混合直流输电功率协调控制方法、装置及计算机存储介质与流程

本发明涉及混合直流输电功率协调控制方法、装置及计算机存储介质。

背景技术：

常规特高压直流输电系统通常使用换相型换流器lcc，但是，换相型换流器lcc无法避免换相失败造成的系统传输功率中断。因此，目前混合直流输电系统的应用越来越广泛，一般情况下，逆变站使用电压源型换流器vsc或者使用lcc与vsc的组合，而且，其中的vsc部分均由至少两个vsc并联构成。例如：名称为《基于vsc与lcc混合的多点传输直流输电系统拓扑结构研究与特性分析》的论文公开了一种基于vsc与lcc混合的多点传输直流输电系统拓扑结构，即受端多落点混合直流输电系统，包括送端(即整流站)和受端(即逆变站)，受端包括lcc部分和vsc部分，其中，lcc部分和vsc部分耦合设置(即级联设置)，vsc部分包括至少两个并联设置的vsc。而送端由多个lcc构成，当然，送端还可以是其他的换流器拓扑结构。

电压源型换流器vsc无换相失败的缺陷，有功功率和无功功率可独立控制，无需配置交流滤波器。lcc与vsc的组合可以在一定程度预防换相失败和抑制换相失败导致的系统功率中断。但是，不管是包含有vsc的常规的直流输电系统还是包含有vsc的受端多落点混合直流输电系统，现有的控制方式均是稳态过程的控制，当系统处于暂态过程中时，比如有vsc投入到系统或者从系统中退出时，现有的控制方式就无法进行功率的可靠协调，造成系统功率波动。

技术实现要素：

本发明的目的是提供混合直流输电功率协调控制方法、装置及计算机存储介质，用以解决在有vsc投入到系统或者从系统中退出时，无法进行功率的可靠协调，造成系统功率波动的问题。

为实现上述目的，本发明的方案包括一种混合直流输电功率协调控制方法，包括以下步骤：

采集各vsc的直流电流参考值，计算所有vsc的直流电流参考值的和，得到总直流电流参考值；

计算给定的总直流电流指令值与所述总直流电流参考值的差值；

将所述差值经过pi调节后输出，得到输出值，所述输出值乘以各vsc对应的功率协调系数后得到各vsc的直流电流参考值；

根据各vsc的直流电流参考值对各vsc进行控制；

其中，当有vsc闭锁时，闭锁的vsc的功率协调系数下降为0，其他各正常运行的vsc的功率协调系数相等，且和为1；当有vsc投入时，投入的vsc的功率协调系数提升，提升至与其他各正常运行的vsc的功率协调系数相等，且所有运行的vsc的功率协调系数的和为1。

采集各vsc的直流电流参考值，得到总直流电流参考值，以给定的总直流电流指令值与总直流电流参考值的差值进行闭环控制，得到各vsc的直流电流参考值，能够实现功率可靠控制。而且，当有vsc闭锁，即退出时，或者有vsc投入时，相应调节各个vsc的功率协调系数，实现运行的各个vsc的功率协调系数相等，且和为1，通过上述功率协调方式能够使得在有vsc投入到系统或者从系统中退出等暂态过程中，能够进行功率的可靠协调，保证系统的功率稳定，避免在有vsc投入到系统或者从系统中退出时系统出现功率波动。

进一步地，为了实现vsc的直流电流参考值的稳定调节，所述当有vsc闭锁时和所述当有vsc投入时，各vsc的功率协调系数按照线性关系进行变化。

进一步地，为了实现vsc的直流电流参考值的稳定调节，所述各vsc的功率协调系数按照线性关系进行变化包括：vsc的功率协调系数的下降速率与下降完成时的功率协调系数与下降之前的功率协调系数的差值呈正比；vsc的功率协调系数的提升速率与提升完成时的功率协调系数与提升之前的功率协调系数的差值呈正比。

进一步地，为了避免各vsc的直流电流参考值超限，所述输出值乘以各vsc对应的功率协调系数后得到各vsc的直流电流参考值的实现过程中还包括对各vsc的直流电流参考值进行限幅处理的步骤。

本发明还提供一种混合直流输电功率协调控制装置，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器在执行所述计算机程序时实现的混合直流输电功率协调控制方法包括以下步骤：

