[发明专利]一种用于多端柔性直流系统的变工作点下垂控制方法

说明书

本发明提供一种用于多端柔性直流系统的变工作点下垂控制方法，其特征在于，利用换流站本地测量信息以及预先设定的目标参数，包括实际测量直流电压、实际测量交换有功功率、直流电压指令值、初始有功功率指令值，确定变工作点下垂控制的调节系数，利用换流站有功功率目标工作点计算表达式，实时计算出换流站的有功功率目标工作点，持续调整换流站控制器的有功功率指令值。

技术领域

本发明属于柔性直流输电系统领域，涉及一种适用于多端柔性直流系统的变工作点下垂控制方法。

背景技术

高压直流输电(high-voltage direct current,HVDC)相较于高压交流输电具有许多优势，包括1)在远距离输电上具有更低的单位长度造价，2)稳态时无线路感抗、容抗的影响，3)不存在交流系统同步问题、可用于异步电网互联，4)电能损耗更小、电能质量更高、线路占地面积更少，5)功率控制更加快速、灵活、便捷。因此，高压直流输电技术成为了国内外广泛关注的焦点。由于我国幅员辽阔、能源资源与负荷中心分布极为不均，得益于高压直流输电在远距离输电上等多方面的优势，高压直流输电技术得到了快速的发展。但与此同时，基于晶闸管的电网换相换流器高压直流输电也存在着一些问题，尤其以无功功率消耗过大，与弱交流系统连接下易换相失败问题最为突出。

近几年，以IGBT为代表的全控型器件得到了快速发展，并带动了无功补偿装置和高压直流输电技术的快速进步，极大推动了电力系统的电力电子化进程。基于电压源型换流器(voltage source converter,VSC)的高压直流输电又称柔性直流输电(VSC-HVDC)，它具有独立快速控制有功功率和无功功率的能力，并且不存在无功补偿和换相失败的问题，且可以向无源网络提供电能。随着可再生能源在一次能源中的比重逐渐增加，可再生能源具有的波动性与间歇性将不可忽视，得益于柔性直流输电的灵活可控，其也将成为大规模可再生能源接入交流电网的关键技术之一。多端柔性直流输电(multi-terminal HVDC,MTDC)系统由多个VSC换流站及直流输电网组成，由于其具有极佳的灵活性、经济性与可靠性，也在海上风电并网、孤岛供电等领域有着广泛的应用。在柔性直流输电系统中，模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)具有模块化、损耗小、输出电能质量高的特点而被广泛使用。目前，我国的VSC-MTDC技术发展迅速，在建或已投入的项目包含南汇柔性直流输电工程、舟山五端柔性直流输电工程、张北柔性直流电网试验示范工程等。

在交流系统中，频率反映了有功功率的平衡情况，当功率的发出大于消耗时，电网频率上升，当功率发出小于消耗时，电网频率下降。相应的，在直流系统中，直流电压反映了功率的平衡情况，当功率的发出大于消耗时，直流电压升高，当功率的发出小于消耗时，直流电压下降。因此，系统对直流电压的控制能力是评价直流系统性能的关键因素之一，能否有效控制直流电压水平在合理范围内，关系到直流系统能否正常运行。不同的系统控制方法对于维持系统直流电压稳定有着关键作用，目前VSC-MTDC中常用的直流电压协调控制方法有三种，分别为1)主从控制，2)直流电压偏差控制，3)直流电压下垂控制(voltage droopcontrolmethod,VDM)。

在这三种控制方法中，主从控制拥有较好的电压控制精度，但其依赖于高速可靠的通讯系统，当通讯系统遭到破坏时，一旦用于控制直流电网电压的主控制站发生故障，则直流网络的电压将会崩溃。相较于主从控制这类集中式控制策略，直流电压偏差控制和直流电压下垂控制这类分布式控制策略，不依赖于通讯系统，具有较高的可靠性，抗干扰能力强，通常能只利用本地信息，如本换流站直流电压和传输功率等进行电压的调节与控制。其中，电压偏差控制具有主从控制的优势，但是需要在多个后备主站之间引入优先级，当设定电压偏差过高会造成直流电压与额定值之间的偏差较大，而当设定电压偏差过小时，又容易引发多换流站之间的震荡。直流电压下垂控制属于多点控制，系统中的多个换流站共同承担直流网络中的不平衡功率，可靠性高，扩展方便，适用于未来直流电网的发展要求。