一种基于V‑I曲线的多端柔性直流输电系统功率分配方法与流程

本发明涉及一种多端柔性直流输电系统功率分配方法。

背景技术：

多端柔性直流输电系统由3个或3个以上的换流站及连接换流站之间的高压直流输电线路组成。它与交流系统有3个或3个以上的连接端口，能够实现多个电源区域向多个负荷中心供电，比采用多个两端直流输电系统更为经济。多端直流输电系统中的换流站既可作为整流站运行，也可作为逆变站运行，运行方式更加灵活，能够充分发挥直流输电的经济性和灵活性。它可以给无源网络供电，适合风能、太阳能发电的可靠输出；可以实现新能源电力与一次能源电力的互联，构成多种类、多运行状态的灵活电力系统。多端柔性直流输电系统是通过换流站的控制方法实现换流站之间的功率分配，以解决可再生能源分布散乱的问题。

换流站的功率控制方法主要有主从控制、裕度控制和下垂控制，以及它们之间的组合控制。其中主从控制对通讯的要求较高，由上层控制器对每个换流站发送功率分配指令；裕度控制是直流电压在某个换流站的电压裕度范围内，该换流站的直流电流保持不变，超过其裕度范围则该换流站的直流电压保持不变、而直流电流变化；各个换流站的直流电压裕度范围不重叠，直流电压值相当于功率分配指令，克服了主从控制对通讯依赖性高的缺点。但裕度控制中随着换流站端数的增多，电压裕度值的选取与换流站的匹配极为困难；其应用受到限制。下垂控制则是功率分配换流站，检测电压的变化量，再按设定的直流电压和直流电流的关系控制曲线，实现对直流电流的控制，进行功率分配；另一个换流站则进行定电压控制，其余的换流站进行定功率控制，不参与功率分配。该方法的动态响应速度快，不需要考虑换流站之间的通信。但是只有功率分配换流站和定电压控制换流站参与功率分配，并且定电压控制换流站的功率调节能力小，系统的不平衡功率主要由功率分配换流站吸收，对功率分配换流站的功率及其功率调节能力要求高。难以用于不平衡功率大的多端柔性直流输电系统。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种基于v-i曲线的多端柔性直流输电系统功率分配方法，该方法对换流站的功率调节能力要求低，适用于不平衡功率大的多端柔性直流输电系统；且系统的稳定性好，抗干扰能力强。

本发明为实现其发明目的所采用的技术方案为：一种基于v-i曲线的多端柔性直流输电系统功率分配方法，包括同时进行的定斜率下垂功率分配和变斜率下垂功率分配，其中：

所述的定斜率下垂分配的操作是：

a1、数据测量

选择系统中稳定性要求低的一个换流站作为定斜率换流站s0，所述的定斜率换流站s0检测并采集其直流出口处的直流电压v0和直流电流i0；

a2、电压偏差率的获取

计算出定斜率换流站s0直流出口处的电压偏差率ve0，其中v为系统的额定电压值，|·|为绝对值运算；

a3、电流控制值计算

计算得出定斜率换流站s0的输出电流控制值ip，

其中，k0为定下垂系数，当电压偏差率ve0大于5％时，取值为0.83；当电压偏差率ve0小于等于5％时，其取值为2；

a4、定斜率下垂功率分配

控制器控制定斜率换流站s0的输出电流为定斜率换流站的电流控制值ip；

a5、循环

重复a1到a4的操作即实现系统的定斜率下垂功率分配；

所述的变斜率下垂分配的操作是：

b1、数据测量

系统中除定斜率换流站s0之外的换流站均为变斜率换流站si，其中i为变斜率换流站在系统中的编号，i＝1,2,3,；变斜率换流站si检测并采集其直流出口处的直流电压vi和直流电流ii；

b2、下垂斜率计算

计算出变斜率换流站si直流出口处的电压偏差率vei，

变斜率换流站si下垂系数ki的确定：当电压偏差率vei小于等于5％时，下垂系数ki为无穷大；当电压偏差率vei大于5％时，下垂系数ki由下式得出：其中i为系统的额定电流值；

b3、电流控制值计算

变斜率换流站si的输出电流控制值iqi由下式得出，

b4、变下垂系数的功率分配

变斜率换流站si的控制器控制变斜率换流站si的输出电流为变斜率换流站si的电流控制值iqi；

b5、循环

重复b1到b4的操作即实现系统的变斜率下垂功率分配。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

一、本发明各个换流站均通过对直流侧的电压、电流数据进行采集，再按各自设置的电压和电流控制关系，控制换流站的输出电流，以调节换流站的直流侧输出功率。控制过程计算简单，直接将直流电压的变化表现在对换流站直流电流的控制环节，对系统不平衡功率的响应速度快。

二、当电压偏差率小于等于5％时，变斜率换流站的下垂系数为无穷大，即此段v-i曲线是一条垂线，输出电流保持恒定，也即变斜率换流站不参与功率调节，变斜率换流站抗干扰能力强，系统运行稳定；此时，定斜率换流站下垂系数为2，定斜率换流站输出电流变化较小，系统运行稳定的同时，也能有效的、快速的分配系统中的不平衡功率。

