《一種多端柔性直流輸電系統協調控制方法》是南京南瑞繼保電氣有限公司和南京南瑞繼保工程技術有限公司於2012年11月8日申請的專利，該專利的公布號為CN102969733A，申請號為2012104423364，授權公布日為2013年3月13日，發明人是董雲龍、田傑、李鋼、曹冬明、李海英、劉海彬，該發明涉及一種柔性直流輸電領域控制技術，具體涉及一種多端柔性直流輸電系統的協調控制方法。
《一種多端柔性直流輸電系統協調控制方法》所述方法，如果直流電壓主控站停運，則直流電壓控制從站接管直流電壓控制，剩餘換流站維持原控制方式不變；所述接管步驟包括：在站間通訊有效的情況下，主控站通過站間通訊將停運信息傳送至從站，從站監視到直流電壓主控站停運後，即從當前控制方式切換到直流電壓控制方式；在站間通訊失效或者無站間通訊的情況下，從站監測系統直流電壓的變化，當直流電壓值與額定值的差值超過一定閾值後，即從當前控制方式切換到直流電壓控制方式。此方法可以有效地控制直流電壓，並且在直流電壓主控站因故障停運後，直流電壓控制從站能夠接管控制，減小系統直流電壓振盪。
2015年12月1日，《一種多端柔性直流輸電系統協調控制方法》獲得第九屆江蘇省專利項目優秀獎。
（概述圖為《一種多端柔性直流輸電系統協調控制方法》摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：一種多端柔性直流輸電系統協調控制方法
- 公布號：CN102969733A
- 授權日：2013年3月13日
- 申請號：2012104423364
- 申請日：2012年11月8日
- 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
- 地址：江蘇省南京市江寧區蘇源大道69號
- 發明人：董雲龍、田傑、李鋼、曹冬明、李海英、劉海彬
- 類別：發明專利
- 代理機構：南京經緯專利商標代理有限公司
- 代理人：許方
- Int.Cl.：H02J3/36（2006.01）
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,附圖說明,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
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。多端柔性直流輸電在運行靈活性、可靠性上比兩端柔性直流輸電更有優勢。同時構建多端柔性直流輸電能夠滿足電網互聯、城市電網供電、多個風電場（新能源）互聯等，具有重要意義。但多端柔性直流輸電控制系統相對兩端柔性直流輸電更加複雜。如何實現多端柔性直流輸電各站的協調控制是多端柔性直流輸電的難點。
2012年11月前業界提出了如下幾種多端柔性直流輸電的協調控制方式：
（1）單點直流電壓協調控制方式；
只有一個換流站控制直流電壓，其餘換流站選擇有功功率控制或頻率控制。以三端柔性直流輸電為例進行說明，其單點直流電壓協調控制原理圖如圖1所示，同樣的原理也適用於其它多端柔性直流輸電系統。其中，站1控制直流電壓，起直流電壓穩定和功率平衡節點作用。其餘換流站處於有功功率或頻率控制。
單點直流電壓協調控制的缺點為當控制直流電壓站停運時，整個多端柔性直流輸電系統因電壓失穩而退出運行。
（2）基於直流電壓斜率的多點直流電壓協調控制方式；
將與交流電源相連的具有功率調節能力的多個換流器運行於直流電壓按斜率控制方式。以三端柔性直流輸電為例進行說明，三個換流站中選擇站1與站2採用基於斜率的直流電壓控制方式，站3選擇有功功率控制或頻率控制方式，如圖2所示。站1與站2的直流參考電壓如式（1）所示：
