本發(fā)明涉及柔性直流輸電技術(shù)，具體涉及一種適用于柔性直流輸電系統(tǒng)的孤島切換控制方法和裝置。

背景技術(shù)：

柔性直流輸電技術(shù)通過調(diào)節(jié)換流器出口電壓的幅值和與系統(tǒng)電壓之間的功角差，具備有功功率與無功功率快速解耦獨立控制的優(yōu)點，通過對兩端換流站的控制，就可以實現(xiàn)兩個交流網(wǎng)絡(luò)之間有功功率的相互傳送，同時兩端換流站還可以獨立調(diào)節(jié)各自所吸收或發(fā)出的無功功率，從而對所聯(lián)的交流系統(tǒng)給予無功支撐。可對無源系統(tǒng)供電，不存在常規(guī)直流輸電技術(shù)換相失敗的問題，可應(yīng)用于風電場接入，向無源網(wǎng)絡(luò)供電和連接弱交流系統(tǒng)等。

當電網(wǎng)運行方式發(fā)生變化時，如系統(tǒng)發(fā)生線路故障，可能出現(xiàn)柔性直流輸電系統(tǒng)從聯(lián)網(wǎng)運行轉(zhuǎn)為孤島運行。由于柔性直流輸電系統(tǒng)在聯(lián)網(wǎng)運行狀態(tài)時采用的是定有功功率控制，若控制策略不進行及時調(diào)整，在解列為孤島運行后，有功過剩的電網(wǎng)將頻率升高，引起高頻切發(fā)電機控制裝置動作，在有功缺額嚴重的區(qū)域，會造成頻率崩潰，引起大面積的停電現(xiàn)象。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對柔性直流系統(tǒng)的送/受端由聯(lián)網(wǎng)狀態(tài)轉(zhuǎn)化為孤島運行的過程時，電網(wǎng)有功功率不平衡，甚至出現(xiàn)頻率崩潰和電壓崩潰的問題，本發(fā)明提供一種適用于柔性直流輸電系統(tǒng)的孤島切換控制方法和裝置，根據(jù)聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)解列前的運行狀態(tài)快速調(diào)整有功功率，使柔性直流輸電系統(tǒng)從聯(lián)網(wǎng)到孤島切換過程中維持有功功率平衡，維持系統(tǒng)頻率穩(wěn)定。

為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采取如下技術(shù)方案：

本發(fā)明提供一種適用于柔性直流輸電系統(tǒng)的孤島切換控制方法，所述方法包括：

生成平衡有功調(diào)制量和頻率控制指令；

根據(jù)平衡有功調(diào)制量和頻率控制指令生成有功功率參考值；

根據(jù)有功功率參考值調(diào)節(jié)柔性直流輸電系統(tǒng)的有功功率。

所述生成平衡有功調(diào)制量和頻率控制指令包括：

根據(jù)孤島信號和孤島前柔性直流輸電系統(tǒng)的有功功率生成平衡有功調(diào)制量；

根據(jù)交流系統(tǒng)頻率波動生成柔性直流輸電系統(tǒng)的頻率控制指令。

所述根據(jù)孤島信號和孤島解列前柔性直流輸電系統(tǒng)的有功功率生成平衡有功調(diào)制量包括：

柔性直流輸電系統(tǒng)正常運行時，檢測柔性直流輸電系統(tǒng)是否有孤島信號，若檢測到孤島信號，則投入孤島切換控制；

采集孤島解列前交流系統(tǒng)傳輸?shù)墓β屎凸聧u解列前柔性直流輸電系統(tǒng)傳輸?shù)墓β剩?/p>

根據(jù)孤島解列前交流系統(tǒng)傳輸?shù)墓β屎凸聧u解列前柔性直流輸電系統(tǒng)傳輸?shù)墓β噬善胶庥泄φ{(diào)制量，有：

ΔP_lose＝P_VSC-P_S

其中，ΔP_lose為平衡有功調(diào)制量，P_VSC為孤島解列前柔性直流輸電系統(tǒng)傳輸?shù)墓β剩琍_S為孤島解列前主網(wǎng)系統(tǒng)傳輸?shù)墓β省?/p>

