一种LCC换流站的直流功率调制方法及装置与流程

本发明涉及一种功率调制方法及装置，具体涉及一种lcc换流站的直流功率调制方法及装置。

背景技术：

现有lcc换流站的运行都是依据调度计划进行功率切换操作，切换时间尺度较大，且幅度较小，目的都是减小由于直流功率的波动对交流系统稳定的影响。目前由于大规模新能源的快速发展，lcc直流输电方式有可能成为新能源发电集中外送的有效方案，在系统稳定的前提下为了使lcc尽可能多的传送新能源，有必要对lcc换流站的有功功率给定值的计算方法展开研究。

技术实现要素：

为了满足现有技术的需求，本发明提供了一种lcc换流站的直流功率调制方法及装置，实现了大规模新能源采用lcc-hvdc进行并网远距离外送时，新能源电力的外送最大化。

本发明的技术方案是：

一种lcc换流站的功率调控方法，所述方法包括下述步骤：

根据预先建立的下垂控制偏差模型计算下垂控制偏差；

比较所述下垂控制偏差与预设触发阀值的大小；

当所述下垂控制偏差大于或等于所述预设触发阀值时，通过调节定电流参数值修正下垂控制偏差；并对修正后的下垂控制偏差进行跟随，直到小于预设关断阀值。

优选的，所述下垂控制偏差模型根据预先构建的直流系统模型得到，所述直流系统模型如下式所示：

其中，pt表示机组的输入功率，pg表示机组的输出功率，δpl表示负荷扰动引起的机组出力增量，wk表示机组动能，t为时间，d为频率。

优选的，所述下垂控制偏差模型如下式：

其中，δf为直流系统实时频率与额定工频的偏差，pg表示机组的输出功率，将直流系统考虑为负荷，此时有pg＝pdc即机组出力与直流系统功率相匹配，pdc为直流系统功率，r为机组调差系数；f⁽⁰⁾为直流系统额定工频，f表示直流系统实时频率，为直流系统功率参考值。

进一步地，当所述下垂控制偏差e＝0时，通过下式确定直流系统功率pdc：

其中，r为机组调差系数，若β＜0，则直流输电功率pdc随着f增大而增大。

优选的，所述方法还包括：

当所述下垂控制偏差小于所述预设触发阀值时，在预设周期内结合当日气候、温度和送端系统运行状态对所述下垂控制偏差模型中的直流传输功率参考值进行更新。

优选的，所述通过调节定电流参数值修正下垂控制偏差，包括：

确定定电流参数值与直流系统功率的比例关系；

根据所述比例关系逐步调节定电流参数值，以控制直流系统功率，使得下垂控制偏差减小，直至控制偏差与触发阀值的差值为零。

进一步地，通过下式确定所述定电流参数值与直流系统功率的比例关系：

pdc＝kid(4)

