一種交流與柔性直流并聯(lián)輸電系統(tǒng)的交流線路潮流自動控制方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種交流與柔性直流輸電過程中交流線路的潮流自動控制方法。本發(fā)明通過遠方測量裝置測量交流線路的有功潮流，由通訊系統(tǒng)傳送至柔性直流輸電換流站，通過增減柔性直流換流站傳輸?shù)挠泄β书g接調節(jié)交流線路有功潮流。本發(fā)明的控制思路明晰、具體實現(xiàn)手段簡單、控制結果準確，可適用于交流輸電線路與柔性直流輸電線路組成的交直流并列輸電系統(tǒng)，減小交直流系統(tǒng)的輸電損耗，在電網(wǎng)發(fā)生故障失去交流通道時，轉移到直流通道的潮流很小，有助于實現(xiàn)換流站從交直流方式到純直流方式的平滑切換，提高柔性直流輸電系統(tǒng)運行效率和可靠性。
【專利說明】一種交流與柔性直流并聯(lián)輸電系統(tǒng)的交流線路潮流自動控制方法
[0001]
【技術領域】
[0002]本發(fā)明涉及一種交直流并聯(lián)柔性直流輸電系統(tǒng)中交流線路的潮流自動控制方法，尤其是提出了一種通過遠方測量裝置測量交流輸電通道的有功潮流，傳送至柔性直流換流站用以控制直流線路傳輸?shù)挠泄β?，最終將交流輸電通道的有功潮流控制在設定閾值以下的控制方法，屬于電力系統(tǒng)的電網(wǎng)穩(wěn)定控制領域。
【背景技術】
[0003]近年來，隨著國民經(jīng)濟的不斷發(fā)展，社會對電力的需求越來越大，對電網(wǎng)的安全可靠性要求也越來越高。風電作為新興的綠色清潔能源，已具有與傳統(tǒng)常規(guī)電源發(fā)電競爭的潛力，是目前非常具有開發(fā)利用價值和技術相當成熟的新能源和可再生能源。然而，風電的接入方式與遠距離輸送制約了風電的發(fā)展，尤其是大規(guī)模風電并網(wǎng)后，由于風電輸出功率的隨機性與波動性，導致了電力系統(tǒng)調度和電能質量都面臨新的問題。柔性直流輸電作為采用基于可控關斷器件的IGBT和PWM的交直流輸電技術，可以有效地實現(xiàn)有功功率和無功功率的潮流控制，具有較強的輸電靈活性。
[0004]在傳統(tǒng)的柔性直流輸電潮流控制中，換流站直接接收上級信號作為參考值，并發(fā)出相應的有功功率，而相對較為復雜的控制功能，如抑制低頻振蕩或緊急功率支援等，則通過有功功率附加信號的形式疊加到有功調度指令上，形成最終的換流站有功功率參考值。通常，功率附加控制環(huán)節(jié)的功率輸出要遠小于換流站容量，一般對于交流線路低頻振蕩和次同步振蕩的頻率，大約在零點幾秒的到幾秒的范圍。
[0005]本發(fā)明所述的方法適用于大規(guī)模風電場、新能源發(fā)電通過交流線路和柔性直流輸電并列向交流大電網(wǎng)送電的系統(tǒng)，主要針對穩(wěn)態(tài)運行工況，通過測量交流輸電通道的有功潮流，并傳輸至柔性直流換流站，實時調節(jié)直流線路的功率，實現(xiàn)對交流線路潮流的連續(xù)控制。本發(fā)明專利提出將交流通道潮流控制到接近零的水平，其意義在于:(1)柔性直流換流站的輸電損耗由兩部分組成，柔直變流器的開關損耗和變流器及直流線路的通態(tài)損耗，其中開關損耗占據(jù)相當大的比例，而通態(tài)損耗隨著傳輸功率的增加而增加，但是增加的比例較小。因此，在柔性直流輸電系統(tǒng)運行的過程中，應該盡量減小并列交流通道的有功潮流，以減小整個輸電系統(tǒng)的損耗。(2)交流通道故障后，電網(wǎng)轉化成風電等新能源發(fā)電機組對大電網(wǎng)輸電的模式，送電端的換流站需要切換至純直流運行方式，按照固定的交流電壓和交流頻率控制，如果交流通道原有的有功潮流很大，則失去交流通道后這部分潮流需要轉移到直流線路上，帶來的沖擊將不利于換流站實現(xiàn)平滑的控制模式切換，從這個角度看，將穩(wěn)態(tài)運行時交流通道的有功潮流控制在接近零的水平，有助于直流換流站在系統(tǒng)故障條件下從定功率控制模式切換到定交流電壓和頻率的控制模式，從而提高整個輸電系統(tǒng)的可靠性。
