[发明专利]一种多端柔性直流输电系统的直流电压混合控制策略

说明书

技术领域

本发明涉及电力系统柔性输配电和电力电子领域，特别是一种多端柔性直流输电系统的直流电压混合控制策略。

背景技术

基于电压源型换流器的柔性直流输电技术由于其有功无功解耦独立控制、能够接入弱电网、向无源负荷供电、具备电网黑启动能力、动态响应快、谐波特性优良且占地面积小等诸多优点，在大规模间歇性新能源并网、孤岛无源负荷供电、交流电网互联和城市智能供配电等方面得到了越来越广泛的应用。

多端系统多落点供受电的特性更能充分发挥柔性直流输电的技术优势，而直流电压的协调控制是整个多端柔性直流输电系统的核心。目前典型的直流电压协调控制策略主要是直流电压偏差控制法和直流电压斜率控制法两大类。

直流电压偏差控制法主要是基于协调控制器结构，如图2所示，当系统直流电压发生偏移并达到控制器预先设定的直流电压偏差限值时，协调控制器自动切换到直流电压控制模式对直流电压进行闭环控制，而当系统直流电压落入到预先设定的直流电压偏差限值以内时，协调控制器自动退出直流电压闭环控制模式。该种控制方法的优点在于可靠性高、直流电压工作点固定且不受直流线路电阻的影响、协调控制前电网潮流可以精确调配，缺点是控制模式转换时具有一定的电气冲击，端数多以后直流电压偏差较难进行优化配置。

直流电压斜率控制法通过比例控制器实现直流电压的下垂控制，不存在控制模式转换问题。其优点在于实现简单、直流电压连续调节避免了控制模式切换导致的暂态电气冲击，缺点在于潮流不能精确控制、直流电压工作点不固定且受直流线路电阻的影响。

发明内容

本发明的目的是提供一种多端柔性直流输电系统的直流电压混合控制策略，用以解决现有技术中单独采用直流电压偏差控制或直流电压斜率控制的缺陷。

为实现上述目的，本发明的方案包括：

一种多端柔性直流输电系统的直流电压混合控制策略，对于一个多端柔性直流输电系统，至少有一个换流站采用混合控制：即采用三种控制模式的组合，这三种控制模式为：恒功率控制、恒直流电压控制和直流电压下垂控制；通过混合采用直流电压恒定控制、直流电压斜率控制和直流电压偏差控制以实现上述三种控制模式的组合。

各换流站分别采用不同的控制模式或控制模式的组合。

所述混合控制的控制器为直流电压混合控制器，由直流电压偏差控制器、直流电压斜率控制器和功率控制器组成。

所述直流电压混合控制器还包括前馈控制环节。

直流电压偏差控制器配置：

其中，直流失衡功率为ΔP，多端系统等效直流电容值为C，直流系统额定运行电压为U_dcref，直流线路压降为U_drop，控制系统响应时间为t。

直流电压斜率推荐配置为：

其中，偏差控制方式的换流站_i其偏差设定值为ΔU_i，斜率控制方式的换流站j其斜率控制的功率范围为ΔP_j。

本发明提出了一种多端柔性直流输电系统的直流电压混合控制策略。该方法相对于现有方法，能够更好的抑制电压偏差法控制模式切换时直流电压波动程度，并克服了直流电压斜率控制有功潮流不能精确控制的问题，同时还可以通过多换流站的站间和站内混合控制方案配置达到直流电压平滑接管的目的。

附图说明

图1是多端柔性直流输电分层控制系统框图；

图2.1是二阶直流电压偏差控制基本原理图

图2.2是二阶直流电压偏差控制控制器；

图3.1是直流电压斜率控制基本原理图；

图3.2是直流电压斜率控制的控制器；

图4是直流电压偏差斜率控制基本原理图；

图5是换流器直流端口U_d-P_d曲线特性；

图6是换流站间典型直流电压混合控制策略；

图7是换流站内直流电压混合控制策略；

图8是四阶直流电压混合控制器；

图9是退化后的二阶直流电压混合控制器；

图10是仿真系统结构图；

图11是三端柔性输电仿真系统协调控制配置方案；

图12是稳态仿真波形；

图13.1是暂态仿真整流波形；

图13.2是暂态仿真逆变波形；

图14是三端柔性输电仿真系统二阶电压偏差控制对比方案；

图15.1是暂态对比仿真整流波形；