其中，Uint是站1和站2的直流電壓額定值；k1是站1的電壓-電流斜率，k2是站2的電壓-電流斜率；Udc1_ref是站1的直流電壓參考值，Udc2_ref是站2的直流電壓參考值，Idc1是站1的電流參考值，Idc2是站2的電流參考值。通過控制斜率k1與k2的比例關係，從而控制兩個定直流電壓換流站吸收或者傳送的有功功率的比值。
採用基於直流電壓斜率的多點直流電壓控制方式，提高了整個多端系統的功率調節能力和穩定性，但其直流電壓控制質量差，不能恆定，且對於參與直流電壓控制的單個換流站無法實現定有功功率控制。
（3）基於直流電壓偏差的多點直流電壓協調控制方式；
以三端柔性直流為例，採用基於直流電壓偏差的多點直流電壓協調控制方式原理如圖3所示。站1採用定直流電壓控制，站2採用帶直流電壓偏差的功率控制器，站3採用定有功功率控制或者定頻率控制。正常運行時指定站1作為直流電壓主控站。當站1停運時，直流網路的功率失去平衡，若注入直流網路功率小於直流網路傳送功率，則直流電壓下降。站2檢測到直流電壓低於直流電壓閾值Urefl時，站2在容量允許範圍內由當前控制方式切換為定直流電壓控制，穩定柔性直流系統的直流電壓。基於直流電壓偏差的多點直流電壓協調控制方式，相對單點直流電壓協調控制方式提高了多端柔性直流系統的穩定性。但通過檢測直流電壓上升或者下降到設定值較慢，其存在接管時系統直流電壓振盪較大，容易出現過電壓或者欠壓故障。
為了解決以上協調控制策略存在的不足，提高多端柔性直流輸電穩定性和可靠性，充分發揮多端柔性直流輸電優勢，需要一種魯棒性更強、更靈活的協調控制策略。
發明內容
專利目的
《一種多端柔性直流輸電系統協調控制方法》的目的，在於提供一種多端柔性直流輸電系統協調控制方法,其可以有效地控制直流電壓，並且在直流電壓主控站因故障停運後，直流電壓控制從站能夠接管控制，減小系統直流電壓振盪。
技術方案
《一種多端柔性直流輸電系統協調控制方法》所述直流輸電系統包括一個直流電壓主控站、至少一個直流電壓控制從站和至少一個普通換流站，直流電壓主控站控制整個系統的直流電壓，其餘所有換流站選擇有功功率控制或者頻率控制；如果直流電壓主控站停運，則一個直流電壓控制從站接管直流電壓控制，剩餘換流站維持原控制方式不變；所述接管步驟包括：
（1）在站間通訊有效的情況下，直流電壓主控站通過站間通訊將停運信息傳送至該接管的直流電壓控制從站，該直流電壓控制從站監視到直流電壓主控站停運後，即從當前控制方式切換到直流電壓控制方式；
（2）在站間通訊失效或者無站間通訊的情況下，直流電壓控制從站監測系統直流電壓的變化，當直流電壓值與額定值的差值超過一定閾值後，即從當前控制方式切換到直流電壓控制方式。
上述直流電壓主控站和直流電壓控制從站之間通過站間通訊相連。
上述步驟（1）中，直流電壓控制從站通過站間通訊監測到直流電壓主控站的停運信息後，即快速無偏差接管直流電壓控制，直流電壓指令值為額定值或當前運行值。
上述步驟（1）中，停運信息是停運狀態、閉鎖狀態、交流開關分位或極隔離信息。
上述步驟（2）中，直流電壓控制從站有偏差接管直流電壓控制，將直流電壓控制在接管時設定的參考值，或通過斜率恢復到額定值。
上述步驟（2）中，閾值是系統直流電壓額定值的0.01～0.3倍。
上述直流電壓控制從站設有至少兩個，這些直流電壓控制從站按優先權接管直流電壓控制。
上述直流電壓控制從站接管直流電壓控制後，直流電壓主控站停運一段時間後再恢復正常運行情況下，選擇有功功率控制或者頻率控制。
上述直流電壓控制從站接管直流電壓控制後，直流電壓主控站停運一段時間後再恢復正常運行情況下，將其作為新的直流電壓控制從站。
改善效果