【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明的目的是提出一種交流與柔性直流并聯(lián)輸電系統(tǒng)中交流線路的潮流自動控制方法，通過直流輸電系統(tǒng)的功率附加控制功能，自動調節(jié)交流線路的潮流，使其在穩(wěn)態(tài)時傳輸有功功率為設定值，為風電場柔性多端直流輸電的潮流控制提供新的解決手法。
[0007]本發(fā)明的技術方案是:本發(fā)明交流與柔性直流并聯(lián)輸電系統(tǒng)的交流線路潮流自動控制方法，包括以下步驟:
1)在交流通道與柔性直流通道構成的交直流并聯(lián)輸電系統(tǒng)中，在一個控制周期到來時，遠端測量裝置實時測量交流通道上的電壓和電流，并以此計算得到實際的交流通道有功功率Pdata ;
2)根據(jù)Pdata與來自監(jiān)控后臺的使能信號EN_SCADA得到交流通道潮流自動控制使能信號EN_PFCTRL，其實施步驟如下:
2-1)將Pdata輸入至低通濾波器，經(jīng)低通濾波后得到濾波后的交流通道有功功率Pdelay ;低通濾波器的傳遞函數(shù)為
1/(1 + ?，其中S為復頻域算子，T1為低通濾波器參數(shù)；
2-2)將Pdelay送至滯環(huán)比較器，經(jīng)滯環(huán)比較后，得到交流通道有功功率是否已在控制死區(qū)內的判斷結果BPTH ;置換比較的邏輯如下:(a)記滯環(huán)比較器的上限功率閾值為Hp_max，當Pdeiay>Hp_max時,BPTH=I ； (b)記滯環(huán)比較器的下限功率閾值為Hp_min,Pdelayy〈Hp_min時，BPTH=O, Hp—max=5MW， Hp—min=0MW ;
2-3) BPTH與來自監(jiān)控后臺的使能信號EN_SCADA通過邏輯與的運算后，得到交流通道潮流自動控制使能信號EN_PFCTRL ；
3)實測有功功率Pdata與運行人員設定的有功功率調度指令Psrt,生成有功功率調節(jié)差
僧 P P =D -P.? 1 err， 1 err 1 data 1 set ，
4)將Pot作為第一通道的輸入數(shù)據(jù)送至多路數(shù)據(jù)復選器1，多路數(shù)據(jù)復選器I的第二通道輸入數(shù)據(jù)為固定值O ;多路數(shù)據(jù)復選器I的控制信號為交流通道潮流自動控制使能信號EN_PFCTRL，EN_PFCTRL來自于步驟2)的運算結果；多路數(shù)據(jù)復選器I的輸出為有功功率實際誤差Pm2，多路數(shù)據(jù)復選器I的運算邏輯如下:
①當EN_PFCTRL=0 時，Perr2=O ；
②當EN_PFCTRL=1 時，Perr2=Perr ；
5)將Pm2送至比例積分控制器，計算出初步控制量APrefl;比例積分的傳遞函數(shù)為:Kp -1-1 / ,其中S為復頻域算子，Kp和Ti分別為比例系數(shù)和積分時間常數(shù)，比例積
分控制器的上限限幅值為A1，下限限幅值為-A1, Α1=2；
6)將ΛΡΜ?1作為第一通道的輸入數(shù)據(jù)送至多路數(shù)據(jù)復選器，多路數(shù)據(jù)復選器2的第二通道輸入數(shù)據(jù)為固定值O ;多路數(shù)據(jù)復選器2的控制信號為來自監(jiān)控后臺的使能信號ΕΝ_SCADA ;多路數(shù)據(jù)復選器的輸出為直流通道有功功率的附加控制量ΛΡμ，多路數(shù)據(jù)復選器的運算邏輯如下:
①當 EN_SCADA =0 時，APref=O ；②當 EN_SCADA =1 時，APref=APrefl ；
7)將ΛPMf與來自監(jiān)控后臺的直流通道有功功率設定值PMf seADA相疊加生成直流通道有功功率初步控制量PMfl ;
