[发明专利]多端直流配网自组织下垂控制方法

权利要求书

1.一种多端直流配网自组织下垂控制方法，其特征在于：其步骤是：

(1)根据VSC-MTDC配电网的U-P下垂特性，设控制器输出误差信号为ε，且有：

式中：

K_droopi为以U-P关系定义的下垂系数；

(2)稳态运行时，VSC控制器输出误差信号ε＝0；设定网络中第i个和第j个VSC换流站运行功率上限分别为P_iMAX和P_jMAX，并有P_iMAX＜P_jMAX；若系统发生扰动，第i个换流站的稳定运行点由E(P_DCi,U_DC)变为F(P′_DCi,U′_DC)，由式(6)可知，VSC换流站直流侧电压改变量ΔU_DC为：

则换流站输出总功率增量ΔP_DC表示为：

式中：K_droopj为第j个换流站的下垂系数；

因此，换流站j承担的输出功率增量ΔP_DCj为：

由式(9)可知，当VSC-MTDC配网系统总不平衡功率ΔP_DC一定时，各换流站承担的不平衡功率与其设定的下垂系数成正比例关系；

(3)将考虑换流站功率裕度的改进下垂系数K'_droopi定义为：

并满足：

式(10)中：μ为常数，负责实现对K'_droopi适当缩放，根据网络实际运行状态在[1,5]区间内取值，

取μ＝3；且有：

取：

式中：K'_droopiMAX、K'_droopiMIN分别为改进下垂控制系数的最大和最小限值；

(4)为保证下垂控制过程中直流电压的连续性，引入功率偏差因子ζ_i，在下垂特性曲线中适当设定“死区”，即垂直于电压轴部分，使：

式中：0＜ζ_i＜1；

(5)第i个VSC换流站，调整后的下垂特性曲线相当于将原曲线向右平移了ζ_iΔP_DC，其承担功率改变量变为ΔP_DCi，仅考虑功率裕度的稳定运行状态点在参考电压不变的情况下平移到点此时所对应的参考功率增加ζ_iΔP_DC后变为其中拐点C为定电压控制使能节点，且有：

式中：

2.根据权利要求1所述的多端直流配网自组织下垂控制方法，其特征在于：基于CA的VSC-MTDC配网自组织下垂控制实现：

将各VSC换流站等效为CA的元胞，采用改进二维Von-Neumann邻居结构，建立第i个VSC换流站k时刻运行状态的数学模型为：

在改进二维Von-Neumann邻居结构中设定N_i为唯一松弛节点，对应运行状态其邻居节点均假定有固定约束；节点的输出功率改变量ΔP_DCi和其邻居节点的状态集决定了网络的直流电压改变量ΔU_DC，此时在式(4)的功率平衡约束和自组织下垂控制的共同作用下，将对应产生节点的虚拟反作用电压增量然后放开对邻居节点的固定约束，将反向叠加，节点的ΔP_DCi也随之减小，并在整个元胞空间内向各自邻居元胞传递，实现使增量的自组织现象，最后通过迭代过程求解各VSC换流站的最优稳定运行点以保证系统的功率平衡和电压稳定；因此，对于任意VSC换流站，将其运行状态的自组织更新规则确定为：

式中：为k时刻邻居VSC的运行状态集合；为下一时刻的VSC_i运行状态；f为状态转移函数，由系统运行和控制方式确定，具体来说就是在所提出的考虑功率裕度并附加定直流电压控制的多端柔性直流配电网自组织下垂特性优化方法下，所阐述的直流网络电压U_DC和VSC换流站输出功率P_DC、下垂控制系数K'_droop和功率偏差因子ζ，以及内外环控制系数之间关系的总和。

3.根据权利要求2所述的多端直流配网自组织下垂控制方法，其特征在于：CA的整个元胞空间多表现为在离散时间维上的变化，因此采用Tustin变换将系统运行过程中的电气量进行必要的离散化；

由于Tustin变换的实质是将积分以梯形面积近似替代，则s域下的系统状态变量可表示为：

式中：X(k)为VSC-MTDC配网各参量的统一表达式；为X(k)的一阶微分；T为采样步长；

对式(18)做z变换得到：

则连续域的Tustin离散化变换关系为：

式中：

令s＝σ+jω，代入上式可以得到：

式中：ω_S为s域的角频率；ω_z为z域的角频率，因此提高采样频率，即ω_zT足够小时能够满足ω_S≈ω_z。