一種直流電網電壓控制的方法
【專利摘要】本發明提供一種直流電網電壓控制的方法，將直流電網電壓的控制分為三個過程，即自然調壓、一次調壓和二次調壓，根據換流站是否具有調壓能力將直流電網中的換流站分為三類，即調功換流站、輔助調壓換流站、調壓換流站，調功換流站工作在定功率控制模式，調壓換流站工作在定電壓控制模式或者輔助電壓控制模式，輔助調壓控制換流站工作在輔助電壓控制模式，直流電網中的所有換流站都參與自然調壓，輔助調壓換流站和調壓換流站參與一次調壓，調壓換流站參與二次調壓，通過三個調壓過程的配合，穩態時可以實現直流電壓的精確控制，暫態時可以抑制直流電壓變化。
【專利說明】
一種直流電網電壓控制的方法
技術領域
[0001]本發明屬于直流電網領域，特別涉及一種直流電網電壓控制的方法。
【背景技術】
[0002]隨著電力電子技術的不斷進步，柔性直流輸配電技術作為新一代的直流輸配電技術可解決當前交流輸配電技術存在的諸多問題，隨著直流輸電規模的擴大，直流電網也成為可能。
[0003 ] 在直流電網中，直流電壓的地位可以類比為交流電網中頻率的地位，直流電壓的穩定直接關系到直流潮流的穩定，關系到直流電網的安全穩定運行。因此，在直流電網中直流電壓的控制極其重要。在傳統的兩端柔性直流系統中，其中一個換流站控制直流電壓，另外一個換流站控制其他變量，比如有功功率、交流頻率或者交流電壓。如果控制直流電壓的換流站故障從而失去直流電壓控制能力，那么直流電壓將會失穩從而導致兩端柔性直流系統停運，系統的可靠性較低。在直流電網中往往有多個換流站具有直流電壓控制能力，根據同一時刻參與控制直流電壓的換流站的數量可以將目前常見的直流電壓控制方法分為單點電壓控制法和多點電壓控制法。
[0004]單點電壓控制法采用單個換流站作為直流電壓控制站，由于同一時刻只有一個換流站控制直流電壓，因此可以實現直流電壓的精確控制，如果此換流站故障或者功率越限從而失去直流電壓控制能力，那么將由其他具有直流電壓控制能力的換流站接管直流電壓控制權。接管方法根據是否依賴通信分為基于通信的無偏差控制法和不基于通信的偏差控制法。無偏差控制法依賴于快速站間通訊實現直流電壓控制權的轉換，當直流電壓控制站故障退出運行后通過快速站間通訊使得后備換流站實現直流電壓控制權的接管，但是這種方法對站間通訊的速度和可靠性提出了很高的要求，如果通訊延時較長，在直流電壓控制站故障的情況下有可能來不及實現直流電壓控制權的接管從而使得整個直流系統停運。同時當直流電網規模逐漸增大時，后備換流站也將逐漸增多，直流電壓控制的優先級的設定也將變成很復雜，高速通訊網絡也將逐漸變更復雜，這些缺陷使得基于通訊的無偏差控制法在直流電網中的推廣應用存在一定的難度。
[0005]直流電壓偏差控制是一種無需站間通信的控制方式，即在直流電壓控制站故障退出運行后，后備的直流電壓控制站能夠檢測到直流電壓的較大偏差并轉入定直流電壓控制模式，保證直流電壓的穩定，但是多個后備換流站需要多個優先級，增加了控制器設計的復雜度，當直流電網規模逐漸增大時，后備換流站也將增多，由于直流電網的直流電壓存在一定的運行范圍，因此偏差不能超出直流電壓運行范圍，這就限制了偏差控制的級差和級數，這些缺陷使得偏差控制法在直流電網中的推廣應用存在一定的難度。
[0006]多點電壓控制法，即同一時刻直流電網中有多個換流站控制直流電壓，常見的多點電壓控制法為斜率電壓控制法。這種方法多個斜率電壓控制換流站的有功出力跟直流線路的阻抗還有各自的斜率有關，直流電壓和有功功率都不能做到精確控制。
【發明內容】
