双极柔性直流输电系统的全站无功功率控制方法
【专利摘要】本发明公开一种双极柔性直流输电系统的全站无功功率控制方法，同时刻至多一个换流单元处于交流电压控制模式，两个换流单元无功功率控制按容抗互锁原则控制，两个所述换流单元的无功分配策略为：(1)两个换流单元均处于双极功率控制模式时，两极输出无功功率与两极直流电压的绝对值成正比；(2)两个换流单元中一个单元处于双极功率控制，一个单元处于单极功率控制时，单极功率控制单元单独控制其输出无功功率，全站无功功率由双极功率控制单元来维持；(3)两个换流单元均处于单极功率控制时，两个换流单元单独控制各自输出无功功率。本发明方法实现了双极柔性直流输电系统两个换流单元的协调控制和优化运行。
【专利说明】双极柔性直流输电系统的全站无功功率控制方法
【技术领域】
[0001]本发明属于直流输电【技术领域】，具体涉及一种双极柔性直流输电系统的全站无功功率控制方法。
【背景技术】
[0002]柔性直流输电采用电压源换流器，可以独立调节有功和无功的输出、提高交流系统的输电能力，易于构成多端直流输电系统，在可再生能源的发电并网、孤岛城市供电以及交流系统互联等应用领域，具有明显的竞争力。随着电力电子器件和控制技术的进步，柔性直流容量和电压等级越来越高。
[0003]为了实现大容量功率输送的要求，需要增加子模块数量以提高其电压等级，但过多子模块级联增加阀控设备控制难度，因此采用双极结构形式，减少单个换流单元子模块级联数目的同时达到同样传输功率成为一种可行选择。
[0004]双极柔性直流输电系统相对于单极系统，其可靠性更高，但其控制也更加复杂，特别是两个柔性换流单元无功如何优化控制，相关研究较少。为了充分发挥双极柔性直流拓扑结构优势，需要一种有效的双极柔性直流输电系统的全站无功功率控制方法。
【发明内容】
[0005]针对现有技术不足，本发明提出一种双极柔性直流输电系统的全站无功功率控制方法，解决了两个换流单元同时控制交流电压带来的系统扰动，解决了两个换流单元无功功率分配问题，避免了两个换流单元一个产生容性无功一个产生感性无功带来的损耗增大及容量越限问题，实现了双极柔性直流输电系统两个换流单元的协调控制和优化运行。
[0006]为了达成上述目的，本发明采用下述技术方案实现:一种双极柔性直流输电系统的全站无功功率控制方法，双极柔性直流输电系统换流站由两个换流单元串联构成，分别为正极单元与负极单元，对应两极直流电压分别为正极母线对地电压和负极母线对地电压，其特征在于:
[0007]同时刻至多一个换流单元处于交流电压控制模式，两个换流单元无功功率控制按容抗互锁原则控制，两个所述换流单元的无功分配策略为:
[0008](I)两个换流单元均处于双极功率控制模式时，两极输出无功功率与两极直流电压的绝对值成正比；
[0009](2)两个换流单元中一个单元处于双极功率控制，一个单元处于单极功率控制时，单极功率控制单元单独控制其输出无功功率，全站无功功率由双极功率控制单元来维持；
[0010](3)两个换流单元均处于单极功率控制时，两个换流单元单独控制各自输出无功功率。
[0011]上述方案中:所述两个换流单元无功功率控制按容抗互锁原则指，正极换流单元与负极换流单元均输出容性无功或均输出感性无功。
[0012]上述方案中:所述两个换流单元均处于双极功率控制模式时，两极输出无功功率与两极直流电压的绝对值成正比，两换流单元输出无功功率的偏差范围在额定容量10%以内。
[0013]上述方案中:所述两个换流单元均处于双极功率控制模式时，两极输出无功功率与两极直流电压的绝对值成正比，具体方法是:两个换流单元均处于无功功率运行时，按照两极直流电压绝对值分配无功功率指令；两个换流单元一个处于无功功率控制，一个处于交流电压控制时，计算预测出总的无功功率，调整无功功率控制单元的指令，使所述无功功率等于全站无功功率* (无功功率控制极对应的直流电压绝对值/ (交流电压控制极对应的直流电压绝对值+无功功率控制极对应的直流电压绝对值))。
[0014]上述方案中:所述单极功率控制单元单独控制其输出无功功率，全站无功功率由双极功率控制单元来维持，具体方法是:处于双极控制的无功功率输出值等于全站无功功率值减去单极控制极输出无功功率值。