采集各vsc的直流电流参考值，计算所有vsc的直流电流参考值的和，得到总直流电流参考值；

计算给定的总直流电流指令值与所述总直流电流参考值的差值；

将所述差值经过pi调节后输出，得到输出值，所述输出值乘以各vsc对应的功率协调系数后得到各vsc的直流电流参考值；

根据各vsc的直流电流参考值对各vsc进行控制；

其中，当有vsc闭锁时，闭锁的vsc的功率协调系数下降为0，其他各正常运行的vsc的功率协调系数相等，且和为1；当有vsc投入时，投入的vsc的功率协调系数提升，提升至与其他各正常运行的vsc的功率协调系数相等，且所有运行的vsc的功率协调系数的和为1。

采集各vsc的直流电流参考值，得到总直流电流参考值，以给定的总直流电流指令值与总直流电流参考值的差值进行闭环控制，得到各vsc的直流电流参考值，能够实现功率可靠控制。而且，当有vsc闭锁，即退出时，或者有vsc投入时，相应调节各个vsc的功率协调系数，实现运行的各个vsc的功率协调系数相等，且和为1，通过上述功率协调方式能够使得在有vsc投入到系统或者从系统中退出等暂态过程中，能够进行功率的可靠协调，保证系统的功率稳定，避免在有vsc投入到系统或者从系统中退出时系统出现功率波动。

进一步地，为了实现vsc的直流电流参考值的稳定调节，所述当有vsc闭锁时和所述当有vsc投入时，各vsc的功率协调系数按照线性关系进行变化。

进一步地，为了实现vsc的直流电流参考值的稳定调节，所述各vsc的功率协调系数按照线性关系进行变化包括：vsc的功率协调系数的下降速率与下降完成时的功率协调系数与下降之前的功率协调系数的差值呈正比；vsc的功率协调系数的提升速率与提升完成时的功率协调系数与提升之前的功率协调系数的差值呈正比。

本发明还提供一种计算机存储介质，所述计算机存储介质存储有混合直流输电功率协调控制方法的程序，所述混合直流输电功率协调控制方法的程序被至少一个处理器执行时实现的混合直流输电功率协调控制方法包括以下步骤：

采集各vsc的直流电流参考值，计算所有vsc的直流电流参考值的和，得到总直流电流参考值；

计算给定的总直流电流指令值与所述总直流电流参考值的差值；

将所述差值经过pi调节后输出，得到输出值，所述输出值乘以各vsc对应的功率协调系数后得到各vsc的直流电流参考值；

根据各vsc的直流电流参考值对各vsc进行控制；

其中，当有vsc闭锁时，闭锁的vsc的功率协调系数下降为0，其他各正常运行的vsc的功率协调系数相等，且和为1；当有vsc投入时，投入的vsc的功率协调系数提升，提升至与其他各正常运行的vsc的功率协调系数相等，且所有运行的vsc的功率协调系数的和为1。

采集各vsc的直流电流参考值，得到总直流电流参考值，以给定的总直流电流指令值与总直流电流参考值的差值进行闭环控制，得到各vsc的直流电流参考值，能够实现功率可靠控制。而且，当有vsc闭锁，即退出时，或者有vsc投入时，相应调节各个vsc的功率协调系数，实现运行的各个vsc的功率协调系数相等，且和为1，通过上述功率协调方式能够使得在有vsc投入到系统或者从系统中退出等暂态过程中，能够进行功率的可靠协调，保证系统的功率稳定，避免在有vsc投入到系统或者从系统中退出时系统出现功率波动。

进一步地，为了实现vsc的直流电流参考值的稳定调节，所述当有vsc闭锁时和所述当有vsc投入时，各vsc的功率协调系数按照线性关系进行变化。

进一步地，所述各vsc的功率协调系数按照线性关系进行变化包括：为了实现vsc的直流电流参考值的稳定调节，vsc的功率协调系数的下降速率与下降完成时的功率协调系数与下降之前的功率协调系数的差值呈正比；vsc的功率协调系数的提升速率与提升完成时的功率协调系数与提升之前的功率协调系数的差值呈正比。

附图说明

图1是本发明提供的混合直流输电系统的拓扑图；

图2是本发明提供的混合直流输电系统逆变站的主控框图；

图3是本发明提供的混合直流输电功率协调控制方法的控制原理图。

具体实施方式

混合直流输电功率协调控制方法实施例：

如图1所示，本实施例提供一种混合直流输电系统，该混合直流输电系统为特高压混合直流输电系统。该混合直流输电系统的整流站与常规特高压混合直流输电系统相同，包括两个lcc阀组，各lcc阀组由两个lcc(电网换相型换流器)构成；逆变站高端阀组为一个lcc阀组，包括两个lcc，低端为至少两个vsc(电压源型换流器)并联，本实施例中，vsc并联个数是3个。图1中，vsc的直流侧并联可控避雷器，acf为交流滤波器，dcf为直流滤波器。当然，本实施例只是通过图1所示的混合直流输电系统说明本发明提供的vsc功率控制方法。本发明的重点在于功率协调控制方法，并不局限于该功率协调控制方法具体适用的混合直流输电系统，即本发明并不局限于图1所示的混合直流输电系统的具体结构，不管直流输电系统做何种变形，只要直流输电系统中涉及vsc，本发明提供的功率协调控制方法都适用。