採用上述方案後，《一種多端柔性直流輸電系統協調控制方法》可以實現系統直流電壓有效控制，在站間通訊有效的情況下，當直流電壓主控站退出運行時，直流電壓控制從站可以快速且無偏差接管，系統直流電壓振盪很小。當站間通訊失效時，可以通過有偏差方法進行接管。在有站間通訊與無站間通訊情況下均能正常工作，以無偏差接管為主選方法，有偏差接管為備選方法，保證直流電壓主控站故障後，剩餘換流站可以繼續穩定運行，提高系統可靠性。
附圖說明
圖1是2012年11月前已有單點直流電壓協調控制方式原理圖（以三端柔性直流為例）；
其中，所有子圖橫坐標為直流電流，縱坐標為直流電壓；站1控制直流電壓，，站2和站3處於有功功率或頻率控制；
圖2是基於直流電壓斜率的多點直流電壓協調控制方式原理圖（以三端柔性直流為例）；
其中，所有子圖橫坐標為直流電流，縱坐標為直流電壓；站1與站2採用基於斜率的直流電壓控制方式，站3選擇有功功率控制或頻率控制方式；
圖3是基於直流電壓偏差的多點直流電壓協調控制方式原理圖（以三端柔性直流輸電為例）；
其中，所有子圖橫坐標為直流電流，縱坐標為直流電壓；站1為直流電壓主控站，採用直流電壓控制方式；站2為直流電壓控制從站，當系統直流電壓大於低限定值Urefl且小於高限定值Urefh時，採用定有功功率或者定頻率控制方式，當系統直流電壓小於低限定值Urefl或大於高限定值Urefh時，切換至直流電壓控制方式；站3為普通站，採用有功功率或頻率控制方式；
圖4是《一種多端柔性直流輸電系統協調控制方法》提供的協調控制方法的控制原理圖（以三端柔性直流輸電為例）。
權利要求
1.《一種多端柔性直流輸電系統協調控制方法》所述直流輸電系統包括一個直流電壓主控站、至少一個直流電壓控制從站和至少一個普通換流站，直流電壓主控站控制整個系統的直流電壓，其餘所有換流站選擇有功功率控制或者頻率控制；其特徵在於：如果直流電壓主控站停運，則一個直流電壓控制從站接管直流電壓控制，剩餘換流站維持原控制方式不變；所述接管步驟包括：
（1）在站間通訊有效的情況下，直流電壓主控站通過站間通訊將停運信息傳送至該接管的直流電壓控制從站，該直流電壓控制從站監視到直流電壓主控站停運後，即從當前控制方式切換到直流電壓控制方式；
（2）在站間通訊失效或者無站間通訊的情況下，直流電壓控制從站監測系統直流電壓的變化，當直流電壓值與額定值的差值超過一定閾值後，即從當前控制方式切換到直流電壓控制方式。
2.如權利要求1所述的一種多端柔性直流輸電系統協調控制方法，其特徵在於：所述直流電壓主控站和直流電壓控制從站之間通過站間通訊相連。
3.如權利要求1所述的一種多端柔性直流輸電系統協調控制方法，其特徵在於：所述步驟（1）中，直流電壓控制從站通過站間通訊監測到直流電壓主控站的停運信息後，即快速無偏差接管直流電壓控制，直流電壓指令值為額定值或當前運行值。
4.如權利要求1所述的一種多端柔性直流輸電系統協調控制方法，其特徵在於：所述步驟（1）中，停運信息是停運狀態、閉鎖狀態、交流開關分位或極隔離信息。
5.如權利要求1所述的一種多端柔性直流輸電系統協調控制方法，其特徵在於：所述步驟（2）中，直流電壓控制從站有偏差接管直流電壓控制，將直流電壓控制在接管時設定的參考值，或通過斜率恢復到額定值。
6.如權利要求1所述的一種多端柔性直流輸電系統協調控制方法，其特徵在於：所述步驟（2）中，閾值是系統直流電壓額定值的0.01～0.3倍。
7.如權利要求1所述的一種多端柔性直流輸電系統協調控制方法，其特徵在於：所述直流電壓控制從站設有至少兩個，這些直流電壓控制從站按優先權接管直流電壓控制。
8.如權利要求1所述的一種多端柔性直流輸電系統協調控制方法，其特徵在於：所述直流電壓控制從站接管直流電壓控制後，直流電壓主控站停運一段時間後再恢復正常運行情況下，選擇有功功率控制或者頻率控制。