[0015]上述方案中:所述同时刻至多一个处于交流电压控制模式，具体实现方法是，两个换流单元通过极间通信实现两极控制模式相互校验，若其中一极单元要切换到交流电压控制模式，并检测到另一极单元处于交流电压控制模式时，须等另一极单元释放交流电压控制权后，该极单元才能切换到交流电压控制模式。
[0016]采用上述方案后，本发明的有益效果为:
[0017](I)本发明提供的一种双极柔性直流输电系统的全站无功功率控制方法，避免了两个换流单元同时控制交流电压，造成系统无功波动；
[0018](2)本发明提供的一种双极柔性直流输电系统的全站无功功率控制方法，避免了一个换流单元输出容性无功，一个换流单元输出感性无功造成的换流单元损耗增大和容量越限问题；
[0019](3)本发明提供的一种双极柔性直流输电系统的全站无功功率控制方法，实现了双极柔性直流输电系统两个换流单元的协调控制和优化运行。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1是双极柔性直流输电系统换流站的结构示意图；
[0021]图2是本发明提供的一种双极柔性直流输电系统的全站无功功率控制方法操作流程图。
【具体实施方式】
[0022]以下将结合附图及【具体实施方式】，对本发明的技术方案进行详细说明。
[0023]如图1所示为双极柔性直流输电系统换流站，包括:多个换流变压器，换流器。换流器由两个换流单元组成；其中，正极换流单元的一端为换流器的正端，正极换流单元的另一端与负极换流单元的一端相连并通过中性母线接地，负极换流单元的另一端为换流器的负端。图中，Q正指正极换流单元输出无功功率，Q负指负极换流单元输出无功功率，Udc正指正极母线电压，Udc负指负极母线电压，S是全站额定视在容量，两极通过极间通讯传递状态量和模拟量信号。
[0024]图2所示为双极柔性直流输电系统的全站无功功率控制流程图。
[0025]正极换流单元和负极换流单元均处于运行状态。
[0026]同时刻至多一个换流单元处于交流电压控制模式实现方法，正极单元与负极单元通过极间通信实现两极相互校验，若其中一极单元要切换到交流电压控制模式，并检测到另一极单元处于交流电压控制模式时，须等另一极单元释放交流电压控制权后，该极单元才能切换到交流电压控制模式。最终实现两极无功类控制模式如下:1)两个换流单元一个换流单元处于交流电压控制，一个换流单元处于无功功率控制；2)两个换流单元均处于无功功率控制。
[0027]同时，为了避免两个换流单元一个发送无功功率(容性无功)，一个吸收无功功率(感性无功)，造成单个换流站容量越限及损耗增大，两换流单元无功功率控制按容抗互锁原则控制，容抗互锁两换流单元通过极间通讯，相互传输接收对极输出的无功功率，通过调整与全站无功指令值属性不同的换流站输出无功功率，从而保证正极换流单元与负极换流单元均输出容性无功或感性无功。从而避免两个换流单元中一个输出容性无功，一个换流单元输出感性无功。
[0028]满足上述两个条件下，全站无功功率分配方式如下:
[0029](I)如果两个换流单元均处于双极功率控制模式时，两两极输出无功功率与两极直流电压的绝对值成正比，即图1所示Q正/Q负=IUdc正l/ludc负|。
[0030](2)如果两个换流单元中一个单元处于双极功率控制，一个单元处单极功率控制(极功率独立控制)，单极功率控制(极功率独立控制)单元单独控制其输出无功功率，全站无功功率由处于双极控制单元来维持，处于双极控制的无功功率输出值等于全站无功功率值减去单极功率控制(极功率独立控制)输出无功功率值。
[0031 ] (3)如果两个换流单元均处于单极功率控制(极功率独立控制)，两个换流单元单独控制各自无功功率。
[0032]两个换流单元均处于双极功率控制模式时，两极输出无功功率与两极直流电压的绝对值成正比，具体方法是:两个换流单元均处于无功功率运行时，按照两极直流电压绝对值分配无功功率指令；两个换流单元一个处于无功功率控制，一个处于交流电压控制时，计算预测出总的无功功率，调整无功功率控制单元的指令，使其等于全站无功功率*(无功功率控制极对应的直流电压绝对值/(交流电压控制极对应的直流电压绝对值+无功功率控制极对应的直流电压绝对值))。