在送端为lcc，受端为lcc与多个vsc级联的特高压混合直流输电拓扑下。图2给出特高压混合直流输电系统逆变站的主控框图，而该特高压混合直流输电系统的整流站控制不是本发明的重点，并且可以采用常规的控制过程，在此不再描述。逆变站主控方案为：如图2所示，上层控制系统下发功率参考值pref、直流电流参考值iref(电流控制模式)和直流电压参考值udcref；p/u功能为功率参考值pref除以直流电压得到功率控制模式的直流电流参考值；电流限制功能包含过负荷限制、运行方式限制和故障限制，输出直流电流最大值。相对于常规特高压，vsc的过流和过压能力较弱，在不同运行方式下需要限制系统功率水平，因此新增了运行方式限制。电流指令综合功能收集上述三个功能作用输出的电流指令，并进行分析，向电流指令配合输出直流电流指令。电流指令配合功能用于协调整流站和逆变站的电流指令，防止逆变站在无故障情况下抢夺极电流控制权，造成系统振荡。电流指令配合功能比较接收到的直流电流指令以及整流站发送至逆变站的直流电流参考值ireffromrec，输出本极电流指令iord(即给定的总直流电流指令值)，并发送至高端lcc闭环控制器和vsc功率协调控制器。vsc功率协调控制器根据运行方式分配vsc功率，输出vsc直流电流参考值idcref；最后根据vsc直流电流参考值idcref对vsc进行控制，实现功率协调，由于根据vsc直流电流参考值idcref对vsc进行控制属于现有技术，比如可以采用如图2所示的外环控制和内环控制，外环控制接收vsc的直流电流参考值idcref，并进行数据处理，输出量给到内环控制，最终计算出vsc调制电压，以对vsc进行控制。图2中的idcref1为vsc1的直流电流参考值，idcref2为vsc2的直流电流参考值，idcref3为vsc3的直流电流参考值。

从上得出，vsc功率协调控制器根据给定的总直流电流指令值iord进行功率协调控制，最终输出各vsc的直流电流参考值idcref。那么，本发明提供的混合直流输电功率协调控制方法就是vsc功率协调控制器的功能作用加上根据vsc直流电流参考值idcref对vsc进行控制的步骤。当然，除了图2给出的过程之外，总直流电流指令值iord还可以有其他的给定方式，比如根据实际情况由上层控制系统直接给定。

以下重点对vsc功率协调控制器的功能作用，即根据给定的总直流电流指令值iord进行功率协调控制，输出vsc直流电流参考值idcref的过程进行说明。

图3是vsc功率协调控制原理图，vsc功率协调控制方案主要包括三个环节，分别是指令跟随环节、协调环节和限幅环节。指令跟随环节的实现过程为：采集各vsc的直流电流参考值idcref，即采集vsc1的直流电流参考值idcref1，vsc2的直流电流参考值idcref2，vsc3的直流电流参考值idcref3，计算所有vsc的直流电流参考值的和，得到总直流电流参考值，然后，计算给定的总直流电流指令值iord与上述得到的总直流电流参考值的差值，差值经过pi控制器调节后输出，得到输出值，pi控制器使得总直流电流参考值与给定的总直流电流指令值iord相等。协调环节输出各vsc对应的功率协调系数，pi控制器的输出值乘以对应的功率协调系数后得到对应vsc的直流电流参考值idcref，即对于第i个vsc，其对应的功率协调系数为ki，其对应的直流电流参考值为idcrefi，那么，pi控制器的输出值乘以功率协调系数ki后得到直流电流参考值idcrefi。当然，系统正常运行过程中，各vsc(当然，这些vsc是正常运行的vsc)的功率协调系数之和为1。

协调环节的原理为：当有vsc闭锁(即从系统中退出)时，闭锁的vsc的功率协调系数下降为0，当然，其他各正常运行的vsc的功率协调系数的变化情况是提升，且提升后，其他各正常运行的vsc的功率协调系数相等，且和为1；当有vsc投入时，投入的vsc的功率协调系数提升，提升至与其他各正常运行的vsc的功率协调系数相等，且所有运行的vsc的功率协调系数的和为1，这里，“所有运行”中的运行指的是投入中和正常运行，即所有运行的vsc为投入后的vsc加上其他各正常运行的vsc。