[0007]本發明的目的，在于提供一種直流電網電壓控制的方法，穩態時可以精確控制直流電壓，暫態時可以抑制直流電壓偏差。
[0008]為了達成上述目的，本發明采用的技術方案是:
[0009]一種直流電網電壓控制的方法，將直流電網電壓的控制分為三個過程，即自然調壓、一次調壓和二次調壓，根據換流站是否具有調壓能力將直流電網中的換流站分為三類，即調功換流站、輔助調壓換流站、調壓換流站，調功換流站工作在定功率控制模式，調壓換流站工作在定電壓控制模式或者輔助電壓控制模式，輔助調壓控制換流站工作在輔助電壓控制模式，直流電網中的所有換流站都參與自然調壓，輔助調壓換流站和調壓換流站參與一次調壓，調壓換流站參與二次調壓。
[0010]上述自然調壓是利用直流電網中各換流站的電容儲能，首先承擔直流電網負荷的變化，當直流電網中的功率不平衡時直流電壓的偏差將隨時間逐漸增大，自然調壓的過程是自然完成的，不需要任何調整手段。
[0011]上述一次調壓是利用工作在輔助電壓控制模式的換流站參與直流電壓的調節，最終使得直流電壓形成一個偏差，一次調壓依靠換流站自身的控制器自動完成，無需外部調控部門進行干預。
[0012]上述二次調壓是利用工作在定直流電壓控制模式的換流站或者工作在輔助電壓控制模式的換流站參與直流電壓的調節，最終實現直流電壓的精確控制，二次調壓的控制器安裝在換流站內部或者外部調控部門。
[0013]上述輔助電壓控制模式的實現方法為:
[0014](I)檢測直流電壓Udc;
[0015]( 2 )計算直流電壓Udc與額定直流電壓Urate的偏差Δ U = Udc-Urate ；
[0016](3)比較 Δ U 與電壓偏差定值 UsetH 和 UsetL(UsetH>UsetL)大小關系，當 UsetL < AU< UsetH時 Δ Umod = O，當 Δ U>UsetH時 Δ Umod = Δ U-UsetH，當 Δ U<UsetL時 Δ Umod = Δ U-UsetL ；
[0017](4)計算功率指令偏差值Δ P=K* Δ Umod;
[0018](5)根據上層控制器下發的功率指令Pcirder和功率指令偏差值Δ P計算得到功率控制器的功率指令Pref = Pcirder- Δ P。
[0019]采用上述方案后，本發明的有益效果為:
[0020](I)穩態時可以精確控制直流電壓和功率；
[0021](2)暫態時可以抑制直流電壓變化；
[0022](3)不需要配置高速通訊通道。
【附圖說明】
[0023]圖1是直流電網換流器的典型控制模式，(a)是定功率控制模式，(b)是輔助電壓控制模式，(C)是定電壓控制模式；
[0024]圖2是直流電網電壓控制的實施方案一；
[0025]圖3是直流電網電壓控制的實施方案二。
【具體實施方式】
[0026]以下將結合附圖及具體實施例，對本發明的技術方案進行詳細說明。
[0027]一種直流電網電壓控制的方法，將直流電網電壓的控制分為三個過程，即自然調壓、一次調壓和二次調壓，根據換流站是否具有調壓能力將直流電網中的換流站分為三類，即調功換流站、輔助調壓換流站、調壓換流站，調功換流站工作在定功率控制模式，調壓換流站工作在定電壓控制模式或者輔助電壓控制模式，輔助調壓控制換流站工作在輔助電壓控制模式，直流電網中的所有換流站都參與自然調壓，輔助調壓換流站和調壓換流站參與一次調壓，調壓換流站參與二次調壓。
[0028]上述述自然調壓是利用直流電網中各換流站的電容儲能，首先承擔直流電網負荷的變化，當直流電網中的功率不平衡時直流電壓的偏差將隨時間逐漸增大，自然調壓的過程是自然完成的，不需要任何調整手段。
