計及不平衡功率最優(yōu)分配的直流電壓控制器及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電氣工程領(lǐng)域，具體是一種計及（考慮到）不平衡功率最優(yōu)分配的直 流電壓控制器及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著傳統(tǒng)能源資源的緊缺，以及人們對于環(huán)境保護、可持續(xù)發(fā)展的重視，風電、光 伏發(fā)電等可再生能源的高效及規(guī)?；猛癸@其重要的意義，其中，海上風電的利用則因 其諸多優(yōu)點而倍受青睞。目前，大型海上風電場的遠距離傳輸通常采用基于VSC-HVDC的系 統(tǒng)。在雙端高壓直流輸電的基礎上，多端直流輸電MTDC技術(shù)逐漸完善并得以應用。多端直 流輸電系統(tǒng)至少包含3個及3個以上的換流站。由于電力傳輸?shù)难杆侔l(fā)展，傳統(tǒng)的兩端HVDC 已經(jīng)逐漸不能滿足要求，多端直流輸電越來越受到人們重視。與雙端高壓直流系統(tǒng)相比，多 端直流輸電系統(tǒng)除了需要考慮各個換流站自身的控制之外，還要考慮各個換流站之間的協(xié) 調(diào)控制，直流電壓斜率控制器通過多個具備功率調(diào)節(jié)能力的換流站穩(wěn)定直流電壓，不需要 控制模式的切換就能實現(xiàn)直流功率的快速分配，但是，傳統(tǒng)單點固定斜率直流電壓控制器 有如下缺點：
[0003] 1、系統(tǒng)單點電壓控制，系統(tǒng)可靠性不高；
[0004] 2、控制器中采用固定斜率，不平衡功率平均分配，經(jīng)濟性低；
[0005] 3、具有調(diào)節(jié)能力的換流站發(fā)生故障，全系統(tǒng)停止工作。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的在于引入有功功率平衡與發(fā)電廠間負荷的 最優(yōu)分配概念以及等耗微增原則，針對固定直流電壓斜率控制的不足，提出計及換流站間 不平衡功率最優(yōu)分配的直流電壓控制。
[0007] 根據(jù)本發(fā)明提供的一種計及不平衡功率最優(yōu)分配的直流電壓控制器，包括直流電 壓斜率控制器；
[0008] 所述直流電壓斜率控制器，用于：將換流站有功功率P減去換流站有功功率參考 值Praf，得到的差值乘以直流電壓控制斜率K，得到的乘積加上直流電壓參考值Ud_f，將得到 的和值減去采集的直流電壓Ud。，將得到的差值通過PI控制器經(jīng)限幅輸出得到d軸電流參 考值
[0009] 其中：
[0010] Udc=Udcref+K(P-Pref)。
[0011] 根據(jù)本發(fā)明提供的一種多端直流輸電系統(tǒng)，包括兩個供電電源端的換流站VSC1、 VSC2,換流站VSC1、換流站VSC2均采用權(quán)利要求1所述的計及不平衡功率最優(yōu)分配的直流 電壓控制器；VSC1與VSC2共同承擔調(diào)節(jié)的有功功率為P，各自承擔功率分別為PpP2;VSC1 承擔功率、VSC2承擔功率均與總功率成一次函數(shù)關(guān)系；
[0012] VSC1的承擔功率卩:為：
[0016] 其中：
[0017] VSC1煤耗量Fi特性曲線如下：
[0018] F!=k3+k2P1+k1P12
[0019] h表示二次函數(shù)Fi的二次項系數(shù)，k2表示二次函數(shù)F^勺一次項系數(shù)，k3表示二次 函數(shù)零次項系數(shù)；
[0020] VSC2煤耗量F2特性曲線如下：
[0021] F2=k4+k5P2+k6P22
[0022] k4表示二次函數(shù)F2的零次項系數(shù)，k5表示二次函數(shù)F2的一次項系數(shù)，k6表示二次 函數(shù)？2的二次項系數(shù)。
[0023] 優(yōu)選地，VSC1、VSC2采用的直流電壓斜率控制器的斜率被改正為：
[0026] 其中：
[0027] 尤表示VSC1采用的直流電壓斜率控制器的改正后的直流電壓控制斜率；
[0028] &表示VSC1采用的直流電壓斜率控制器的原來固定的直流電壓控制斜率；
[0029] <表示VSC2采用的直流電壓斜率控制器的改正后的直流電壓控制斜率；
[0030] K2表示VSC2采用的直流電壓斜率控制器的原來固定的直流電壓控制斜率；
[0031] 其中，所述原來固定的直流電壓控制斜率，是指通過U&=Ud_f+K(P-Praf)計算得 到的直流電壓控制斜率，即未考慮最優(yōu)分配前的直流電壓控制斜率。
[0032] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：
[0033] 1、無需設計上層控制器，也不需要通過通訊系統(tǒng)進行換流站間的功率調(diào)度。
[0034] 2、工作在直流電壓模式的換流站按等耗微增的原則承擔不平衡功率，實現(xiàn)功率的 最優(yōu)分配，提高經(jīng)濟效益。
[0035] 3、系統(tǒng)為多點直流電壓控制系統(tǒng)（例如兩點直流電壓控制系統(tǒng)），當其中一個換 流站因故退出時，另一換流站主動承擔不平衡功率，保證系統(tǒng)穩(wěn)定運行，克服了單點直流電 壓控制系統(tǒng)的不足。
【附圖說明】
[0036] 通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發(fā)明的其它特征、 目的和優(yōu)點將會變得更明顯：
[0037] 圖1是直流電壓-有功功率斜率控制特性。
[0038] 圖2是直流電壓斜率控制器設計。
[0039]圖3是5端直流輸電系統(tǒng)仿真模型。
