一种提高高压直流输电系统供电无源网络的传输容量的控制方法与流程

本发明属于电力系统领域，具体地，涉及一种提高高压直流输电系统供电无源网络的传输容量的控制方法。

背景技术：

直流输电由于具有远距离大容量输电的成本相对较低，无系统同步运行的稳定约束和直流电缆充电电容较小等优势，已广泛应用于异步电网互联，远距离大容量输电和电缆送电等领域,基于电压源换流器的高压直流输电可快速独立地控制有功和无功功率,不再需要换流容量，正逐渐应用于风电接入,弱电网输电和孤岛无源网络供电。

直流输电可将互联的两个区域的电网频率解耦，不再受同步运行的稳定性约束限制。然而,传统的高压直流输电需要受端电网提高足够大的传输容量，因而受端电网的强弱是影响功率稳定的一个重要因素。对于高压直流输电而言，它不再需要换流容量，也就是说受端电网强弱对最大传输容量影响甚小。向无源网络供电的高压直流输电系统，为了保证供电质量，往往对逆变站交流母线电压进行快速无差的控制，交流母线在直流侧扰动下的响应速度在毫秒级以下，使得直流系统的负荷呈现功率特性。这一恒功率特性削弱了直流网络的电压稳定性，进而制约了向无源网络供电的高压直流输电系统的最大传输功率。

对于以上问题，现有几种解决方案：

1.建立了多端柔性直流输电系统小信号建模，并对其传输容量稳定性进行分析。

2.建立了不受交流系统强度限制的柔性直流输电系统小信号模型，并采用小信号分析法判定系统控制参数对传输容量的影响。

3.对DC-DC变换器带恒功率负载的稳定性分析以及控制方法的研究。

综上所述，现有方案满足了解决不同工程问题的需要均取得了一定成果，但目前却没有方案对逆变站无功补偿特性对高压直流输电系统的直流传输容量展开研究。因而，提出一种提高高压直流输电系统供电无源网络的传输容量的控制方法有着重大的理论意义和工程应用价值。

技术实现要素：

本发明提出了一种提高高压直流输电系统供电无源网络的传输容量的控制方法，本发明的目的是克服已有方法的不足，通过等效增大输电线路电阻控制策略来提高系统传输容量，使系统满足各项性能指标。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是，一种提高高压直流输电系统供电无源网络的传输容量的控制方法，其特征在于

1)首先，建立高压直流输电系统的直流网络等效电路，进而推导出高压直流输电系统的小信号模型。

2)其次，通过小信号稳定性分析，获得了高压直流输电供电无源网络的传输容量与直流电压，直流侧电容和线路参数之间的关系。

3)最后，在整流站引入前馈控制以等效增大线路电阻，从而提高系统传输容量。

本发明的有益效果是：

随着高压直流输电工程的大量建设与投运，高压直流输电传输容量的不断增大，基于高压直流输电系统的能量传输问题日益受到重视。而小信号稳定性是关系到电压源直流输电系统可靠运行的关键问题之一，这样进行高压系统自身逆变站的无功补偿特性对小信号的影响分析具有一定的工程和实际意义。

为了使本发明的技术方案，目的和优点更加清楚，下面结合附图对本发明作进一步的说明。

附图说明

图1为高压直流输电系统结构图；

图2为整流站控制框图；

图3为直流电压控制图；

图4为整流站稳态时的等效电路图；

图5引入虚拟电阻后系统的传输功率图。

具体实施方式

以下结合附图对提高高压直流输电系统供电无源网络的传输容量的控制方法进行说明。

图1为高压直流输电系统结构图，通过高压直流输电系统的直流网络等效电路，进而推导出高压直流输电系统的小信号模型。再通过小信号分析，得出系统传输容量与直流电压，直流侧电容和线路参数之间的关系。图2为系统整流站控制框图，图中vc1和vc1*分别为直流电压和其控制参考量，vs1RMS和vs1RMS*分别为交流母线电压有效值和其控制参考量，is1q和is1q*分别我交流电流q轴分量和其控制参考量，idc1为送端整流站侧直流电流。为了等效增大直流输电线路电阻，系统通过附加算法在直流电压环上增加了一个前馈量，附加算法如图2所示，系统整流站采用定直流电压和定交流电压的控制方式,系统经过电流解耦控制后，其电流控制可在d轴和q轴分解成两个独立的控制环，将图2化简后可得到直流电压的控制框图，如图3所示,图中Gff(s)为引入的前馈控制，Gcur(s)为电流控制环传递函数，vs1d为交流母线电压的d轴分量。

由于电流环的速度设计时远大于电压环的速度，因而分析电压环时可将电流环传递函数近似为1，即Gcur(s)＝1，进而可得到电压环的传递函数

为等效增大直流输电线路电阻，令前馈支路的传递函数为

因而，由图3可求得直流站的直流侧电压为

vc1(s)＝vcl*(s)Gcls_v(s)-Rviridc1(s) (3)

利用终值定理，由图3可得图2中a，b两点的电压为

Vc1＝Vc1*-Idc1Rvir (4)

式中，Vc1*为送端整流侧直流电压参考量的稳态值，Rvir为虚拟电阻，Vc1和Idc1分别为送端整流站直流侧电压和电流的稳态值。根据式(4)可画出从图1中的a，b两点向交流侧看过去的等效稳态电路，图图4所示。从图中可以看出，引入的前馈控制可等效在整流站直流侧增加一个虚拟电阻Rvir。

根据图4可知，虚拟电阻Rvir会引起一定的电压损耗，因此，虚拟电阻Rvir不是越大越好，由此可得到虚拟电阻Rvir取值的电压损耗约束条件为

式中，Vc2_min为逆变站能实现PWM逆变的最低直流电压，P2为逆变站的功率。从图5可以看出提出的提高高压直流输电系统容量的控制方法的可行性。

以上实施仅用以说明发明，很明显本发明不受这些实施例的限制，本领域的普通技术人员任何基于本发明的实质内容的修改，变形或等同替换，均涵盖在本发明权力要求范围当中。

本说明书中未作详细描述内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。