一种柔性环网控制器的有功功率控制方法及其控制系统与流程

本发明涉及柔性环网控制器的控制策略，具体涉及一种柔性环网控制器的有功功率控制方法及其控制系统。

背景技术：

柔性环网控制器为背靠背柔性直流，其控制系统结构对称，主要由内环电流控制器、外环功率控制器、锁相同步环节和触发脉冲生成环节等几个部分组成。其中，常用的外环控制器形式有：定直流电压控制、定有功功率控制、定无功功率控制、定交流电压控制等。外环控制器跟踪系统级控制器给定的参考信号。为了保持系统的有功功率平衡，系统必须有一侧换流站采用定直流电压控制，而另一侧换流站采用定有功功率控制。

在需要柔性环网控制器短时间内提升或者回降所连两端交流系统所传输的有功功率时，定功率侧换流站所接收的上级有功功率指令值pset发生变化，原始控制策略仅仅依靠定有功功率侧的换流站完成调节：一方面有功功率响应变化存在一定时延，另一方面有功功率变化会使直流电压产生较大波动，因此当柔性环网控制器需要提供有功功率支撑时，此种控制响应时延存在一定的弊端。

技术实现要素：

为解决上述现有技术中的不足，本发明的目的是提供一种柔性环网控制器的有功功率控制方法及其控制系统，本发明的方法是一种基于站间通讯的柔性环网控制器有功功率快速协调控制的方法。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

本发明提供一种柔性环网控制器的有功功率控制方法，其改进之处在于，所述方法包括下述步骤：

(1)定有功功率侧换流站生成有功电流参考值；

(2)定有功功率侧换流站的有功功率参考值由通讯光纤传输到对侧换流站，即定直流电压侧换流站；

(3)定直流电压侧换流站生成直流电压的参考信号udcref；

(4)定直流电压侧换流站的直流电压控制模块接收信号；

(5)定直流电压侧换流站生成正序d轴电流参考值

进一步地，所述步骤(1)中，定有功功率控制侧换流站的有功功率控制模块接收上级有功功率指令值pset，有功功率指令值pset和用于抑制低频振荡和实现紧急功率支援等目的调制有功信号pm通过有功功率调节环节，根据交流系统运行状态，生成有功功率参考值pref_opp，根据需要设计不同的有功指令调节环节及上下限值；外环有功功率控制器根据有功功率参考值pref_opp生成有功功率电流参考值；

在三相电网电压平衡条件下，取电网电压矢量us的方向为d轴方向，设计外环有功功率控制器，生成有功电流参考值；

其中：us、isd、p交流电压，有功电流和有功功率。

进一步地，所述步骤(3)中，定直流电压侧换流站的直流电压控制模块接收上级直流电压调度指令udcset，经过直流电压调节环节生成直流电压的参考信号udcref；根据需要设计不同的直流电压调节环节及上下限值。

进一步地，所述步骤(4)中，定直流电压侧换流站的直流电压控制器接收定有功功率侧换流站的有功电流参考值，，作为附加控制信号。

进一步地，所述步骤(5)中，直流电压的参考信号udcref经过外环直流电压控制器后产生的信号与附加控制信号相加，再经过限幅环节及变换环节，生成定直流电压侧换流站的正序d轴电流参考值

进一步地，采用定直流电压控制模式的换流器用于平衡直流系统有功和保持直流侧电压稳定；在忽略r和换流器损耗时，定直流电压控制模式的换流器交直流两侧的有功保持平衡，即：

稳态时：

当vsc交直流两侧的有功不平衡时，将引起直流电压的波动，此时有功电流则将向直流侧电容充电或放电，直至直流电压稳定在设定值；对于定直流电压控制的换流器而言，相当于一个有功平衡节点；在所设计的定直流电压控制器中，直流电压和直流电压指令偏差经pi 调节后作为有功电流的参考值

其中：us、isd、pdc、udc、idc分别交流电压，有功电流，直流功率，直流电压和直流电流。

本发明提供一种柔性环网控制器的有功功率控制方法的控制系统，其改进之处在于，所述控制系统包括依次进行通讯的定有功功率侧换流站和定直流电压侧换流站；

所述定有功功率控制侧换流站包括依次进行通讯的有功功率控制模块和外环有功功率控制器模块；有功功率控制模块用于接收上级有功功率指令值pset，有功功率参考值生成模块用于生成有功功率参考值pref；外环有功功率控制器模块根据有功功率参考值pref生成有功电流参考值；

所述定直流电压侧换流站包括直流电压控制模块；所述直流电压控制模块用于接收上级直流电压调度指令udcset；并生成直流电压的参考信号udcref。

与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有的优异效果是：

本发明提供了一种基于站间通讯采用在定直流电压侧换流站的直流电压控制器中引入定有功功率侧换流站的中间控制信号作为附加信号，实现对传输有功功率快速调节的协调控制方法，具有以下显著效果：

1.该方法利用站间通讯将定有功功率侧换流站根据有功功率指令值生成定直流电压控制侧换流站的直流电压控制器的附加信号，仿真结果表明该方法能将柔性环网控制器有功功率的调节时间缩减约30ms，明显提高控制响应速度。

2.该方法与一般控制策略把调控有功功率的任务由单一换流站承担所不同，其将有功功率调控任务由两个换流站共同承担，提高了控制的灵活性，增强了系统稳定运行的能力，提高了经济性和安全性。

