一种多直流输电系统协调控制方法
【专利摘要】本发明公开一种多直流输电系统协调控制方法，所述多直流输电系统包括一个交流电压主控站、至少一个交流电压控制从站及剩余的普通换流站，在站间通讯正常的情况下，交流电压主控站通过站间通讯将停运信息发送至接管的交流电压控制从站，该交流电压控制从站监视到交流电压主控站停运后，即从当前控制方式切换到交流电压控制方式；在站间通讯异常或者无站间通讯的情况下，当交流电压值与额定值的差值超过设定阈值后，交流电压控制从站从当前控制方式切换到交流电压控制方式。此种协调控制方法可以有效地控制交流电压，并且在交流电压主控站因故障停运后，交流电压控制从站能够接管控制，减小系统交流电压振荡。
【专利说明】
-种多直流输电系统协调控制方法
技术领域
[0001] 本发明属于直流输电领域，设及一种应用在至少一端为模块化多电平换流器组成 的多直流输电系统中的控制方法，特别设及一种多直流输电系统协调控制方法。
【背景技术】
[0002] 柔性直流输电技术采用电压源型换流器，可W独立调节有功和无功的传输、提高 交流系统的输电能力，易于构成多端直流输电系统。柔性直流输电技术在可再生能源的发 电并网、孤岛城市供电W及交流系统互联等应用领域，具有明显的竞争力。
[0003] 当多个直流输电系统的柔性直流换流站同时给海岛或孤岛城市供电时，多个直流 输电系统的柔性直流换流站均可W控制系统的交流电压。如何实现多直流输电系统的柔性 直流换流站间的协调控制是多直流输电系统面临的难点。
[0004] 目前业界提出了如下几种交流电压协调控制方式：
[0005] (1)单点交流电压协调控制方式；
[0006] 只有一个换流站控制交流电压，其余换流站选择有功功率控制。W=个直流输电 系统同时给海岛供电为例进行说明，其单点交流电压协调控制原理图如图1所示，同样的原 理也适用于其它多直流输电系统。其中，站1 (直流系统1的换流站)控制交流电压，起交流电 压稳定和功率平衡节点作用。其余直流系统的换流站处于有功功率控制模式。
[0007] 单点交流电压协调控制方式的缺点是当控制交流电压的直流系统的站停运时，整 个海岛或孤岛城市将因交流电压失稳而失电。
[0008] (2)基于交流电压斜率的多点交流电压协调控制方式；
[0009] 将具有功率调节能力的多个直流输电系统的换流站运行于交流电压按斜率控制 方式。W=个直流输电系统同时给海岛供电为例进行说明，=个直流输电系统换流站中选 择直流系统1的换流站与直流系统2的换流站采用基于斜率的交流电压控制方式，直流系统 3的换流站选择有功功率控制方式，如图2所示。直流系统1的换流站与直流系统2的换流站 的交流参考电压如式(1)所示：
[0010]
Cl)
[001 U 其中，Uint是直流系统1的换流站和直流系统2的换流站的交流电压额定值;ki是直 流系统1的换流站的电压-功率斜率，k2是直流系统2的换流站的电压-功率斜率;UdELref是直 流系统1的换流站的交流电压参考值，UdE2_ref是直流系统2的换流站的交流电压参考值，Pacl 是直流系统1的换流站的功率参考值，Paa2是直流系统2的换流站的功率参考值。通过控制斜 率kl与k2的比例关系，从而控制两个定交流电压换流站吸收或者发送的有功功率与无功功 率的比值。
[0012]采用基于交流电压斜率的多点交流电压协调控制方式，提高了整个多直流输电系 统的功率调节能力和稳定性，但其交流电压控制质量差，不能恒定，存在偏差，且对于参与 交流电压控制的单个直流输电系统换流站无法实现定有功功率控制。
[0013] (3)基于交流电压偏差的多点交流电压协调控制方式；
[0014] WS个直流输电系统同时给海岛供电为例，采用基于交流电压偏差的多点交流电 压协调控制方式原理如图3所示。直流系统1的换流站采用定交流电压控制，直流系统2的换 流站采用带交流电压偏差的功率控制器，直流系统2的换流站采用定有功功率控制。正常运 行时指定直流系统1的换流站作为交流电压主控站。当直流系统1停运时，交流网络的功率 失去平衡，若注入交流网络的功率小于网络中负荷所需的功率，则交流电压下降。直流系统 2的换流站检测到交流电压低于交流电压阔值Urefi时，直流系统2的换流站在容量允许范围 内由当前控制方式切换为定交流电压控制，稳定交流系统的交流电压。当交流网络突然失 去大量负荷，直流系统注入到交流网络的功率大量过剩，系统交流电压大幅上升，当直流系 统2的换流站检测到交流电压超过交流电压阔值Urefh时，直流系统2的换流站在容量允许范 围内由当前控制方式切换为定交流电压控制，控制交流系统的交流电压不过压。基于交流 电压偏差的多点交流电压协调控制方式，相对单点交流电压协调控制方式提高了多直流输 电系统的稳定性。但通过检测交流电压上升或者下降到设定值较慢，其存在接管时系统交 流电压振荡较大，容易出现过电压或者欠压故障。