[0033]为了进一步优化两个换流单元均处于双极功率控制模式时运行特性，考虑不同限制条件和测量误差，允许两极电压对称运行时两极输出无功功率的差在全站额定容量的10%以内，S卩Iq正-Q负I〈10% *s，均可认为两站输出无功功率在相同范围内。Iq正-Q负
>10% *S后调整相应换流单元无功功率，调整策略为，将两换流向(Q正+Q负)/2方向调整，最终使两换流单元输出无功功率的差在全站额定容量的10%以内。
[0034]当两个换流单元中一个单元处于双极功率控制，一个单元处于单极功率控制(极功率独立控制)，单极功率控制单元单独控制其输出无功功率，全站无功功率由处于双极控制单元来维持，其实现方法为:处于双极控制的无功功率输出值等于全站无功功率值减去单极功率控制单元输出的无功功率值。
[0035]最后应该说明的是:以上实施例仅为说明本发明的技术方案而非对其限制，，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，其均涵盖在本发明的权利要求范围之内。
【权利要求】
1.一种双极柔性直流输电系统的全站无功功率控制方法，双极柔性直流输电系统换流站由两个换流单元串联构成，分别为正极单元与负极单元，对应两极直流电压分别为正极母线对地电压和负极母线对地电压，其特征在于: 同时刻至多一个换流单元处于交流电压控制模式，两个换流单元无功功率控制按容抗互锁原则控制，两个所述换流单元的无功分配策略为: (1)两个换流单元均处于双极功率控制模式时，两极输出无功功率与两极直流电压的绝对值成正比； (2)两个换流单元中一个单元处于双极功率控制，一个单元处于单极功率控制时，单极功率控制单元单独控制其输出无功功率，全站无功功率由双极功率控制单元来维持； (3)两个换流单元均处于单极功率控制时，两个换流单元单独控制各自输出无功功率。
2.如权利要求1所述的双极柔性直流输电系统的全站无功功率控制方法，其特征在于:所述两个换流单元无功功率控制按容抗互锁原则指，正极换流单元与负极换流单元均输出容性无功或均输出感性无功。
3.如权利要求1所述的双极柔性直流输电系统的全站无功功率控制方法，其特征在于:所述两个换流单元均处于双极功率控制模式时，两极输出无功功率与两极直流电压的绝对值成正比，两换流单元输出无功功率的偏差范围在额定容量10%以内。
4.如权利要求1所述的双极柔性直流输电系统的全站无功功率控制方法，其特征在于:所述两个换流单元均处于双极功率控制模式时，两极输出无功功率与两极直流电压的绝对值成正比，具体方法是:两个换流单元均处于无功功率运行时，按照两极直流电压绝对值分配无功功率指令；两个换流单元一个处于无功功率控制，一个处于交流电压控制时，计算预测出总的无功功率，调整无功功率控制单元的指令，使所述无功功率等于全站无功功率* (无功功率控制极对应的直流电压绝对值/ (交流电压控制极对应的直流电压绝对值+无功功率控制极对应的直流电压绝对值))。
5.如权利要求1所述的双极柔性直流输电系统的全站无功功率控制方法，其特征在于:所述单极功率控制单元单独控制其输出无功功率，全站无功功率由双极功率控制单元来维持，具体方法是:处于双极控制的无功功率输出值等于全站无功功率值减去单极控制极输出无功功率值。
6.如权利要求1所述的一种双极柔性直流输电系统的全站无功功率控制方法，其特征在于:所述同时刻至多一个处于交流电压控制模式，具体实现方法是，两个换流单元通过极间通信实现两极控制模式相互校验，若其中一极单元要切换到交流电压控制模式，并检测到另一极单元处于交流电压控制模式时，须等另一极单元释放交流电压控制权后，该极单元才能切换到交流电压控制模式。
【文档编号】H02J3/18GK104300570SQ201410604310
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年10月31日 优先权日:2014年10月31日
【发明者】李钢, 董云龙, 卢宇, 汪楠楠, 王柯, 丁久东, 胡仙来 申请人:南京南瑞继保电气有限公司, 南京南瑞继保工程技术有限公司