3.该方法在直流电压控制器中引入了对侧有功功率指令值所生成的信号，使直流电压的控制也更加稳定，能有效平抑有功功率变化过程中直流电压的波动，将直流电压波动由±6％～±7％控制到±1％以内。

附图说明

图1是本发明提供的柔性环网控制器的有功功率控制方法的流程图；

图2是本发明提供的基于站间通讯定有功功率侧附加信号引入到定直流电压侧控制器逻辑图；

图3是本发明提供的有功功率控制的仿真结果图，其中：(a)上级有功功率指令值仿真结果；(b)直流电流仿真结果；(c)直流电压仿真结果；

图4是本发明提供的生成有功功率参考值的逻辑图；

图5是本发明提供的生成直流电压的参考信号的逻辑图；

图6是本发明提供的外环直流电压控制器的逻辑图；

图7是本发明提供的外环有功功率控制器的逻辑图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

以下描述和附图充分地示出本发明的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。其他实施方案可以包括结构的、逻辑的、电气的、过程的以及其他的改变。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的组件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。本发明的实施方案的范围包括权利要求书的整个范围，以及权利要求书的所有可获得的等同物。在本文中，本发明的这些实施方案可以被单独地或总地用术语“发明”来表示，这仅仅是为了方便，并且如果事实上公开了超过一个的发明，不是要自动地限制该应用的范围为任何单个发明或发明构思。

柔性环网控制器是两个电压源换流器以背靠背形式，联结到交流电网输电线路中，通过对交流系统有功、无功的独立控制，实现电磁环网解列、故障隔离、无功支撑等功能。

为了提高柔性环网控制器对有功功率的调控速度，本发明提供了一种基于站间通讯的快速有功功率控制方法，其流程图如图1所示，具体包括以下步骤：

步骤(1)：定有功功率控制侧换流站的有功功率控制模块接收上级有功功率指令值pset，有功功率指令值pset和用于抑制低频振荡和实现紧急功率支援等目的调制有功信号pm通过有功功率调节环节，根据交流系统运行状态，生成有功功率参考值pref，根据需要设计不同的有功指令调节环节及上下限值。基于站间通讯定有功功率侧附加信号引入到定直流电压侧控制器逻辑图如图2所示。外环有功功率控制器根据有功功率参考值pref生成有功电流参考值。外环有功功率控制器的逻辑图如图7所示。在三相电网电压平衡条件下，取电网电压矢量us的方向为d轴方向，设计外环有功功率控制器，生成有功电流参考值；生成有功功率参考值的逻辑图如图4所示：

其中：us、isd、p交流电压，有功电流和有功功率。有功功率控制的仿真结果图如图3所示，其中：(a)上级有功功率指令值仿真结果；(b)直流电流仿真结果；(c)直流电压仿真结果；

步骤(2)：定有功功率侧换流站将步骤(1)中的有功功率参考值由通讯光纤传输到对侧换流站，即定直流电压侧换流站。

步骤(3)：定直流电压侧换流站的直流电压控制模块接受直流电压调度指令udcset，经过直流电压调节环节生成直流电压的参考信号udcref。生成直流电压的参考信号的逻辑图如图5所示。

步骤(4)：定直流电压侧换流站的直流电压控制器接收步骤(2)中的，作为附加控制信号。外环直流电压控制器的逻辑图如图6所示。

步骤(5)：步骤(3)中的udcref经过有功功率控制器pi环节后产生的控制信号与步骤(4)中的附加控制信号相加，再经过限幅环节及变换环节，生成定直流电压侧的正序d轴电流参考值

采用定直流电压控制模式的换流器用于平衡直流系统有功和保持直流侧电压稳定；在忽略r和换流器损耗时，换流器交直流两侧的有功保持平衡，即：

稳态时：

当vsc交直流两侧的有功不平衡时，将引起直流电压的波动，此时有功电流则将向直流侧电容充电或放电，直至直流电压稳定在设定值；对于定直流电压控制的换流器而言，相当于一个有功平衡节点；在所设计的定直流电压控制器中，直流电压和直流电压指令偏差经pi调节后，与附加控制信号相加后，作为有功电流的参考值

本发明还提供一种柔性环网控制器的有功功率控制方法的控制系统，控制系统包括依次进行通讯的定有功功率侧换流站和定直流电压侧换流站；

定有功功率控制侧换流站包括依次进行通讯的有功功率控制模块和外环有功功率控制器模块；有功功率控制模块用于接收上级有功功率指令值pset，生成模块用于生成有功功率参考值pref；外环有功功率控制器模块根据有功功率参考值pref生成有功电流参考值。

定直流电压侧换流站包括依次通讯的直流电压控制模块(直流电压调节环节(即所述的 生成直流电压的参考模块)是直流电压控制模块的一个组成部分)；所述直流电压控制模块用于接收上级直流电压调度指令udcset；并生成直流电压的参考信号udcref；

本发明基于站间通讯采用在定直流电压侧换流站的直流电压控制器中引入定有功功率侧换流站产生的有功电流参考值作为附加信号的协调控制方法，进而实现传输有功功率的快速调节，仿真结果表明所需的调节时间可缩减至少约30ms。另一方面，在传输功率发生变化的过程中，原控制策略下直流电压产生的波动在±6％～±7％左右，新控制策略下直流电压的波动不会超过±1％。本发明提高了柔性环网控制器系统稳定运行的能力，降低了对设备的要求，提高了技术经济性和安全性。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。