基于上述协调环节的原理，协调环节包括协调系数斜率发生器和斜率锁存器。斜率发生器的输入knowi满足下述公式：

knowi为第i个vsc的目标协调系数，knowi为上文中的功率协调系数ki。blki表示第i个vsc的解闭锁状态，blki＝0表示第i个vsc解锁，blki＝1表示第i个vsc闭锁。knowi由vsc的解闭锁状态决定，当第i个vsc闭锁时，该vsc的目标协调系数knowi＝0。当有a个vsc处于解锁状态时，即处于正常运行状态时，这a个vsc的目标协调系数均为1/a，比如：当有三个vsc处于解锁状态时，这三个vsc的目标协调系数均为1/3；当有两个vsc处于解锁状态时，这两个vsc的目标协调系数均为1/2。而且，在有a个vsc处于解锁状态的基础上，有b个vsc闭锁时，a＞b，那么，这b个闭锁的vsc的目标协调系数由1/a变成了0，而其他a-b个vsc的目标协调系数由1/a变成了1/(a-b)。在有a个vsc处于解锁状态的基础上，当有c个vsc投入时，运行的vsc的总数就变成了a+c，那么，这a+c个vsc的目标协调系数均为1/(a+c)，其中，这a个vsc的目标协调系数由1/a变成了1/(a+c)，这c个vsc的目标协调系数由0变成了1/(a+c)。

设定：kpasti为第i个vsc的历史协调系数，等于上一个程序执行周期的knowi，表示变化之前的功率协调系数，比如：下降之前的功率协调系数或者提升之前的功率协调系数；与kpasti相照应，knowi表示变化完成时的功率协调系数，比如：下降完成时的功率协调系数或者提升完成时的功率协调系数。如下式，n代表第n个程序执行周期，n-1代表第n-1个程序执行周期：

kpasti(n)＝knowi(n-1)

当第i个vsc的功率协调系数发生变化(下降或者提升)时，按照线性关系进行变化。第i个vsc的功率协调系数的下降速率与下降完成时的功率协调系数(knowi)与下降之前的功率协调系数(kpasti)的差值呈正比；第i个vsc的功率协调系数的提升速率与提升完成时的功率协调系数(knowi)与提升之前的功率协调系数(kpasti)的差值呈正比。进一步地，设定功率调整时间为tset，具体时间可由运行人员设定，则斜率发生器的变化速率，即功率协调系数的变化速率等于

另外，速率锁存器的锁存条件为knowi(n)≠knowi(n-1)，当knowi未再次刷新时，锁存当前变化速率，能够保证功率协调控制的可靠运行。

另外，限幅环节的功能是：对vsc的直流电流参考值idcref进行最大值和最小值限幅，防止超限，保证控制可靠性。

以图1中受端三个vsc阀组运行方式，且退出vsc1阀组为例说明vsc功率协调控制过程。初始时刻，三个vsc稳定运行，k1＝k2＝k3＝1/3。假设系统运行在额定功率，则iord＝1pu.，idcref1＝idcre2＝idcref3＝1/3pu.。控制系统收到vsc1的闭锁请求信号后，know1＝0，know2＝know3＝1/2，即k1由1/3变成了0，k2和k3由1/3变成了1/2。vsc1的斜率发生器的变化速率rate1＝1/3，vsc2和vsc3的斜率发生器的变化速率rate2和rate3＝1/6。k1将在1s内由1/3斜坡降至0，k2和k3将在相同的时间内由1/3升至1/2。那么，idcref1将由1/3pu.斜坡降至0，idcref2和idcref3在相同的时间内由1/3pu.升至1/2pu.，根据得到idcref1、idcref2和idcref3对对应的vsc进行控制，实现功率协调。

以上给出了具体的实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。本发明的基本思路在于上述基本方案，对本领域普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出各种变形的模型、公式、参数并不需要花费创造性劳动。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围内。

混合直流输电功率协调控制装置实施例：

本实施例提供一种混合直流输电功率协调控制装置，包括存储器、处理器以及存储在存储器中并可在处理器上运行的计算机程序，处理器在执行该计算机程序时实现混合直流输电功率协调控制方法实施例中的混合直流输电功率协调控制方法，具体不再赘述。

计算机存储介质实施例：

本实施例提供一种计算机存储介质，该计算机存储介质存储有混合直流输电功率协调控制方法的程序，该混合直流输电功率协调控制方法的程序被至少一个处理器执行时实现混合直流输电功率协调控制方法实施例中的混合直流输电功率协调控制方法，具体不再赘述。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

最后应当说明的是：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应当理解：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，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。