[发明专利]含双回柔性直流两区域异步互联系统频率一致性控制方法

说明书

本发明涉及一种适用于含双回柔性直流两区域异步互联系统的频率一致性控制方法，包含“就地控制”层及“上层集中”控制层两部分：“上层集中”控制层：由直流电压控制律及辅助功率控制环构成，具体实现形式如下：1)直流电压控制律；2)辅助功率控制环。“就地控制”层：电压端及功率端换流站均引入通用化频率‑电压辅助控制结构；此外，引入直流电压信号调整系数α，可实现控制器输入端电压信号在就地电压和上层集中控制电压参考间灵活切换，即使发生上层集中控制器故障及通信故障等紧急工况时，双回路直流系统仍然可以通过就地控制及就地测量信息，为受扰交流电网提供一定的频率支撑。

技术领域

本发明属于柔性直流互联系统控制技术领域，尤其涉及一种适用于含双回柔性直流两区域异步互联系统频率一致性控制方法。

背景技术

基于电压源换流器的高压直流输电(Voltage Source Converter based HighVoltage Direct Current Transmission，VSC-HVDC)技术，作为新一代直流输电技术，可实现有功无功快速解耦、灵活可控，且具有输出电压电流谐波含量低、功率因数高及环境友好等特点，因此在世界范围内得到广泛关注和发展[1,2]。

伴随电力系统输电容量增长，输电线路用地也日趋紧张，双回直流输电由于能够有效提高单位走廊输电容量及供电可靠性及灵活性，降低建设成本，具有广阔的应用前景[3,4]。电力系统频率质量是判断电能质量的重要标准，交流系统故障或者发生功率扰动时，会使系统频率发生偏离，影响电力用户的正常运行，严重时将导致系统频率崩溃，造成大范围停电，因此维持电力系统频率稳定是电力系统安全稳定运行的主要目标之一[5,6]。

传统两区域交流电网通过交流互联，虽然可实现两区域电网紧急功率支撑和旋转备用共享，改善受扰交流电网频率动态及静态特性，但无法对故障实现有效隔离，防止故障扩散。而两区域交流电网若通过柔性直流输电技术实现异步互联，具有传统两区域交流电网交流互联无法比拟的优势，可克服上述交流互联系统的缺陷，提高异步互联系统的安全性及可靠性[7]。且当交流电网因功率扰动导致系统频率波动时，可通过灵活调节直流系统传输功率，参与系统频率支撑，可提高全系统频率稳定性，实现区域间资源互补[8,9]。

对于两区域交流电网柔性直流互联系统，通常采用如下常规控制策略：一端换流站采用定电压控制，维持直流母线电压稳定；一端换流站采用定有功功率控制。但是，不论哪个交流电网发生功率扰动，采用常规控制的直流系统传输功率始终维持在给定值，无法为受扰电网提供紧急功率支撑，实现全系统旋转备用共享，受扰电网频率波动较大。

目前，柔性直流互联系统参与交流系统频率支撑的主要方法有附加频率控制[10-12]。虚拟同步发电机控制(VSG)[13,14]等。文献[10,11]将频率-有功功率(f-P)斜率控制引入电压端换流站控制中，使得电压端换流站可对电压端接入交流电网频率波动做出响应，使其参与系统频率支撑控制，但功率端换流站不能对系统频率做出响应，无法为系统提供频率支撑。为使VSC-HVDC系统两侧交流系统在发生事故时具有相互支援的能力，文献[12]提出一种附加频率控制策略，该策略在定有功功率控制器中引入了频率—有功功率和直流电压—有功功率斜率特性，在定直流电压控制器中引入频率—直流电压斜率特性，可实现两端交流系统通过VSC-HVDC参与彼此的频率调整。文献[13]将采用虚拟同步发电机技术(VSG)的调频控制策略用于柔性直流系统受端换流站，通过引入虚拟旋转惯量，使得受端换流器具有同步发电机的动态惯性响应；通过模拟同步发电机的有功-频率下垂的静态特性，实现一次调频功能。本质上实现可实现送端电网对受端电网的频率支撑和旋转备用共享，但对于如何实现送端电网频率支撑缺乏研究。文献[15]提供利用各交流电网频率信息，通过动态调整有功参考，实现各交流电网频率一致性控制，使得由负荷引起的频率偏差得到合理分配，但该控制对通信系统依赖性高，通信故障时将无法为系统提供频率支撑。

上述控制策略仅适用于单回路柔性直流互联系统，对于含双回柔性直流两区域异步互联系统如何实现直流系统紧急支撑功率分配及灵活控制缺乏研究。

参考文献