基于附加有功信号的vsc-mtdc系统平衡控制系统及其方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及电力系统输电技术领域，具体设及一种基于附加有功信号的VSC-MTDC 系统平衡控制系统及其方法。
【背景技术】
[0002] 随着全控型大容量电力电子器件的问世，柔性直流输电技术在全世界范围内迅速 发展，基于电压源型换流器的多端直流输电系统(VSC-MTDC) W其输电容量大、可控性好、具 备动态无功补偿及改善电能质量等优点成为构建智能电网的重要组成部分，在大规模新型 能源中屯、（如风力、太阳能发电等)输送功率到远方几个负荷中屯、、向弱交流系统及负荷密 集的大城市甚至无源网络供电、不同区域的电力市场交易、孤立交流系统互联、大城市直流 电网多落点受电等领域具有广阔的应用前景。
[0003] 为维持VSC-MTDC系统的有功功率的平衡和直流电压的稳定，多端柔性直流系统中 同一时刻至少应有一个换流站采用直流电压的工作方式(DCVC)，电压下垂或者裕度控制时 直流电压由多个换流站共同维持。当定直流电压站交流侧发生故障等大的扰动后，交流电 压的跌落使得此站需要更大的电流W输出同样的有功功率W维持系统的平衡，但是由于限 流器的作用，定直流电压站可能会进入限流模式，导致直流系统有功功率的不平衡W致直 流电压失去控制。此时，若系统中定有功功率(APC)换流站仍按照预先设定的有功功率参考 值输出功率，则导致直流网络中的有功缺额得不到有效的支援，直流电压失去控制，最终造 成系统退出运行。
[0004] 近年来，国内外许多学者对VSC-MTDC系统中的直流电压控制问题进行了广泛研 究，并提出了多种控制策略。多点直流电压控制策略，在改善直流电压质量、提高换流器利 用率上具有明显优势;基于直流电压偏差的多点直流电压控制策略，该控制方式在无需通 信的情况下，可W保证在主控站退出运行后系统有功功率平衡和直流电压的稳定；改进的 直流电压偏差斜率控制策略，结合了偏差控制和斜率控制的优点，提高了系统动态响应能 力;基于直流电压-有功功率特性的多端控制策略，保证了在受到大扰动情况下系统的正常 运行;基于改进定有功功率控制特性的协调控制策略，有效解决了主导站过载时系统功率 不平衡及直流电压失稳问题。但是上述控制策略中均未考虑到定直流电压控制站因故障退 出运行或者失去直流电压控制能力的情况。
【发明内容】
[0005] 为解决现有技术存在的不足，本发明公开了基于附加有功信号的VSC-MTDC系统平 衡控制系统及其方法，本发明能够在考虑换流站过载及定有功功率换流站可调容量基础 上，在定有功功率(APC)控制器参考值上叠加由改进有功功率-直流电压特性曲线计算得到 的附加有功功率信号，实现定直流电压站故障期间有功功率的平衡及直流电压的稳定，具 有较好的稳定性。
[0006] 为实现上述目的，本发明的具体方案如下：
[0007] -种基于附加有功信号的VSC-MTDC系统平衡控制系统，包括：
[0008] 直流电压采样模块，其用于实时检测定直流电压换流站直流侧输出的直流电压， 并传送至减法器模块；
[0009] 所述减法器模块用于计算检测到的直流电压与定直流电压换流站直流侧输出的 直流电压最大值之间的电压差值，并传送至附加有功信号计算模块；
[0010] 所述附加有功信号计算模块用于根据电压差与定直流电压换流站整流方式下的 电压下降系数的比值，获取有功功率的附加值，并发送至定有功功率换流站控制器，叠加至 有功功率设定值，当无站间通讯时，通过VSC-MTDC系统中换流站平均承担有功功率的附加 值来补偿VSC-MTDC系统的不平衡功率，W维持定直流电压站的有功功率平衡及直流电压稳 定。
[0011] 所述直流电压采样模块为直流电压传感器。
[0012] -种基于附加有功信号的VSC-MTDC系统平衡控制方法，当VSC-MTDC系统发生扰动 或故障时，该方法包括：
[0013] 步骤(1):实时检测定直流电压换流站直流侧输出的直流电压，计算检测到的直流 电压与定直流电压换流站直流侧输出的直流电压最大值之间的电压差值；
[0014] 步骤(2):求取电压差与定直流电压换流站整流方式下的电压下降系数的比值，得 到有功功率的附加值；
[0015] 步骤(3):将获取的有功功率的附加值叠加到定有功功率换流站控制器的有功功 率设定值中，当无站间通讯时，通过VSC-MTDC系统中换流站平均承担有功功率的附加值来 补偿VSC-MTDC系统的不平衡功率，W维持定直流电压站的有功功率平衡及直流电压稳定。