三、当电压偏差率大于5％时，定斜率换流站以0.83的下垂系数进行较大输出电流变化的功率分配；变斜率换流站以设定的v-i曲线进行输出电流变化的功率分配，换流站参与调节的个数和调节深度与系统的不平衡功率成正相关，当系统不平衡功率很大时，所有换流站均参与调节，因此本发明对系统的不平衡功率调节能力强，适用于不平衡功率大的多端柔性直流输电系统，并且由于参与调节的是所有换流站，对单个换流站的容量和调节能力要求低，降低了系统的购置和运营成本，易于推广。

总之，本发明根据系统不平衡功率大小自适应的调节下垂斜率，实现系统不平衡功率的快速分配，兼顾了系统抗干扰能力和功率分配快速性，提高了直流网络电压质量。

附图说明

图1为实施案例中四端系统整体结构图

图2为实施案例中工况1)中功率分配图

图3为实施案例中工况2)中功率分配图

图4为实施案例中工况3)中功率分配图

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明做进一步的详细说明。

实施例

本发明的一种具体实施方式是，一种基于v-i曲线的多端柔性直流输电系统功率分配方法，包括同时进行的定斜率下垂功率分配和变斜率下垂功率分配，其中：

所述的定斜率下垂分配的操作是：

a1、数据测量

选择系统中稳定性要求低的一个换流站作为定斜率换流站s0，所述的定斜率换流站s0检测并采集其直流出口处的直流电压v0和直流电流i0；

a2、电压偏差率的获取

计算出定斜率换流站s0直流出口处的电压偏差率ve0，其中v为系统的额定电压值，|·|为绝对值运算；

a3、电流控制值计算

计算得出定斜率换流站s0的输出电流控制值ip，

其中，k0为定下垂系数，当电压偏差率ve0大于5％时，取值为0.83；当电压偏差率ve0小于等于5％时，其取值为2；

a4、定斜率下垂功率分配

控制器控制定斜率换流站s0的输出电流为定斜率换流站的电流控制值ip；

a5、循环

重复a1到a4的操作即实现系统的定斜率下垂功率分配；

所述的变斜率下垂分配的操作是：

b1、数据测量

系统中除定斜率换流站s0之外的换流站均为变斜率换流站si，其中i为变斜率换流站在系统中的编号，i＝1,2,3,；变斜率换流站si检测并采集其直流出口处的直流电压vi和直流电流ii；

b2、下垂斜率计算

计算出变斜率换流站si直流出口处的电压偏差率vei，

变斜率换流站si下垂系数ki的确定：当电压偏差率vei小于等于5％时，下垂系数ki为无穷大；当电压偏差率vei大于5％时，下垂系数ki由下式得出：其中i为系统的额定电流值；

b3、电流控制值计算

变斜率换流站si的输出电流控制值iqi由下式得出，

b4、变下垂系数的功率分配

变斜率换流站si的控制器控制变斜率换流站si的输出电流为变斜率换流站si的电流控制值iqi；

b5、循环

重复b1到b4的操作即实现系统的变斜率下垂功率分配。

仿真实验

仿真实验时换流站s0为定斜率换流站；s1、s2、s3为变斜率换流站。系统的具体仿真参数如表1所示，换流站s1和换流站s3工作在整流状态，给系统输入功率；换流站s2和换流站s0工作在逆变状态，从系统吸收功率；四个换流站的系统参数相同。

表1四端柔性直流输电系统参数

本发明通过仿真三种不同的工况，验证多端系统控制方法的正确性。

1)对变斜率换流站s3发生小的扰动进行仿真实验，仿真实验中，在2秒时变斜率换流站s3的直流电流参考值从初始值0.1ka变成0.135ka，总的输入有功功率增大，直流线路电压偏差率小于5％，故只有定斜率换流站s0参与功率调节达到新的平衡状态；

2)对变斜率换流站s3发生潮流反转进行仿真实验，仿真实验中，在2秒时变斜率换流站s3的直流电流参考值从初始值0.1ka变成-0.1ka，直流电流方向从交流系统流向直流输电线路变为从直流输电线路流入交流系统；变斜率换流站s3从给系统输入功率状态变为从系统吸收功率状态，此刻，总的输入功率不等于总的输出功率，其直流线路电压偏差率大于5％，通过定斜率换流站s0和变斜率换流站s3的协调分配，使系统功率在0.2秒内重新达到平衡；

3)对变斜率换流站s3退出运行进行仿真实验，在3秒时变斜率换流站s3的输入功率为零，直流线路电压偏差率大于5％。此刻，输入系统总的有功功率降低，为保证输入功率等于输出功率，通过控制变斜率换流站s2和定斜率换流站s0的输出功率来降低系统输出功率，调节总的输出功率等于输入功率用时0.23秒，调节速度快；此时，变斜率换流站s1的运行状态不发生改变，提高了变斜率换流站s1的抗干扰能力。

可见本发明提出的多端系统功率协调控制方法可以实现多端柔性直流输电系统功率的快速分配和调节，提高多端系统抗干扰能力。