[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

说明书

本发明涉及柔性直流输电领域，公开了一种基于分散控制的有功功率‑直流电压协同控制方法，涉及柔性直流输电领域，调节平均直流电压并按比例分担换流器功率的负担；本发明所提方法采用直流电网的损耗模型，并采用局部电压‑功率下垂控制策略；在电网遭遇严重故障后，本发明所提控制方法只调节下垂控制的电压参考点，在不影响多端柔性直流系统稳定性的情况下实现控制目标。

技术领域

本发明涉及高压柔性直流电网和运行和控制领域，具体涉及一种基于分散控制的有功功率-直流电压协同控制方法。

背景技术

鉴于化石燃料的有限性和全世界对减少温室气体排放的呼吁，在过去的二十年里，可持续能源在综合发电组合中的份额持续增长。作为主流的可再生能源技术之一，海上风力发电在欧洲、北美和亚洲的许多国家正在迅速增长。有两种可行的技术可以将海上风电场整合到现有的交流系统中，即高压交流电网和基于电压源转换器的高压柔性直流电网。然而，独立控制有功功率和无功功率、海底连接以及功率流动定向能力等优势使得高压柔性直流电网，成为接入海上风电场的最佳解决方案。

在高压柔性直流电网的运行中至关重要的是，在系统收到干扰后，功率差额在电压源换流站之间适当分担，以避免单个电压源换流器超载，并尽量减少对其邻近的交流系统的影响。除了功率分担控制，对电力系统运营者来说调节直流节点的平均电压也很重要，特别是对于传输距离长、功率流量大的直流电网。因此，高压柔性直流电网的控制最好能同时考虑直流平均电压的调节和有功功率的分配。

高压柔性直流电网在遭遇突发故障后同时考虑直流平均电压的调节和有功功率的分配至关重要，而目前直流系统的控制模式主要是有功功率-电压下垂控制。然而在直流线路电阻的影响下，这种控制模式下直流节点的电压与额定值之间会有偏差，并且有功功率的分配也会受线路电阻和直流下垂系数影响产生偏差。如何同时实现直流平均电压的调节和换流器有功功率的合理分配是本项目需要解决的关键技术问题。

发明内容

为解决上述问题，本发明公开了一种基于分散控制的有功功率-直流电压协同控制方法，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可变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：

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：