8)Prefl經(jīng)過一個限幅器后得到直流通道有功功率實際控制量PMf，限幅器的上限限幅值為A2，下限限幅值為-A2，限幅器的運算邏輯為:當PMfl>A2時，Pref=A2 ;當PMfl〈_A2時，Pref=-A2 ;當-A2<Prefl< A2 時，Pref=Prefl, A2=I ；
9)將直流通道有功功率實際控制量Pref送給直流換流站，由下一級裝置控制器按照該指令產(chǎn)生直流通道功率，至此，交流潮流自動控制方法結束。
[0008]上述4=0.05，7；.=0.5 秒。
[0009]上述、=2，A2=I。
[0010]本發(fā)明的交流與柔性直流并聯(lián)輸電系統(tǒng)中交流線路的潮流自動控制方法，通過直流輸電系統(tǒng)的功率附加控制功能，自動調節(jié)交流線路的潮流，使其在穩(wěn)態(tài)時傳輸有功功率為零或接近零的狀態(tài)，為風電場柔性多端直流輸電的潮流控制提供新的解決手法。
[0011]【專利附圖】

【附圖說明】
圖1是本發(fā)明交流潮流自動控制使能信號運算邏輯；
圖2是本發(fā)明交流潮流自動控制原理圖；
圖3是本發(fā)明交流與柔性直流并聯(lián)輸電系統(tǒng)運行方式示意圖。
[0012]【具體實施方式】:
本發(fā)明提出的控制方法，包含以下內容:
1、本發(fā)明有功控制器的設計
本發(fā)明利用柔性多端輸電線中，在交流線路實際監(jiān)測點監(jiān)測到的有功功率實際測量值Pdata,與潮流控制中有功功率設定值Psrt形成有功功率調節(jié)差值POT，并通過比例積分控制器而得到的有功功率參考值的變化量，最后與來自于監(jiān)控后臺的有功功率參考值相疊加，使換流站注入到交流系統(tǒng)的有功功率到達其目標值。當有功功率差值很大時，為防止出現(xiàn)積分飽和現(xiàn)象，需要在比例積分控制器中加入相應的限幅環(huán)節(jié)，另外為保證有功功率的參考信號在換流器容量的允許范圍內，在其輸出也增加了限幅環(huán)節(jié)。
[0013]為了防止控制器在交流線路有功潮流達到O功率附近時來回抖動，設置了控制死區(qū)，其實現(xiàn)方法如下:有功功率實際測量值Pdata經(jīng)過低通濾波后，通過滯環(huán)比較器生成交流通道有功功率是否已在控制死區(qū)內的判斷結果BPTH，并同來自于監(jiān)控后臺的使能信號EN_SCADA，經(jīng)過邏輯與門而最終決定交流潮流自動控制使能信號EN_PFCTRL的布爾值，并以此來決定交流潮流自動控制的啟動與退出。
[0014]產(chǎn)生交流通道潮流自動控制使能信號的運算邏輯如圖1所示，主要包括低通濾波器、滯環(huán)比較器和邏輯與門，各部分之間的聯(lián)系在控制步驟2)中說明。交流通道潮流自動控制方法的原理框圖如圖2所示，主要包括多路數(shù)據(jù)復選器1、多路數(shù)據(jù)復選器2、比例積分控制器、限幅器，各部分之間的聯(lián)系在控制步驟3)-步驟9)中說明。
[0015]2、本發(fā)明的控制步驟
如圖3所示，由遠端測量裝置實時測量交流通道的電壓和電流，并以此計算得到交流通道的有功功率，將該有功功率通過快速通訊傳送至柔性直流整流站，經(jīng)過以比例積分控制器為主的反饋控制環(huán)節(jié)計算出直流通道的有功功率附加值，與來自后臺監(jiān)控的直流通道有功功率設定值相加得到柔性直流整流站的功率設定，最終通過直接調節(jié)柔性直流整流站有功功率間接控制交流通道的有功潮流。本發(fā)明所涉的交流與柔性直流并聯(lián)輸電系統(tǒng)的交流線路潮流自動控制方法包括以下步驟:
1)在交流通道與柔性直流通道構成的交直流并聯(lián)輸電系統(tǒng)中，在一個控制周期到來時，遠端測量裝置實時測量交流通道上的電壓和電流，并以此計算得到實際的交流通道有功功率Pdata ；
2)根據(jù)Pdata與來自監(jiān)控后臺的使能信號EN_SCADA得到交流通道潮流自動控制使能信號EN_PFCTRL，其實施步驟如下:
2-1)將Pdata輸入至低通濾波器，經(jīng)低通濾波后得到濾波后的交流通道有功功率Pdelay ;
