[发明专利]一种基于VSC的多端直流系统的系统级控制方法

说明书

本发明公开了一种基于VSC的多端直流系统的系统级控制方法，包括以下步骤：获取多端直流系统中换流站的参考电压U_ref及参考功率P_ref，再根据多端直流系统中换流站的参考电压U_ref及参考功率P_ref计算多端直流系统中换流站的直流功率P_d，然后根据多端直流系统中换流站的直流功率P_d控制多端直流系统的系统级，完成基于VSC的多端直流系统的系统级控制，其中，多端直流系统中换流站的直流功率P_d为：P_d＝K(U_d‑U_ref)³+P_ref，其中，K为多端直流系统中换流站的控制系数，U_d为多端直流系统中换流站的直流电压，该方法能够在换流站功率变化量较大时维持系统电压稳定，避免系统直流电压越限。

技术领域

本发明属于电力系统控制领域，涉及一种基于VSC的多端直流系统的系统级控制方法。

背景技术

社会经济的发展对输电系统提出了新的要求，现有的交流输电技术在大容量输电、系统稳定等方面存在着劣势。另一方面，伴随着新能源的大规模开发，具有高不确定性的电源接入电网，对电网的调度、控制均提出了挑战。因此在传统的交流输电与直流输电技术之外，需要新的输电技术。

经过多年的发展，柔性直流输电在交流电网异步互联、风电场并网、海上平台供电、城市负荷中心供电等领域已经得到了广泛的应用。柔性直流输电技术在继承了基于电流源换流器的传统直流输电技术相对于交流输电的优势之外，还有着1)控制灵活；2)没有换相失败问题；3)谐波含量小；4)网络拓扑结构更为灵活等优势。柔性直流输电技术更容易构成多端。

多端柔性直流系统(VSC-MTDC)涉及多个换流站，其控制、运行等方面的问题与两端的直流输电系统相比更加复杂，不同换流站与其对应的交流系统之间存在功率交换，换流站之间的电气量之间存在着电气耦合，由此带来的换流站之间的配合问题亟待解决。尽管VSC-MTDC存在成本高、换流站损耗大的缺点，但随着科技的进步将会有所改善。

现有的多端柔性直流输电系统级控制方法主要有三种：主从控制、电压裕度控制以及下垂控制。

1)主从控制：主从控制的核心在于在多端系统中，通过设置一个定电圧的主换流站来控制整个系统的电压，其余各站作为从站，定功率。在主换流站发生故障或因故退出运行时，将主换流站切换到从换流站，代替原来的主换流站进行直流电压控制。

2)电压裕度控制：电压裕度控制与主从控制相比，多设置一个备用的定电压主控站，主控站仍然设置为定电压控制，备用站的定电压指令值与主控站定电压指令值有一定的裕度。在主控站因为故障退出运行时，备用站能够自动切换为主控站。

3)电压下垂控制：电压下垂控制策略借鉴了交流系统的频率下垂控制，随着换流站直流功率的增加，换流站直流电压随之下降。在系统中可以将多个换流站设置为电压下垂控制，共同调节系统电压。当有一站因故障切除时，下垂控制策略能够使得换流站自动将系统的直流电压与功率调整到平衡状态，这一过程不需要换流站之间的通信，可靠性较高。同时，由于给出的电压-功率曲线是连续的，相对于主从控制与电压裕度控制的阶梯变化，系统受到的冲击更小。

对于应用电压下垂控制的换流站，其功率变化量与电压变化量成比例。当换流站功率变化量较大时，换流站电压的线性变化也会很大，进而导致系统电压大幅变化，并可能引起电压越限。为缓解这一问题，需要将下垂控制曲线的斜率设置得较小。而这又会使得功率变化小时换流站调节能力的减弱。当功率变化量较小，处于换流站控制策略的调节范围之内不至于引起换流站的电压或功率越限时，电压下垂控制能够自动根据系统功率的变化进行电压的调节达到平衡并维持系统电压稳定，这一点相对于裕度控制与主从控制有着优势。

发明内容