所述根據(jù)交流系統(tǒng)頻率波動生成柔性直流輸電系統(tǒng)的頻率控制指令包括：

檢測孤島解列后交流系統(tǒng)的頻率，并根據(jù)孤島解列后交流系統(tǒng)的頻率得到交流系統(tǒng)頻率波動；

根據(jù)交流系統(tǒng)頻率波動生成柔性直流輸電系統(tǒng)的頻率控制指令。

所述檢測孤島解列后交流系統(tǒng)的頻率，并根據(jù)孤島解列后交流系統(tǒng)的頻率得到交流系統(tǒng)頻率波動包括：

設(shè)孤島解列后交流系統(tǒng)的頻率為f，于是有：

Δf＝f_ref-f

其中，Δf為交流系統(tǒng)頻率波動，f_ref為交流系統(tǒng)頻率參考值。

所述根據(jù)交流系統(tǒng)頻率波動生成柔性直流輸電系統(tǒng)的頻率控制指令包括：

設(shè)頻率控制指令為ΔP_f，有：

ΔP_f＝kΔf

其中，k為比例系數(shù)，取1～10。

所述根據(jù)平衡有功調(diào)制量和頻率控制指令生成有功功率參考值包括：

生成孤島切換控制指令，有：

ΔP_island＝ΔP_lose+ΔP_f

其中，ΔP_island為孤島切換控制指令，其為孤島切換控制器的輸出；

將ΔP_island與柔性直流輸電系統(tǒng)的有功功率參考值P_ref相加，得到ΔP_island作用下柔性直流輸電系統(tǒng)的有功功率參考值，有：

其中，為ΔP_island作用下柔性直流輸電系統(tǒng)的有功功率參考值。

所述根據(jù)有功功率參考值調(diào)節(jié)柔性直流輸電系統(tǒng)的有功功率包括：

將ΔP_island作用下柔性直流輸電系統(tǒng)的有功功率參考值作為定有功功率控制器的輸入，所述定有功功率控制器根據(jù)控制調(diào)節(jié)柔性直流輸電系統(tǒng)的有功功率，使柔性直流輸電系統(tǒng)的功率維持平衡且頻率維持穩(wěn)定。

本發(fā)明還提供一種適用于柔性直流輸電系統(tǒng)的孤島切換控制裝置，所述裝置包括：

用于生成平衡有功調(diào)制量和頻率控制指令的裝置；

用于根據(jù)平衡有功調(diào)制量和頻率控制指令生成有功功率參考值的裝置；以及

用于根據(jù)有功功率參考值調(diào)節(jié)柔性直流輸電系統(tǒng)的有功功率的裝置。

所述用于生成平衡有功調(diào)制量和頻率控制指令的裝置包括：

用于根據(jù)孤島信號和孤島前柔性直流輸電系統(tǒng)的有功功率生成平衡有功調(diào)制量的裝置；和

用于根據(jù)交流系統(tǒng)頻率波動生成柔性直流輸電系統(tǒng)的頻率控制指令的裝置。

所述用于根據(jù)孤島信號和孤島解列前柔性直流輸電系統(tǒng)的有功功率生成平衡有功調(diào)制量的裝置包括：

用于柔性直流輸電系統(tǒng)正常運行時，檢測柔性直流輸電系統(tǒng)是否有孤島信號，若檢測到孤島信號，則投入孤島切換控制的裝置；

用于采集孤島解列前交流系統(tǒng)傳輸?shù)墓β屎凸聧u解列前柔性直流輸電系統(tǒng)傳輸?shù)墓β实难b置；以及

用于根據(jù)孤島解列前交流系統(tǒng)傳輸?shù)墓β屎凸聧u解列前柔性直流輸電系統(tǒng)傳輸?shù)墓β噬善胶庥泄φ{(diào)制量的裝置。

用于根據(jù)孤島解列前交流系統(tǒng)傳輸?shù)墓β屎凸聧u解列前柔性直流輸電系統(tǒng)傳輸?shù)墓β噬善胶庥泄φ{(diào)制量的裝置根據(jù)下式生成平衡有功調(diào)制量ΔP_lose：

ΔP_lose＝P_VSC-P_S

其中，P_VSC為孤島解列前柔性直流輸電系統(tǒng)傳輸?shù)墓β剩琍_S為孤島解列前主網(wǎng)系統(tǒng)傳輸?shù)墓β省?/p>

所述用于根據(jù)交流系統(tǒng)頻率波動生成柔性直流輸電系統(tǒng)的頻率控制指令的裝置包括：

用于檢測孤島解列后交流系統(tǒng)的頻率，并根據(jù)孤島解列后交流系統(tǒng)的頻率得到交流系統(tǒng)頻率波動的裝置；以及

用于根據(jù)交流系統(tǒng)頻率波動生成柔性直流輸電系統(tǒng)的頻率控制指令的裝置。

所述用于檢測孤島解列后交流系統(tǒng)的頻率，并根據(jù)孤島解列后交流系統(tǒng)的頻率得到交流系統(tǒng)頻率波動的裝置根據(jù)下式得到交流系統(tǒng)頻率波動Δf：

