一种适用于柔性直流输电系统的孤岛切换控制方法和装置与流程

本发明涉及柔性直流输电技术，具体涉及一种适用于柔性直流输电系统的孤岛切换控制方法和装置。

背景技术：

柔性直流输电技术通过调节换流器出口电压的幅值和与系统电压之间的功角差，具备有功功率与无功功率快速解耦独立控制的优点，通过对两端换流站的控制，就可以实现两个交流网络之间有功功率的相互传送，同时两端换流站还可以独立调节各自所吸收或发出的无功功率，从而对所联的交流系统给予无功支撑。可对无源系统供电，不存在常规直流输电技术换相失败的问题，可应用于风电场接入，向无源网络供电和连接弱交流系统等。

当电网运行方式发生变化时，如系统发生线路故障，可能出现柔性直流输电系统从联网运行转为孤岛运行。由于柔性直流输电系统在联网运行状态时采用的是定有功功率控制，若控制策略不进行及时调整，在解列为孤岛运行后，有功过剩的电网将频率升高，引起高频切发电机控制装置动作，在有功缺额严重的区域，会造成频率崩溃，引起大面积的停电现象。

技术实现要素：

针对柔性直流系统的送/受端由联网状态转化为孤岛运行的过程时，电网有功功率不平衡，甚至出现频率崩溃和电压崩溃的问题，本发明提供一种适用于柔性直流输电系统的孤岛切换控制方法和装置，根据联网系统解列前的运行状态快速调整有功功率，使柔性直流输电系统从联网到孤岛切换过程中维持有功功率平衡，维持系统频率稳定。

为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：

本发明提供一种适用于柔性直流输电系统的孤岛切换控制方法，所述方法包括：

生成平衡有功调制量和频率控制指令；

根据平衡有功调制量和频率控制指令生成有功功率参考值；

根据有功功率参考值调节柔性直流输电系统的有功功率。

所述生成平衡有功调制量和频率控制指令包括：

根据孤岛信号和孤岛前柔性直流输电系统的有功功率生成平衡有功调制量；

根据交流系统频率波动生成柔性直流输电系统的频率控制指令。

所述根据孤岛信号和孤岛解列前柔性直流输电系统的有功功率生成平衡有功调制量包括：

柔性直流输电系统正常运行时，检测柔性直流输电系统是否有孤岛信号，若检测到孤岛信号，则投入孤岛切换控制；

采集孤岛解列前交流系统传输的功率和孤岛解列前柔性直流输电系统传输的功率；

根据孤岛解列前交流系统传输的功率和孤岛解列前柔性直流输电系统传输的功率生成平衡有功调制量，有：

ΔP_lose＝P_VSC-P_S

其中，ΔP_lose为平衡有功调制量，P_VSC为孤岛解列前柔性直流输电系统传输的功率，P_S为孤岛解列前主网系统传输的功率。

所述根据交流系统频率波动生成柔性直流输电系统的频率控制指令包括：

检测孤岛解列后交流系统的频率，并根据孤岛解列后交流系统的频率得到交流系统频率波动；

根据交流系统频率波动生成柔性直流输电系统的频率控制指令。

所述检测孤岛解列后交流系统的频率，并根据孤岛解列后交流系统的频率得到交流系统频率波动包括：

设孤岛解列后交流系统的频率为f，于是有：

Δf＝f_ref-f

其中，Δf为交流系统频率波动，f_ref为交流系统频率参考值。

所述根据交流系统频率波动生成柔性直流输电系统的频率控制指令包括：

设频率控制指令为ΔP_f，有：

ΔP_f＝kΔf

其中，k为比例系数，取1～10。

所述根据平衡有功调制量和频率控制指令生成有功功率参考值包括：

生成孤岛切换控制指令，有：

ΔP_island＝ΔP_lose+ΔP_f

其中，ΔP_island为孤岛切换控制指令，其为孤岛切换控制器的输出；

将ΔP_island与柔性直流输电系统的有功功率参考值P_ref相加，得到ΔP_island作用下柔性直流输电系统的有功功率参考值，有：

其中，为ΔP_island作用下柔性直流输电系统的有功功率参考值。

所述根据有功功率参考值调节柔性直流输电系统的有功功率包括：

将ΔP_island作用下柔性直流输电系统的有功功率参考值作为定有功功率控制器的输入，所述定有功功率控制器根据控制调节柔性直流输电系统的有功功率，使柔性直流输电系统的功率维持平衡且频率维持稳定。