[0029]上述述一次調壓是利用工作在輔助電壓控制模式的換流站參與直流電壓的調節，最終使得直流電壓形成一個偏差，一次調壓依靠換流站自身的控制器自動完成，無需外部調控部門進行干預。
[0030]上述述二次調壓是利用工作在定直流電壓控制模式的換流站或者工作在電壓輔助控制模式的換流站參與直流電壓的調節，最終實現直流電壓的精確控制，二次調壓的控制器安裝在換流站內部或者外部調控部門。
[0031 ]上述輔助電壓控制模式的實現方法為:
[0032](I)檢測直流電壓Udc;
[0033](2)計算直流電壓Udc與額定直流電壓Urate的偏差Δ U = Udc-Urate;
[0034](3)比較 Δ U 與電壓偏差定值 UsetH 和 UsetL(UsetH>UsetL)大小關系，當 UsetL < AU< UsetH時 Δ Umod = O，當 Δ U>UsetH時 Δ Umod = Δ U-UsetH，當 Δ U<UsetL時 Δ Umod = Δ U-UsetL ；
[0035](4)計算功率指令偏差值Δ Ρ = κ* Δ Umod;
[0036](5)根據上層控制器下發的功率指令Pcirder和功率指令偏差值Δ P計算得到功率控制器的功率指令Pref = Pcirder- Δ P。
[0037]圖1是直流電網換流器的典型控制模式，其中(a)是定功率控制模式，(b)是輔助電壓控制模式，(C)是定電壓控制模式。
[0038]直流網絡中只能有一個定電壓控制器，該控制器可以安裝在電力調度等上層控制器中，也可以安裝在換流站內。圖2所示的直流電網中，電壓控制器安裝在電力調度系統中；換流站I和換流站2是調壓換流站，調壓換流站工作在輔助電壓控制模式，接受電壓控制器下發的功率指令;換流站3是輔助調壓換流站，工作在輔助電壓控制模式，接受電力調度的功率指令;換流站4是調功換流站，工作在定功率控制模式，接受電力調度的功率指令。當直流電網的負荷發生變化時，4個換流站的電容儲能首先吞吐功率的不平衡，導致直流電壓逐漸偏差，這個過程就是自然調壓過程;如果電壓控制器調節速度較慢或者通訊延時較長，那么當直流電壓偏差達到一定程度時，工作在輔助電壓控制模式的換流站1、換流站2和換流站3將自動調整各自的功率參考值Prrf，保持功率平衡從而抑制直流電壓的進一步偏差，這個過程就是一次調壓過程，一次調壓無法實現直流電壓的精確控制，一段時間后電壓控制器開始自動改變換流站I和換流站2的功率指令，從而實現直流電壓的精確控制，同時換流站3的功率參考值Pref3重新恢復到Pcirder3,這個過程就是二次調壓過程;如果電壓控制器調節速度足夠快，通訊延時足夠短，那么一次調壓過程起作用之前二次調壓過程已經起作用，電壓控制器通過改變POTdOT4PPOTdOT2，保持功率平衡從而實現直流電壓的精確控制。
[0039]圖3所示的直流電網中，電壓控制器安裝在換流站內；換流站I和換流站2是調壓換流站，換流站I工作在定電壓控制模式，換流站2工作在輔助電壓控制模式，換流站2接受電力調度的功率指令;換流站3是輔助調壓換流站，工作在輔助電壓控制模式，接受電力調度的功率指令;換流站4是調功換流站，工作在定功率控制模式，接受電力調度的功率指令。當直流電網的負荷發生變化時，4個換流站的電容儲能首先吞吐功率的不平衡，導致直流電壓逐漸偏差，這個過程就是自然調壓過程;安裝在換流站內的電壓控制器通訊延時較短，調節速度較快，電壓控制器通過改變PorderdPPcirder2，保持功率平衡從而實現直流電壓的精確控制。