Δf＝f_ref-f

其中，f_ref為交流系統(tǒng)頻率參考值，f為孤島解列后交流系統(tǒng)的頻率。

所述用于根據(jù)交流系統(tǒng)頻率波動生成柔性直流輸電系統(tǒng)的頻率控制指令的裝置根據(jù)下式生成柔性直流輸電系統(tǒng)的頻率控制指令ΔP_f：

ΔP_f＝kΔf

其中，k為比例系數(shù)，取1～10。

所述用于根據(jù)平衡有功調(diào)制量和頻率控制指令生成有功功率參考值的裝置包括：

用于生成孤島切換控制指令的裝置；

用于生成孤島切換控制指令作用下柔性直流輸電系統(tǒng)的有功功率參考值的裝置。

所述用于生成孤島切換控制指令的裝置根據(jù)下式生成孤島切換控制指令：

ΔP_island＝ΔP_lose+ΔP_f

其中，ΔP_island為孤島切換控制指令，其為孤島切換控制器的輸出。

所述用于生成孤島切換控制指令作用下柔性直流輸電系統(tǒng)的有功功率參考值的裝置根據(jù)下式生成孤島切換控制指令作用下柔性直流輸電系統(tǒng)的有功功率參考值：

其中，為孤島切換控制指令作用下柔性直流輸電系統(tǒng)的有功功率參考值。

與最接近的現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的技術(shù)方案具有以下有益效果：

1)本發(fā)明利用柔性直流有功功率可快速調(diào)節(jié)的特點實現(xiàn)孤島解列前后系統(tǒng)有功功率平衡，根據(jù)孤島系統(tǒng)的頻率進一步調(diào)節(jié)有功功率，降低從聯(lián)網(wǎng)運行到孤島運行的波動，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性；

2)未采用本發(fā)明提供的孤島切換控制方法情況下，從聯(lián)網(wǎng)狀態(tài)切換到孤島運行時，系統(tǒng)頻率升高到了140Hz，而采用本發(fā)明提供的孤島切換控制方法可維持系統(tǒng)頻率為50Hz，正負偏差不超過0.2Hz；

3)未采用本發(fā)明提供的孤島切換控制方法情況下，系統(tǒng)功率、電壓從聯(lián)網(wǎng)狀態(tài)切換到孤島運行時產(chǎn)生了劇烈波動，最后導(dǎo)致柔性直流系統(tǒng)閉鎖退出運行，而采用本發(fā)明提供的孤島切換控制方法情況下，柔性直流輸電系統(tǒng)迅速調(diào)節(jié)有功功率，電壓無波動，運行穩(wěn)定。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例中孤島系統(tǒng)示意圖；

圖2是本發(fā)明實施例中孤島切換控制器示意圖；

圖3是本發(fā)明實施例中9s時主網(wǎng)系統(tǒng)解列成孤島運行，主網(wǎng)系統(tǒng)傳輸?shù)墓β适疽鈭D；

圖4是本發(fā)明實施例中采用本發(fā)明提供的孤島切換控制方法前交流系統(tǒng)的頻率波形圖；

圖5是本發(fā)明實施例中采用本發(fā)明提供的孤島切換控制方法后交流系統(tǒng)的頻率波形圖；

圖6是本發(fā)明實施例中采用本發(fā)明提供的孤島切換控制方法前柔性直流輸電系統(tǒng)的有功波形圖；

圖7是本發(fā)明實施例中采用本發(fā)明提供的孤島切換控制方法前柔性直流輸電系統(tǒng)的無功波形圖；

圖8是本發(fā)明實施例中本發(fā)明實施例中采用本發(fā)明提供的孤島切換控制方法前柔性直流輸電系統(tǒng)的電壓波形圖；

圖9是本發(fā)明實施例中采用本發(fā)明提供的孤島切換控制方法后柔性直流輸電系統(tǒng)的有功波形圖；

圖10是本發(fā)明實施例中采用本發(fā)明提供的孤島切換控制方法后柔性直流輸電系統(tǒng)的無功波形圖；

圖11是本發(fā)明實施例中采用本發(fā)明提供的孤島切換控制方法后柔性直流輸電系統(tǒng)的電壓波形圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細說明。