本发明还提供一种适用于柔性直流输电系统的孤岛切换控制装置，所述装置包括：

用于生成平衡有功调制量和频率控制指令的装置；

用于根据平衡有功调制量和频率控制指令生成有功功率参考值的装置；以及

用于根据有功功率参考值调节柔性直流输电系统的有功功率的装置。

所述用于生成平衡有功调制量和频率控制指令的装置包括：

用于根据孤岛信号和孤岛前柔性直流输电系统的有功功率生成平衡有功调制量的装置；和

用于根据交流系统频率波动生成柔性直流输电系统的频率控制指令的装置。

所述用于根据孤岛信号和孤岛解列前柔性直流输电系统的有功功率生成平衡有功调制量的装置包括：

用于柔性直流输电系统正常运行时，检测柔性直流输电系统是否有孤岛信号，若检测到孤岛信号，则投入孤岛切换控制的装置；

用于采集孤岛解列前交流系统传输的功率和孤岛解列前柔性直流输电系统传输的功率的装置；以及

用于根据孤岛解列前交流系统传输的功率和孤岛解列前柔性直流输电系统传输的功率生成平衡有功调制量的装置。

用于根据孤岛解列前交流系统传输的功率和孤岛解列前柔性直流输电系统传输的功率生成平衡有功调制量的装置根据下式生成平衡有功调制量ΔP_lose：

ΔP_lose＝P_VSC-P_S

其中，P_VSC为孤岛解列前柔性直流输电系统传输的功率，P_S为孤岛解列前主网系统传输的功率。

所述用于根据交流系统频率波动生成柔性直流输电系统的频率控制指令的装置包括：

用于检测孤岛解列后交流系统的频率，并根据孤岛解列后交流系统的频率得到交流系统频率波动的装置；以及

用于根据交流系统频率波动生成柔性直流输电系统的频率控制指令的装置。

所述用于检测孤岛解列后交流系统的频率，并根据孤岛解列后交流系统的频率得到交流系统频率波动的装置根据下式得到交流系统频率波动Δf：

Δf＝f_ref-f

其中，f_ref为交流系统频率参考值，f为孤岛解列后交流系统的频率。

所述用于根据交流系统频率波动生成柔性直流输电系统的频率控制指令的装置根据下式生成柔性直流输电系统的频率控制指令ΔP_f：

ΔP_f＝kΔf

其中，k为比例系数，取1～10。

所述用于根据平衡有功调制量和频率控制指令生成有功功率参考值的装置包括：

用于生成孤岛切换控制指令的装置；

用于生成孤岛切换控制指令作用下柔性直流输电系统的有功功率参考值的装置。

所述用于生成孤岛切换控制指令的装置根据下式生成孤岛切换控制指令：

ΔP_island＝ΔP_lose+ΔP_f

其中，ΔP_island为孤岛切换控制指令，其为孤岛切换控制器的输出。

所述用于生成孤岛切换控制指令作用下柔性直流输电系统的有功功率参考值的装置根据下式生成孤岛切换控制指令作用下柔性直流输电系统的有功功率参考值：

其中，为孤岛切换控制指令作用下柔性直流输电系统的有功功率参考值。

与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有以下有益效果：

1)本发明利用柔性直流有功功率可快速调节的特点实现孤岛解列前后系统有功功率平衡，根据孤岛系统的频率进一步调节有功功率，降低从联网运行到孤岛运行的波动，提高系统稳定性；

2)未采用本发明提供的孤岛切换控制方法情况下，从联网状态切换到孤岛运行时，系统频率升高到了140Hz，而采用本发明提供的孤岛切换控制方法可维持系统频率为50Hz，正负偏差不超过0.2Hz；

