[发明专利]一种直流电网分层控制系统及其设计方法

权利要求书

1.一种直流电网分层控制系统的设计方法，其特征在于，

所述直流电网分层控制系统包括直流电网全网协调控制层、与其连接的区域直流子网中多换流站协调控制层以及与区域直流子网协调控制层连接的电压源换流站VSC本体控制层；所述直流电网全网协调控制层和区域直流子网中多换流站协调控制层均采用主备控制方式；所述控制系统还包括分别与直流电网全网协调控制层和区域直流子网中多换流站协调控制层连接的直流电网广域量测系统WAMS；

所述直流电网全网协调控制层用于调控多源广域互济、全网潮流优化计算、联络线潮流控制、故障紧急支援控制、区域直流子网故障隔离控制、交直流协调控制以及在线预警与辅助决策；

所述区域直流子网中多换流站协调控制层用于调控区域直流子网内直流支路潮流控制器，避免支路过负荷，包括：区域直流子网换流站功率分配、区域直流子网潮流优化、受扰特性优化和局部交直流协调控制；

所述电压源换流站VSC本体控制层包括电压源换流站控制器，所述电压源换流站VSC本体控制层利用同步旋转dq0坐标系下的双环解耦控制策略实现，所述电压源换流站VSC本体控制层用于追踪目标设定值，控制电压源换流站VSC与交流电网交换的有功功率、无功功率，以及电压源换流站VSC直流侧电压和交流侧电压电气量；

所述设计方法包括下述步骤：

(1)直流电网建模与潮流计算；

(2)直流电网中区域直流子网划分；

(3)电压源换流站VSC本体控制层设计；

(4)区域直流子网中多换流站协调控制层设计；

(5)多区域直流子网协调的直流电网全网协调控制层设计；

所述步骤(1)中，依据直流电网的各电压源换流站VSC相互连接的拓扑结构，收集电压源换流站间互联线路长度和单位长度电阻数据，以及换流站运行功率数据，建立直流电网的潮流计算模型；执行直流电网潮流计算，获得直流电网中各直流线路的运行功率；

所述步骤(2)中，分析直流电网拓扑互联结构特征，并依据直流电网中功率交换方向与大小，基于以下2项原则，将直流电网划分为若干个区域直流子网，各子网间通过直流联络线互联；

所述2项原则包括：原则1：电网结构中各直流子网间具有互联线路和互联断面；原则2：能够隔离故障，避免一个直流子网故障波及其他直流子网；

所述步骤(3)中，利用同步旋转dq0坐标系下的双环解耦控制策略，实现电压源换流站VSC本体控制层的设计，追踪电压源换流站VSC与交流电网交换的有功功率、无功功率，以及电压源换流站VSC直流侧电压和交流侧电压电气量的目标设定值，控制电压源换流站；双环解耦控制策略如公式1)和式2)所示：

式中：分别为电压源换流站VSC输出d、q轴电压分量的期望值；K_I、T_I分别为电流比例积分调节器的比例系数和积分时间常数；I_sdref、I_sqref分别为电压源换流站VSC的d、q轴电流参考设定值；I_sd、I_sq分别为电压源换流站VSC的d、q轴电流实际值；U_sd、U_sq分别为电压源换流站VSC的d、q轴电压实际值；L_c为电压源换流站VSC交流电抗器漏感；ω为角频率；

所述步骤(4)的区域直流子网中多换流站协调控制层设计包括下述步骤：

步骤41：区域直流子网中多电压源换流站采用带电压裕度的电压下垂控制，即基于换流站P/U一次下垂特性曲线，依据电压变化自动调整换流器功率的控制，实现子网有功功率的自动平衡；

步骤42：设置区域直流子网协调控制主站，采用主备方式配置，基于直流电网广域量测系统WAMS监测网内运行状态，同时与直流电网系统主站和子网内换流器控制系统互联通信，一方面接收系统控制主站下发的子网间功率交换指令值，经协调分配决策，向区域内各换流站下发传输功率大小的设定值；

步骤43：区域直流子网协调控制主站监测网内直流线路功率水平，调节潮流控制器，均衡网内潮流；

所述步骤(5)的多区域直流子网协调的直流电网全网协调控制层设计包括下述步骤：

步骤51：与各区域直流子网协调控制主站进行信息交互，收集区域直流子网运行状态，利用直流电网广域量测系统WAMS监测区域直流子网间运行功率状态，接收区域直流子网控制系统上传的控制请求指令，依据各区域直流子网运行状态，协调决策多区域直流子网协调控制策略，并下发至各子网控制主站；

步骤52：控制区域直流子网间互联直流线路上安装的潮流控制器，保障各线路功率均衡，不出现过负荷。