[0015] 为了解决W上协调控制策略存在的不足，提高多直流输电系统的稳定性和可靠 性，充分发挥多直流输电的优势，需要一种鲁棒性更强、更灵活的协调控制策略。
【发明内容】
[0016] 本发明的目的，在于提供一种多直流输电系统协调控制方法，其可W有效地控制 交流电压，并且在交流电压主控站因故障停运后，交流电压控制从站能够接管控制，减小系 统交流电压振荡。
[0017] 为了达成上述目的，本发明的解决方案是：
[0018] -种多直流输电系统协调控制方法，将多直流输电系统中的一个换流站设为交流 电压主控站，将至少一个换流站设为交流电压控制从站，将剩余换流站作为普通换流站，交 流电压主控站控制整个系统的交流电压，所有交流电压控制从站和普通换流站选择有功功 率控制;如果交流电压主控站停运，则一个交流电压控制从站接管交流电压控制，剩余换流 站维持原控制方式不变;所述接管步骤包括：
[0019] (1)在站间通讯正常的情况下，交流电压主控站通过站间通讯将停运信息发送至 接管的交流电压控制从站，该交流电压控制从站监视到交流电压主控站停运后，即从当前 控制方式切换到交流电压控制方式；
[0020] (2)在站间通讯异常或者无站间通讯的情况下，交流电压控制从站监测系统交流 电压的变化，当交流电压值与额定值的差值超过设定阔值后，从当前控制方式切换到交流 电压控制方式。
[0021] 上述交流电压主控站和交流电压控制从站属于同一直流输电系统;或者属于不同 的直流输电系统。
[0022] 上述交流电压主控站和交流电压控制从站同为逆变站;或者交流电压主控站为逆 变站，交流电压控制从站为整流站;或者交流电压主控站为整流站，交流电压控制从站为逆 变站;或者交流电压主控站和交流电压控制从站同为整流站。
[0023] 上述步骤（1)中，交流电压控制从站通过站间通讯监测到交流电压主控站的停运 信息后，就会快速无偏差接管交流电压控制，交流电压指令值为额定值或当前运行值。
[0024] 上述步骤(1)中，停运信息是指停运状态、闭锁状态、交流开关分位或极隔离信息。
[0025] 上述步骤(2)中，当交流电压值与额定值的差值超过设定阔值后，交流电压控制从 站有偏差接管交流电压控制，将交流电压控制在接管时设定的参考值，或通过斜率恢复到 额定值。
[0026] 上述步骤(2)中，交流电压值与额定值的差值超过设定阔值是指测量的交流电压 值减去额定交流电压值大于高阔值或者额定交流电压值减去测量的交流电压值大于低阔 值;高阔值或低阔值是系统交流电压额定值的0.0 l~0.3倍。
[0027] 上述交流电压控制从站设有至少两个，运些交流电压控制从站按优先级接管交流 电压控制。
[0028] 上述交流电压控制从站接管交流电压控制后，交流电压主控站停运一段时间后再 恢复正常运行情况下，选择有功功率控制，将其作为新的交流电压控制从站;或者不作为新 的交流电压控制从站。
[0029] 采用上述方案后，本发明可W实现系统交流电压有效控制，在站间通讯正常的情 况下，当交流电压主控站退出运行时，交流电压控制从站可W快速且无偏差接管，系统交流 电压振荡很小。当站间通讯异常时，可W通过有偏差方法进行接管。在有站间通讯与无站间 通讯情况下均能正常工作，W无偏差接管为主选方法，有偏差接管为备选方法，保证交流电 压主控站故障后，交流系统仍然可W继续稳定运行，提高系统可靠性。
【附图说明】
[0030] 图1是现有单点交流电压协调控制方式原理图（W=个直流输电系统为例）；
[0031] 其中，所有子图横坐标为交流功率，纵坐标为交流电压;直流系统1换流站控制交 流电压，直流系统2换流站和直流系统3换流站处于有功功率控制；
[0032] 图2是基于交流电压斜率的多点交流电压协调控制方式原理图（W=个直流输电 系统为例）；
[0033] 其中，所有子图横坐标为交流功率，纵坐标为交流电压;直流系统1换流站与直流 系统2换流站采用基于斜率的交流电压控制方式，直流系统3换流站选择有功功率控制方 式；
