雙極柔性直流輸電系統的全站無功功率控制方法
2023-05-12 09:58:41 2
雙極柔性直流輸電系統的全站無功功率控制方法
【專利摘要】本發明公開一種雙極柔性直流輸電系統的全站無功功率控制方法，同時刻至多一個換流單元處於交流電壓控制模式，兩個換流單元無功功率控制按容抗互鎖原則控制，兩個所述換流單元的無功分配策略為：(1)兩個換流單元均處於雙極功率控制模式時，兩極輸出無功功率與兩極直流電壓的絕對值成正比；(2)兩個換流單元中一個單元處於雙極功率控制，一個單元處於單極功率控制時，單極功率控制單元單獨控制其輸出無功功率，全站無功功率由雙極功率控制單元來維持；(3)兩個換流單元均處於單極功率控制時，兩個換流單元單獨控制各自輸出無功功率。本發明方法實現了雙極柔性直流輸電系統兩個換流單元的協調控制和優化運行。
【專利說明】雙極柔性直流輸電系統的全站無功功率控制方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於直流輸電【技術領域】，具體涉及一種雙極柔性直流輸電系統的全站無功功率控制方法。
【背景技術】
[0002]柔性直流輸電採用電壓源換流器，可以獨立調節有功和無功的輸出、提高交流系統的輸電能力，易於構成多端直流輸電系統，在可再生能源的發電併網、孤島城市供電以及交流系統互聯等應用領域，具有明顯的競爭力。隨著電力電子器件和控制技術的進步，柔性直流容量和電壓等級越來越高。
[0003]為了實現大容量功率輸送的要求，需要增加子模塊數量以提高其電壓等級，但過多子模塊級聯增加閥控設備控制難度，因此採用雙極結構形式，減少單個換流單元子模塊級聯數目的同時達到同樣傳輸功率成為一種可行選擇。
[0004]雙極柔性直流輸電系統相對於單極系統，其可靠性更高，但其控制也更加複雜，特別是兩個柔性換流單元無功如何優化控制，相關研究較少。為了充分發揮雙極柔性直流拓撲結構優勢，需要一種有效的雙極柔性直流輸電系統的全站無功功率控制方法。
【發明內容】
[0005]針對現有技術不足，本發明提出一種雙極柔性直流輸電系統的全站無功功率控制方法，解決了兩個換流單元同時控制交流電壓帶來的系統擾動，解決了兩個換流單元無功功率分配問題，避免了兩個換流單元一個產生容性無功一個產生感性無功帶來的損耗增大及容量越限問題，實現了雙極柔性直流輸電系統兩個換流單元的協調控制和優化運行。
[0006]為了達成上述目的，本發明採用下述技術方案實現:一種雙極柔性直流輸電系統的全站無功功率控制方法，雙極柔性直流輸電系統換流站由兩個換流單元串聯構成，分別為正極單元與負極單元，對應兩極直流電壓分別為正極母線對地電壓和負極母線對地電壓，其特徵在於:
[0007]同時刻至多一個換流單元處於交流電壓控制模式，兩個換流單元無功功率控制按容抗互鎖原則控制，兩個所述換流單元的無功分配策略為:
[0008](I)兩個換流單元均處於雙極功率控制模式時，兩極輸出無功功率與兩極直流電壓的絕對值成正比；
[0009](2)兩個換流單元中一個單元處於雙極功率控制，一個單元處於單極功率控制時，單極功率控制單元單獨控制其輸出無功功率，全站無功功率由雙極功率控制單元來維持；
[0010](3)兩個換流單元均處於單極功率控制時，兩個換流單元單獨控制各自輸出無功功率。
[0011]上述方案中:所述兩個換流單元無功功率控制按容抗互鎖原則指，正極換流單元與負極換流單元均輸出容性無功或均輸出感性無功。
[0012]上述方案中:所述兩個換流單元均處於雙極功率控制模式時，兩極輸出無功功率與兩極直流電壓的絕對值成正比，兩換流單元輸出無功功率的偏差範圍在額定容量10%以內。
[0013]上述方案中:所述兩個換流單元均處於雙極功率控制模式時，兩極輸出無功功率與兩極直流電壓的絕對值成正比，具體方法是:兩個換流單元均處於無功功率運行時，按照兩極直流電壓絕對值分配無功功率指令；兩個換流單元一個處於無功功率控制，一個處於交流電壓控制時，計算預測出總的無功功率，調整無功功率控制單元的指令，使所述無功功率等於全站無功功率* (無功功率控制極對應的直流電壓絕對值/ (交流電壓控制極對應的直流電壓絕對值+無功功率控制極對應的直流電壓絕對值))。
