低于参考电压值时,储能设备向多端口直流配电网系统传输功率。
一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,该程序被处理器执行时实现上述的方法。
本发明的积极效果为:
1、本发明无需通讯装置,增加了系统的可靠性。
2、换流器根据自适应下垂系数决定的下垂控制策略调整其工作状态,确保各个换流器出力由其功率裕度决定。
3、另外,通过动态调整换流器的功率输出参考值,确保了直流母线的零差控制。
本发明在多端口直流配电网系统直流母线电压控制等场合有较好的使用价值和经济效益。
附图说明
为了更清楚的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的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明多端口直流配电网系统示意图;
图2为本发明定直流电压控制框图;
图3为本发明定功率控制框图;
图4为本发明无直流电压误差下垂控制方式。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图,对本申请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申请一部分实施例,而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的,决不作为对本申请及其应用或使用的任何限制。基于本申请中的实施例,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,都属于本申请保护的范围。
需要注意的是,这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式,而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的,除非上下文另外明确指出,否则单数形式也意图包括复数形式,此外,还应当理解的是,当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时,其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
图1是多端口直流配电网系统,包括多个DC/DC变换器和/或多个DC/AC变换器,其至少包括一个DC/DC变换器与直流系统连接,至少包括两个DC/AC变换器与交流系统连接,并根据实际情况考虑是否加入储能作为辅助站。直流母线电压控制方法包括定直流电压控制、自适应下垂系数控制和零差电压控制,能实现多个变换器以电压源模式并联运行。
下面对控制方法进行详细阐述:
首先,选择容量最大的换流站作为主站,其余的换流站作为从站。在正常情况下,主站工作在定直流电压控制模式,如图2所示,从站根据所接负荷情况选择工作在功率控制模式或交流电压控制模式,如图3所示。主站的功率调节范围为[Pmin,Pmax],系统在此功率变化范围内,均由主站调整功率平衡,若系统中有储能系统,将其工作为充电状态,其余从站保持工作状态不变。
当选择的主站超出功率调节范围时,主站工作模式由直流电压控制模式转换为定功率控制。超出功率部分由从站按照自适应下垂系数控制的工作模式来承担;
所述下垂控制方程为:
Udc=Udcref+k(P-Pref) (1)
其中,Udc为直流母线电压,Udcref为直流母线电压参考值,k为自适应下垂系数,P为换流站实际输出功率,Pref为换流站输出功率参考值。
进一步的,所述换流站的自适应下垂系数k由下式决定:
式中,k0为常数。
另外,所述换流站输出功率参考值Pref是一个变化的值,如图4中所示,假定换流站最初稳定工作状态为状态A(Pref,Udcref),此时直流电压为电压参考值Udcref,换流站输出功率为功率参考值P=Pref。当换流器检测到直流母线电压变化时,忽略自适应下垂系数k的影响,换流器根据下垂曲线调整工作状态至状态B(P’,U’)。根据式(1)可知,状态B的直流母线电压与电压参考值有误差。为了消除直流母线电压,将其等于系统稳定时换流站实际输出值即P=P’,此时变换器的工作状态为状态C(P’,Udcref),进而实现系统直流母线电压的零差控制。
而当从站的调整功率值不能满足系统功率变化时,若系统中有储能系统,此时由储能系统作为辅助站参与系统的功率调整。当系统直流母线电压高于参考电压值时,系统向储能设备传输功率。当系统直流母线电压低于参考电压值时,储能设备向多端口直流配电网系统传输功率。
为了提高多端口直流配电网系统直流母线电压的稳定和确保不同功率裕度的换流站间合理分配功率,本发明提出了一种应用于多端口直流配电网系统中具有直流母线电压零差控制和自适应下垂控制系数的控制方法,使多个换流站共同参与直流母线电压的控制和系统的潮流调节,增加了系统控制的稳定性和可靠性。