[0034] 图3是基于交流电压偏差的多点交流电压协调控制方式原理图（W=个直流输电 系统为例）；
[0035] 其中，所有子图横坐标为交流功率，纵坐标为交流电压;直流系统1换流站为交流 电压主控站，采用交流电压控制方式;直流系统2换流站为交流电压控制从站，当系统交流 电压大于低限定值Urefl且小于高限定值Urefh时，采用定有功功率控制方式，当系统交流电压 小于低限定值Uref 1或大于高限定值Urefh时，切换至交流电压控制方式;直流系统3换流站为 普通站，采用有功功率控制方式；
[0036] 图4是本发明的控制原理图（WS个直流输电系统为例）。
【具体实施方式】
[0037] W下将结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。
[0038] 如图4所示，本发明提供一种多直流输电系统协调控制方法，将站间通讯功能与基 于交流电压偏差的协调控制方法相结合，所述多直流输电系统中，通常都会设置一个交流 电压主控站和至少一个交流电压控制从站，其它都作为普通换流站，所述交流电压主控站 和交流电压控制从站属于同一直流输电系统，也可W属于不同的直流输电系统。所述交流 电压主控站和交流电压控制从站同为逆变站;或者交流电压主控站为逆变站，交流电压控 制从站为整流站;或者交流电压主控站为整流站，交流电压控制从站为逆变站;或者交流电 压主控站和交流电压控制从站同为整流站。所述交流电压主控站和交流电压控制从站之间 通过站间通讯相连，而普通换流站与交流电压主控站或交流电压控制从站之间可W有站间 通讯，也可W没有站间通讯;在实现控制时，交流电压主控站控制整个系统的交流电压，也 即进行交流电压控制，交流电压控制从站和所有普通换流站均选择有功功率控制；如果交 流电压主控站停运，则交流电压控制从站接管交流电压控制，剩余交流电压控制从站及普 通换流站维持原控制方式不变，当设置有两个及两个W上交流电压控制从站时，将按照优 先级接管交流电压主控站的交流电压控制;所述接管步骤包括：
[0039] (1)在交流电压主控站与交流电压控制从站之间的站间通讯正常的情况下，交流 电压主控站通过站间通讯将停运信息发送至交流电压控制从站，该交流电压控制从站监视 到交流电压主控站停运后，即快速无偏差接管交流电压控制，从当前控制方式切换到交流 电压控制方式，交流电压指令值为额定值或当前运行值;所述停运信息是指停运状态、闭锁 状态、交流开关分位、极隔离等所有表征该换流站不能正常运行的信息；
[0040] (2)在交流电压主控站与交流电压控制从站之间的站间通讯异常或者无站间通讯 的情况下，交流电压控制从站监测系统交流电压的变化，当测量的交流电压值减去交流电 压额定值大于高阔值或者额定交流电压值减去测量的交流电压值大于低阔值(高阔值或低 阔值可W是系统交流电压额定值的0.01~0.3倍)后，即有偏差接管交流电压控制，从当前 控制方式切换到交流电压控制方式，该交流电压控制从站既可W将交流电压控制在接管时 设定的参考值，也可W通过斜率恢复到额定值。
[0041] 另外，采用本发明所提供的协调控制方法后，所述交流电压主控站停运一段时间 后再恢复正常运行情况下，选择有功功率控制，可W将其作为新的交流电压控制从站。
[0042] 下面结合附图W=个直流输电系统同时给海岛供电为具体实施例，对协调控制的
【具体实施方式】做进一步的详细说明。参照图4，=个直流输电系统中，正常运行时，直流系统 1换流站为交流电压主控站，选择定交流电压控制方式;直流系统2换流站为交流电压控制 从站，选择定有功功率控制方式;直流系统3换流站为普通换流站，选择定有功功率控制方 式。直流系统1换流站和直流系统2换流站之间通过站间通讯相连，直流系统1换流站将系统 停运信息通过站间通讯发送至直流系统2换流站。
[0043] 当直流系统1换流站退出运行时，如果站间通讯正常，则直流系统2换流站通过选 择器，确定交流电压接管方式为无偏差接管，直流系统2换流站通过站间通讯监测到直流系 统1换流站停运信息后，将自身的控制方式由定有功功率控制方式切换为定交流电压控制 方式，交流电压参考值选择额定值，实现无偏差交流电压接管控制，维持系统交流电压的恒 定;直流系统3换流站还是维持原来的控制方式不变。