式中，直流输电功率pdc与定电流参数值id成正比，k为比例系数。

进一步地，通过下式确定定电流参数值id：

其中，f⁽⁰⁾为额定工频，f表示直流系统实时频率，为直流系统功率参考值，若β＜0，则直流输电功率pdc随着f增大而增大，r为机组调差系数。

优选的，所述对修正后的垂控制偏差进行跟随，直到小于预设关断阀值，包括：

在触发延迟时间t0内，对修正后的下垂控制偏差进行实时监控，待系统稳定后，重新计算下垂控制偏差，并判断所述垂控制偏差是否小于预设关断阀值；

若是，则跟随结束；

若否，则通过调节定电流参数值修正下垂控制偏差。

一种lcc换流站的功率调控装置，所述装置包括：

计算模块：用于根据预先建立的下垂控制偏差模型计算下垂控制偏差；

比较模块，用于比较所述下垂控制偏差与预设触发阀值的大小；

修正模块，用于当下垂控制偏差大于或等于所述触发阀值时，通过调节定电流参数值修正下垂控制偏差；

跟随模块，用于对修正后的下垂控制偏差进行跟随，直到小于关断阀值。

优选的，所述装置还包括：

构建模块，用于根据预先建立的直流电系统模型构建下垂控制偏差模型；所述直流系统模型如下式所示：

其中，pt表示机组的输入功率，pg表示机组的输出功率，δpl表示负荷扰动引起的机组出力增量，wk表示机组动能，t为时间，d为频率。

优选的，所述装置还包括：

更新模块，用于当下垂控制偏差小于所述触发阀值时，在预设周期内结合当日气候、温度和送端系统运行状态对所述下垂控制偏差模型中的直流传输功率参考值进行更新。

优选的，所述修正模块包括：

比例关系确定单元，用于确定所述定电流参数值与直流系统功率的比例关系；

控制单元，用于根据所述比例关系逐步调节定电流参数值，以控制直流系统功率，使得下垂控制偏差减小，直至控制偏差与触发阀值的差值为零。

优选的，所述跟随模块包括：

监控单元，用于在触发延迟时间t0内，对修正后的下垂控制偏差进行实时监控；

迭代单元，用于待系统稳定后，重新计算下垂控制偏差；

判定单元，用于判断所述垂控制偏差是否小于关断阀值；若是，则跟随结束；若否，则通过调节定电流参数值修正下垂控制偏差。

与最接近的现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提供的一种lcc换流站的直流功率调制方法及装置，基于下垂控制偏差理论，将控制方法运用于直流输电定电流控制器中。具体根据预先建立的直流电系统模型构建下垂控制偏差模型；根据下垂控制偏差模型计算下垂控制偏差；该方法计算的控制偏差数值，充分考虑了送端系统耐受能力、系统静态特性以及触发阀值和关断阀值、延迟时间，实时监测等值风电场风速、光伏电站的辐照度，直流输电系统换流母线电压频率和直流传输功率。

比较下垂控制偏差与触发阀值的大小，当所述下垂控制偏差大于或等于所述触发阀值时，通过调节定电流参数值修正下垂控制偏差；并对修正后的下垂控制偏差进行跟随，直到小于关断阀值，则跟随结束。通过改变定电流参数值将控制偏差，实现换流站直流传输功率参考值的获取，在不增加投资成本的前提下实现了新能源发电集中外送的最大化。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明。

图1：本发明实施例中lcc换流站的直流功率调制方法流程图；

图2：本发明实施例中触发延迟下的下垂控制偏差曲线示意图；

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。

本发明提出一种lcc换流站的直流功率调制方法及装置。

直流功率调制(dcpowermodulation，dcm)，是指为了提高系统暂态稳定性和动态稳定性，将附加直流调制器加入到直流控制系统中，并从交流系统中读取系统电信号，通过调整直流传输功率的方式快速吸收或补偿其所连接的交流系统的功率过剩或缺额。dcm根据调制幅度的不同，可以划分为大方式调制和小方式调制。

本发明基于下垂控制偏差理论，将控制方法运用于直流输电定电流控制器中，根据送端系统耐受能力、系统静态特性确定控制偏差的计算公式及确定触发阀值和关断阀值、延迟时间，实时监测等值风电场风速、光伏电站的辐照度，直流输电系统换流母线电压频率和直流传输功率，计算控制偏差数值，通过改变定电流参数值将控制偏差，实现换流站功率给定值的计算。如图2所示，具体包括：

(1)根据预先建立的直流电系统模型构建下垂控制偏差模型；

直流系统模型如下式所示：

其中，pt表示机组的输入功率，pg表示机组的输出功率，δpl表示负荷扰动引起的机组出力增量，wk表示机组动能，t为时间，d为频率。

(2)根据下垂控制偏差模型计算下垂控制偏差；所述下垂控制偏差用于表示系统功率和频率的不平衡度；

其中，下垂控制偏差模型如下式：

上式中，δf为直流系统实时频率与额定工频的偏差，pg表示机组的输出功率，将直流系统考虑为负荷，此时有pg＝pdc即机组出力与直流系统功率相匹配，pdc为直流系统功率，δpg为机组的输出功率变化量，δpdc为直流系统功率变化量；r为机组调差系数；f⁽⁰⁾为直流系统额定工频，f表示直流系统实时频率，为直流系统功率参考值。

(3)比较下垂控制偏差与触发阀值的大小，当所述下垂控制偏差大于或等于所述触发阀值时，通过调节定电流参数值修正下垂控制偏差；并对修正后的下垂控制偏差进行跟随，直到小于关断阀值，则跟随结束；其中，触发阀值和关断阀值预先设定。

比较下垂控制偏差与所述触发阀值的大小，还包括：当下垂控制偏差小于所述触发阀值时，在一定周期内结合当日气候、温度和送端系统运行状态对所述直流传输功率参考值进行更新。

当下垂控制偏差e＝0时，通过下式确定直流系统功率pdc：

其中，r为机组调差系数，若β＜0，则直流输电功率pdc随着f增大而增大。

通过调节定电流参数值修正下垂控制偏差包括：确定定电流参数值与直流系统功率的比例关系，逐步调节定电流参数值，以控制直流系统功率，使得下垂控制偏差减小，直至控制偏差与触发阀值的差值为零。

通过下式确定所述定电流参数值与直流系统功率的比例关系：

pdc＝kid(4)

式中，直流输电功率pdc与定电流参数值id成正比，k为比例系数。

通过下式确定定电流参数值id：

其中，f⁽⁰⁾为额定工频，f表示直流系统实时频率，为直流系统功率参考值，若β＜0，则直流输电功率pdc随着f增大而增大，r为机组调差系数。

当下垂控制偏差大于触发阀值时，自动向换流站发送下垂控制偏差调控指令，换流站根据下垂控制偏差调控指令，对修正后的垂控制偏差进行跟随；具体包括：在触发延迟时间t0内，对修正后的下垂控制偏差进行实时监控，待系统稳定后，重新计算下垂控制偏差，并判断所述垂控制偏差是否小于关断阀值；若是，则跟随结束；若否，则通过调节定电流参数值修正下垂控制偏差。

