一种混合级联高压直流输电系统受端MMC功率均衡控制方法与流程

一种混合级联高压直流输电系统受端mmc功率均衡控制方法
技术领域
1.本发明涉及直流输电系统保护技术领域，具体涉及一种混合级联高压直流输电系统受端mmc功率均衡控制方法。


背景技术：

2.高压直流输电系统输电容量大、输电距离远、传输损耗低，可以有效解决新能源送出、负荷中心电力供应的迫切需求，是我国电力工业发展的必由之路。高压直流输电的基本原理是：在高压直流输电系统的送电端用换流器进行整流，将三相交流电转换为直流电，电能经过高压直流输电线路传输，再在高压直流输电系统的受电端用换流器进行逆变，将直流电转换为三相交流电，电能送入受电端的交流系统。
3.目前的高压直流输电技术可分为两大类：一类是采用电网换相换流器(line commutated converter，lcc)的常规直流输电；另一类是采用模块化多电平换流器(modular multilevel converter，mmc)的柔性直流输电。常规直流输电存在换相失败的固有问题，而柔性直流输电造价更高，二者各有优劣。为了最大程度综合常规直流输电与柔性直流输电的技术优势，在同一工程中同时采用两种直流输电技术，从而构成混合直流输电系统，成为了重要的发展趋势。混合级联是混合直流输电的主流拓扑形式之一，其送端仍采用lcc，受端的高压端采用lcc，低压端采用三个mmc并联结构，高、低端各疏散50％的功率。此外，受端的lcc、三个mmc分散接入至不同的交流系统，实现功率传输。
4.在混合级联高压直流输电系统中，虽然受端三个并联mmc的拓扑位置对等，但其控制方式不同，通常一个mmc采用定直流电压控制模式，另外两个mmc采用定直流功率控制模式。当直流输电系统送端发生故障导致直流功率缺额时，由于定直流功率mmc的直流功率需求可视为不变，定直流电压mmc必须大幅降低直流功率，甚至功率方向反转。这一现象将导致定直流电压mmc所连接的交流系统承受显著的功率波动，引发联络线潮流大幅转移，威胁电网安全稳定运行。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种混合级联高压直流输电系统受端mmc功率均衡控制方法，该方法能够在混合级联高压直流输电系统送端故障等导致直流传输功率降低时，实现定直流电压、定直流功率mmc的功率均衡，有效避免定直流电压mmc的功率显著波动，保障其所连接交流系的安全运行。
6.本发明通过下述技术方案实现：
7.一种混合级联高压直流输电系统受端mmc功率均衡控制方法，包括：
8.s1、采集混合级联高压直流输电系统受端lcc、mmc的数据并计算lcc和mmc的实时直流功率；
9.s2、根据步骤s1采集到的数据建立关于定直流功率模式mmc的均衡控制模型，根据所述均衡控制模型对所述定直流功率模式mmc进行均衡控制。
10.作为优化，所述混合级联高压直流输电系统受端lcc、mmc的数据包括lcc的直流电流i
lcc
、lcc的直流电压v
lcc
、mmc的直流电流i
mmc
和mmc的直流电压v
mmc
。
11.作为优化，所述lcc和mmc的实时直流功率包括lcc的实时直流功率p
lcc
、定直流电压模式mmc的实时直流功率p
mmc_v
、任意一个定直流功率模式mmc的实时直流功率p
mmc_p
。
12.作为优化，所述定直流功率模式mmc的均衡控制模型对所述定直流功率模式mmc进行均衡控制的具体方法为：将定直流功率模式mmc的直流功率指令值修正为可变量，根据lcc的实时直流功率p
lcc
实时修正所述定直流功率模式mmc的直流功率控制指令值p
ref
。
13.作为优化，所述定直流功率模式mmc的直流功率控制指令值p
ref
为：
[0014][0015]
其中，p
ref_n
为正常运行工况下定直流功率模式mmc的直流功率控制指令值(人为设定)；p
lcc_n
为正常运行工况下lcc的直流功率；δp为预先设定的功率跌落门槛值；δp
ref
为实时计算得到的直流功率控制指令调节量。
[0016]
作为优化，所述实时计算得到的直流功率控制指令调节量δp
ref
的计算公式如下：
[0017]
δp
ref
＝k
p
(p
mmc_p-p
mmc_v
)+ki∫(p
mmc_p-p
mmc_v
)dt
[0018]
其中，k
p
为pi调节器的比例系数；ki为pi调节器的积分系数，p
mmc_p
为定直流功率mmc的实时直流功率，p
mmc_v
为定直流电压mmc的实时直流功率。
