[发明专利]一种基于分散控制的有功功率-直流电压协同控制方法

权利要求书

1.一种基于分散式控制的有功功率-直流电压协同控制方法，其特征在于：

以直流平均电压的调节和换流器有功功率的分配为控制目标，通过改变处于下垂控制的换流器的直流电压参考值来实现；该控制方法基于直流电网损耗模型的改进分析算法，并不依赖于通信系统；采用分散式控制方案，在自主控制层，通过基于直流电网损耗模型的改进分析算法计算直流电压参考值的调节量，从而改变初级控制层的直流电压和有功功率稳态运行点；具体步骤为：

1)广义的电压源换流器直流电压下垂控制方程表示为：

P_i-P_i^*+R_i(V_i-V_i^*)＝0        (1)

式中P_i和P_i^*分别是实际有功功率和有功功率的参考值；V_i和V_i^*分别是实际直流电压和直流电压的参考值；R_i是下垂控制系数，其单位是MW/kV；

假设初始运行点由式(1)给出，在突发事故后假设实际有功功率和直流电压的变化量分别是ΔP_i和ΔV_i；ΔV_i^*和ΔP_i^*分别是直流电压和有功功率参考值的变化量；于是，电压源换流器故障后的方程可由式(1)得出：

P_i+ΔP_i-P_i^*-ΔP_i^*+R_i(V_i+ΔV_i-V_i^*-ΔV_i^*)＝0    (2)

式中P_i和P_i^*分别是实际有功功率和有功功率的参考值；V_i和V_i^*分别是实际直流电压和直流电压的参考值；R_i是下垂控制系数，其单位是MW/kV；ΔP_i和ΔV_i分别是实际有功功率和直流电压的变化量；ΔV_i^*和ΔP_i^*分别是直流电压和有功功率参考值的变化量；

(2)式减去(1)式，可以得出

ΔP_i＝ΔP_i^*+(ΔV_i^*-ΔV_i)R_i    (3)

式中R_i是下垂控制系数，其单位是MW/kV；ΔP_i和ΔV_i分别是有功功率和直流电压的变化量；ΔV_i^*和ΔP_i^*分别是直流电压和有功功率参考值的变化量；

(3)式的矩阵形式可以写为

ΔP＝ΔP^*+diag(R)(ΔV^*-ΔV)    (4)

式中，ΔV^*和ΔP^*分别是直流电压和有功功率参考值的变化量的矩阵；R是下垂控制系数矩阵，其单位是MW/kV；ΔP和ΔV分别是有功功率和直流电压的变化量的矩阵；

2)直流电压的变化量ΔV和有功功率的变化量ΔP线性化的写为

ΔP＝JΔV    (5)

式中，ΔP和ΔV分别是有功功率和直流电压的变化量的矩阵，J是雅克比矩阵；

根据功率平衡原则,得到

式中，n是换流器的总数；i是换流器的编号；是由突发事件造成的总功率差额，包括可再生能源引起发电量的波动和换流器的停运，并且是换流器总损耗的变化量；ΔP_G,Loss是总网损的变化量；ΔP_i是有功功率的变化量；

并且作如下定义：

式中，是由突发事件造成的总功率差额，包括可再生能源引起发电量的波动和换流器的停运，并且是换流器总损耗的变化量；ΔP_G,Loss是总网损的变化量；P_mis是功率变化差额；

3)换流器的可用功率裕度定义为

H_i＝P_i^r-P_i      (8)

式中，H_i是可用功率裕度；P_i^r是换流器的额定功率；P_i是换流器的实际有功功率；

如果功率差额P_mis在处于电压下垂控制的换流器间根据可用功率裕度H_i分配，ΔP_i和P_mis的关系可以表示为

式中，P_mis是功率变化差额；H_i是可用功率裕度；ΔP_i是有功功率变化量；

于是，实际直流电压变化量ΔV_i和直流电压参考值变化量ΔV_i^*的关系表示为

式中，P_mis是功率变化差额；H_i是可用功率裕度；ΔV_i和ΔV_i^*分别是直流电压和直流电压参考值变化量；R_i是下垂控制系数；

4)如果所有第1至第n-1个电压源换流器都满足功率分配约束式(9)，那么在电压下垂控制策略下的第n个换流器的功率变化量将根据其可用功率裕度分配；因此，实现有功功率按比例分配只需要n-1个等式约束，那么就剩下一个自由度来调节直流平均电压；

以下是突发故障后调节直流平均电压的表达式：

其中ΔV_avg是直流平均电压的实际变化量；V_avg,sch和V_avg,pre分别是平均直流电压的目标值和初始值；ΔV_i是直流电压变化量。