9.如權利要求1所述的一種多端柔性直流輸電系統協調控制方法，其特徵在於：所述直流電壓控制從站接管直流電壓控制後，直流電壓主控站停運一段時間後再恢復正常運行情況下，將其作為新的直流電壓控制從站。
實施方式
《一種多端柔性直流輸電系統協調控制方法》提供的一種多端柔性直流輸電系統協調控制方法，將站間通訊功能與基於直流電壓偏差的協調控制方法相結合，所述直流輸電系統中，通常都會設定一個直流電壓主控站和至少一個直流電壓控制從站，其它都作為普通換流站，所述直流電壓主控站和直流電壓控制從站之間通過站間通訊相連，而普通換流站與直流電壓主控站或直流電壓控制從站之間可以有站間通訊，也可以沒有站間通訊；在實現控制時，直流電壓主控站控制整個系統的直流電壓，也即進行直流電壓控制，直流電壓控制從站和所有普通換流站均選擇有功功率控制或者頻率控 制；如果直流電壓主控站停運，則直流電壓控制從站接管直流電壓控制，剩餘普通換流站維持原控制方式不變，當設定有兩個及以上直流電壓控制從站時，將按照優先權接管直流電壓主控站的直流電壓控制；所述接管步驟包括：
（1）在直流電壓主控站與直流電壓控制從站之間的站間通訊有效的情況下，直流電壓主控站通過站間通訊將停運信息傳送至直流電壓控制從站，該直流電壓控制從站監視到直流電壓主控站停運後，即快速無偏差接管直流電壓控制，從當前控制方式切換到直流電壓控制方式，直流電壓指令值為額定值或當前運行值；所述停運信息是指停運狀態、閉鎖狀態、交流開關分位、極隔離等所有表征該換流站不能正常運行的信息；
（2）在直流電壓主控站與直流電壓控制從站之間的站間通訊失效或者無站間通訊的情況下，直流電壓控制從站監測直流輸電系統直流電壓的變化，當直流電壓值與額定值的差值超過一定閾值（該差值可以是系統直流電壓額定值的0.01～0.3倍之間）後，即有偏差接管直流電壓控制，從當前控制方式切換到直流電壓控制方式，該直流電壓控制從站既可以將直流電壓控制在接管時設定的參考值，也可以通過斜率恢復到額定值。
另外，採用《一種多端柔性直流輸電系統協調控制方法》所提供的協調控制方法後，所述直流電壓主控站停運一段時間後再恢復正常運行情況下，選擇有功功率控制或者頻率控制，可以將其作為新的直流電壓控制從站。
下面結合附圖以三端柔性直流輸電系統為具體實施例，對協調控制的具體實施方式做進一步的詳細說明。參照圖4，三端柔性直流輸電系統中，正常運行時，站1為直流電壓主控站，選擇定直流電壓控制方式；站2為直流電壓控制從站，選擇定有功功率控制或者定頻率控制方式；站3為普通換流站，選擇定有功功率控制或者定頻率控制方式。站1和站2之間通過站間通訊相連，站1將系統停運信息通過站間通訊傳送至站2。
當站1退出運行時，如果站間通訊正常，則站2通過選擇器，確定直流電壓接管方式為無偏差接管，站2通過站間通訊監測到站1停運信息後，將自身的控制方式由定有功功率或者定頻率控制方式切換為定直流電壓控制方式，直流電壓參考值選擇額定值，實現無偏差直流電壓接管控制，維持柔性直流輸電系統直流電壓的恆定；站3還是維持原來的控制方式不變。
當站1退出運行時，如果站間通訊失效，則站2通過選擇器，確定直流電壓接管方式為有偏差接管，站1停運後會引起直流電壓的波動，站2監測到直流電壓的波動範圍超過閾值後，判斷站1停運，即將控制方式由定有功功率或者定頻率控制方式切換為定直流電壓控制方式，直流電壓參考值選擇預設的定值，實2012年11月前已有偏差直流電壓接管控制，維持柔性直流輸電系統直流電壓的恆定。
榮譽表彰
2015年12月1日，《一種多端柔性直流輸電系統協調控制方法》獲得第九屆江蘇省專利項目優秀獎。
