[发明专利]一种适用于多端柔性直流输配电系统的电压下垂控制方法

说明书

本发明涉及一种适用于多端柔性直流输配电系统的电压下垂控制方法，属于柔性直流系统领域，该方法包括：在多端柔性直流输配电系统中，通过测量本地直流电压信息，利用电压裕度信息实时调整下垂控制参考运行工作点。本发明解决了多端柔性直流输配电系统在不同类型、不同程度扰动下安全稳定运行的问题，保障系统在各种扰动下直流电压分布合理，不超过稳定运行范围，具有抗干扰能力强，不依赖通讯的优势。

技术领域

本发明属于柔性直流系统领域，特别涉及一种适用于多端柔性直流输配电系统的电压下垂控制方法。

背景技术

随着新能源、新材料、信息技术和电力电子技术的长足发展和广泛应用，用户对用电需求、电能质量及供电可靠性等要求不断提高，现有交流系统面临分布式电源灵活友好接入、负荷和用电需求多样化、潮流均衡协调控制复杂化，以及电能供应稳定性、高效性、经济性等方面的巨大挑战。

首先，在高压输电领域，基于电压源型换流器（Voltage Source Converter, VSC）的柔性直流输电系统占地面积小，可以为无源系统供电，没有无功补偿及换相失败等问题，为海上风电并网提供了一种可行方案。相比于点对点的柔性直流输电系统，多端柔性直流输电系统（VSC based Multi-terminal DC System, VSC-MTDC）具有投资少，灵活可控等优势。

其次，在中低压配电领域，由于分布式电源具有强随机性和间歇性的特点，直接接入交流配电网会对电能质量产生很大的影响，而且常见的分布式电源主要有光伏电池、燃料电池、风力发电和燃气轮机等，这些电源产生的电能均为直流电或可通过简单整流后变为直流电，所以将分布式电源接入直流母线不仅能够节省大量换流环节及损耗，而且直流母线可以作为缓冲环节降低分布式电源功率波动带来的负面影响, 满足分布式电源灵活、高渗透率接入的需求。

所以，多端柔性直流技术在输配电领域均具备良好的应用前景。然而，在直流系统中，直流电压反映了功率平衡的情况，当整流侧功率大于逆变侧功率时，直流电压上升，当直流侧功率小于逆变侧功率时，直流电压下降。所以，直流电压控制能力是评价多端柔性直流输配电系统性能的关键指标之一。

目前，多端柔性直流输配电系统电压协调控制方法主要可以分为3类：1）主从控制，2）直流电压偏差控制，3）直流电压下垂控制。其中，主从控制指在柔性直流系统中，所有与交流系统连接的有源换流器中，有且只有一个换流器作为主换流器，工作于直流电压控制模式，而其它换流器均为从换流器，可以工作在功率控制模式或者交流电压控制模式。主从控制优势是结构简单，能够实现各个换流站功率的精确控制，电压调节性能和功率分配特性具备良好的刚性。但是，主从控制的不足是各个换流站之间必须具备良好的通讯，一旦出现通讯故障、控制直流电压的主站发生功率越限或者故障退出运行等情况，整个直流系统将失去电压控制环节而失稳，系统可靠性较低。直流电压偏差控制是在主从控制的基础上发展起来的。一旦控制电压的主站失去控制电压的能力，当直流电压超出预设的电压偏差阈值时，按照备用主站优先级的顺序，具备优先控制电压的备用主站控制直流电压。直流电压偏差控制具备主从控制的优势，避免了主站失去电压控制能力后系统电压失去稳定情况的发生。但是，多个后备主站之间需要引入直流电压优先级，直流电压偏差过大，可能会引起系统内直流电压越限，直流电压偏差越过小易引起系统振荡。

直流电压下垂控制指换流器直流电压随输出功率的变化而变化，为了保证并联直流系统稳定运行，一般采用电压-功率（V-P）下垂输出特性。电压下垂控制属于多点直流电压控制，由几个换流站共同承担系统的不平衡功率，动态响应速度快，运行可靠性高，而且不需要通讯，系统扩展方便，适应多端柔性直流输配电系统的发展要求。但直流电压下垂控制不能精确控制换流站输出的有功功率，而且下垂系数对整个系统的电压调节特性和功率分配特性影响较大。尤其是一旦发生扰动，下垂控制下的多端柔性直流输配电系统容易出现电压越限的情况。针对下垂控制的缺点，国内外很多专家学者提出改进下垂控制策略。但是，现有的电压下垂控制策略主要针对下垂控制的下垂系数进行整定和改进，忽略了运行工作点的作用。