[发明专利]基于控保一体化概念的直流变电站层级运行系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及网状直流输电领域，具体地，涉及基于控保一体化概念的直流变电站层级运行系统及方法。

背景技术

直流输电被视为远距离电力传输与可再生能源接入的关键技术。现有直流输电形式限于点对点直流输电与多端直流输电。为抑制功率波动，提升系统可靠性，未来网状直流输电的概念成为现在研究热点。

实现直流输电网的方式是通过互联输电线直接实现多条直流线路的联接，互联线路上同时配备有直流断路器，实现故障隔离与保护。然而这种连接方式限于同一电压等级的直流系统。由于可能涉及不同制造商建造的直流线路，互联输电线上潮流调配难以实现。此外当直流系统某一处出现故障时，整个直流系统都会受到影响。

为实现不同电压等级的变换以及互联线路上潮流主动调配，可以采用DC-DC变换器。该变换器与交流系统中交流变压器功能类似，在直流网中该变换器又被称为直流变压器。该变换器需要具备故障隔离能力，用于限制故障影响区域。然而仅仅依赖于单端口的DC/DC变换器，直流网中将出现过多输电线路。出于本身的通讯延时的存在，正常运行与故障条件下，远距离直流变压器的协调将很困难。

与交流系统类似，多端口节点将是互联直流网中关键元件。该节点用于大系统之间分割，分离直流系统之间互联；实现功率的收集与再分配；隔离故障端同时保证其它接入端不受影响。在先前研究中，该节点被称为多端口DC/DC变换器或DC Hub。由于与交流变电站功能的相似，本文称该节点为直流变电站。

一种直流变电站典型应用如图1所示，通过直流变电站实现多个风力发电厂与多个直流电网之间互联。直流变电站内部包括多组电力电子变压器。综合考虑无母线与共母线两种接法，每个变电站端口连有“直接互联变换器”C₁₁、C_NN，与“共母线变换器”C_w11,C_g11等单元。正常情况下，直流变电站通过协调上述内部变换器，实现控制风场端1，2…N侧电压，调节输送到电网1，2…N的功率的目的。当风场侧或直流电网侧出现故障时，通过直流变电站实现故障端隔离，同时维持其它接入端的正常运行。而当直流变电站内部变换器出现故障时，通过拓扑内部重构，提升系统可靠性。

综上所述，直流变电站需要实现稳态条件下电压调节、功率分配，以及故障情况下故障端隔离与功率重构。需要说明的是，稳态运行与故障隔离并非完全独立的运行目标。通过变换器自身具备的电力电子开关，往往能够实现直流故障的隔离，节约额外的直流断路器，实现控制与保护的“一体化”。这种情况下直流变电站运行目标更为复杂，涉及多个时间尺度与多种运行状态，运行策略实现手段成为制约直流变电站运行的关键技术挑战。

经检索，苗璐、林卫星、姚良忠、等在中国电机工程学报,2015,35(5):1023-1031发表了名称为：“多端口背靠背式直流–直流换流系统”的文章，提出一种多端口背靠背式直流–直流换流系统(multiport back-to-back，MB2B)。其内部由多个电压源型换流器(voltage source converters，VSC)组成，VSC交流侧均连接到MB2B内部公共交流母线。为了使MB2B具有联接不同电压等级直流线路的功能，MB2B内部采用变压器来匹配不同电压等级的直流线路。MB2B的每个端口均可独立调节其潮流。为了减少VSC运行损耗，MB2B内部交流系统运行频率取为工频。详细设计MB2B的稳态控制及故障下功率自动平衡控制。为验证该拓扑的可行性和安全性，在PSCAD/EMTDC上搭建由四端口MB2B构成的实验电网系统的仿真模型，并针对该实验系统进行黑启动、潮流调节、直流故障隔离以及故障下自动功率平衡等仿真。实验系统中所有的控制策略均不需要任何通讯。

该文献针对共交流母线四端口直流变电站提出了一种控制策略。该控制策略中，直流变电站控制策略依赖于特定变电站拓扑结构，对图1所示的一般性直流变电站结构不适用。需要获知每一个电力电子变换器具体电路结构，以此为依据设计运行策略。当系统扩建时，控制策略需要重新设计。变电站内部母线故障与变换器故障时，整个变电站系统都需要停止运行，系统可靠性较低。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于控保一体化概念的直流变电站层级运行系统及方法。

根据本发明提供的基于控保一体化概念的直流变电站层级运行系统，包括：变换器控制层，端电压控制层以及变电站控制层，