在本发明的另一实施例中提供一种计算机可读存储介质,计算机可读存储介质存储有计算机程序,计算机程序包括程序指令,程序指令被处理器执行时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,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,计算机程序包括计算机程序代码,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。计算机可读介质可以包括:能够携带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,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是电载波信号和电信信号。
计算机可读存储介质可以是前述任一实施例的终端的内部存储单元,例如终端的硬盘或内存。计算机可读存储介质也可以是终端的外部存储设备,例如终端上配备的插接式硬盘,智能存储卡(Smart Media Card,SMC),安全数字(Secure Digital,SD)卡,闪存卡(Flash Card)等。进一步地,计算机可读存储介质还可以既包括终端的内部存储单元也包括外部存储设备。计算机可读存储介质用于存储计算机程序及终端所需的其他程序和数据。计算机可读存储介质还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。
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实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种多端口直流配电网系统直流母线电压控制方法,所述多端口直流配电网系统包括多个DC/DC变换器和/或多个DC/AC变换器,其特征在于,至少包括一个DC/DC变换器,且与直流系统连接;至少包括两个DC/AC变换器,且与交流系统连接;
控制方法包括定直流电压控制、自适应下垂系数控制和零差电压控制,实现多个变换器以电压源模式并联运行。
2.根据权利要求1所述的一种多端口直流配电网系统直流母线电压控制方法,其特征在于具体包括如下步骤:
步骤一:选择容量最大的换流站作为主站,其余的换流站作为从站;
步骤二:假定主站的功率调节范围为[Pmin,Pmax],多端口直流配电网系统的功率变化值在此功率变化范围内,均由主站调整功率平衡;
步骤三:主站超出功率调节范围时,主站工作模式由定直流电压控制模式转换为定有功功率控制模式;超出的功率部分由从站按照自适应下垂系数控制的工作模式来承担;
步骤四:当从站的调整功率值不能满足多端口直流配电网系统的功率变化时,若多端口直流配电网系统中有储能设备系统,此时由储能设备系统作为辅助站参与系统的功率调整。
3.根据权利要求2所述的一种多端口直流配电网系统直流母线电压控制方法,其特征在于在步骤一中,在正常情况下,主站工作在定直流电压控制模式。
4.根据权利要求3所述的一种多端口直流配电网系统直流母线电压控制方法,其特征在于从站根据所接负荷情况选择工作在定功率控制模式或交流电压控制模式,并根据实际情况考虑是否加入储能设备作为辅助站。
5.根据权利要求2所述的一种多端口直流配电网系统直流母线电压控制方法,其特征在于在步骤三中,自适应下垂系数控制方程为:
Udc=Udcref+k(P-Pref) (1)
其中,Udc为直流母线电压,Udcref为直流母线电压参考值,k为自适应下垂系数,P为换流站实际输出功率,Pref为换流站输出功率参考值。
7.根据权利要求5所述的一种多端口直流配电网系统直流母线电压控制方法,其特征在于换流站输出功率参考值Pref等于系统稳定时换流站实际功率输出值,进而实现系统直流母线电压的零差控制。
8.根据权利要求2所述的一种多端口直流配电网系统直流母线电压控制方法,其特征在于在步骤二中若多端口直流配电网系统中有储能设备系统,将其工作状态控制为充电状态,系统中其余的从站保持工作状态不变。
9.根据权利要求2所述的一种多端口直流配电网系统直流母线电压控制方法,其特征在于在步骤四中,当系统直流母线电压高于参考电压值时,系统向储能设备传输功率;当系统直流母线电压低于参考电压值时,储能设备向多端口直流配电网系统传输功率。
10.一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,其特征在于,该程序被处理器执行时实现如权利要求1-9任一项所述的方法。
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CN114725909A (zh) * | 2022-06-08 | 2022-07-08 | 广东电网有限责任公司珠海供电局 | 一种多端口直流配电网涌流抑制控制方法及装置 |
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