[發明專利]一種多端柔直系統的不平衡功率自適應優化分配方法

有效

• 申請號: 201811383422.6
• 申請日: 2018-11-20
• 公開（公告）號: CN109390962B
• 公開（公告）日: 2020-06-23
• 發明（設計）人: 汪震;鄧銀秋;韓俊飛;錢一輝
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H02J3/36
• 分類號: H02J3/36;H02J3/26;H02J3/24
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 萬尾甜;韓介梅

1.一種多端柔直系統的不平衡功率自適應優化分配方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)基于含電壓源換流站的多端柔直極坐標等值模型，推導獲得功率再平衡引起的系統附加發電費用的等效成本表達式f_i(ΔP_si)，引入關于μ_i(ΔP_si)的等“類微增率”原則和輻射狀多端柔直的公共直流參考電壓V_PCC，設計獲得有功功率-直流電壓下垂曲線；

(2)由檢測得到的各換流站出口側直流電壓V_di根據步驟(1)所得有功功率-直流電壓下垂曲線，從而得到功率再平衡優化控制的有功功率參考值并與傳統一次下垂曲線的有功功率參考指令值經低通濾波器相加得各換流站有功功率參考指令值從而與換流站輸出功率測量值P_si形成閉環反饋，使不平衡功率在各換流站間自適應經濟分配；

步驟(1)中，具體如下：

(2.1)系統不平衡功率產生后，閥側物理量表示的系統附加發電費用的等效成本表達式；

對于多端柔直系統中外部連至強交流網，并采用直流電壓下垂控制和定無功功率控制的第i個整流站，記為MMCi，用等效阻抗模型和等效交流源用來表示換流站MMCi外部所連接的交流網，忽略換流站內部、聯接變壓器的有功損耗，則對于MMCi而言，從交流系統輸出的有功功率P_Gi的數學表達式如下：

其中，P_si、Q_si分別為注入第i個換流站的有功功率、無功功率，V_i為換流站交流母線等效電勢幅值，R_Li為交流網輸電線路等效電阻；

所述的換流站MMCi的無功功率值Q_si為恒定量，當多端柔直網絡中無源負荷頻繁波動或風電頻繁發生變化時，對式(1)線性化處理、忽略二次項，并考慮到：

則得：

ΔP_Gi≈(1+2P_siR_Li/V_i²)ΔP_si (3)

式中，ΔP_Gi、ΔP_si分別為在產生不平衡功率后第i座火電廠、第i個換流站需要調整的有功值；

當忽略換流站內部損耗時，對于直流網中的第i座交流火電廠，若其發電耗量(t/h)成本函數如下：

則所提及的功率再平衡附加發電費用(extra generation cost，EGC)如式(4)，并以多端柔直系統中MMC1～MMCi的總的附加發電費用最小作為目標函數：

若將式(2)、式(3)代入式(5)，則得換流站側物理量所表示的功率再平衡引起的系統EGC的等效成本表達式為：

其中，m_i、n_i分別為附加發電費用函數的二次項和一次項系數，a_i、b_i、c_i分別為發電費用函數的常數項、一次項系數、二次項系數，V_i⁽⁰⁾分別為第i個換流站有功功率、無功功率、等效電勢的初始值，全系統的EGC只需根據換流站內部、交流側及閥側物理值計算，無需依賴遠程通信；

(2.2)等“類微增率”原則；

對式(6)功率再平衡引起的系統附加發電費用(EGC)函數f(ΔP_si)進行求導，得：

類比成本微增率，將μ_i(ΔP_si)定義為EGC的“類微增率”函數，是第i個換流站需要調整的有功值ΔP_si的函數，若各換流站的類微增率滿足：

其中μ稱為類微增率常數，按(8)可實現直流網的不平衡功率在各換流站間按等“類微增率”原則進行經濟分配，式中是換流站有功出力的上、下限；

(2.3)引入輻射狀多端柔直的公共直流參考電壓；

選取MMC1～MMCi公共連接點PCC1作為直流電壓參考節點，并以公共連接點PCC1的母線直流電壓V_PCC及其初始值來表示

λ、α是綜合考慮量綱的歸一化系數，α取r表示裕度值，取(0,0.1)間的任意值；為換流站MMCi的有功調節能力上限、直流電壓下限；λ＝max(n_i)；同時，對于MMCi，由于忽略換流站內部及換流變壓器損耗，因此可假設P_si≈P_di成立，其中P_di為流出MMCi的直流功率，為初始值。則推導可得直流母線電壓表達式如下：

V_PCC＝V_di-[P_si/V_di-C(dV_di/dt)]R_i (11)

式中，V_di、P_si分別為換流站MMCi直流電壓、有功功率值，R_i為MMCi的直流輸電線路電阻，C為直流母線側并聯電容；

(2.4)功率再平衡優化控制層的下垂特性曲線；

將式(10)、(11)代入式(9)，并對式(9)進行反函數變換，可得基于換流站初始運行點的V_di-P_si曲線，即基于本地信息量的下垂特性曲線。

2.根據權利要求1所述的一種多端柔直系統的不平衡功率自適應優化分配方法，其特征在于，步驟(2)中，主要分為兩個關鍵部分，分別是分散一次下垂控制層、功率再平衡優化控制層：

(3.1)分散一次下垂控制層的功率指令值為：

式中，分別為傳統一次下垂控制中各換流站MMCi的直流電壓V_di、有功功率P_si對應的參考指令值，K_Di為其下垂系數；

(3.2)功率再平衡優化控制層的功率指令值為：

式中，Ts為低通濾波器的時間常數，表示μ_i的反函數，V_PCC、分別用式(10)、(11)代替；

(3.3)(3.1)和(3.2)所得的兩控制層有功功率指令參考值，經低通濾波器相加后，得各換流站的功率外環指令參考值為：

所得的各換流站有功功率參考指令值由于各換流站有功功率參考指令值與換流站輸出功率測量值P_si在穩態下相等，因而形成閉環反饋，經PI控制環節后，為內環d軸跟蹤電流提供電流參考值，從而使負荷或風電頻繁波動引起的不平衡功率在各換流站間自適應經濟分配。