[0044] 当直流系统1换流站退出运行时，如果站间通讯异常，则直流系统2换流站通过选 择器，确定交流电压接管方式为有偏差接管，直流系统1换流站停运后会引起交流电压的波 动，直流系统2换流站监测到交流电压的波动范围超过阔值后，判断直流系统I换流站停运， 即将控制方式由定有功功率控制方式切换为定交流电压控制方式，交流电压参考值选择预 设的定值，实现有偏差交流电压接管控制，维持系统交流电压的恒定。
[0045] 本发明W=个直流输电系统为例介绍实施方案，但本发明不限于=个直流输电系 统，对于二个直流输电系统及二个W上的多直流输电系统都适用。任何牵设到将站间通讯 协调控制方法与基于交流电压偏差控制方法结合起来的协调控制方法都属于本发明范围 之内。
[0046] 最后应该说明的是:结合上述实施例仅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应当理解到:本领域技术人员可W对本发明的【具体实施方式】进行修 改或者等同替换，但运些修改或变更均在申请待批的专利要求保护范围之内。
【主权项】
1. 一种多直流输电系统协调控制方法，其特征在于:将多直流输电系统中的一个换流 站设为交流电压主控站，将至少一个换流站设为交流电压控制从站，将剩余换流站作为普 通换流站，交流电压主控站控制整个系统的交流电压，所有交流电压控制从站和普通换流 站选择有功功率控制；如果交流电压主控站停运，则一个交流电压控制从站接管交流电压 控制，剩余换流站维持原控制方式不变;所述接管步骤包括： (1) 在站间通讯正常的情况下，交流电压主控站将停运信息发送至接管的交流电压控 制从站，该交流电压控制从站监视到交流电压主控站停运后，即从当前控制方式切换到交 流电压控制方式； (2) 在站间通讯异常或者无站间通讯的情况下，交流电压控制从站监测系统交流电压 的变化，当交流电压值与额定值的差值超过设定阈值后，从当前控制方式切换到交流电压 控制方式。2. 如权利要求1所述的一种多直流输电系统协调控制方法，其特征在于:所述交流电压 主控站和交流电压控制从站属于同一直流输电系统;或者属于不同的直流输电系统。3. 如权利要求1所述的一种多直流输电系统协调控制方法，其特征在于:所述交流电压 主控站和交流电压控制从站同为逆变站;或者交流电压主控站为逆变站，交流电压控制从 站为整流站;或者交流电压主控站为整流站，交流电压控制从站为逆变站;或者交流电压主 控站和交流电压控制从站同为整流站。4. 如权利要求1所述的一种多直流输电系统协调控制方法，其特征在于:所述步骤（1) 中，交流电压控制从站通过站间通讯监测到交流电压主控站的停运信息后，就会快速无偏 差接管交流电压控制，交流电压指令值为额定值或当前运行值。5. 如权利要求1所述的一种多直流输电系统协调控制方法，其特征在于:所述步骤（1) 中，停运信息是指停运状态、闭锁状态、交流开关分位或极隔离信息。6. 如权利要求1所述的一种多直流输电系统协调控制方法，其特征在于:所述步骤(2) 中，当交流电压值与额定值的差值超过设定阈值后，交流电压控制从站有偏差接管交流电 压控制，将交流电压控制在接管时设定的参考值，或通过斜率恢复到额定值。7. 如权利要求1所述的一种多直流输电系统协调控制方法，其特征在于:所述步骤(2) 中，交流电压值与额定值的差值超过设定阈值是指测量的交流电压值减去额定交流电压值 大于高阈值或者额定交流电压值减去测量的交流电压值大于低阈值;高阈值或低阈值是系 统交流电压额定值的〇. 01~〇. 3倍。8. 如权利要求1所述的一种多直流输电系统协调控制方法，其特征在于:所述交流电压 控制从站设有至少两个，这些交流电压控制从站按优先级接管交流电压控制。9. 如权利要求1所述的一种多直流输电系统协调控制方法，其特征在于:所述交流电压 控制从站接管交流电压控制后，交流电压主控站停运一段时间后再恢复正常运行情况下， 选择有功功率控制，将其作为新的交流电压控制从站;或者不作为新的交流电压控制从站。
【文档编号】H02J3/36GK105846455SQ201610316303
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年5月12日
【发明人】赵文强, 王永平, 汪楠楠, 李海英, 杨建明, 鲁江
【申请人】南京南瑞继保电气有限公司, 南京南瑞继保工程技术有限公司