一種多端柔性直流輸電系統(tǒng)運行點的快速計算方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及電氣領域，尤其涉及一種用于多端柔性直流輸電系統(tǒng)運行點的快速計 算方法。
【背景技術】
[0002] 在化石能源供應緊張和環(huán)境污染日益加劇的多重壓力下，風能等可再生能源發(fā)電 得以迅速地發(fā)展，尤其是大規(guī)模近海風電場的開發(fā)已經(jīng)成為了國際上風能利用的大趨勢。 然而，由于海上風電場遠離海岸，且海邊的電網(wǎng)大多為網(wǎng)架末端，海邊電網(wǎng)較為虛弱，因此， 海上風電并網(wǎng)對所連接的電網(wǎng)穩(wěn)定性和電能質(zhì)量等產(chǎn)生了很大的影響。同時，對于海上孤 島和鉆井平臺等無源網(wǎng)絡，由于交流電纜受過大容性電流的限制，無法實現(xiàn)這些無源網(wǎng)絡 的遠距離供電。
[0003] 基于以上兩種因素，多端柔性直流輸電方式成為了海上風電場和海上無源網(wǎng)絡并 網(wǎng)的最佳方式，因此其相關研宄受到了廣泛的關注。為了實現(xiàn)多端柔性直流輸電系統(tǒng)的實 時、快速調(diào)度和控制，必須有一種能夠快速、準確地計算多端柔性直流輸電系統(tǒng)運行點的方 法。
[0004] 為了保證多端柔性直流輸電系統(tǒng)的實時、快速調(diào)度，急切需要開發(fā)一種多端柔性 直流輸電系統(tǒng)運行點的快速計算方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為解決現(xiàn)有技術存在的不足，本發(fā)明公開了一種多端柔性直流輸電系統(tǒng)運行點的 快速計算方法，通過少量的交流電網(wǎng)信息快速實時地計算多端柔性直流輸電系統(tǒng)的運行 點。本發(fā)明提供了不同類型換流站在不同控制模式下的特性方程，提出了一種多端柔性直 流輸電系統(tǒng)運行點的快速計算方法，并給出了該計算方法的實現(xiàn)流程和實施方案。
[0006] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的具體方案如下：
[0007] -種多端柔性直流輸電系統(tǒng)，包括調(diào)度運行中心控制系統(tǒng)，所述調(diào)度運行中心 控制系統(tǒng)通過通信網(wǎng)絡與至少一個換流站的控制系統(tǒng)通訊，所述調(diào)度運行中心控制系統(tǒng) 包括前置數(shù)據(jù)服務器、數(shù)據(jù)服務器、應用程序服務器、SCADA服務器及至少一個工作站， 所述換流站的控制系統(tǒng)包括換流站控制器，所述換流站控制器通過換流站的局域網(wǎng)分別 與站GPS時鐘、開關量信息采集模塊、交流電壓信息采集模塊及交流頻率信息采集模塊。 SCADA(SupervisoryControlAndDataAcquisition)系統(tǒng)，即數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)。
[0008] -種多端柔性直流輸電系統(tǒng)運行點的快速計算方法，包括以下步驟：
[0009] 步驟一：建立不同類型換流站在不同控制模式下的特性方程；
[0010] 步驟二：各個換流站通過其數(shù)據(jù)采集終端實時采集數(shù)據(jù)，柔性直流輸電系統(tǒng)的 SCADA系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中存儲直流線路參數(shù)；根據(jù)換流站實時采集的狀態(tài)量信息和直流線路參 數(shù)，確定當前直流網(wǎng)絡的拓撲結構和連接方式，構建直流網(wǎng)絡的導納矩陣；
[0011] 步驟三：將各換流站的控制模式均初始化為正?？刂颇Ｊ?；
[0012] 步驟四：各換流站在正?？刂颇Ｊ较碌奶匦苑匠套鳛樽芳臃匠蹋⒔Y合直流網(wǎng)絡 的導納矩陣，構建出帶求解的方程組，并利用迭代法予以求解；若解有效，則該解即為多端 柔性直流輸電系統(tǒng)當前的運行點，若解無效，則需要對控制模式進行修正，對控制模式修正 后，重新組合換流站的特性方程，從而構建新的方程組，并求解和判斷解的有效性，直至找 到有效解，即為當前的運行點。
