[发明专利]一种基于城市多层直流电网的运行架构及控制方法

说明书

本发明公开了一种基于城市多层直流电网的运行架构及控制方法，包括两层电压等级的直流电网及DC‑DC变换器，每一层直流电网包括采用直流环网拓扑形式布设的多个VSC换流站，相邻的两个VSC换流站之间设置有DC‑DC变换器；高压直流电网采用直流电压偏差控制，DC‑DC变换器的控制目标采用自由交换功率策略；低压直流电网的若干VSC换流站连接城市中心负荷区和城郊新能源，低压直流电网内部的直流电压由DC‑DC变换器下端的VSC换流站控制，采用定频率控制，保证新能源的完全接纳和对波动负荷的快速响应。

技术领域

本发明涉及一种基于城市多层直流电网的运行架构及控制方法。

背景技术

城市作为社会经济发展和人口聚集的中心，其电网建设至关重要。受限于输电走廊资源的稀缺性和交流线路短路电流超标，城市电网的运行可靠性受到严重影响。另一方面，可再生能源发展迅速。囿于可再生能源具有间歇性、随机性特点，传统的电网结构和运行技术在解决清洁能源接入问题方面越来越力不从心，在城市电网中采用新的输电模式受到越来越多的关注。以电压源型换流器为基础的多端柔性直流输电(VSC-MTDC)技术将是解决上述问题的有效技术手段。

多端柔性直流输电技术发展迅速，许多国家建立了多端柔性直流输电的示范工程。多端柔性直流具有潮流精确控制，输电方式灵活等特点，在未来城市电网的增容及改造中具有显著地优势。随着未来VSC-MTDC的不断发展，应用于城市电网的多端柔性直流输电可能与交流电网发展相似，发展成为多电压等级，环网型的多层直流电网(multi-voltage-level direct current grid，MDCG)。参考交流电网结构及功能，未来多层直流电网有可能具备以下几个特点：(1)具备多个电压等级；(2)网络从放射性拓扑扩展为网状拓扑；(3)直流电网之间具备功率交换功能。多层直流电网在提高城市电网的输电能力，提升潮流控制的灵活性，降低短路电流水平，减小输电损耗等方面具有明显的优势，是未来解决城市电网可再生能源接入、解决城市电网输电走廊建设困难，提高城市电网电能质量的有效手段。

目前针对单层直流电网的拓扑结构及控制策略问题已有较多研究。已经投入运行的项目，多数是单一电压等级的辐射状多端柔性直流输电。但单层多端柔性直流输电与多层直流电网概念差距较大，针对多层直流电网的拓扑结构及运行控制问题在国内外相对较少。针对多层直流电网应用于城市电网供电的拓扑及控制策略问题的国内外鲜有研究。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种基于城市多层直流电网的运行架构及控制方法，本发明能够适应不同电压等级，不同拓扑形式的多层直流电网控制，适用于未来省级电网，城市电网、区域电网等不同类型电网的直流网络改造及直流电网运行。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于城市多层直流电网的运行架构，包括两层电压等级的直流电网及DC-DC变换器，每一层直流电网包括采用直流环网拓扑形式布设的多个VSC换流站，相邻的两个VSC换流站之间设置有DC-DC变换器；

高压直流电网采用直流电压偏差控制，DC-DC变换器的控制目标采用自由交换功率策略，且DC-DC变换器上端的VSC换流站采用定交流电压控制，DC-DC变换器下端的VSC换流站根据其控制目标在DC-DC变换器自由交换功率和限制DC-DC变换器交换功率之间切换；

低压直流电网的若干VSC换流站连接城市中心负荷区和城郊新能源，低压直流电网内部的直流电压由DC-DC变换器下端的VSC换流站控制，采用定频率控制，保证新能源的完全接纳和对波动负荷的快速响应。

进一步的，高压直流电网的VSC换流站的数目依据城市供电需求及电网建设规划决定。

进一步的，高压直流电网内的VSC换流站具有一个定直流电压站，M个定直流电压备用站，N-M-1个定功率站，N为高压直流电网的VSC换流站总数。