[0019]
作为优化，所述功率跌落门槛值δp为0.1*p
lcc_n
。
[0020]
作为优化，所述pi调节器的比例系数k
p
为4。
[0021]
作为优化，所述pi调节器的积分系数ki取3。
[0022]
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
[0023]
一、本发明实现了在混合级联高压直流输电系统送端故障等导致直流传输功率降低时，定直流电压mmc、定直流功率mmc的功率自动均衡控制，避免了定直流电压mmc单独承担直流功率缺额而出现的功率大幅波动现象，有助于高压直流输电系统及其受端交流系统的安全稳定运行；
[0024]
二、本发明计算简单、物理意义明确，无需改变高压直流输电系统的结构和硬件，只需基于系统现有的电气参数和控制参数，进行简单的加减、乘除等运算即可实现功率均衡效果，对硬件软件要求低，速度快，适于工程应用。
附图说明
[0025]
为了更清楚地说明本发明示例性实施方式的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。在附图中：
[0026]
图1为当直流输电系统送端发生故障导致直流功率缺额时，采用本发明所述的一种混合级联高压直流输电系统受端mmc功率均衡控制方法后的受端定直流功率mmc和定直流电压mmc的有功功率曲线仿真图(黑线为定直流功率mmc的线条，灰色为定直流电压mmc的线条)；
[0027]
图2为当直流输电系统送端发生故障导致直流功率缺额时，不采用本发明所述的一种混合级联高压直流输电系统受端mmc功率均衡控制方法后的受端定直流功率mmc和定直流电压mmc的有功功率曲线仿真图(黑线为定直流功率mmc的线条，灰色为定直流电压mmc的线条)。
具体实施方式
[0028]
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
[0029]
实施例
[0030]
一种混合级联高压直流输电系统受端mmc功率均衡控制方法，其特征在于，包括：
[0031]
s1、采集混合级联高压直流输电系统受端lcc、mmc的数据并计算lcc和mmc的实时直流功率；
[0032]
s2、根据步骤s1采集到的数据建立关于定直流功率模式mmc的均衡控制模型，根据所述均衡控制模型对所述定直流功率模式mmc进行均衡控制。
[0033]
本实施例中，所述混合级联高压直流输电系统受端lcc、mmc的数据包括lcc的直流电流i
lcc
、lcc的直流电压v
lcc
、mmc的直流电流i
mmc
和mmc的直流电压v
mmc
。
[0034]
本实施例中，所述lcc和mmc的实时直流功率包括lcc的实时直流功率p
lcc
、定直流电压模式mmc的实时直流功率p
mmc_v
、任意一个定直流功率模式mmc的实时直流功率p
mmc_p
。当然，两个并联的定直流功率模式mmc的变化是一样的，所以这里就只看其中一个定直流功率模式mmc即可。
[0035]
本实施例中，所述定直流功率模式mmc的均衡控制模型对所述定直流功率模式mmc进行均衡控制的具体方法为：将定直流功率模式mmc的直流功率指令值修正为可变量，根据lcc的实时直流功率p
lcc
实时修正所述定直流功率模式mmc的直流功率控制指令值p
ref
。
[0036]
本实施例中，所述定直流功率模式mmc的直流功率控制指令值p
ref
为：
[0037][0038]
其中，p
ref_n
为正常运行工况下定直流功率模式mmc的直流功率控制指令值(该指令值是人为设定的，可以根据实际情况来设定)；p
lcc_n
为正常运行工况下lcc的直流功率；δp为预先设定的功率跌落门槛值；δp
ref
为实时计算得到的直流功率控制指令调节量。
[0039]
本实施例中，所述实时计算得到的直流功率控制指令调节量δp
ref
的计算公式如下：
[0040]
δp
ref
＝k
p
(p
mmc_p-p
mmc_v
)+ki∫(p
mmc_p-p
mmc_v
)dt
[0041]
其中，k
p
为pi调节器的比例系数；ki为pi调节器的积分系数，p
mmc_p
为定直流功率mmc的实时直流功率，p
mmc_v
为定直流电压mmc的实时直流功率。
[0042]
本实施例中，所述功率跌落门槛值δp为0.1*plcc_n。
[0043]
本实施例中，所述pi调节器的比例系数kp为4。
[0044]
本实施例中，所述pi调节器的积分系数ki取3。
[0045]