本發(fā)明提供一種適用于柔性直流輸電系統(tǒng)的孤島切換控制方法，所述方法包括：

生成平衡有功調(diào)制量和頻率控制指令；

根據(jù)平衡有功調(diào)制量和頻率控制指令生成有功功率參考值；

根據(jù)有功功率參考值調(diào)節(jié)柔性直流輸電系統(tǒng)的有功功率。

所述生成平衡有功調(diào)制量和頻率控制指令包括：

根據(jù)孤島信號和孤島前柔性直流輸電系統(tǒng)的有功功率生成平衡有功調(diào)制量；

根據(jù)交流系統(tǒng)頻率波動生成柔性直流輸電系統(tǒng)的頻率控制指令。

所述根據(jù)孤島信號和孤島解列前柔性直流輸電系統(tǒng)的有功功率生成平衡有功調(diào)制量包括：

柔性直流輸電系統(tǒng)正常運行時，檢測柔性直流輸電系統(tǒng)是否有孤島信號，如圖1，若檢測到孤島信號，則投入孤島切換控制；

采集孤島解列前交流系統(tǒng)傳輸?shù)墓β屎凸聧u解列前柔性直流輸電系統(tǒng)傳輸?shù)墓β剩?/p>

根據(jù)孤島解列前交流系統(tǒng)傳輸?shù)墓β屎凸聧u解列前柔性直流輸電系統(tǒng)傳輸?shù)墓β噬善胶庥泄φ{(diào)制量，有：

ΔP_lose＝P_VSC-P_S

其中，ΔP_lose為平衡有功調(diào)制量，P_VSC為孤島解列前柔性直流輸電系統(tǒng)傳輸?shù)墓β?，P_S為孤島解列前主網(wǎng)系統(tǒng)傳輸?shù)墓β省?/p>

所述根據(jù)交流系統(tǒng)頻率波動生成柔性直流輸電系統(tǒng)的頻率控制指令包括：

檢測孤島解列后交流系統(tǒng)的頻率，并根據(jù)孤島解列后交流系統(tǒng)的頻率得到交流系統(tǒng)頻率波動；

根據(jù)交流系統(tǒng)頻率波動生成柔性直流輸電系統(tǒng)的頻率控制指令。

所述檢測孤島解列后交流系統(tǒng)的頻率，并根據(jù)孤島解列后交流系統(tǒng)的頻率得到交流系統(tǒng)頻率波動包括：

設(shè)孤島解列后交流系統(tǒng)的頻率為f，于是有：

Δf＝f_ref-f

其中，Δf為交流系統(tǒng)頻率波動，f_ref為交流系統(tǒng)頻率參考值。

所述根據(jù)交流系統(tǒng)頻率波動生成柔性直流輸電系統(tǒng)的頻率控制指令包括：

設(shè)頻率控制指令為ΔP_f，有：

ΔP_f＝kΔf

其中，k為比例系數(shù)，取1～10。

所述根據(jù)平衡有功調(diào)制量和頻率控制指令生成有功功率參考值包括：

生成孤島切換控制指令，有：

ΔP_island＝ΔP_lose+ΔP_f

其中，ΔP_island為孤島切換控制指令，其為孤島切換控制器的輸出；

將ΔP_island與柔性直流輸電系統(tǒng)的有功功率參考值P_ref相加，得到ΔP_island作用下柔性直流輸電系統(tǒng)的有功功率參考值，有：

其中，為ΔP_island作用下柔性直流輸電系統(tǒng)的有功功率參考值。

所述根據(jù)有功功率參考值調(diào)節(jié)柔性直流輸電系統(tǒng)的有功功率包括：

如圖2，將ΔP_island作用下柔性直流輸電系統(tǒng)的有功功率參考值作為定有功功率控制器的輸入，所述定有功功率控制器根據(jù)控制調(diào)節(jié)柔性直流輸電系統(tǒng)的有功功率，使柔性直流輸電系統(tǒng)的功率維持平衡且頻率維持穩(wěn)定。

9s時主網(wǎng)系統(tǒng)解列成孤島運行，主網(wǎng)系統(tǒng)傳輸?shù)墓β嗜鐖D3所示，圖4、圖5分別為采用本發(fā)明提供的孤島切換控制方法前、后交流系統(tǒng)的頻率波形圖；圖6-圖8為采用本發(fā)明提供的孤島切換控制方法前柔性直流輸電系統(tǒng)的有功、無功、電壓波形圖，圖9-圖11為采用本發(fā)明提供的孤島切換控制方法后柔性直流輸電系統(tǒng)的有功、無功、電壓波形圖。經(jīng)過對比可發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明提供的適用于柔性直流輸電系統(tǒng)的孤島切換控制方法能夠利用柔性直流有功功率可快速調(diào)節(jié)的特點實現(xiàn)孤島解列前后系統(tǒng)有功功率平衡，根據(jù)孤島系統(tǒng)的頻率進一步調(diào)節(jié)有功功率，降低從聯(lián)網(wǎng)運行到孤島運行的波動，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。

