CN114374217A - 含直流电压的二次反馈的控制方法、系统及计算机设备 - Google Patents

含直流电压的二次反馈的控制方法、系统及计算机设备 Download PDF

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CN114374217A CN202111462475.9A CN202111462475A CN114374217A CN 114374217 A CN114374217 A CN 114374217A CN 202111462475 A CN202111462475 A CN 202111462475A CN 114374217 A CN114374217 A CN 114374217A
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赵宇明
王静
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Abstract

本发明涉及含直流电压的二次反馈的控制方法、系统及计算机设备，通过获取直流换流模块的直流电压、有功功率及交流电网的系统频率，根据直流电压的平方、系统频率生成有功功率附加值，根据有功功率附加值及有功功率生成第一参考控制信号，第一参考控制信号用于控制所述电网系统的电压输出，从而在保证系统直流电压保持稳定的基础上，保证紧急功率的可靠支援，提高系统稳定性及持续运行能力。

Description

含直流电压的二次反馈的控制方法、系统及计算机设备
技术领域
本发明涉及直流电压控制领域，特别是涉及一种含直流电压的二次反馈的控制方法、系统及计算机设备。
背景技术
随着用电需求的持续丰富，用户对于供电系统稳定可靠性要求也越来越高。电网频率稳定作为供电系统稳定运行的重要考核指标，而如何利用直流系统实现交直流系统的紧急功率支援对整个电网的频率稳定和各区域之间的功率互补起着至关重要的作用。
基于电力电子技术的发展，柔性直流技术具备无功解耦特性，能够快速独立地控制有功功率和无功功率，是提高交直流互联系统之间功率紧急支援的一种有效途径。现有的柔性直流技术多采用主从控制策略，利用直流电压实现紧急功率控制时需要考虑主站与从站的协调配合，十分依赖实时通讯，主站检修或故障退出时紧急支援控制策略的转移过程较为复杂且可能出现无法接受到调节信号而导致整个系统无法实现功率支援的情况。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种含直流电压的二次反馈的控制方法、系统及计算机设备。
一种含直流电压二次反馈的控制方法，应用于多端互联的交直流柔性互联电网系统，所述电网系统包括直流换流模块，包括：
获取所述直流换流模块的直流电压、有功功率及交流电网的系统频率；
根据所述直流电压的平方、所述系统频率生成有功功率附加值；
根据所述有功功率附加值及所述有功功率生成第一参考控制信号，所述第一参考控制信号用于控制所述电网系统的电压输出。
在其中一个实施例中，所述有功功率附加值包括第一有功功率附加值、第二有功功率附加值；所述根据所述直流电压的平方、所述系统频率生成有功功率附加值，包括：
根据所述直流电压的平方与预设直流电压的平方获取第一有功功率附加值；
根据所述系统频率及预设系统频率获取第二有功功率附加值。
在其中一个实施例中，所述根据所述直流电压平方与预设直流电压平方获取第一有功功率附加值，包括：
获取所述电网系统的第一控制系数；
根据所述直流电压平方与预设直流电压平方的差值及所述第一控制系数生成第一有功功率附加值。
在其中一个实施例中，所述根据所述系统频率及预设系统频率获取第二有功功率附加值，包括：
获取所述电网系统的第二控制系数；
根据所述系统频率及预设系统频率的差值获取所述第二控制系数生成第二有功功率附加值。
在其中一个实施例中，根据所述有功功率附加值及所述有功功率生成参考控制信号，包括：
获取所述电网系统的第三控制系数；
根据所述有功功率附加值及所述有功功率获取生成偏差控制量；
根据所述偏差控制量及所述第三控制系数获取所述参考控制信号。
在其中一个实施例中，所述第三控制系数基于PID经典控制原理生成。
在其中一个实施例中，还包括：
根据所述直流电压的平方、所述有功功率生成第二参考控制信号，所述第二参考控制信号用于控制所述电网系统的电压输出。
一种含直流电压的二次反馈的控制装置，应用于多端互联的交直流柔性互联电网系统，所述电网系统包括直流换流模块，包括：
参数获取模块，用于获取所述直流换流模块的直流电压、有功功率及与交流电网系统频率；
附加值生成模块，用于根据所述直流电压平方、所述系统频率生成所述有功功率附加值；
控制模块，用于根据所述有功功率附加值及所述有功功率生成参考控制信号，所述参考控制信号用于控制所述电网系统的电压输出。
