用于多端柔直输电系统的改进协调控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及多端柔性直流输电领域，具体地，涉及一种用于多端柔直输电系统的 改进协调控制方法。
【背景技术】
[0002] 多端柔性直流输电系统是由多个基于电压源换流器（voltage source converter，VSC)的换流站及其相互连接的各直流输电线路所组成的高压直流输电系统，具 备常规直流输电系统远距离输电、潮流反转而电压极性不变等优点。并且，可以实现多电源 供电和多落点受电，是解决目前我国电网面临的风电等大规模可再生能源并网、远距离大 容量电能输送，以及输电走廊紧缺等问题的切实可行的技术手段之一。
[0003] 多端柔性直流输电系统安全运行除了在规划时要求必须满足N-I法则，即当任一 变流站因故障或检修退出运行时，剩余系统可以恢复功率平衡而继续稳定运行，且暂态过 电压不会超过设备绝缘裕度，还要求控制系统能够保证有效地控制系统的直流电压在系统 允许的运行区间内，其控制系统相对复杂，各换流站间需要通过协调控制来实现系统的功 率平衡。多端系统协调控制的关键在于直流电压的控制，类似于交流电网中的频率控制。
[0004] 目前柔性直流输电系统直流电压控制方法有主从控制、直流电压裕度控制以及直 流电压下垂控制等，其中主从控制以容量最大的换流站作为主站，控制系统直流电压，从站 控制直流网络传输功率，从站退出系统仍然可以继续运行，但主站退出则系统停运。主从控 制结构简单，便于实现，但对高层控制有较大依赖，且对通讯的速度和准确性要求较高，适 用于要求高速通讯的背靠背的多端直流型电压源换流器（voltage source converter based multi terminal dc，VSC_MTDC)系统。直流电压裕度控制无需站间通讯，在直流电压 控制换流站由于故障退出运行后，后备直流电压控制站检测到直流电压偏差而自动切换为 直流电压控制模式。但控制器设计比较复杂，担任直流电压控制的换流站承担的功率调节 范围较大、容易越限，并且当多端直流系统用于远距离输电时，直流线路的电压降落以及线 路功率损耗会对电压裕度控制的精度带来较大影响。当直流网络中各站容量相当时，通常 采用电压下垂控制，暂态过程中，当定电压站检测直流电压超过一定阈值后，可切换为定功 率站，系统中定功率站根据直流电压数值自动调整功率传输值，帮助稳定系统电压，且对通 讯要求较低，系统正常稳态运行时不需要上层控制器协调整定值，网络中的功率变化可以 分摊到多个换流站，适用于结构简单、功率频繁波动的多端直流输电系统，例如含风电接入 的MTDC系统等。
[0005] 经对现有技术文献的检索发现，阎发友等人在中国电机工程学报上所发表的"基 于MMC的多端柔性直流输电系统改进下垂控制策略"，为了维持VSC-MTDC直流电压稳定及整 个网络功率平衡的站间协调，提出一种改进直流电压下垂控制策略，引入公共直流电压，参 与定功率站下垂控制，提高系统故障穿越能力，设第m个换流站发生事故或由于检修需退出 运行，考虑所有换流站容量相等，则其它m-1个正常工作换流站将平均承担退出换流站造成 的功率缺额;而当换流站容量不同时，正常运行换流站所分担的功率缺额与其容量成正比。 但文章仅考虑了单站故障退出运行的情况。而多端系统实际运行过程中，不会仅存在单站 故障退出运行情况，甚至会出现系统定电压站全部退出的极端故障工况。
【发明内容】
[0006] 针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种用于多端柔直输电系统的改进 协调控制方法。
[0007] 根据本发明提供的用于多端柔直输电系统的改进协调控制方法，包括如下步骤：
[0008] 步骤1:构建基于多个换流站的直流输电系统，并根据下垂系数分配换流站的传输 功率，设置直流输电系统中同时有两个定电压站处于工作状态，实现各个换流站之间的功 率平衡；
[0009] 步骤2:根据直流输电系统允许运行的最大、最小直流电压设计平滑切换方法； [0010]步骤3:在定功率站的电压下垂控制器中应用反步法，减小多端系统中定电压站退 出后，定功率控制站转换为定电压控制时直流输电系统的电压波动。
[0011] 优选地，所述步骤1包括:对定电压控制站设置电流调节器输出限幅，实现定电压 控制和定功率控制的平滑切换;具体地，当定功率站检测到直流电压超过设定阈值，则将定 功率控制转换为带下垂特性的定电压控制。
[0012] 优选地，所述步骤2包括：在Max-Min控制环节增加切换标志位，即利用切换标志 Fmax和Fmin动态设置电压控制器和功率控制器中积分环节输出幅值，其中Fmax、F min表示切换 标志，即利用积分环节的慢变特性来避免暂态控制模式频繁切换;具体地，包括：
[0013] 步骤2.1:当第i个换流站的直流电压反馈值Ei，其中i = l，2,3,在正常运行范围 内，即：Edc_max>Ei>Edc_min时，Edc_max表不直流输电系统允许运行的最大电压值，Edc_min表不直 流输电系统允许运行的最小电压值，经Max-Min环节最终输出d轴电流给定值idrrfi，即为功 率控制器输出，此时设置标志位F max和Fmin均为0;
[0014] 步骤2.2:当第i个换流站的直流电压反馈值EOEdc^aJ寸，设置Fmax为1，利用F max=I 标志设置功率控制器中积分环节快速增加至正饱和限值，使得第一电压控制器输出的idrefl 为1;当直流电压下降，且功率恢复至给定值Pref以下，功率控制器中积分环节再开始反向积 分，则由Min环节切换回功率控制器输出，利用积分环节的慢变特性避免第一电压控制器和 功率控制器间的频繁切换；
[0015] 步骤2.3:当直流电压反馈值ΕΧΕ?η时，设置Fmin为1，利用Fmin = 1标志设置功率 控制器中积分环节快速减小至负饱和限值，使得第二电压控制器输出的idrefiSl;当直流电 压下降，且功率恢复至给定值P ref以下，功率控制器中积分环节再开始反向积分，则由Min环 节切换回功率控制器输出，利用积分环节的慢变特性避免第二电压控制器和功率控制器间 的频繁切换。
[0016] 优选地，所述步骤3中的反步法包括：
[0017] 1)基于变流器同步旋转d-q坐标系下，建立数学模型公式（1)，
[0018]
(I)
[0019] 其中，d轴定向在电网电压矢量上，即q轴电压Esq = O，Ed。为直流电压，Id。为直流电 流，Id、1<!分别为变流器输出电流的d、q轴分量，即系统有功和无功电流，Ucd、U cq分别表示变 流器交流侧d、q轴电压，C为换流器直流侧等效电容，Uq、R分别为变流器交流等效输入电感 和电阻，E sd表示电网电压d轴分量，ω表示电网角频率，t表示时间；
[0020] 将变流器数学模型直流电压控制部分重写如下：
[0021]
[0022] 第一系数，数值为4表示第一状态变量导数，4表示为第二状态变量导数，ω表示电 2C 网角频率，T表示第一输入项，数值为，b表示第二系数，R表示电阻，^表示第一状态变 量，数值为Ed。，X2表示第二状态变量，数值为Id，X3表示第三状态变量，数值为I q，!^表示第二 输入项，数值为
[0023]按照反步法理论，考虑X1子系统，定义直流电压Ed。的跟踪误差为Z1，则：
[0024] Zl = Xlref-Xl (3)
[0025] 式中：Xlref表示第一状态变量参考值；
[0026] 选取正定L