[发明专利]一种多端柔直系统的不平衡功率自适应优化分配方法

权利要求书

1.一种多端柔直系统的不平衡功率自适应优化分配方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)基于含电压源换流站的多端柔直极坐标等值模型，推导获得功率再平衡引起的系统附加发电费用的等效成本表达式f_i(ΔP_si)，引入关于μ_i(ΔP_si)的等“类微增率”原则和辐射状多端柔直的公共直流参考电压V_PCC，设计获得有功功率-直流电压下垂曲线；

(2)由检测得到的各换流站出口侧直流电压V_di根据步骤(1)所得有功功率-直流电压下垂曲线，从而得到功率再平衡优化控制的有功功率参考值并与传统一次下垂曲线的有功功率参考指令值经低通滤波器相加得各换流站有功功率参考指令值从而与换流站输出功率测量值P_si形成闭环反馈，使不平衡功率在各换流站间自适应经济分配；

步骤(1)中，具体如下：

(2.1)系统不平衡功率产生后，阀侧物理量表示的系统附加发电费用的等效成本表达式；

对于多端柔直系统中外部连至强交流网，并采用直流电压下垂控制和定无功功率控制的第i个整流站，记为MMCi，用等效阻抗模型和等效交流源用来表示换流站MMCi外部所连接的交流网，忽略换流站内部、联接变压器的有功损耗，则对于MMCi而言，从交流系统输出的有功功率P_Gi的数学表达式如下：

其中，P_si、Q_si分别为注入第i个换流站的有功功率、无功功率，V_i为换流站交流母线等效电势幅值，R_Li为交流网输电线路等效电阻；

所述的换流站MMCi的无功功率值Q_si为恒定量，当多端柔直网络中无源负荷频繁波动或风电频繁发生变化时，对式(1)线性化处理、忽略二次项，并考虑到：

则得：

ΔP_Gi≈(1+2P_siR_Li/V_i²)ΔP_si (3)

式中，ΔP_Gi、ΔP_si分别为在产生不平衡功率后第i座火电厂、第i个换流站需要调整的有功值；

当忽略换流站内部损耗时，对于直流网中的第i座交流火电厂，若其发电耗量(t/h)成本函数如下：

则所提及的功率再平衡附加发电费用(extra generation cost，EGC)如式(4)，并以多端柔直系统中MMC1～MMCi的总的附加发电费用最小作为目标函数：

若将式(2)、式(3)代入式(5)，则得换流站侧物理量所表示的功率再平衡引起的系统EGC的等效成本表达式为：

其中，m_i、n_i分别为附加发电费用函数的二次项和一次项系数，a_i、b_i、c_i分别为发电费用函数的常数项、一次项系数、二次项系数，V_i⁽⁰⁾分别为第i个换流站有功功率、无功功率、等效电势的初始值，全系统的EGC只需根据换流站内部、交流侧及阀侧物理值计算，无需依赖远程通信；

(2.2)等“类微增率”原则；

对式(6)功率再平衡引起的系统附加发电费用(EGC)函数f(ΔP_si)进行求导，得：

类比成本微增率，将μ_i(ΔP_si)定义为EGC的“类微增率”函数，是第i个换流站需要调整的有功值ΔP_si的函数，若各换流站的类微增率满足：

其中μ称为类微增率常数，按(8)可实现直流网的不平衡功率在各换流站间按等“类微增率”原则进行经济分配，式中是换流站有功出力的上、下限；

(2.3)引入辐射状多端柔直的公共直流参考电压；

选取MMC1～MMCi公共连接点PCC1作为直流电压参考节点，并以公共连接点PCC1的母线直流电压V_PCC及其初始值来表示

λ、α是综合考虑量纲的归一化系数，α取r表示裕度值，取(0,0.1)间的任意值；为换流站MMCi的有功调节能力上限、直流电压下限；λ＝max(n_i)；同时，对于MMCi，由于忽略换流站内部及换流变压器损耗，因此可假设P_si≈P_di成立，其中P_di为流出MMCi的直流功率，为初始值。则推导可得直流母线电压表达式如下：

V_PCC＝V_di-[P_si/V_di-C(dV_di/dt)]R_i (11)

式中，V_di、P_si分别为换流站MMCi直流电压、有功功率值，R_i为MMCi的直流输电线路电阻，C为直流母线侧并联电容；

(2.4)功率再平衡优化控制层的下垂特性曲线；

将式(10)、(11)代入式(9)，并对式(9)进行反函数变换，可得基于换流站初始运行点的V_di-P_si曲线，即基于本地信息量的下垂特性曲线。

2.根据权利要求1所述的一种多端柔直系统的不平衡功率自适应优化分配方法，其特征在于，步骤(2)中，主要分为两个关键部分，分别是分散一次下垂控制层、功率再平衡优化控制层：

(3.1)分散一次下垂控制层的功率指令值为：

式中，分别为传统一次下垂控制中各换流站MMCi的直流电压V_di、有功功率P_si对应的参考指令值，K_Di为其下垂系数；

(3.2)功率再平衡优化控制层的功率指令值为：

式中，Ts为低通滤波器的时间常数，表示μ_i的反函数，V_PCC、分别用式(10)、(11)代替；

(3.3)(3.1)和(3.2)所得的两控制层有功功率指令参考值，经低通滤波器相加后，得各换流站的功率外环指令参考值为：

所得的各换流站有功功率参考指令值由于各换流站有功功率参考指令值与换流站输出功率测量值P_si在稳态下相等，因而形成闭环反馈，经PI控制环节后，为内环d轴跟踪电流提供电流参考值，从而使负荷或风电频繁波动引起的不平衡功率在各换流站间自适应经济分配。