[0014]上述方案中:所述單極功率控制單元單獨控制其輸出無功功率，全站無功功率由雙極功率控制單元來維持，具體方法是:處於雙極控制的無功功率輸出值等於全站無功功率值減去單極控制極輸出無功功率值。
[0015]上述方案中:所述同時刻至多一個處於交流電壓控制模式，具體實現方法是，兩個換流單元通過極間通信實現兩極控制模式相互校驗，若其中一極單元要切換到交流電壓控制模式，並檢測到另一極單元處於交流電壓控制模式時，須等另一極單元釋放交流電壓控制權後，該極單元才能切換到交流電壓控制模式。
[0016]採用上述方案後，本發明的有益效果為:
[0017](I)本發明提供的一種雙極柔性直流輸電系統的全站無功功率控制方法，避免了兩個換流單元同時控制交流電壓，造成系統無功波動；
[0018](2)本發明提供的一種雙極柔性直流輸電系統的全站無功功率控制方法，避免了一個換流單元輸出容性無功，一個換流單元輸出感性無功造成的換流單元損耗增大和容量越限問題；
[0019](3)本發明提供的一種雙極柔性直流輸電系統的全站無功功率控制方法，實現了雙極柔性直流輸電系統兩個換流單元的協調控制和優化運行。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020]圖1是雙極柔性直流輸電系統換流站的結構示意圖；
[0021]圖2是本發明提供的一種雙極柔性直流輸電系統的全站無功功率控制方法操作流程圖。
【具體實施方式】
[0022]以下將結合附圖及【具體實施方式】，對本發明的技術方案進行詳細說明。
[0023]如圖1所示為雙極柔性直流輸電系統換流站，包括:多個換流變壓器，換流器。換流器由兩個換流單元組成；其中，正極換流單元的一端為換流器的正端，正極換流單元的另一端與負極換流單元的一端相連並通過中性母線接地，負極換流單元的另一端為換流器的負端。圖中，Q正指正極換流單元輸出無功功率，Q負指負極換流單元輸出無功功率，Udc正指正極母線電壓，Udc負指負極母線電壓，S是全站額定視在容量，兩極通過極間通訊傳遞狀態量和模擬量信號。
[0024]圖2所示為雙極柔性直流輸電系統的全站無功功率控制流程圖。
[0025]正極換流單元和負極換流單元均處於運行狀態。
[0026]同時刻至多一個換流單元處於交流電壓控制模式實現方法，正極單元與負極單元通過極間通信實現兩極相互校驗，若其中一極單元要切換到交流電壓控制模式，並檢測到另一極單元處於交流電壓控制模式時，須等另一極單元釋放交流電壓控制權後，該極單元才能切換到交流電壓控制模式。最終實現兩極無功類控制模式如下:1)兩個換流單元一個換流單元處於交流電壓控制，一個換流單元處於無功功率控制；2)兩個換流單元均處於無功功率控制。
[0027]同時，為了避免兩個換流單元一個發送無功功率(容性無功)，一個吸收無功功率(感性無功)，造成單個換流站容量越限及損耗增大，兩換流單元無功功率控制按容抗互鎖原則控制，容抗互鎖兩換流單元通過極間通訊，相互傳輸接收對極輸出的無功功率，通過調整與全站無功指令值屬性不同的換流站輸出無功功率，從而保證正極換流單元與負極換流單元均輸出容性無功或感性無功。從而避免兩個換流單元中一個輸出容性無功，一個換流單元輸出感性無功。
[0028]滿足上述兩個條件下，全站無功功率分配方式如下:
[0029](I)如果兩個換流單元均處於雙極功率控制模式時，兩兩極輸出無功功率與兩極直流電壓的絕對值成正比，即圖1所示Q正/Q負=IUdc正l/ludc負|。
[0030](2)如果兩個換流單元中一個單元處於雙極功率控制，一個單元處單極功率控制(極功率獨立控制)，單極功率控制(極功率獨立控制)單元單獨控制其輸出無功功率，全站無功功率由處於雙極控制單元來維持，處於雙極控制的無功功率輸出值等於全站無功功率值減去單極功率控制(極功率獨立控制)輸出無功功率值。
[0031 ] (3)如果兩個換流單元均處於單極功率控制(極功率獨立控制)，兩個換流單元單獨控制各自無功功率。
[0032]兩個換流單元均處於雙極功率控制模式時，兩極輸出無功功率與兩極直流電壓的絕對值成正比，具體方法是:兩個換流單元均處於無功功率運行時，按照兩極直流電壓絕對值分配無功功率指令；兩個換流單元一個處於無功功率控制，一個處於交流電壓控制時，計算預測出總的無功功率，調整無功功率控制單元的指令，使其等於全站無功功率*(無功功率控制極對應的直流電壓絕對值/(交流電壓控制極對應的直流電壓絕對值+無功功率控制極對應的直流電壓絕對值))。