[0040] 圖4是正常工作狀態(tài)直流電壓波形。
[0041] 圖5是正常工作狀態(tài)下VSC3、VSC4功率波形。
[0042] 圖6是采用計及不平衡功率最優(yōu)分配的直流電壓控制器的VSC1、VSC2功率波形。
[0043] 圖7是采用固定斜率的直流電壓控制器的VSC1、VSC2功率波形。
[0044] 圖8是VSC1換流站故障短時退出時的直流電壓波形。
[0045] 圖9是VSC1換流站故障短時退出時的各換流站有功功率波形。
【具體實施方式】
[0046] 下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。以下實施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù) 人員進一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應當指出的是，對本領(lǐng)域的普通技術(shù) 人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變化和改進。這些都屬于本發(fā)明 的保護范圍。
[0047] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案，包括以下步驟：
[0048] 步驟1 :直流電壓斜率控制器設計，采用多點直流電壓控制，增加了整個直流電壓 斜率控制器所在系統(tǒng)直流功率的調(diào)節(jié)能力，能夠提高直流電壓的總體質(zhì)量。在多電源供電 VSC-MTDC輸電系統(tǒng)中，直流電壓斜率控制器應用在多個具有功率調(diào)節(jié)能力的換流站來穩(wěn)定 直流電壓，實現(xiàn)直流功率的快速分配，而且不需要進行換流站工作模式的切換，換流站之間 也無需通{目。
[0049] 直流電壓斜率控制基本原理及控制結(jié)構(gòu)分別如圖1、圖2所示。
[0050] 直流電壓與直流功率之間的斜率關(guān)系為：
[0051] Udc=Udcref+K(P-Pref) (1)
[0052] 其中，Ud。為直流電壓，U 為直流電壓參考值，K為直流電壓控制斜率，P為換流 站有功功率，Praf為換流站有功功率參考值。
[0053] 由式⑴可知，直流電壓控制斜率K的大小與直流網(wǎng)絡中的不平衡有功功率的分 配有著直接的關(guān)系。若每個具有功率調(diào)節(jié)的換流站采用相同的斜率K，則不平衡功率平均分 配。若K值不同，則具有較大的斜率K的換流站將承擔較小的不平衡功率，換流站所具有的 斜率K越小，則承擔越多的不平衡功率。
[0054] 如圖1所示，具有功率調(diào)節(jié)的換流站初始運行在狀態(tài)1，當有源網(wǎng)絡或者無源負荷 發(fā)生變化時，直流網(wǎng)絡產(chǎn)生不平衡功率，VSC1與VSC2沿著各自斜率曲線尋找新的工作穩(wěn)定 點，即狀態(tài)2。采用直流電壓斜率控制方式的換流站能夠?qū)χ绷骶W(wǎng)絡的潮流變化做出快速地 響應，依據(jù)固定斜率調(diào)整直流功率。但是傳統(tǒng)固定斜率的直流電壓控制器的不足也相當明 顯。一方面，固定斜率的控制器并未考慮經(jīng)濟最優(yōu)原則對不平衡功率進行分配；另一方面， 也并未考慮換流站的實際運行工況以及功率裕度。由于VSC-MTDC網(wǎng)絡的健壯性，換流站在 短時間內(nèi)是允許工作在過載狀態(tài)，因此，這里主要對不平衡功率的最優(yōu)分配進行分析。
[0055] 圖 1 中：
[0056] VCS1表示換流站A;
[0057] P1表示換流站A的實際有功功率；
[0058]Plref表示換流站A的有功功率參考值；
[0059]Pl、P1'分別表示狀態(tài)1下?lián)Q流站A的有功功率值和狀態(tài)2下?lián)Q流站A的有功功 率值；
[0060]Udcl、Udcl'分別表示狀態(tài)1下?lián)Q流站A的直流電壓值和狀態(tài)2下的換流站A直 流電壓值；
[0061] VCS2表示換流站B;
[0062] P2表示換流站B的實際有功功率；
[0063]P2ref表示換流站B的有功功率參考值；
[0064] P2、P2'分別表示狀態(tài)1下?lián)Q流站B的有功功率值和狀態(tài)2下?lián)Q流站B的有功功 率值；
[0065] Udc2、Udc2'分別表示狀態(tài)1下?lián)Q流站B的直流電壓值和狀態(tài)2下?lián)Q流站B的直 流電壓值；
[0066] 縱坐標軸Udcl、Udc2分別表示換流站A的直流電壓值、換流站B的直流電壓值。
[0067]圖2中，Praf代表換流站有功功率參考值，P代表換流站有功功率，Ud_f代表直流 電壓參考值，Ud。代表直流電壓，K代表直流電壓控制斜率，PIcontroller代表PI控制器， Idraf代表d軸電流參考值。
[0068] 具體地，所述直流電壓斜率控制器用于：將換流站有功功率P減去換流站有功功 率參考值Praf，得到的差值乘以直流電壓控制斜率K，得到的乘積加上直流電壓參考值UdCTrf， 將得到的和值減去采集的直流電壓Ud。，將得到的差值通過PI控制器經(jīng)限幅輸出得到內(nèi)環(huán)d 軸電流參考值Idref0
[0069] 步驟2:直流電壓斜率控制器中引入等耗微增率，假設電力系統(tǒng)中有N個電廠，每 個電廠承擔功率分別SPi，P2，…PN，相應煤耗量分別為Fi，F(xiàn)2，…FN，則總煤耗Fall為：
[0070]
(：2)
[0071] 其中，F(xiàn)JPJ表示第i個電廠承擔功率Pi所需要的煤耗量Fi$表示第i個電廠 的煤耗量；
[0072] 網(wǎng)絡總共承擔的負荷功率為：PJAPy則