一种计算机设备，包括存储器及处理器，所述存储器中储存有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如上述的方法的步骤。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述的方法的步骤。
上述含直流电压的二次反馈的控制方法、系统及计算机设备，通过获取直流换流模块的直流电压、有功功率及交流电网的系统频率，根据直流电压的平方、系统频率生成有功功率附加值，根据有功功率附加值及有功功率生成第一参考控制信号，第一参考控制信号用于控制所述电网系统的电压输出，从而在保证系统直流电压保持稳定的基础上，保证紧急功率的可靠支援，提高系统稳定性及持续运行能力。
附图说明
为了更清楚地说明本申请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申请的一些实施例，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为一个实施例中含直流电压二次反馈的控制方法的流程图；
图2为一个实施例中三端互联的交直流柔性互联电网系统结构示意图；
图3为一个实施例中步骤104的具体流程图；
图4为一个实施例中步骤302的具体流程图；
图5为一个实施例中步骤304的具体流程图；
图6为一个实施例中步骤106的具体流程图；
图7为一个实施例中含直流电压二次反馈的控制示意图；
图8为一个实施例中含直流电压二次反馈的控制特性示意图；
图9为一个实施例中含直流电压二次反馈的控制特性示意图；
图10为一个实施例中含直流电压的二次反馈的控制装置的结构框图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
可以理解，本申请所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，但这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分。举例来说，在不脱离本申请的范围的情况下，可以将第一客户端称为第二客户端，且类似地，可将第二客户端称为第一客户端。第一客户端和第二客户端两者都是客户端，但其不是同一客户端。
参阅图1，为一个实施例中含直流电压二次反馈的控制方法的流程图。
在本实施例中，含直流电压二次反馈的控制方法的执行主体为多端互联的交直流柔性互联电网系统，该电网系统包括直流换流模块。如图1所示，该含直流电压二次反馈的控制方法包括步骤102至步骤106。
步骤102，获取直流换流模块的直流电压、有功功率及交流电网的系统频率。
其中，多端互联的交直流柔性互联电网系统包括多个直流换流模块，各直流换流模块与交流电网连接。参阅图2，为一个实施例中三端互联的交直流柔性互联电网系统结构示意图，如图2所示，该电网系统包括第一电压源直流换流模块VSC1、第二电压源直流换流模块VSC2、第三电压源直流换流模块VSC3以及换流模块直流侧的直流母线，直流换流模块VSC1～VSC3之间通过直流线路实现互联。
其中，换流模块，是由单个或者多个换流桥组成的进行交流、直流转换的设备，例如是换流器，具体可以分为两类：整流器和逆变器。整流器是将交流电转换为直流电，而逆变器是将直流电转换为交流电。由于把直流电变成交流电比把交流电变成直流电过程复杂地多，换流模块的核心是逆变电路。常应用于电网系统中的紧急功率支援和光伏电能合并入网过程中。
其中，直流电压，可以是当前时刻交直流柔性互联电网系统的实际直流电压值。而获取直流换流模块的直流电压的方法，可以是利用直流电压测量仪器进行测量，如万用表。
有功功率，可以是当前时刻交直流柔性互联电网系统的实际有功功率值。获取直流换流模块的有功功率的方法，可以利用有功功率表进行测量，有功功率表简称功率表或者瓦特表；由于直流功率等于电压与电流的简单乘积，在直流功率实际测量中，一般采用电压表和电流表分别测量电压值和电流值并计算进而得出有功功率。
其中，交流电网的系统频率，是指单位时间内交变电流方向周期性变化的次数，我国交流电网的系统频率是50Hz。
步骤104，根据直流电压的平方、系统频率生成有功功率附加值。
在换流模块对直流电与交流电之间的转换过程中，需要利用专门的控制器。而控制器则是根据测量得出的当前时刻互联电网系统直流电压的实际值的平方、交流电网的系统频率生成有功功率附加值；即有功功率附加值，是用于对换流模块实现直流电与交流电之间的转换过程进行控制调节的中间环节控制参量。
其中，根据直流电压的平方、系统频率生成有功功率附加值的方法，可以是利用预设的关于当前直流电压实际测量值、交流电网的系统频率及有功功率附加值之间的映射关系表，查询映射关系表得出。
步骤106，根据有功功率附加值及有功功率生成第一参考控制信号，第一参考控制信号用于控制电网系统的电压输出。