低通濾波器的傳遞函數(shù)為1/(1+t1s) ，其中s為復頻域算子，T1為低通濾波器參數(shù)；
2-2 )將Pdelay送至滯環(huán)比較器，經(jīng)滯環(huán)比較后，得到交流通道有功功率是否已在控制死區(qū)內的判斷結果BPTH ;置換比較的邏輯如下:(a)記滯環(huán)比較器的上限功率閾值為Hp_max，當Pdeiay>Hp_max時,BPTH=I ； (b)記滯環(huán)比較器的下限功率閾值為Hp_min,Pdelayy〈Hp_min時，BPTH=O, Hp—max=5MW，Hp—min=0MW ;
2-3) BPTH與來自監(jiān)控后臺的使能信號EN_SCADA通過邏輯與的運算后，得到交流通道潮流自動控制使能信號EN_PFCTRL ；
3)實測有功功率Pdata與運行人員設定的有功功率調度指令Psrt,生成有功功率調節(jié)差
僧 P P =D -P.? 1 err， 1 err 1 data 1 set ，
4)將Pot作為第一通道的輸入數(shù)據(jù)送至多路數(shù)據(jù)復選器1，多路數(shù)據(jù)復選器I的第二通道輸入數(shù)據(jù)為固定值O ;多路數(shù)據(jù)復選器I的控制信號為交流通道潮流自動控制使能信號EN_PFCTRL，EN_PFCTRL來自于步驟2)的運算結果；多路數(shù)據(jù)復選器I的輸出為有功功率實際誤差Pm2，多路數(shù)據(jù)復選器I的運算邏輯如下:
①當EN_PFCTRL=0 時，Perr2=O ；
②當EN_PFCTRL=1 時，Perr2=Perr ；
5)將Pm2送至比例積分控制器，計算出初步控制量ΔPrefl;比例積分的傳遞函數(shù)為:Kp + 1/TiS ,其中S為復頻域算子，Kp和Ti分別為比例系數(shù)和積分時間常數(shù)，比例積
分控制器的上限限幅值為A1，下限限幅值為-A1, A1=2；
6)將ΔPrefl作為第一通道的輸入數(shù)據(jù)送至多路數(shù)據(jù)復選器，多路數(shù)據(jù)復選器2的第二通道輸入數(shù)據(jù)為固定值O ;多路數(shù)據(jù)復選器2的控制信號為來自監(jiān)控后臺的使能信號EN_SCADA ;多路數(shù)據(jù)復選器的輸出為直流通道有功功率的附加控制量ΔPrefl，多路數(shù)據(jù)復選器的運算邏輯如下:
①當EN_SCADA =0 時，ΔPref=O ；
②當EN_SCADA =1 時，ΔPref=ΔPrefl ；
7)將ΔPMf與來自監(jiān)控后臺的直流通道有功功率設定值Pref -seADA相疊加生成直流通道有功功率初步控制量Prefl ;
8)Prefl經(jīng)過一個限幅器后得到直流通道有功功率實際控制量PMf，限幅器的上限限幅值為A2，下限限幅值為-A2，限幅器的運算邏輯為:當PMfl>A2時，Pref=A2 ;當Prefl〈_A2時，Pref=-A2 ;當-A2<Prefl< A2 時，Pref=Prefl, A2=I ；
9)將直流通道有功功率實際控制量Pref送給直流換流站，由下一級裝置控制器按照該指令產(chǎn)生直流通道功率，至此，交流潮流自動控制方法結束。
【權利要求】
1.一種交流與柔性直流并聯(lián)輸電系統(tǒng)的交流線路潮流自動控制方法，其特征在于包括以下步驟: 1)在交流通道與柔性直流通道構成的交直流并聯(lián)輸電系統(tǒng)中，在一個控制周期到來時，遠端測量裝置實時測量交流通道上的電壓和電流，并以此計算得到實際的交流通道有功功率Pdata ； 2)根據(jù)Pdata與來自監(jiān)控后臺的使能信號EN_SCADA得到交流通道潮流自動控制使能信號EN_PFCTRL，其實施步驟如下: 2-1)將Pdata輸入至低通濾波器，經(jīng)低通濾波后得到濾波后的交流通道有功功率Pdelay ;低通濾波器的傳遞函數(shù)為1/(1 +F1J)，其中s為復頻域算子，T1為低通濾波器參數(shù)； 