一种双极柔性直流输电系统运行模式的有功类控制方法

摘要

本发明公开一种双极柔性直流输电系统运行模式的有功类控制方法，检测是否本站已有一极处于运行，如运行极处于直流电压类控制，未运行极选择直流电压类控制，如运行极处于非直流电压类控制，未运行极选择非直流电压类控制；如两极均未运行，两极选择同时运行模式时，本站两个极选择处于同一种控制模式，同处于直流电压类或非直流电压类控制模式；如交流系统是无源系统，两极均选择非电压控制模式且至少一极的非电压控制模式选择为频率控制模式；如两极均未运行，选择一极先运行模式，如交流系统是无源系统，选择先运行极的非电压控制模式选择为频率控制模式。本发明实现了两站的解耦运行，避免了控制模式选择错误带来的频率、功率失稳问题。

说明书

技术领域

本发明属于柔性直流输电技术领域，具体涉及一种双极柔性直流输电系统运 行模式的有功类控制方法。

背景技术

柔性直流输电采用电压源换流器，可以独立调节有功和无功的输出、提高交 流系统的输电能力，易于构成多端直流输电系统，在可再生能源的发电并网、孤 岛城市供电以及交流系统互联等应用领域，具有明显的竞争力。随着电力电子器 件和控制技术的进步，柔性直流容量和电压等级越来越高。

为了实现大容量功率输送的要求，需要增加子模块数量以提高其电压等级， 但过多子模块级联增加阀控设备控制难度，因此采用双极结构形式，减少单个换 流单元子模块级联数目的同时达到同样传输功率成为一种可行选择。

双极柔性直流输电系统相对于单极系统，其可靠性更高，但其控制也更加复 杂，特别是两个柔性换流单元有功类控制模式优化选择，目前研究非常少。为了 充分发挥双极柔性直流拓扑结构传输功率的优势，需要一种有效的双极柔性直流 输电系统的有功类控制模式决策机制，保证双极有功功率的灵活控制，实现双极 柔性直流输电系统优化运行。

发明内容

针对现有技术不足,本发明提出一种双极柔性直流输电系统运行模式的有功 类控制方法,解决了两个换流单元因控制模式不够优化，带来的两站有功功率控 制灵活低、分配困难、动态调节差等问题，同时避免了两站需要依靠通讯才能实 现功率平衡问题。实现了双极柔性直流输电系统的有功功率控制模式优化运行。

为了达成上述目的，本发明采用下述技术方案实现：一种双极柔性直流输电 系统运行模式的有功类控制方法，所述的双极柔性直流输电系统换流站由两个换 流单元串联构成，分别为正极单元与负极单元，所述的有功类控制模式主要包含： 直流电压类控制模式和非直流电压类控制模式，其中非直流电压类控制模式分为 频率控制、双极有功功率控制和单极有功功率控制，直流输电方式下两站有且仅 有一站处于直流电压控制模式；遵循本站两个换流单元处于同一种控制模式的原 则，两极同处于直流电压类或非直流电压类控制模式：

(1)检测是否本站已有一极处于运行，如仅有一极已运行，未运行极控制 有功类控制模式与运行极一致，如运行极处于直流电压类控制，未运行极选择直 流电压类控制，如运行极处于非直流电压类控制，未运行极选择非直流电压类控 制；

(2)如两极均未运行，两极选择同时运行(解锁)模式时，本站两个极选 择处于同一种控制模式，同处于直流电压类或非直流电压类控制模式；如交流系 统是无源系统，两极均选择非电压控制模式且至少一极的非电压控制模式选择为 频率控制模式。

(3)如两极均未运行，选择一极先运行(解锁)模式，如交流系统是无源 系统，选择先运行极的非电压控制模式选择为频率控制模式。

进一步的，如果运行极处于非直流电压类控制，未运行极选择非直流电压类 控制；且如果运行极及处于频率控制，则非运行极可以选择频率控制、单极有功 功率控制、双极有功功率控制的一种，如果运行极不处于频率控制，则非运行极 选择单极功率控制和双极有功功率控制的一种。

进一步的，所述的一种双极柔性直流输电系统运行模式的有功类控制方法, 其特征在于，所提到的各种控制模式控制范围为：双极有功功率控制模式、单极 有功功率控制模式、频率控制模式，双极有功功率控制针对全站有功功率调节， 单极有功功率针对所处相应极的有功功率调节，频率控制即可针对全站调节，也 可针对所处相应极调节。

本一种双极柔性直流输电系统运行模式的有功类控制方法所提到的各种控 制模式控制范围为：双极有功功率控制针对全站有功功率调节，单极有功功率针 对所处相应极的有功功率调节，频率控制即可针对全站调节，也可针对所处相应 极调节。

经过上述双极柔性直流输电系统直流输电运行模式的有功类控制模式决策， 有功类控制模式均满足解锁运行条件，待其它条件满足后，相应站相应极即可选 择适合的控制模式解锁。