本發(fā)明還提供一種適用于柔性直流輸電系統(tǒng)的孤島切換控制裝置，所述裝置包括：

用于生成平衡有功調(diào)制量和頻率控制指令的裝置；

用于根據(jù)平衡有功調(diào)制量和頻率控制指令生成有功功率參考值的裝置；以及

用于根據(jù)有功功率參考值調(diào)節(jié)柔性直流輸電系統(tǒng)的有功功率的裝置。

所述用于生成平衡有功調(diào)制量和頻率控制指令的裝置包括：

用于根據(jù)孤島信號和孤島前柔性直流輸電系統(tǒng)的有功功率生成平衡有功調(diào)制量的裝置；和

用于根據(jù)交流系統(tǒng)頻率波動生成柔性直流輸電系統(tǒng)的頻率控制指令的裝置。

所述用于根據(jù)孤島信號和孤島解列前柔性直流輸電系統(tǒng)的有功功率生成平衡有功調(diào)制量的裝置包括：

用于柔性直流輸電系統(tǒng)正常運行時，檢測柔性直流輸電系統(tǒng)是否有孤島信號，若檢測到孤島信號，則投入孤島切換控制的裝置；

用于采集孤島解列前交流系統(tǒng)傳輸?shù)墓β屎凸聧u解列前柔性直流輸電系統(tǒng)傳輸?shù)墓β实难b置；以及

用于根據(jù)孤島解列前交流系統(tǒng)傳輸?shù)墓β屎凸聧u解列前柔性直流輸電系統(tǒng)傳輸?shù)墓β噬善胶庥泄φ{(diào)制量的裝置。

用于根據(jù)孤島解列前交流系統(tǒng)傳輸?shù)墓β屎凸聧u解列前柔性直流輸電系統(tǒng)傳輸?shù)墓β噬善胶庥泄φ{(diào)制量的裝置根據(jù)下式生成平衡有功調(diào)制量ΔP_lose：

ΔP_lose＝P_VSC-P_S

其中，P_VSC為孤島解列前柔性直流輸電系統(tǒng)傳輸?shù)墓β剩琍_S為孤島解列前主網(wǎng)系統(tǒng)傳輸?shù)墓β省?/p>

所述用于根據(jù)交流系統(tǒng)頻率波動生成柔性直流輸電系統(tǒng)的頻率控制指令的裝置包括：

用于檢測孤島解列后交流系統(tǒng)的頻率，并根據(jù)孤島解列后交流系統(tǒng)的頻率得到交流系統(tǒng)頻率波動的裝置；以及

用于根據(jù)交流系統(tǒng)頻率波動生成柔性直流輸電系統(tǒng)的頻率控制指令的裝置。

所述用于檢測孤島解列后交流系統(tǒng)的頻率，并根據(jù)孤島解列后交流系統(tǒng)的頻率得到交流系統(tǒng)頻率波動的裝置根據(jù)下式得到交流系統(tǒng)頻率波動Δf：

Δf＝f_ref-f

其中，f_ref為交流系統(tǒng)頻率參考值，f為孤島解列后交流系統(tǒng)的頻率。

所述用于根據(jù)交流系統(tǒng)頻率波動生成柔性直流輸電系統(tǒng)的頻率控制指令的裝置根據(jù)下式生成柔性直流輸電系統(tǒng)的頻率控制指令ΔP_f：

ΔP_f＝kΔf

其中，k為比例系數(shù)，取1～10。

所述用于根據(jù)平衡有功調(diào)制量和頻率控制指令生成有功功率參考值的裝置包括：

用于生成孤島切換控制指令的裝置；

用于生成孤島切換控制指令作用下柔性直流輸電系統(tǒng)的有功功率參考值的裝置。

所述用于生成孤島切換控制指令的裝置根據(jù)下式生成孤島切換控制指令：

ΔP_island＝ΔP_lose+ΔP_f

其中，ΔP_island為孤島切換控制指令，其為孤島切換控制器的輸出。

所述用于生成孤島切換控制指令作用下柔性直流輸電系統(tǒng)的有功功率參考值的裝置根據(jù)下式生成孤島切換控制指令作用下柔性直流輸電系統(tǒng)的有功功率參考值：

其中，為孤島切換控制指令作用下柔性直流輸電系統(tǒng)的有功功率參考值。

最后應(yīng)當說明的是：以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對其限制，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員參照上述實施例依然可以對本發(fā)明的具體實施方式進行修改或者等同替換，這些未脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改或者等同替換，均在申請待批的本發(fā)明的權(quán)利要求保護范圍之內(nèi)。