用于多端柔直輸電系統(tǒng)的改進協(xié)調(diào)控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及多端柔性直流輸電領(lǐng)域，具體地，涉及一種用于多端柔直輸電系統(tǒng)的 改進協(xié)調(diào)控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 多端柔性直流輸電系統(tǒng)是由多個基于電壓源換流器（voltage source converter，VSC)的換流站及其相互連接的各直流輸電線路所組成的高壓直流輸電系統(tǒng)，具 備常規(guī)直流輸電系統(tǒng)遠距離輸電、潮流反轉(zhuǎn)而電壓極性不變等優(yōu)點。并且，可以實現(xiàn)多電源 供電和多落點受電，是解決目前我國電網(wǎng)面臨的風電等大規(guī)?？稍偕茉床⒕W(wǎng)、遠距離大 容量電能輸送，以及輸電走廊緊缺等問題的切實可行的技術(shù)手段之一。
[0003] 多端柔性直流輸電系統(tǒng)安全運行除了在規(guī)劃時要求必須滿足N-I法則，即當任一 變流站因故障或檢修退出運行時，剩余系統(tǒng)可以恢復功率平衡而繼續(xù)穩(wěn)定運行，且暫態(tài)過 電壓不會超過設(shè)備絕緣裕度，還要求控制系統(tǒng)能夠保證有效地控制系統(tǒng)的直流電壓在系統(tǒng) 允許的運行區(qū)間內(nèi)，其控制系統(tǒng)相對復雜，各換流站間需要通過協(xié)調(diào)控制來實現(xiàn)系統(tǒng)的功 率平衡。多端系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制的關(guān)鍵在于直流電壓的控制，類似于交流電網(wǎng)中的頻率控制。
[0004] 目前柔性直流輸電系統(tǒng)直流電壓控制方法有主從控制、直流電壓裕度控制以及直 流電壓下垂控制等，其中主從控制以容量最大的換流站作為主站，控制系統(tǒng)直流電壓，從站 控制直流網(wǎng)絡(luò)傳輸功率，從站退出系統(tǒng)仍然可以繼續(xù)運行，但主站退出則系統(tǒng)停運。主從控 制結(jié)構(gòu)簡單，便于實現(xiàn)，但對高層控制有較大依賴，且對通訊的速度和準確性要求較高，適 用于要求高速通訊的背靠背的多端直流型電壓源換流器（voltage source converter based multi terminal dc，VSC_MTDC)系統(tǒng)。直流電壓裕度控制無需站間通訊，在直流電壓 控制換流站由于故障退出運行后，后備直流電壓控制站檢測到直流電壓偏差而自動切換為 直流電壓控制模式。但控制器設(shè)計比較復雜，擔任直流電壓控制的換流站承擔的功率調(diào)節(jié) 范圍較大、容易越限，并且當多端直流系統(tǒng)用于遠距離輸電時，直流線路的電壓降落以及線 路功率損耗會對電壓裕度控制的精度帶來較大影響。當直流網(wǎng)絡(luò)中各站容量相當時，通常 采用電壓下垂控制，暫態(tài)過程中，當定電壓站檢測直流電壓超過一定閾值后，可切換為定功 率站，系統(tǒng)中定功率站根據(jù)直流電壓數(shù)值自動調(diào)整功率傳輸值，幫助穩(wěn)定系統(tǒng)電壓，且對通 訊要求較低，系統(tǒng)正常穩(wěn)態(tài)運行時不需要上層控制器協(xié)調(diào)整定值，網(wǎng)絡(luò)中的功率變化可以 分攤到多個換流站，適用于結(jié)構(gòu)簡單、功率頻繁波動的多端直流輸電系統(tǒng)，例如含風電接入 的MTDC系統(tǒng)等。
[0005] 經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)文獻的檢索發(fā)現(xiàn)，閻發(fā)友等人在中國電機工程學報上所發(fā)表的"基 于MMC的多端柔性直流輸電系統(tǒng)改進下垂控制策略"，為了維持VSC-MTDC直流電壓穩(wěn)定及整 個網(wǎng)絡(luò)功率平衡的站間協(xié)調(diào)，提出一種改進直流電壓下垂控制策略，引入公共直流電壓，參 與定功率站下垂控制，提高系統(tǒng)故障穿越能力，設(shè)第m個換流站發(fā)生事故或由于檢修需退出 運行，考慮所有換流站容量相等，則其它m-1個正常工作換流站將平均承擔退出換流站造成 的功率缺額;而當換流站容量不同時，正常運行換流站所分擔的功率缺額與其容量成正比。 但文章僅考慮了單站故障退出運行的情況。而多端系統(tǒng)實際運行過程中，不會僅存在單站 故障退出運行情況，甚至會出現(xiàn)系統(tǒng)定電壓站全部退出的極端故障工況。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種用于多端柔直輸電系統(tǒng)的改進 協(xié)調(diào)控制方法。