其中，根据有功功率附加值及有功功率生成第一参考控制信号的方法，可以是根据测量得出的当前时刻互联电网系统的有功功率及有功功率附加值生成第一参考控制信号，而控制器则是根据该第一参考控制信号控制并调节电网系统的电压输出。
本实施例中提供的含直流电压的二次反馈的控制方法，通过获取直流换流模块的直流电压、有功功率及交流电网的系统频率，根据直流电压的平方、系统频率生成有功功率附加值，根据有功功率附加值及有功功率生成第一参考控制信号，第一参考控制信号用于控制所述电网系统的电压输出，从而在保证系统直流电压保持稳定的基础上，保证紧急功率的可靠支援，提高系统稳定性及持续运行能力。
在一个实施例中，有功功率附加值包括第一有功功率附加值、第二有功功率附加值。如图3所示，步骤104包括步骤302至步骤304。
步骤302，根据直流电压的平方与预设直流电压的平方获取第一有功功率附加值。
其中，第一有功功率附加值，可以是直流电压的平方二次调节所需的有功功率附加值。根据直流电压的平方与预设直流电压的平方获取第一有功功率附加值的方法，可以是通过查询预设表格得出，该表格包括实际测量得出的当前时刻系统的直流电压的平方、预设的直流电压的平方及第一有功功率附加值三者之间的对应关系，即根据实际测量得出的直流电压的平方及预设直流电压的平方，可以通过查询预设表格得出第一有功功率附加值。
步骤304，根据系统频率及预设系统频率获取第二有功功率附加值。
其中，第二有功功率附加值，可以是用于交流电网的频率调节所需的有功功率附加值。根据系统频率及预设系统频率获取第二有功功率附加值的方法，可以是查询预设表格得出，该表格包括系统频率、预设系统频率及第二有功功率附加值三者之间的对应关系，即根据实际测量得出的系统频率及预设系统频率，可以通过查询预设表格得出第二有功功率附加值。
在一个实施例中，获取第一有功功率附加值的方法也可以是利用计算公式得出。如图4所示，步骤302包括步骤402至步骤404。
步骤402，获取电网系统的第一控制系数。
步骤404，根据直流电压平方与预设直流电压平方的差值及第一控制系数生成第一有功功率附加值。
在本实施例中，第一有功功率附加值是根据直流电压的平方二次调节所需的有功功率附加值计算公式得出：
Figure BDA0003388711890000061
其中，Udcref为预设电网系统额定运行点的直流电压值，Udc为当前时刻系统直流电压实际测量值，Kdc为第一控制系数，即直流电压控制比例系数，
Figure BDA0003388711890000062
为根据上式计算出来的直流电压的平方二次调节所需的有功功率附加值。
在一个实施例中，获取第二有功功率附加值的方法也可以是利用计算公式得出。如图5所示，步骤304包括步骤502至步骤504。
步骤502，获取电网系统的第二控制系数。
步骤504，根据系统频率及预设系统频率的差值获取第二控制系数生成第二有功功率附加值。
在本实施例中，第二有功功率附加值是根据交流电网的频率调节所需的有功功率附加值计算公式得出：
ΔPf＝Kf(fref-f)
其中，fref为预设交流系统额定频率，f为当前时刻交流系统频率实际测量值，Kf为第二控制系数，即频率控制比例系数，ΔPf为根据上式计算出来的交流电网的频率调节所需的有功功率附加值。
在一个实施例中，通过结合根据直流电压的平方与预设直流电压的平方获取的第一有功功率附加值
Figure BDA0003388711890000071
根据系统频率及预设系统频率获取的第二有功功率附加值ΔPf计算得出附加在有功功率输入部分的改进控制的频率附加值ΔP，具体计算公式如下：
Figure BDA0003388711890000072
在一个实施例中，如图6所示，步骤106包括步骤602至步骤606。
步骤602，获取电网系统的第三控制系数。
步骤604，根据有功功率附加值及有功功率获取生成偏差控制量。
其中，有功功率附加值为第一有功功率附加值与第二有功功率附加值之和。在本实施例中，根据有功功率附加值及有功功率获取偏差控制量，具体偏差控制量er计算公式为：
Figure BDA0003388711890000073
其中，其中，Pref为预设电网交流系统额定有功功率，P为当前时刻系统有功功率实际测量值，第三控制系数包括KD，即下垂控制系数。
步骤606，根据偏差控制量及第三控制系数获取参考控制信号。
其中，参考控制信号，可以是d轴参考电流idcref，该参考电流的计算公式：
Figure BDA0003388711890000074
其中，第三控制系数还包括
Figure BDA0003388711890000075
基于PID经典控制原理生成；s表示微分算子，kp与ki分别为比例系数和积分系数。
将d轴参考电流传输至控制器中并计算出用于驱动直流换流模块的调制脉冲信号，进而控制电网系统的电压输出。