实施例：在电力系统中，当机组输入的功率与负荷要求的功率不匹配时，为了保持功率平衡，机组的动能会发生改变(忽略机组内部损耗)，即：

其中，pti代表第i台机组的输入功率，pgi代表第i台机组的输出功率，i∈[1,2,...m]，m表示机组数量；δpl代表由于负荷变动导致发电机输出功率的增量，wki代表机组的动能。

以风电为例，若将送端系统的风电机组考虑为具有虚拟惯量的等值机组，当孤岛系统受到风速扰动时，由于风电机组转换风能和实际电磁功率的不平衡，将造成送端系统的频率变化。在式(6)中，由于将风电场等效为一台原动机和一台发电机，可将其改写为：

将直流系统考虑为负荷，此时有pg＝pdc即机组出力与直流系统功率相匹配。在稳态时，可以忽略扰动带来的机组出力增量δpl，只考虑频率变化引起的出力差异。根据发电机组的功率-频率特性，即下垂特性。可得：

δpg+βδf＝0(8)

其中是机组调差系数r的倒数。

但在非稳态时，由式(7)知，机组动能变化不可忽略，式(8)并不成立。由于直流功率几乎不受频率影响，此时定义下垂控制偏差

其中，是当前运行状态下附近一个可以稳定运行的点，f⁽⁰⁾一般可取额定工频，作为直流系统功率参考值，可以根据当日气候、季节及实际运行状态修正。δpg为机组的输出功率变化量，δpdc为直流系统功率变化量。

通过式(9)可知，下垂控制偏差e的大小实际反应了系统功率及频率的不平衡度。可以通过定电流参数调节直流系统功率，从而减小下垂控制偏差。若此时令e＝0即

上式中由于β＜0，可知当f增大时pdc也增大，故此时若系统频率上升，直流传输功率也因之上升，可以降低由功率不平衡导致的频率变化。

由于直流输电功率在一定范围内与定电流参数值成正比，即

pdc＝kid(11)

在系统运行过程当中，系统运行工况发生改变，导致控制偏差e的值高于或低于阀值时，由式(10-11)控制id从而改变送端系统的运行状态。此时有

在实际运行的过程当中，由于控制装置的动作及信号传递均有一定延迟，直流功率的调制无法瞬时完成，因此当控制偏差大于触发阀值时发出信号，换流站接到控制偏差的调整指令，直流功率在调制结束后控制偏差会依然存在，并且由于风速变化是一个持续而不规则的过程，此时需要在一定时间内对控制偏差进行跟随，当系统稳定后若控制偏差小于关断阀值则退出跟随，如图2所示。

图2中曲线为控制偏差曲线。当t＝t1时，控制偏差大于触发阀值emax，向换流站发出指令并开始跟随，保持跟随触发延迟t0后，直到小于关断阀值emax时退出跟随，即系统在t1＜t＜t2时处于跟随状态，在t＝t2时退出跟随。

同样，若风速能够长期维持稳定或较小幅度改变，依然需要通过一定的周期对直流传输功率参考值进行更新，以适应因昼夜和气候变化等因素影响，并减小设备在特定的短时间内频繁改变运行工况带来的负面影响。

基于同一发明构思，本发明还提供10、一种基于下垂控制的lcc换流站的功率调控装置，其特征在于，所述装置包括：

构建模块，用于根据预先建立的直流电系统模型构建下垂控制偏差模型；

计算模块：用于根据下垂控制偏差模型计算下垂控制偏差；

比较模块，用于比较所述下垂控制偏差与所述触发阀值的大小；

修正模块，用于当下垂控制偏差大于或等于所述触发阀值时，通过调节定电流参数值修正下垂控制偏差；

跟随模块，用于对修正后的下垂控制偏差进行跟随，直到小于关断阀值，则跟随结束。

其中，所述修正模块，包括更新单元、比例关系确定单元和控制单元；

更新单元，用于当下垂控制偏差小于所述触发阀值时，在一定周期内结合当日气候、温度和送端系统运行状态对所述直流传输功率参考值进行更新。

比例关系确定单元，用于通过下式确定所述定电流参数值与直流系统功率的比例关系：

pdc＝kid

控制单元，用于逐步调节定电流参数值，以控制直流系统功率，使得下垂控制偏差减小，直至控制偏差与触发阀值的差值为零。

跟随模块包括：

监控单元，用于在触发延迟时间t0内，对修正后的下垂控制偏差进行实时监控；

迭代单元，用于待系统稳定后，重新计算下垂控制偏差；

判定单元，用于判断所述垂控制偏差是否小于关断阀值；若是，则跟随结束；若否，则通过调节定电流参数值修正下垂控制偏差。

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。