[0033]為了進一步優化兩個換流單元均處於雙極功率控制模式時運行特性，考慮不同限制條件和測量誤差，允許兩極電壓對稱運行時兩極輸出無功功率的差在全站額定容量的10%以內，S卩Iq正-Q負I〈10% *s，均可認為兩站輸出無功功率在相同範圍內。Iq正-Q負
>10% *S後調整相應換流單元無功功率，調整策略為，將兩換流向(Q正+Q負)/2方向調整，最終使兩換流單元輸出無功功率的差在全站額定容量的10%以內。
[0034]當兩個換流單元中一個單元處於雙極功率控制，一個單元處於單極功率控制(極功率獨立控制)，單極功率控制單元單獨控制其輸出無功功率，全站無功功率由處於雙極控制單元來維持，其實現方法為:處於雙極控制的無功功率輸出值等於全站無功功率值減去單極功率控制單元輸出的無功功率值。
[0035]最後應該說明的是:以上實施例僅為說明本發明的技術方案而非對其限制，，不能以此限定本發明的保護範圍，凡是按照本發明提出的技術思想，在技術方案基礎上所做的任何改動，其均涵蓋在本發明的權利要求範圍之內。
【權利要求】
1.一種雙極柔性直流輸電系統的全站無功功率控制方法，雙極柔性直流輸電系統換流站由兩個換流單元串聯構成，分別為正極單元與負極單元，對應兩極直流電壓分別為正極母線對地電壓和負極母線對地電壓，其特徵在於: 同時刻至多一個換流單元處於交流電壓控制模式，兩個換流單元無功功率控制按容抗互鎖原則控制，兩個所述換流單元的無功分配策略為: (1)兩個換流單元均處於雙極功率控制模式時，兩極輸出無功功率與兩極直流電壓的絕對值成正比； (2)兩個換流單元中一個單元處於雙極功率控制，一個單元處於單極功率控制時，單極功率控制單元單獨控制其輸出無功功率，全站無功功率由雙極功率控制單元來維持； (3)兩個換流單元均處於單極功率控制時，兩個換流單元單獨控制各自輸出無功功率。
2.如權利要求1所述的雙極柔性直流輸電系統的全站無功功率控制方法，其特徵在於:所述兩個換流單元無功功率控制按容抗互鎖原則指，正極換流單元與負極換流單元均輸出容性無功或均輸出感性無功。
3.如權利要求1所述的雙極柔性直流輸電系統的全站無功功率控制方法，其特徵在於:所述兩個換流單元均處於雙極功率控制模式時，兩極輸出無功功率與兩極直流電壓的絕對值成正比，兩換流單元輸出無功功率的偏差範圍在額定容量10%以內。
4.如權利要求1所述的雙極柔性直流輸電系統的全站無功功率控制方法，其特徵在於:所述兩個換流單元均處於雙極功率控制模式時，兩極輸出無功功率與兩極直流電壓的絕對值成正比，具體方法是:兩個換流單元均處於無功功率運行時，按照兩極直流電壓絕對值分配無功功率指令；兩個換流單元一個處於無功功率控制，一個處於交流電壓控制時，計算預測出總的無功功率，調整無功功率控制單元的指令，使所述無功功率等於全站無功功率* (無功功率控制極對應的直流電壓絕對值/ (交流電壓控制極對應的直流電壓絕對值+無功功率控制極對應的直流電壓絕對值))。
5.如權利要求1所述的雙極柔性直流輸電系統的全站無功功率控制方法，其特徵在於:所述單極功率控制單元單獨控制其輸出無功功率，全站無功功率由雙極功率控制單元來維持，具體方法是:處於雙極控制的無功功率輸出值等於全站無功功率值減去單極控制極輸出無功功率值。
6.如權利要求1所述的一種雙極柔性直流輸電系統的全站無功功率控制方法，其特徵在於:所述同時刻至多一個處於交流電壓控制模式，具體實現方法是，兩個換流單元通過極間通信實現兩極控制模式相互校驗，若其中一極單元要切換到交流電壓控制模式，並檢測到另一極單元處於交流電壓控制模式時，須等另一極單元釋放交流電壓控制權後，該極單元才能切換到交流電壓控制模式。
【文檔編號】H02J3/18GK104300570SQ201410604310
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年10月31日 優先權日:2014年10月31日
【發明者】李鋼, 董雲龍, 盧宇, 汪楠楠, 王柯, 丁久東, 胡仙來 申請人:南京南瑞繼保電氣有限公司, 南京南瑞繼保工程技術有限公司