在一个实施例中，根据直流电压的平方、有功功率生成第二参考控制信号，该第二参考控制信号用于控制电网系统的电压输出。
其中，第二参考控制信号生成的方法，可以是利用计算公式得到：
Figure BDA0003388711890000081
需要说明的是，第一参考控制信号与第二参考控制信号相比，在利用有功功率控制环节的基础上，引入反映直流电压平方变化差值及反映频率变化差值的反馈环节，将频率变化与直流电压平方变化通过控制环节转化为功率变化信号，增加到有功功率控制部分，使其实现紧急功率支援，并进一步保证电网系统直流电压恒定。
参阅图7，为一个实施例中通过步骤106得出的含直流电压二次反馈的控制示意图。如图7所示，通过获取直流换流模块的直流电压、有功功率及交流电网的系统频率，根据直流电压的平方、系统频率生成有功功率附加值，根据有功功率附加值及有功功率生成第一参考控制信号，第一参考控制信号用于控制电网系统的电压输出。
参阅图8，为一个实施例中含直流电压二次反馈的控制特性示意图。如图8所示，以换流模块所连交流电网系统频率增大时其他换流模块吸收功率增大，换流模块工作状态将从A点运动至B，系统直流电压增大。此时，直流电压平方与功率控制环节，使电压功率下垂控制特性曲线下移，换流模块工作状态从B点转移至C点，直流系统直流电压恢复稳定，同时完成功率紧急调节。
需要说明的是，为了防止在功率调整过程中因为小范围的频率波动而引起控制器设定参考频率的往复调整，在频率下垂曲线中设定一个频率死区范围，如9右图中fl与fh之间部分所示。当且仅当频率波动值超出该上下限动作范围时，传输至控制器的输出功率参考值才会做出响应。
应该理解的是，虽然图1以及图3-图6的流程图中的各个步骤按照箭头的提示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头提示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图1以及图3-图6中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。需要说明的是，上述不同的实施例之间可以进行相互组合。
参阅图10，为一个实施例中含直流电压的二次反馈的控制装置的结构框图。
在本实施例中各模块用于执行图1中对应的实施例中各步骤，具体参阅图1、图1对应的实施例以及以图1为基础的图2-图9实施例中的相关描述，此处不再赘述。
本实施例中，该含直流电压的二次反馈的控制装置应用于多端互联的交直流柔性互联电网系统，电网系统包括直流换流模块，还包括参数获取模块1002、附加值生成模块1004及控制模块1006。
参数获取模块1002，用于获取直流换流模块的直流电压、有功功率及与交流电网系统频率。
附加值生成模块1004，用于根据直流电压平方、系统频率生成有功功率附加值。
控制模块1006，用于根据有功功率附加值及有功功率生成参考控制信号，参考控制信号用于控制电网系统的电压输出。
本实施例中提供的含直流电压的二次反馈的控制装置，通过参数获取模块1002获取直流换流模块的直流电压、有功功率及与交流电网系统频率，附加值生成模块1004根据直流电压平方、系统频率生成有功功率附加值，控制模块1006根据有功功率附加值及有功功率生成参考控制信号，参考控制信号用于控制电网系统的电压输出，从而在保证系统直流电压保持稳定的基础上，保证紧急功率的可靠支援，提高系统稳定性及持续运行能力。
上述含直流电压的二次反馈的控制装置中各个模块的划分仅用于举例说明，在其他实施例中，可将含直流电压的二次反馈的控制装置按照需要划分为不同的模块，以完成上述含直流电压的二次反馈的控制装置的全部或部分功能。
关于含直流电压的二次反馈的控制装置的具体限定可以参见上文中对于含直流电压的二次反馈的控制方法的限定，在此不再赘述。上述含直流电压的二次反馈的控制装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
本申请实施例还提供了一种计算机设备，包括存储器及处理器，存储器中储存有计算机程序，计算机程序被处理器执行时，使得处理器执行如上述实施例中的方法的步骤。
本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质。一个或多个包含计算机可执行指令的非易失性计算机可读存储介质，当计算机可执行指令被一个或多个处理器执行时，使得处理器执行含直流电压的二次反馈的控制方法的步骤。
上述实施例提供的含直流电压的二次反馈的控制方法、系统及计算机设备在保证系统直流电压保持稳定的基础上，保证紧急功率的可靠支援，提高系统稳定性及持续运行能力，具有重要的经济价值和推广实践价值。