當換流站I因故障退出運行后，直流電網的功率可能不再平衡，4個換流站的電容儲能首先吞吐功率的不平衡，導致直流電壓逐漸偏差，這個過程就是自然調壓過程;換流站2通過通訊接管電壓控制權，如果通訊延時較長，那么當直流電壓偏差達到一定程度時，工作在輔助電壓控制模式的換流站2和換流站3將自動調整各自的功率參考值Prrf，保持功率平衡從而抑制直流電壓的進一步偏差，這個過程就是一次調壓過程，一次調壓無法實現直流電壓的精確控制，一段時間后換流站2接管電壓控制權，切換到定電壓控制模式，從而實現直流電壓的精確控制，同時換流站3的功率參考值Prrf3重新恢復到Pordd，這個過程就是二次調壓過程；如果通訊延時足夠短，那么一次調壓過程起作用之前換流站2已經接管電壓控制權，二次調壓過程已經起作用，從而實現直流電壓的精確控制。
[0040]以上實施例僅為說明本發明的技術思想，不能以此限定本發明的保護范圍，凡是按照本發明提出的技術思想，在技術方案基礎上所做的任何改動，均落入本發明保護范圍之內。
【主權項】
1.一種直流電網電壓控制的方法，其特征在于:將直流電網電壓的控制分為自然調壓、一次調壓和二次調壓三個過程； 根據換流站是否具有調壓能力將直流電網中的換流站分為調功換流站、輔助調壓換流站、調壓換流站三類； 所述調功換流站工作在定功率控制模式，所述輔助調壓換流站工作在輔助電壓控制模式，所述調壓換流站工作在定電壓控制模式或者輔助電壓控制模式； 直流電網中的所有換流站都參與自然調壓，輔助調壓換流站和調壓換流站參與一次調壓，調壓換流站參與二次調壓。2.如權利要求1所述的一種直流電網電壓控制的方法，其特征在于:所述自然調壓具體為，利用直流電網中各換流站的電容儲能，自然調節直流電網直流電壓。3.如權利要求1所述的一種直流電網電壓控制的方法，其特征在于:所述一次調壓具體為，利用工作在輔助電壓控制模式的換流站調節直流電網直流電壓，使得直流電壓形成一個偏差，一次調壓依靠換流站自身的控制器完成。4.如權利要求1所述的一種直流電網電壓控制的方法，其特征在于:所述二次調壓具體為，利用工作在定電壓控制模式的換流站或者工作在電壓輔助控制模式的換流站調節直流電網直流電壓，實現直流電壓的精確控制，二次調壓的控制器安裝在換流站內部或者外部調控部門。5.如權利要求1所述的一種直流電網電壓控制的方法，其特征在于:所述輔助電壓控制模式的實現方法為: (^檢測直流電壓仏。； (2)計算直流電壓Udc與額定直流電壓Urate的偏差ΔU = Udc-Urate; (3)設置大小不一的兩電壓偏差定值UsetH和UsetL，UsetdtL，比較ΔU與UsetH、UsetL大小關系，當 UsetL < AU< UsetH 時 Δ Umcid = O，當 Δ U>UsetH 時 Δ Umod= Δ U_UsetH，當 Δ IKUsetL 時 Δ Umod=A U-UsetL ； (4)計算功率指令偏差值△P = K* △ Umod，K為比例系數； (5)根據上層控制器下發的功率指令Pcirder和功率指令偏差值△P計算得到功率控制器的功率指令Pref = Porder- A P。
【文檔編號】H02J1/14GK105870909SQ201610190067
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年3月30日
【發明人】丁久東, 盧宇, 董云龍, 李鋼, 胡兆慶
【申請人】南京南瑞繼保電氣有限公司, 南京南瑞繼保工程技術有限公司