2-2)將Pdelay送至滯環(huán)比較器，經(jīng)滯環(huán)比較后，得到交流通道有功功率是否已在控制死區(qū)內的判斷結果BPTH ;置換比較的邏輯如下:(a)記滯環(huán)比較器的上限功率閾值為Hp_max，當Pdeiay>Hp_max時,BPTH=I ； (b)記滯環(huán)比較器的下限功率閾值為Hp_min,Pdelayy〈Hp_min時，BPTH=O, Hp—max=5MW，Hp—min=0MW ; 2-3) BPTH與來自監(jiān)控后臺的使能信號EN_SCADA通過邏輯與的運算后，得到交流通道潮流自動控制使能信號EN_PFCTRL ； 3)實測有功功率Pdata與運行人員設定的有功功率調度指令Psrt,生成有功功率調節(jié)差僧 P P =D -P.? 1 err， 1 err 1 data 1 set ， 4)將Ρε?作為第一通道的輸入數(shù)據(jù)送至多路數(shù)據(jù)復選器I，多路數(shù)據(jù)復選器I的第二通道輸入數(shù)據(jù)為固定值O ;多路數(shù)據(jù)復選器I的控制信號為交流通道潮流自動控制使能信號EN_PFCTRL，EN_PFCTRL來自于步驟2)的運算結果；多路數(shù)據(jù)復選器I的輸出為有功功率實際誤差Pm2，多路數(shù)據(jù)復選器I的運算邏輯如下:
①當EN_PFCTRL=0 時，Perr2=O ；
②當EN_PFCTRL=1 時，Perr2=Perr ； 5)將Pm2送至比例積分控制器，計算出初步控制量APrefl;比例積分的傳遞函數(shù)為:Kp^lZTiS ,其中S為復頻域算子，Kp和Ti分別為比例系數(shù)和積分時間常數(shù)，比例積分控制器的上限限幅值為A1，下限限幅值為-A1, A1=2； 6)將ΛΡΜ?1作為第一通道的輸入數(shù)據(jù)送至多路數(shù)據(jù)復選器，多路數(shù)據(jù)復選器2的第二通道輸入數(shù)據(jù)為固定 值O ;多路數(shù)據(jù)復選器2的控制信號為來自監(jiān)控后臺的使能信號EN_SCADA ;多路數(shù)據(jù)復選器的輸出為直流通道有功功率的附加控制量ΛΡμ，多路數(shù)據(jù)復選器的運算邏輯如下:
①當EN_SCADA =0 時，APref=O ；
②當EN_SCADA =1 時，APref=APrefl ； 7)將ΛPMf與來自監(jiān)控后臺的直流通道有功功率設定值PMf seADA相疊加生成直流通道有功功率初步控制量PMfl ; 8)Prefl經(jīng)過一個限幅器后得到直流通道有功功率實際控制量PMf，限幅器的上限限幅值為A2，下限限幅值為-A2，限幅器的運算邏輯為:當PMfl>A2時，Pref=A2 ;當PMfl〈_A2時，Pref=-A2 ;當-A2<Prefl< A2 時，Pref=Prefl, A2=I ； 9)將直流通道有功功率實際控制量Pref送給直流換流站，由下一級裝置控制器按照該指令產(chǎn)生直流通道功率，至此，交流潮流自動控制方法結束。
2.根據(jù)權利要求1所述的使用隔離開關帶電接入多端柔性直流輸電系統(tǒng)的方法，其特征在于上述低通濾波器時間常數(shù)T1選取T1=I秒。
3.根據(jù)權利要求1所述的使用隔離開關帶電接入多端柔性直流輸電系統(tǒng)的方法，其特征在于上述&=0.05, Tj=Q.5秒。
4.根據(jù)權利要求1 所述的使用隔離開關帶電接入多端柔性直流輸電系統(tǒng)的方法，其特征在于上述A:=〗，A2=I。
【文檔編號】H02J3/36GK103618308SQ201310609323
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年11月27日 優(yōu)先權日:2013年11月27日
【發(fā)明者】李巖, 袁志昌, 黎小林, 韓蓄, 劉濤, 宋強, 趙曉斌, 劉文華, 陳俊, 王一振 申請人:南方電網(wǎng)科學研究院有限責任公司, 清華大學, 張家港智能電力研究院有限公司