在实际操作中，功率跌落门槛值δp、pi调节器的比例系数kp、pi调节器的积分系数ki这几个值可以根据实际情况来微调，并非一定取上述的值。
[0046]
本发明原理如下：
[0047]
混合级联高压直流输电系统送端采用lcc，受端的高压端采用lcc，低压端采用三个mmc并联的结构，受端的高、低压端各疏散50％的功率。为保证低压端直流电压的稳定以及功率的合理分配，并联的三个mmc中有一个采用定直流电压控制模式，另外两个采用定直流功率模式。两种控制模式的基本原理类似，实时采集mmc直流侧电压/功率并与其各自对应的指令值作差，产生直流电压/功率偏差，然后将其输入至mmc内环电流控制器，构成负反馈控制。当直流输电系统送端发生故障导致直流功率缺额时，流入三个mmc的总直流功率快速降低，此时，由于定直流功率mmc具有维持自身直流功率的能力，直流功率缺额将由定直流电压mmc单独承担，导致其连接的交流系统功率大幅波动，威胁电网安全。
[0048]
为解决上述问题，本发明提供一种混合级联高压直流输电系统受端mmc功率均衡控制方法。当检测到高端换流器llc的直流功率跌落到一定程度后，将定直流功率mmc的功率指令值修正为可变量，根据定直流功率mmc和定直流电压mmc的功率实测差值来闭环调整定功率mmc的功率指令值，二者差值越大，定直流功率mmc的功率指令值下调越大，从而实现三个mmc的功率均衡。
[0049]
首先，高压直流输电系统的控制保护装置实时采集受端lcc、mmc的直流电压、直流电流，并实时计算lcc的直流功率p
lcc
、定直流电压模式mmc的直流功率p
mmc_v
、任意一个定直流功率模式mmc的直流功率p
mmc_p
。
[0050]
根据lcc阀组的实时直流功率p
lcc
对定直流功率模式mmc的直流功率控制指令值p
ref
进行实时调节，一旦判定直流功率跌落严重，则将定直流功率模式mmc的指令值由固定值改为可变值。p
ref
的取值如下式：
[0051][0052]
其中，p
ref_n
为正常运行工况下定直流功率模式mmc的直流功率控制指令值；p
lcc_n
为正常运行工况下lcc阀组的直流功率；δp为预先设定的功率跌落门槛值；δp
ref
为实时计算得到的直流功率控制指令调节量，其计算如下式：
[0053]
δp
ref
＝k
p
(p
mmc_p-p
mmc_v
)+ki∫(p
mmc_p-p
mmc_v
)dt
[0054]
其中，k
p
为pi调节器的比例系数；ki为pi调节器的积分系数。利用上式，可实现根据定功率mmc和定直流电压mmc的功率实测差值来闭环调整定功率mmc的功率指令值。
[0055]
仿真实验
[0056]
为验证所提方法的有效性，采用pscad/emtdc下的cigre直流输电标准测试系统作为模型开展仿真实验。设置混合级联高压级联系统送端交流母线在2s发生abc三相接地故障，接地电阻设置为5ω。对比故障后，投入/不投入本发明方法时受端mmc的功率跌落情况。
[0057]
mmc直流功率的仿真实验结果如图1-2所示。图中，1s-1.5s为系统启动过程，期间定直流电压mmc、定直流功率mmc的功率均上升至650mw。1.5s-2s之间系统稳定运行，mmc的功率保持恒定。2s时刻送端发生故障扰动，直流系统整体功率传输能力下降，由图2可以看出，当不采用本专利方法时，只有定直流电压mmc的功率跌落，最低跌至0mw，而定直流功率
mmc的功率仍被控制于指令值；由图1可以看出，当采用本专利方法时，定直流功率mmc的功率跟随定直流电压mmc的功率适当下调，三者的下跌幅度基本一致，最低跌至400mw。综上，本发明实现了在混合级联高压直流输电系统送端故障等导致直流传输功率降低时，定直流电压、定直流功率mmc的功率自动均衡控制，避免了定直流电压mmc单独承担直流功率缺额而出现的功率大幅波动现象，有助于高压直流输电系统及其受端交流系统的安全稳定运行。
[0058]
还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
[0059]
同时，本说明书中所使用到的设备均为现有设备，本领域技术人员可以通过购买、参照等方式获取。
[0060]
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
[0061]
综上所述，虽然本发明已以实施例公开如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。