[发明专利]一种直流电压自适应下垂控制策略

说明书

本发明公开了一种直流电压自适应下垂控制策略，对下垂控制系数利用积分环节的慢变特性，得到下垂系数的平滑变化曲线，进而实现下垂控制的自适应无差调节。本发明在下垂控制中引入积分环节，实现了MMC‑IDCPFC对直流系统潮流的有效控制。最后，在PSCAD/EMTDC仿真平台上搭建了基于MMC‑IDCPFC的三端MMC‑HVDC系统，并进行了仿真验证，结果表明了所提控制策略的正确性和有效性。

技术领域

本发明涉及电力领域，具体涉及一种直流电压自适应下垂控制策略。

背景技术

近年来随着对绿色清洁能源的大力开发和高效利用，具有输送距离远、输送容量大和运行方式灵活等特点的多端直流输电技术，成为了目前解决大规模清洁能源并网与消纳问题的有效技术手段之一。直流电网技术现正处于起步发展阶段，还有诸多问题待国内外专家学者去解决，其中，随着直流电网中节点数的增加和网络结构的复杂化，使得直流网络中的潮流控制成为一大难题，为此，研究学者提出以直流潮流控制器来达到直流网络中的潮流有效控制。由于直流输电系统与交流输电系统的不同，故在直流系统中控制直流潮流只能依靠改变直流系统中输电线路电阻和直流电压。

在改变输电线路电阻方面，文献［1-2］提出了在输电线路中串入可变电阻来控制直流潮流，这种方案虽有结构和控制简单的优点，但是其损耗大、只能单向控制潮流的缺点也不得不重视。在改变直流电压方面，通常采用DC-DC变换器或串入可调电压源来改变直流电压，采用DC-DC变换器通过微调变比来调节直流系统潮流，但在这种方案中，所有功率必须通过变换器，增加了系统损耗；通过直流线路中串入可调电压源进而改变直流电压的方案虽易实现，但是在系统中增加可调电压源会使工程成本投入增加。文献[3]提出了隔离型和非隔离型两种IDCPFC电路拓扑结构，并采用单环控制策略。文献[4]提出了一种基于模块化多电平换流器(modular multilevel converter，MMC)的新型线间直流潮流控制器(MMC-interline DC power flow controller，MMC-IDCPFC)，给出了其拓扑结构，阐述了其工作原理和通过调节直流线路电流来实现控制系统潮流的控制策略，但是这种控制策略需要换流站之间的通信以实现潮流控制。文献[5-6]提出了基于MMC的三端直流线间潮流控制器，并给出来了其拓扑结构，但并未给出其详细的控制策略。

直流线间潮流控制器需要实现直流线路的电压稳定和功率合理分布，目前柔性直流输电系统中的直流电压控制策略主要有以下三种：主从控制、电压裕度控制和下垂控制，其中主从控制策略需要换流站间通信，电压裕度控制策略容易因裕度设置不当而引起系统功率振荡，下垂控制策略可以依据换流站给定的功率、电流、频率和电压之间的斜率关系来实现直流线路电压稳定。文献[7]提出了一种利用反步法设计非线性控制器而使系统在发生暂态故障后平滑切换控制模式。文献[8]提出了一种适用于功率共享的自适应下垂控制策略，根据自身功率分配以自适应调节下垂系数。文献[9-10]提出了一种考虑线路损耗和换流站功率裕度的优化下垂控制策略。文献[11]提出了一种以直流输电系统运行损耗最小为目标而造成的各个换流器功率裕度不同而调节下垂系数的自适应控制策略。文献[12]提出了一种通过引入功率影响因子而自适应改变下垂系数的改进下垂控制策略。

传统下垂控制策略是利用电气测量值与参考值的差值经过PI调节器后作为电气量的叠加值，很难实现直流电压或功率的无静差调节。而且，传统下垂控制的换流站需要预选设定下垂系数，固定的下垂系数应用于复杂的大规模MTDC系统中，会降低系统在复杂工况下的灵活性和经济性。自适应下垂控制策略中，换流站下垂系数的选择一般与换流站的容量成反比关系。

［1］ Jovcic D, Hajian M, Zhang H，et al. Power flow control in DCtransmission grids using mechanical and semiconductor based DC/DC devices[C]Iet International Conference on Ac and Dc Power Transmission. IET, 2013:1-6.