3)未采用本发明提供的孤岛切换控制方法情况下，系统功率、电压从联网状态切换到孤岛运行时产生了剧烈波动，最后导致柔性直流系统闭锁退出运行，而采用本发明提供的孤岛切换控制方法情况下，柔性直流输电系统迅速调节有功功率，电压无波动，运行稳定。

附图说明

图1是本发明实施例中孤岛系统示意图；

图2是本发明实施例中孤岛切换控制器示意图；

图3是本发明实施例中9s时主网系统解列成孤岛运行，主网系统传输的功率示意图；

图4是本发明实施例中采用本发明提供的孤岛切换控制方法前交流系统的频率波形图；

图5是本发明实施例中采用本发明提供的孤岛切换控制方法后交流系统的频率波形图；

图6是本发明实施例中采用本发明提供的孤岛切换控制方法前柔性直流输电系统的有功波形图；

图7是本发明实施例中采用本发明提供的孤岛切换控制方法前柔性直流输电系统的无功波形图；

图8是本发明实施例中本发明实施例中采用本发明提供的孤岛切换控制方法前柔性直流输电系统的电压波形图；

图9是本发明实施例中采用本发明提供的孤岛切换控制方法后柔性直流输电系统的有功波形图；

图10是本发明实施例中采用本发明提供的孤岛切换控制方法后柔性直流输电系统的无功波形图；

图11是本发明实施例中采用本发明提供的孤岛切换控制方法后柔性直流输电系统的电压波形图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

本发明提供一种适用于柔性直流输电系统的孤岛切换控制方法，所述方法包括：

生成平衡有功调制量和频率控制指令；

根据平衡有功调制量和频率控制指令生成有功功率参考值；

根据有功功率参考值调节柔性直流输电系统的有功功率。

所述生成平衡有功调制量和频率控制指令包括：

根据孤岛信号和孤岛前柔性直流输电系统的有功功率生成平衡有功调制量；

根据交流系统频率波动生成柔性直流输电系统的频率控制指令。

所述根据孤岛信号和孤岛解列前柔性直流输电系统的有功功率生成平衡有功调制量包括：

柔性直流输电系统正常运行时，检测柔性直流输电系统是否有孤岛信号，如图1，若检测到孤岛信号，则投入孤岛切换控制；

采集孤岛解列前交流系统传输的功率和孤岛解列前柔性直流输电系统传输的功率；

根据孤岛解列前交流系统传输的功率和孤岛解列前柔性直流输电系统传输的功率生成平衡有功调制量，有：

ΔP_lose＝P_VSC-P_S

其中，ΔP_lose为平衡有功调制量，P_VSC为孤岛解列前柔性直流输电系统传输的功率，P_S为孤岛解列前主网系统传输的功率。

所述根据交流系统频率波动生成柔性直流输电系统的频率控制指令包括：

检测孤岛解列后交流系统的频率，并根据孤岛解列后交流系统的频率得到交流系统频率波动；

根据交流系统频率波动生成柔性直流输电系统的频率控制指令。

所述检测孤岛解列后交流系统的频率，并根据孤岛解列后交流系统的频率得到交流系统频率波动包括：

设孤岛解列后交流系统的频率为f，于是有：

Δf＝f_ref-f

其中，Δf为交流系统频率波动，f_ref为交流系统频率参考值。

所述根据交流系统频率波动生成柔性直流输电系统的频率控制指令包括：

设频率控制指令为ΔP_f，有：

ΔP_f＝kΔf

其中，k为比例系数，取1～10。

所述根据平衡有功调制量和频率控制指令生成有功功率参考值包括：

生成孤岛切换控制指令，有：

ΔP_island＝ΔP_lose+ΔP_f

其中，ΔP_island为孤岛切换控制指令，其为孤岛切换控制器的输出；

将ΔP_island与柔性直流输电系统的有功功率参考值P_ref相加，得到ΔP_island作用下柔性直流输电系统的有功功率参考值，有：

其中，为ΔP_island作用下柔性直流输电系统的有功功率参考值。

所述根据有功功率参考值调节柔性直流输电系统的有功功率包括：

如图2，将ΔP_island作用下柔性直流输电系统的有功功率参考值作为定有功功率控制器的输入，所述定有功功率控制器根据控制调节柔性直流输电系统的有功功率，使柔性直流输电系统的功率维持平衡且频率维持稳定。