[0016] 所述步骤(2)中定直流电压换流站整流方式下的电压下降系数由两部分组成，一 部分是VSC-MTDC系统正常运行情况下定直流电压换流站整流方式下的电压下降系数的四 分之一，另一附加部分与相应换流站可调功率裕度成反比关系。
[0017] 当定直流电压站因故障退出运行或者进入限流模式时，向VSC-MTDC系统注入或者 吸收的功率减小，导致VSC-MTDC系统有功功率不平衡，直流电压下降或者上升，此时，定有 功功率换流站采用增加或者减小向直流网络的有功注入量的方式来维持定直流电压站直 流侧输出的直流电压的稳定。
[0018] 考虑到换流站直流侧电容的耐压水平和线路电压的过电流水平，直流电压基准值 取IkV时，定直流电压站换流站直流侧的电压值极限值的标么值大于0. SkV且小于1.2kV。
[0019] 在所述步骤（1)中，定直流电压换流站直流侧输出的直流电压最大值引入预设裕 度值进行修正。
[0020] 当VSC-MTDC系统出现不平衡功率时，对于第n个换流站，直流电压波动量与有功功 率变化量之间关系为：
[0021] 直流电压波动量等于第n个换流站对应的直流电压下降系数与单个换流站承担的 不平衡功率的乘积;其中，n为大于等于1的正整数。
[0022] 本发明的有益效果为：
[0023] (1)本发明提出一种基于附加有功功率信号的VSC-MTDC系统平衡控制方法，通过 在APC换流站引入基于可调有功容量裕度的附加有功功率信号，实现定直流电压站故障期 间功率分配和直流电压控制，增强MTDC系统在故障期间的稳定运行能力；
[0024] (2)本发明提出的控制方法不需要站间通讯和模式切换且易于实现，考虑换流站 可调容量裕度条件下可有效防止参与有功功率调节的换流站过载;定有功功率换流站在定 直流电压站故障时检测本地直流电压，依据改进有功功率-直流电压特性按照各换流站的 可调有功功率裕度分配不平衡功率，计算得到附加有功功率信号并叠加到定功率控制器功 率设定值中，有效解决了定直流电压站故障时系统功率不平衡及直流电压失稳问题。
【附图说明】
[00巧]图1为VSC-MTDC系统结构示意图；
[00%]图2为VSC拓扑结构示意图；
[0027] 图3为MTDC系统直流网络电路；
[0028] 图4为改进有功功率-直流电压特性曲线；
[0029] 图5为有功功率附加信号计算框图；
[0030] 图6为外环有功功率控制器实现示意图；
[0031] 图7(a)为本发明在仿真（1)中各换流站直流电压波形示意图；
[0032] 图7(b)为本发明在仿真（1)中换流站2和3有功功率波形示意图；
[0033] 图7(c)为本发明在仿真（1)中换流站2和3有功附加信号波形示意图；
[0034] 图8(a)为本发明在仿真(2)中各换流站直流电压波形示意图；
[0035] 图8(b)为本发明在仿真(2)中换流站2和3有功功率波形示意图；
[0036] 图8(c)为本发明在仿真(2)中换流站2和3有功附加信号波形示意图；
[0037] 图9(a)为本发明在仿真(3)中各换流站直流电压波形示意图；
[0038] 图9(b)为本发明在仿真(3)中换流站2和3有功功率波形示意图；
[0039] 图9(c)为本发明在仿真(3)中换流站2和3有功附加信号波形示意图；
[0040] 图9(d)为本发明在仿真(3)中负荷减小时有功功率波形示意图；
[0041] 图9(e)为本发明在仿真(3)中负荷减小时直流电压波形示意图；
[0042] 图10为本发明的基于附加有功信号的VSC-MTDC系统平衡控制方法流程图。
【具体实施方式】
[0043] 下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明：
[0044] 本发明的基于附加有功信号的VSC-MTDC系统平衡控制系统，包括：
[0045] 直流电压采样模块，其用于实时检测定直流电压换流站直流侧输出的直流电压， 并传送至减法器模块；
[0046] 所述减法器模块用于计算检测到的直流电压与定直流电压换流站直流侧输出的 直流电压最大值之间的电压差值，并传送至附加有功信号计算模块；
[0047] 所述附加有功信号计算模块用于根据电压差与定直流电压换流站整流方式下的 电压下降系数的比值，获取有功功率的附加值，并发送至定有功功率换流站控制器，叠加至