一种VSC-MTDC系统多点直流电压无差协调控制方法

本发明涉及下垂控制的，尤其涉及一种vsc-mtdc系统多点直流电压无差协调控制方法。

背景技术：

1、随着能源结构的不断调整，大容量电力电子器件在电网中的渗透率逐步提高，在源、网、荷、储四个领域都呈现出电力电子化趋势。在输电系统方面，基于电压源换流器的多端柔性直流输电系统(voltage source converter based multi-terminal high voltagedirect current,vsc-mtdc)是未来远距离输电技术的重要发展方向之一，逐渐成为新能源并网的最佳选择。

2、目前，应用于vsc-mtdc系统的站间控制策略大致分为三种：主从控制、电压裕度控制和直流电压下垂控制。主从控制和电压裕度控制属于单点控制，同一时间只有单个换流站参与直流系统的功率调节，直流电压动态响应特性较差。直流电压下垂控制可利用多个换流站的功率调节能力，沿着各自的下垂曲线，实现不平衡功率的快速分配，直流电压响应特性较好，但是存在直流电压偏差较大的问题。

3、针对换流站采用下垂控制所伴生的直流电压偏差问题，国内外学者进行了大量研究，目前主要分为以下三种控制方法。第一种方法是通过改进下垂系数，实现不平衡功率的合理分配，减小直流电压的偏差。文献[王渝红,陈勇,曾琦,等.适用于vsc-mtdc的改进下垂控制[j].高电压技术,2018,44(10):3190-3196.]、[罗永捷,李耀华,王平,等.多端柔性直流输电系统直流电压自适应下垂控制策略研究[j].中国电机工程学报,2016,36(10):2588-2599.]、[刘英培,解赛,梁海平,谢乾.计及换流站间电压误差的vsc-mtdc系统自适应下垂控制[j].电工技术学报,2020,35(15):3270-3280.]、[zhang yuanshi,wang liweiand li wei.autonomous dc line power flow regulation using adaptive droopcontrol in hvdc grid[j].ieee transactions on power delivery,2021,36(6):3550-3560.]通过自适应调整下垂系数，有效减小了直流电压的偏差。然而，换流站实际有功功率传输值与参考值之间的偏差持续存在，直流电压偏差也一直存在，不利于系统的稳定运行。第二种方法是通过转变换流站的运行方式来实现直流电压的无差调节。文献[袁志昌,吴志力,金强,等.含直流电压二次调节的vsc-mtdc互联系统频率稳定控制[j].电力系统自动化,2018,42(23):9-13+19.]提出将直流电压误差通过pi控制器叠加到有功功率环上，利用pi控制器的无静差特性，实现直流电压的无差调节。文献[赵晓斌,邵冰冰,韩民晓.基于n-1规则的多端柔性直流输电系统联合控制策略[j].电力建设,2017,38(11):19-25.]提出一种结合主从控制和下垂控制的联合控制策略，通过转变控制方式，实现直流电压的无差调节。文献[李周,李亚州,陆于平,等.多端柔性直流电网主动功率平衡协调控制策略[j].电力系统自动化,2019,43(17):117-124.]提出一种多点电压协调控制策略，最小化换流站动态功率偏差的同时，提升了直流电压的性能。然而，上述控制策略的本质是将下垂站变为定直流电压控制站，丧失了下垂控制多站协同消纳不平衡功率的优势。第三种方法是通过调整有功功率参考值，达到直流电压无差调节的目的。文献[li zhou,li yazhou,zhanroupei,he yan and zhang xiaoping.ac grids characteristics oriented multi-point voltage coordinated control strategy for vsc-mtdc[j].ieee access,2019,7:7728-7736.]通过采集直流系统的不平衡功率，叠加到有功功率环上，实现下垂曲线的平移。文献[刘昊宇,刘崇茹,郑乐,王群乔.直流电压准无差修正的vsc-mtdc系统协同优化下垂控制[j].电力系统自动化,2022,46(06):117-126.]证明了在直流系统受到功率扰动后，各换流站保持输出功率不变的同时无法将直流电压恢复至额定值，进而提出一种兼具换流站功率变化最小以及直流电压偏差最小的协调控制策略，实现直流电压的“伪”无差调节。但是，直流电压偏差也相对较大。

技术实现思路

1、针对换流站采用传统下垂控制方法消纳不平衡功率时引起的直流电压偏差的技术问题，本发明提出一种vsc-mtdc系统多点直流电压无差协调控制方法，可以实现直流电压的准无差调节，优化了系统的潮流分布，提升了系统的运行稳定性。

2、为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：一种vsc-mtdc系统多点直流电压无差协调控制方法，根据换流站的功率裕度合理分配不平衡功率，平移下垂曲线，实现直流电压的无差调节；其步骤为：

3、步骤一、控制系统采集t时刻和t+δt时刻的非下垂换流站有功功率值，计算第i个下垂换流站所承担的功率扰动量δp；

4、步骤二、判断功率扰动量δp是否等于0，如果是返回步骤一，否则进入步骤三；

5、步骤三、根据功率平衡分配方法，将功率扰动量δp作为前馈补偿量，按照功率裕度分配给各个下垂换流站，通过平移下垂曲线实现直流电压的准无差调节；

6、步骤四、判断直流电压是否超过设定范围，如果否返回步骤一，如果是进入步骤五；

7、步骤五、将定有功功率换流站的控制方式转变为下垂控制，参与不平衡功率调节。

8、优选地，所述控制系统包括多用表、数据传输模块以及计算模块，多用表与数据传输模块相连接，数据传输模块与计算模块相连接，多用表采集非下垂换流站的有功功率值，通过数据传输模块发送到计算模块。