[0013] 所述步驟一中，換流站的類型分為定直流電壓控制換流站、輔助直流電壓控制換 流站、定有功功率控制換流站、帶故障控制的定有功功率控制換流站、風電場換流站和帶故 障控制的風電場換流站。
[0014] 所述定直流電壓控制換流站的控制模式分為：直流電壓控制模式、整流限流模式 和逆變限流模式，整流限流模式和逆變限流模式均為換流站的有功電流限流模式。
[0015] 所述輔助直流電壓控制換流站的控制模式分為：電壓下降控制模式、整流限流模 式和逆變限流模式。
[0016] 所述定有功功率控制換流站的控制模式分為：有功功率控制模式、整流限流模式 和逆變限流模式。
[0017] 所述帶故障控制的定有功功率控制換流站的控制模式分為：定有功功率控制模 式、整流下降控制模式、逆變下降控制模式、整流限流模式和逆變限流模式。
[0018] 所述風電場換流站的控制模式分為：有功頻率下降控制模式和整流限流模式。
[0019] 所述帶故障控制的風電場換流站控制模式分為：有功頻率下降控制模式、電壓下 降控制模式和整流限流模式。
[0020] 所述步驟二中，實時采集數(shù)據(jù)包括換流站的開關量、交流側(cè)電壓、風電場換流站的 頻率以及GPS時間信息。
[0021] 所述不同類型換流站在不同控制模式下的特性方程具體為：給出不同類型換流站 在不同控制模式下直流電壓和直流電流的關系式，并給出了兩個狀態(tài)量在不同類型換流站 不同控制模式下的范圍。
[0022] 所述步驟三中，將各換流站的控制模式均初始化為正?？刂颇Ｊ?，具體為：定直 流電壓控制換流站、輔助直流電壓控制換流站分別采用直流電壓控制模式、電壓下降控制 模式，定有功功率控制換流站和帶故障控制的定有功功率控制換流站處于有功功率控制模 式，風電場換流站和帶故障控制的風電場換流站處于有功頻率下降控制模式。
[0023] 所述步驟四中，解的有效性在判別時，如果所有換流站的狀態(tài)量均在相應模式的 范圍內(nèi)，則解有效，即為當前的運行點；如果任意一個或多個換流站的至少一個狀態(tài)量未處 于換流站相應控制模式的范圍內(nèi)時，解無效，則需要對控制模式進行修正，對控制模式修正 后，重新組合換流站的特性方程，從而構建新的方程組，并求解和判斷解的有效性，直至找 到有效解，即為當前的運行點。
[0024] 所述步驟四中，對控制模式進行修正時，通過遍歷當前方程組的解，確定越限換流 站的越限變量，先后通過狀態(tài)量優(yōu)先級表和換流站優(yōu)先級表確定待修正換流站的待修正換 流站狀態(tài)量，對根據(jù)換流站相應的控制模式和待修正狀態(tài)量的越限情況，修正換流站的控 制模式。
[0025] 所述步驟四中，控制模式修正的詳細的流程如下：
[0026] a.遍歷當前方程組的解，判斷所有換流站的直流電壓Ud。和直流電流Id。，找出所有 越限的ud。和Id。;越限是指超出該換流站在相應控制模式下限定的狀態(tài)量范圍；
[0027] b.根據(jù)狀態(tài)量優(yōu)先級表和所有越限的狀態(tài)量，確定作為修正依據(jù)的狀態(tài)量類型， 即為待修正狀態(tài)量類型；狀態(tài)量優(yōu)先級表用于確定直流電壓和直流電流的優(yōu)先級系數(shù)；
[0028] c.根據(jù)換流站優(yōu)先級表和所有待修正狀態(tài)量類型越限的換流站，確定待修正的換 流站；換流站優(yōu)先級表用于確定不同類型換流站的優(yōu)先級系數(shù)；
[0029] d.根據(jù)待修正換流站的控制模式和待修正狀態(tài)量的越限的變量，修正該換流站的 控制模式。若待修正狀態(tài)量超出當前控制模式的范圍，進入相鄰控制模式的范圍，則修正為 其相鄰控制模式。
[0030] 本發(fā)明完成了一種用于快速計算多端柔性直流輸電系統(tǒng)運行點的計算方法，推導 了不同類型換流站在不同控制模式下的特性方程，提出了穩(wěn)態(tài)運行點的快速計算流程，建 立了基于控制模式優(yōu)先級表法的控制模式修正方法，并最終提出了該運行計算方法的實施 方案。本發(fā)明是通過少量的交流電網(wǎng)實時信息可以快速、實時地計算多端柔性直流輸電系 統(tǒng)的運行點，為多端柔性直流輸電系統(tǒng)的調(diào)度與決策提供可靠的參考。
[0031] 本發(fā)明的有益效果：
[0032] 1.用于快速、實時地計算多端柔性直流輸電系統(tǒng)運行點。