[0007] 根據(jù)本發(fā)明提供的用于多端柔直輸電系統(tǒng)的改進協(xié)調(diào)控制方法，包括如下步驟：
[0008] 步驟1:構(gòu)建基于多個換流站的直流輸電系統(tǒng)，并根據(jù)下垂系數(shù)分配換流站的傳輸 功率，設(shè)置直流輸電系統(tǒng)中同時有兩個定電壓站處于工作狀態(tài)，實現(xiàn)各個換流站之間的功 率平衡；
[0009] 步驟2:根據(jù)直流輸電系統(tǒng)允許運行的最大、最小直流電壓設(shè)計平滑切換方法； [0010]步驟3:在定功率站的電壓下垂控制器中應用反步法，減小多端系統(tǒng)中定電壓站退 出后，定功率控制站轉(zhuǎn)換為定電壓控制時直流輸電系統(tǒng)的電壓波動。
[0011] 優(yōu)選地，所述步驟1包括:對定電壓控制站設(shè)置電流調(diào)節(jié)器輸出限幅，實現(xiàn)定電壓 控制和定功率控制的平滑切換;具體地，當定功率站檢測到直流電壓超過設(shè)定閾值，則將定 功率控制轉(zhuǎn)換為帶下垂特性的定電壓控制。
[0012] 優(yōu)選地，所述步驟2包括：在Max-Min控制環(huán)節(jié)增加切換標志位，即利用切換標志 Fmax和Fmin動態(tài)設(shè)置電壓控制器和功率控制器中積分環(huán)節(jié)輸出幅值，其中Fmax、F min表示切換 標志，即利用積分環(huán)節(jié)的慢變特性來避免暫態(tài)控制模式頻繁切換;具體地，包括：
[0013] 步驟2.1:當?shù)趇個換流站的直流電壓反饋值Ei，其中i = l，2,3,在正常運行范圍 內(nèi)，即：Edc_max>Ei>Edc_min時，Edc_max表不直流輸電系統(tǒng)允許運行的最大電壓值，Edc_min表不直 流輸電系統(tǒng)允許運行的最小電壓值，經(jīng)Max-Min環(huán)節(jié)最終輸出d軸電流給定值idrrfi，即為功 率控制器輸出，此時設(shè)置標志位F max和Fmin均為0;
[0014] 步驟2.2:當?shù)趇個換流站的直流電壓反饋值EOEdc^aJ寸，設(shè)置Fmax為1，利用F max=I 標志設(shè)置功率控制器中積分環(huán)節(jié)快速增加至正飽和限值，使得第一電壓控制器輸出的idrefl 為1;當直流電壓下降，且功率恢復至給定值Pref以下，功率控制器中積分環(huán)節(jié)再開始反向積 分，則由Min環(huán)節(jié)切換回功率控制器輸出，利用積分環(huán)節(jié)的慢變特性避免第一電壓控制器和 功率控制器間的頻繁切換；
[0015] 步驟2.3:當直流電壓反饋值ΕΧΕ?η時，設(shè)置Fmin為1，利用Fmin = 1標志設(shè)置功率 控制器中積分環(huán)節(jié)快速減小至負飽和限值，使得第二電壓控制器輸出的idrefiSl;當直流電 壓下降，且功率恢復至給定值P ref以下，功率控制器中積分環(huán)節(jié)再開始反向積分，則由Min環(huán) 節(jié)切換回功率控制器輸出，利用積分環(huán)節(jié)的慢變特性避免第二電壓控制器和功率控制器間 的頻繁切換。
[0016] 優(yōu)選地，所述步驟3中的反步法包括：
[0017] 1)基于變流器同步旋轉(zhuǎn)d-q坐標系下，建立數(shù)學模型公式（1)，
[0018]
(I)
[0019] 其中，d軸定向在電網(wǎng)電壓矢量上，即q軸電壓Esq = O，Ed。為直流電壓，Id。為直流電 流，Id、1<!分別為變流器輸出電流的d、q軸分量，即系統(tǒng)有功和無功電流，Ucd、U cq分別表示變 流器交流側(cè)d、q軸電壓，C為換流器直流側(cè)等效電容，Uq、R分別為變流器交流等效輸入電感 和電阻，E sd表示電網(wǎng)電壓d軸分量，ω表示電網(wǎng)角頻率，t表示時間；
[0020] 將變流器數(shù)學模型直流電壓控制部分重寫如下：
[0021]
[0022] 第一系數(shù)，數(shù)值為4表示第一狀態(tài)變量導數(shù)，4表示為第二狀態(tài)變量導數(shù)，ω表示電 2C 網(wǎng)角頻率，T表示第一輸入項，數(shù)值為，b表示第二系數(shù)，R表示電阻，^表示第一狀態(tài)變 量，數(shù)值為Ed。，X2表示第二狀態(tài)變量，數(shù)值為Id，X3表示第三狀態(tài)變量，數(shù)值為I q，!^表示第二 輸入項，數(shù)值為
[0023]按照反步法理論，考慮X1子系統(tǒng)，定義直流電壓Ed。的跟蹤誤差為Z1，則：
[0024] Zl = Xlref-Xl (3)
[0025] 式中：Xlref表示第一狀態(tài)變量參考值；
[0026] 選取正定L