9、优选地，所述功率扰动量δp的计算方法为：

10、所有换流站的直流电压均相等；

11、在稳态情况下，换流站直流电压-有功功率的关系为：udc＝udcref+k(ps-psref)；其中，udc和udcref分别代表直流侧电压实测值和电压参考值，k为下垂系数，ps和psref分别代表换流站有功功率实测值和有功功率参考值；

12、设vsc-mtdc系统有n个换流站，其中1～m个换流站采用传统下垂控制，用来消纳vsc-mtdc系统中的不平衡功率，稳定直流电压；m+1～n个换流站采用定有功功率控制，n+1～n个换流站采用定交流电压控制；

13、1～m个下垂换流站有功功率参考值之和其中，pi为第i个下垂换流站的有功功率参考值，1≤i≤m；

14、m+1～n个定有功功率换流站功率参考值之和其中，pb为第b个定有功功率换流站的有功功率参考值，m+1≤b≤n；

15、n+1～n个定交流电压换流站有功功率传输值之和其中，pj为第j个定交流电压换流站的有功功率传输值，n+1≤j≤n；

16、初始稳态时，当直流系统出现功率扰动δp时，m-1个换流站利用自身下垂特性消纳网络不平衡功率的同时，稳定运行点也会随之移动；当vsc-mtdc系统再次达到稳态时，第i个下垂换流站所承担的不平衡功率δpi与直流电压偏差δudc的关系为根据能量守恒，各个下垂换流站的有功功率变化量之和应等于功率扰动量δp，即

17、因此，

18、直流电压偏差δudc与功率扰动量δp成正比，与m个下垂换流站的下垂系数ki倒数之和成反比；下垂系数ki决定了换流站在在动态调节过程中所承担的不平衡功率的多少。

19、优选地，通过合理分配直流系统的不平衡功率，并将不平衡功率注入到换流站有功功率参考值上，实现直流电压的无差调节。

20、优选地，初始稳态时，当直流系统受到不平衡功率扰动时，给各个下垂换流站一个前馈补偿量，大小为不平衡功率δpi；此时vsc-mtdc系统稳定运行点从初始稳定运行点变为前馈补偿功率下系统瞬间达到的运行点，实现下垂曲线的平移，满足pi＝pisref-δpi；其中，pisref和pi″分别为第i个下垂换流站调整前后的有功功率参考值；

21、下垂换流站根据下垂特性消纳不平衡功率，vsc-mtdc系统稳定运行在不改变输出功率的情况下恢复至额定电压的稳定运行点附近，实现直流电压的无差调节。

22、优选地，为了将直流系统中的不平衡功率合理分配给各个下垂换流站，将下垂换流站的可用功率裕度引入到功率分配系数上，快速调整有功功率参考值。

23、优选地，将下垂换流站的可用功率裕度引入到功率分配系数上的实现方法为：

24、

25、其中，pisref′为优化后的第i个下垂换流站有功功率参考值；pt(t+δt)、pw(t+δt)分别表示在t+δt时间时定有功功率换流站和定交流电压控制换流站的有功功率传输值，pt(t)、pw(t)分别表示在t时间时定有功功率换流站和定交流电压控制换流站的有功功率传输值；δt为采样时间。

26、优选地，所述设定范围根据所用的vsc-mtdc系统中下垂换流站的可用功率裕度来设定的。

27、优选地，将直流电压偏差控制引入到定有功功率换流站，当直流电压超过(udcl，udch)运行范围时，定有功功率换流站将转变控制方式为下垂控制，协同下垂换流站消纳系统中余下的不平衡功率，承担起稳定直流电压的任务；其中，udcl、udch分别分别表示所设定范围的下限值和上限值；直流电压偏差下垂系数为

28、其中，kb为直流电压偏差下垂系数，pbmax为定有功功率换流站的最大容量；pb为第b个定有功功率换流站的有功功率。

29、根据权利要求9所述的vsc-mtdc系统多点直流电压无差协调控制方法，其特征在于，所述定有功功率换流站采用直流电压偏差下垂控制，在下垂换流站失去控制直流电压的能力后，设vsc-mtdc系统中余下的不平衡功率为δp*；当vsc-mtdc系统再次达到平衡时,直流电压偏差下垂换流站的有功功率为其中，pj′为系统稳定后采用偏差控制换流站的有功功率，kb为第b个定有功功率换流站的下垂系数，pb为第b个定有功功率换流站的有功功率参考值。

30、本发明的有益效果：将不平衡功率作为前馈补偿量注入到传统下垂控制中，通过平移下垂曲线来实现直流电压的准无差调节；根据换流站功率裕度来合理设定各换流站的前馈补偿量；为避免不平衡功率过大而导致下垂控制换流站满载运行，将偏差控制引入到定有功功率换流站，协同下垂控制换流站消纳余下的不平衡功率；最后，基于pscad/emtdc建立五端vsc-mtdc系统进行仿真。仿真结果表明，本发明可以实现直流电压的准无差调节，优化了系统的潮流分布，提升了vsc-mtdc系统的运行稳定性。本发明根据换流站功率裕度分配系统不平衡功率，可以有效避免部分换流站过载而其它换流站还余有功率裕度的情况发生；通过前馈补偿有功功率参考值，平移下垂曲线，可以近似实现直流电压的无差调节；通过将偏差下垂控制引入到定有功功率换流站，提高了当不平衡功率过大或换流站退出运行时的系统运行稳定性。