[发明专利]一种直流电网中换流站有功功率参考值的设计方法

说明书

本发明公开了属于柔性直流输电领域的一种直流电网中换流站有功功率参考值的设计方法。针对直流电网中换流站有功功率控制参考值不合理而可能导致的直流断路器中的功率器件损坏、受端不能获得足够有功功率的问题，本发明核心方案是：首先对直流节点进行划分并编号；其次以受端获得最大功率为目标，以各节点的电压和电流为变量，列写目标函数；再次根据直流电网中各物理量间的相互制约关系，列写各约束条件；最后求解该非线性规划问题，并计算定有功功率端控制中的有功功率参考值。通过本发明的设计方法，将得到的有功功率参考值输入到换流站控制器后，可保证长期稳定状态运行下直流断路器的功率器件不受损坏、受端实际获得最大的有功功率。

技术领域

本发明属于柔性直流输电技术领域，特别涉及一种直流电网中换流站有功功率参考值的设计方法。

背景技术

直流电网是一个具有多个换流器通过直流线路相连的直流传输网络。基于电力电子技术的柔性直流输电系统由于其功率的独立控制、无换向失败等优点，成为了直流电网发展的主流趋势。

世界首个直流电网工程即张北四端直流电网工程拟于2020年投运。该直流电网包含张北、康保两个送端换流站，丰宁调节换流站和北京受端换流站，系统额定电压±500kV，张北、北京换流站额定容量3000MW，康保、丰宁换流站额定容量1500MW。各换流站均采用基于半桥子模块的模块化多电平换流器（Modular multilevel converter， MMC）。MMC的控制策略目前占主导地位的是直接电流控制，亦被称为“矢量控制”。此类控制通常由外环电压控制和内环电流控制两个控制环组成，其主要设计思想为将交流abc三相控制变量转换到dq旋转坐标系中，通过对d、q轴电流分量的分别控制以实现对有功类、无功类物理量的解耦控制。对于有功类物理量控制中的有功功率控制，目前双端柔性直流输电系统中的有功功率参考值通常设定为不超过换流器额定容量的限制。而直流电网与双端直流系统不同的是，直流电网的直流线路两端均需配备直流断路器以在发生直流侧故障时快速隔离故障。受限于直流断路器中的功率器件水平，流过其的电流不能过大，即直流线路电流不能过大，而各换流站有功功率参考值与各直流母线电压及直流线路电流密切相关。因此，若直流电网中的有功功率参考值仍仅考虑换流器额定容量的限制，可能导致直流断路器中的功率器件损坏。另外，不合理的各换流站有功功率控制参考值也会通过影响整个系统的直流潮流分布而导致受端不能获得足够的有功功率。

发明内容

针对系统级设计的换流站有功功率控制参考值不合理而可能导致的直流断路器中的功率器件损坏、受端不能获得足够有功功率的问题，本发明考虑了直流电网中直流断路器的功率器件水平、换流器损耗、换流器额定容量等因素与换流器传输有功功率参考值间的相互制约关系，提出了直流电网中换流站有功功率控制参考值的设计方法，不仅可保证直流线路电流不超过直流断路器的长期过负荷能力，也可保证受端可获得最大的有功功率。

本发明的技术方案包括以下步骤：

步骤1：根据直流电网中换流站传输功率的方向，划分受端和送端并将相应的直流母线节点划分为受端节点和送端节点，并对所有节点进行编号。

步骤2：以受端获得最大功率为目标，以各节点的电压电流为变量，列写目标函数。

步骤3：列写各约束条件，其中等式约束条件1为节点电压方程，需给定各线路间导纳和定直流电压端的直流电压；考虑直流断路器的功率器件水平，流过其的电流不能过大，因此不等式约束条件1为约束直流线路电流不能超过直流断路器的长期过电流水平；不等式约束条件2为考虑换流器损耗在内的换流器额定传输功率限制。