采用上述方案后，本发明的有益效果为：

(1)避免了全站功率协调控制困难、功率协调严重依赖站间通讯等问题， 实现了两站的解耦运行。

(2)在有源模式与无源模式下，均能实现两极优化选择有功类控制模式， 从而避免了控制模式选择错误带来的频率、功率失稳等问题。

附图说明

图1是双极柔性直流输电系统换流站的结构示意图；

图2是一站双极单元控制模式示意图；

图3是本发明提供的一种双极柔性直流输电系统运行模式的有功类控制方 法操作流程图。

具体实施方式

以下将结合附图及具体实施方式，对本发明的技术方案进行详细说明。

实施例1

本一种双极柔性直流输电系统运行模式的有功类控制方法，所述的双极柔性 直流输电系统换流站由两个换流单元串联构成，分别为正极单元与负极单元，所 述的有功类控制模式主要包含：直流电压类控制模式和非直流电压类控制模式， 其中非直流电压类控制模式分为频率控制、双极有功功率控制和单极有功功率控 制，直流输电方式下两站有且仅有一站处于直流电压控制模式；遵循本站两个换 流单元处于同一种控制模式的原则，两极同处于直流电压类或非直流电压类控制 模式：

(1)检测是否本站已有一极处于运行，如仅有一极已运行，未运行极控制 有功类控制模式与运行极一致，如运行极处于直流电压类控制，未运行极选择直 流电压类控制，如运行极处于非直流电压类控制，未运行极选择非直流电压类控 制；

(2)如两极均未运行，两极选择同时运行模式时，本站两个极选择处于同 一种控制模式，同处于直流电压类或非直流电压类控制模式；如交流系统是无源 系统，两极均选择非电压控制模式且至少一极的非电压控制模式选择为频率控制 模式；

(3)如两极均未运行，选择一极先运行模式，如交流系统是无源系统，选 择先运行极的非电压控制模式选择为频率控制模式。

如果运行极处于非直流电压类控制，未运行极选择非直流电压类控制；且如 果运行极及处于频率控制，则非运行极可以选择频率控制、单极有功功率控制、 双极有功功率控制的一种，如果运行极不处于频率控制，则非运行极选择单极功 率控制和双极有功功率控制的一种。所提到的各种控制模式控制范围为：双极有 功功率控制模式、单极有功功率控制模式、频率控制模式，双极有功功率控制针 对全站有功功率调节，单极有功功率针对所处相应极的有功功率调节，频率控制 即可针对全站调节，也可针对所处相应极调节。

图1所示为双极柔性直流输电系统换流站，包括：多个换流变压器，换流器。 换流器由两个换流单元组成；其中，正极换流单元的一端为换流器的正端，正极 换流单元的另一端与负极换流单元的一端相连并通过中性母线接地，负极换流单 元的另一端为换流器的负端。图中，P正指正极换流单元输出有功功率，P负指 负极换流单元输出有功功率，Udc正指正极母线电压，Udc负指负极母线电压，S 是全站额定视在容量，两极通过极间通讯传递状态量和模拟量信号。

图2为一站双极系统控制模式，一个站两个极，分别为正极单元和负极单元， 每个极的有功类控制模式都包含直流电压控制、双极有功功率控制、单极有功功 率控制和频率控制，其中双极有功功率控制、单极有功功率控制和频率控制属于 非直流电压控制。本发明专利以双极有功功率控制、单极有功功率控制和频率控 制命名，也可以命名为双极功率控制、单极功率控制、无源电压控制等，但命名 的改变并不能改变本发明的核心本质。其中双极有功功率控制针对全站有功功率 调节，单极有功功率针对相应极有功功率调节，频率控制即可针对全站调节，也 可针对本极调节。双极间控制模式交换在极间通讯正常时通过极间通讯实现控制 模式的交互，在极间通讯故障时通过运行人员确认实现。

图3所示为双极柔性直流输电系统直流输电运行模式的有功类控制模式决 策机制操作流程图。

正极换流单元和负极换流单元均选择直流输电(HVDC)模式。

1.检测是否本站已有一极处于运行，如仅有一极已运行，未运行极控制有功 类控制模式与运行极一致，如运行极处于直流电压类控制，未运行极选择直流电 压类控制，如运行极处于非直流电压类控制，未运行极选择非直流电压类控制；

2.如一极已运行且运行极及处于频率控制，则非运行极可以选择频率控制、 单极有功功率控制、双极有功功率控制的一种，如运行极不处于频率控制，则非 运行极选择单极功率控制和双极有功功率控制的一种；

3.如本站两极均处于运行状态，控制模式选择完毕；

4.如两极均不处于运行状态，判断拟选择的运行模式，双极同时解锁(运行) 模式或一极先解锁(运行)模式；

5.双极同时解锁(运行)模式下，首先进行本站两极控制模式选择，两极控 制模式应一致，两极均处于直流电压控制或非直流电压控制，同时两站中有且仅 有一站处于直流电压控制，如交流系统是无源系统，选择非电压控制模式，至少 一极的非电压控制模式选择为频率控制模式；

6.一极先解锁模式，两站中选择的需要解锁极有且仅有一站处于直流电压控 制，另外一站处于非直流电压控制，另外一站处于非直流电压控制，如为无源系 统，则选择频率控制，具备解锁极在满足条件时解锁，另外未解锁极控制模式选 择参照步骤1和步骤2；

7.本站双极单元控制模式的交互极间通讯正常时通过极间通讯实现，不正常 时依靠运行人员确认实现；

经过上述双极柔性直流输电系统直流输电运行模式的有功类控制模式决策， 有功类控制模式均满足解锁运行条件，待其它条件满足后，相应站相应极即可选 择适合的控制模式解锁。