本申请所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(RAM)，它用作外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据率SDRAM(DDR SDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路(Synchlink)DRAM(SLDRAM)、存储器总线(Rambus)直接RAM(RDRAM)、直接存储器总线动态RAM(DRDRAM)、以及存储器总线动态RAM(RDRAM)。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种含直流电压二次反馈的控制方法，应用于多端互联的交直流柔性互联电网系统，所述电网系统包括直流换流模块，其特征在于，包括：
获取所述直流换流模块的直流电压、有功功率及交流电网的系统频率；
根据所述直流电压的平方、所述系统频率生成有功功率附加值；
根据所述有功功率附加值及所述有功功率生成第一参考控制信号，所述第一参考控制信号用于控制所述电网系统的电压输出。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述有功功率附加值包括第一有功功率附加值、第二有功功率附加值；所述根据所述直流电压的平方、所述系统频率生成有功功率附加值，包括：
根据所述直流电压的平方与预设直流电压的平方获取第一有功功率附加值；
根据所述系统频率及预设系统频率获取第二有功功率附加值。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述直流电压平方与预设直流电压平方获取第一有功功率附加值，包括：
获取所述电网系统的第一控制系数；
根据所述直流电压平方与预设直流电压平方的差值及所述第一控制系数生成第一有功功率附加值。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述系统频率及预设系统频率获取第二有功功率附加值，包括：
获取所述电网系统的第二控制系数；
根据所述系统频率及预设系统频率的差值获取所述第二控制系数生成第二有功功率附加值。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述有功功率附加值及所述有功功率生成参考控制信号，包括：
获取所述电网系统的第三控制系数；
根据所述有功功率附加值及所述有功功率获取偏差控制量；
根据所述偏差控制量及所述第三控制系数获取所述参考控制信号。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述第三控制系数基于PID经典控制原理生成。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
根据所述直流电压的平方、所述有功功率生成第二参考控制信号，所述第二参考控制信号用于控制所述电网系统的电压输出。
8.一种含直流电压的二次反馈的控制装置，其特征在于，应用于多端互联的交直流柔性互联电网系统，所述电网系统包括直流换流模块，其特征在于，包括：
参数获取模块，用于获取所述直流换流模块的直流电压、有功功率及与交流电网系统频率；
附加值生成模块，用于根据所述直流电压平方、所述系统频率生成所述有功功率附加值；
控制模块，用于根据所述有功功率附加值及所述有功功率生成参考控制信号，所述参考控制信号用于控制所述电网系统的电压输出。
9.一种计算机设备，其特征在于，包括存储器及处理器，所述存储器中储存有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如权利要求1至7中任一项所述的方法的步骤。
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，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7中任一项所述的方法的步骤。
CN202111462475.9A 2021-12-02 2021-12-02 含直流电压的二次反馈的控制方法、系统及计算机设备 Pending CN114374217A (zh)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN107565592A (zh) * 2017-09-28 2018-01-09 北京智中能源互联网研究院有限公司 含电压和频率二次调节的多端柔性直流系统下垂控制方法
CN110492524A (zh) * 2019-07-24 2019-11-22 全球能源互联网研究院有限公司 无通信海上风电场柔直并网的有功-频率控制方法及系统

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