9s时主网系统解列成孤岛运行，主网系统传输的功率如图3所示，图4、图5分别为采用本发明提供的孤岛切换控制方法前、后交流系统的频率波形图；图6-图8为采用本发明提供的孤岛切换控制方法前柔性直流输电系统的有功、无功、电压波形图，图9-图11为采用本发明提供的孤岛切换控制方法后柔性直流输电系统的有功、无功、电压波形图。经过对比可发现，本发明提供的适用于柔性直流输电系统的孤岛切换控制方法能够利用柔性直流有功功率可快速调节的特点实现孤岛解列前后系统有功功率平衡，根据孤岛系统的频率进一步调节有功功率，降低从联网运行到孤岛运行的波动，提高系统稳定性。

本发明还提供一种适用于柔性直流输电系统的孤岛切换控制装置，所述装置包括：

用于生成平衡有功调制量和频率控制指令的装置；

用于根据平衡有功调制量和频率控制指令生成有功功率参考值的装置；以及

用于根据有功功率参考值调节柔性直流输电系统的有功功率的装置。

所述用于生成平衡有功调制量和频率控制指令的装置包括：

用于根据孤岛信号和孤岛前柔性直流输电系统的有功功率生成平衡有功调制量的装置；和

用于根据交流系统频率波动生成柔性直流输电系统的频率控制指令的装置。

所述用于根据孤岛信号和孤岛解列前柔性直流输电系统的有功功率生成平衡有功调制量的装置包括：

用于柔性直流输电系统正常运行时，检测柔性直流输电系统是否有孤岛信号，若检测到孤岛信号，则投入孤岛切换控制的装置；

用于采集孤岛解列前交流系统传输的功率和孤岛解列前柔性直流输电系统传输的功率的装置；以及

用于根据孤岛解列前交流系统传输的功率和孤岛解列前柔性直流输电系统传输的功率生成平衡有功调制量的装置。

用于根据孤岛解列前交流系统传输的功率和孤岛解列前柔性直流输电系统传输的功率生成平衡有功调制量的装置根据下式生成平衡有功调制量ΔP_lose：

ΔP_lose＝P_VSC-P_S

其中，P_VSC为孤岛解列前柔性直流输电系统传输的功率，P_S为孤岛解列前主网系统传输的功率。

所述用于根据交流系统频率波动生成柔性直流输电系统的频率控制指令的装置包括：

用于检测孤岛解列后交流系统的频率，并根据孤岛解列后交流系统的频率得到交流系统频率波动的装置；以及

用于根据交流系统频率波动生成柔性直流输电系统的频率控制指令的装置。

所述用于检测孤岛解列后交流系统的频率，并根据孤岛解列后交流系统的频率得到交流系统频率波动的装置根据下式得到交流系统频率波动Δf：

Δf＝f_ref-f

其中，f_ref为交流系统频率参考值，f为孤岛解列后交流系统的频率。

所述用于根据交流系统频率波动生成柔性直流输电系统的频率控制指令的装置根据下式生成柔性直流输电系统的频率控制指令ΔP_f：

ΔP_f＝kΔf

其中，k为比例系数，取1～10。

所述用于根据平衡有功调制量和频率控制指令生成有功功率参考值的装置包括：

用于生成孤岛切换控制指令的装置；

用于生成孤岛切换控制指令作用下柔性直流输电系统的有功功率参考值的装置。

所述用于生成孤岛切换控制指令的装置根据下式生成孤岛切换控制指令：

ΔP_island＝ΔP_lose+ΔP_f

其中，ΔP_island为孤岛切换控制指令，其为孤岛切换控制器的输出。

所述用于生成孤岛切换控制指令作用下柔性直流输电系统的有功功率参考值的装置根据下式生成孤岛切换控制指令作用下柔性直流输电系统的有功功率参考值：

其中，为孤岛切换控制指令作用下柔性直流输电系统的有功功率参考值。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员参照上述实施例依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。