[發明專利]基于控保一體化概念的直流變電站層級運行系統及方法

在審

• 申請號: 201710124091.3
• 申請日: 2017-03-03
• 公開（公告）號: CN106877501A
• 公開（公告）日: 2017-06-20
• 發明（設計）人: 朱淼;徐莉婷;馬建軍;蔡旭
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: H02J13/00
• 分類號: H02J13/00;H02J3/38
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司31236
• 代理人: 郭國中

技術領域

本發明涉及網狀直流輸電領域，具體地，涉及基于控保一體化概念的直流變電站層級運行系統及方法。

背景技術

直流輸電被視為遠距離電力傳輸與可再生能源接入的關鍵技術。現有直流輸電形式限于點對點直流輸電與多端直流輸電。為抑制功率波動，提升系統可靠性，未來網狀直流輸電的概念成為現在研究熱點。

實現直流輸電網的方式是通過互聯輸電線直接實現多條直流線路的聯接，互聯線路上同時配備有直流斷路器，實現故障隔離與保護。然而這種連接方式限于同一電壓等級的直流系統。由于可能涉及不同制造商建造的直流線路，互聯輸電線上潮流調配難以實現。此外當直流系統某一處出現故障時，整個直流系統都會受到影響。

為實現不同電壓等級的變換以及互聯線路上潮流主動調配，可以采用DC-DC變換器。該變換器與交流系統中交流變壓器功能類似，在直流網中該變換器又被稱為直流變壓器。該變換器需要具備故障隔離能力，用于限制故障影響區域。然而僅僅依賴于單端口的DC/DC變換器，直流網中將出現過多輸電線路。出于本身的通訊延時的存在，正常運行與故障條件下，遠距離直流變壓器的協調將很困難。

與交流系統類似，多端口節點將是互聯直流網中關鍵元件。該節點用于大系統之間分割，分離直流系統之間互聯；實現功率的收集與再分配；隔離故障端同時保證其它接入端不受影響。在先前研究中，該節點被稱為多端口DC/DC變換器或DC Hub。由于與交流變電站功能的相似，本文稱該節點為直流變電站。

一種直流變電站典型應用如圖1所示，通過直流變電站實現多個風力發電廠與多個直流電網之間互聯。直流變電站內部包括多組電力電子變壓器。綜合考慮無母線與共母線兩種接法，每個變電站端口連有“直接互聯變換器”C₁₁、C_NN，與“共母線變換器”C_w11,C_g11等單元。正常情況下，直流變電站通過協調上述內部變換器，實現控制風場端1，2…N側電壓，調節輸送到電網1，2…N的功率的目的。當風場側或直流電網側出現故障時，通過直流變電站實現故障端隔離，同時維持其它接入端的正常運行。而當直流變電站內部變換器出現故障時，通過拓撲內部重構，提升系統可靠性。

綜上所述，直流變電站需要實現穩態條件下電壓調節、功率分配，以及故障情況下故障端隔離與功率重構。需要說明的是，穩態運行與故障隔離并非完全獨立的運行目標。通過變換器自身具備的電力電子開關，往往能夠實現直流故障的隔離，節約額外的直流斷路器，實現控制與保護的“一體化”。這種情況下直流變電站運行目標更為復雜，涉及多個時間尺度與多種運行狀態，運行策略實現手段成為制約直流變電站運行的關鍵技術挑戰。

經檢索，苗璐、林衛星、姚良忠、等在中國電機工程學報,2015,35(5):1023-1031發表了名稱為：“多端口背靠背式直流–直流換流系統”的文章，提出一種多端口背靠背式直流–直流換流系統(multiport back-to-back，MB2B)。其內部由多個電壓源型換流器(voltage source converters，VSC)組成，VSC交流側均連接到MB2B內部公共交流母線。為了使MB2B具有聯接不同電壓等級直流線路的功能，MB2B內部采用變壓器來匹配不同電壓等級的直流線路。MB2B的每個端口均可獨立調節其潮流。為了減少VSC運行損耗，MB2B內部交流系統運行頻率取為工頻。詳細設計MB2B的穩態控制及故障下功率自動平衡控制。為驗證該拓撲的可行性和安全性，在PSCAD/EMTDC上搭建由四端口MB2B構成的實驗電網系統的仿真模型，并針對該實驗系統進行黑啟動、潮流調節、直流故障隔離以及故障下自動功率平衡等仿真。實驗系統中所有的控制策略均不需要任何通訊。

該文獻針對共交流母線四端口直流變電站提出了一種控制策略。該控制策略中，直流變電站控制策略依賴于特定變電站拓撲結構，對圖1所示的一般性直流變電站結構不適用。需要獲知每一個電力電子變換器具體電路結構，以此為依據設計運行策略。當系統擴建時，控制策略需要重新設計。變電站內部母線故障與變換器故障時，整個變電站系統都需要停止運行，系統可靠性較低。

發明內容

針對現有技術中的缺陷，本發明的目的是提供一種基于控保一體化概念的直流變電站層級運行系統及方法。

根據本發明提供的基于控保一體化概念的直流變電站層級運行系統，包括：變換器控制層，端電壓控制層以及變電站控制層，