一種適用于LCC型直流輸電系統(tǒng)的功率協(xié)調(diào)控制方法及裝置與流程

本發(fā)明涉及l(fā)cc直流輸電系統(tǒng)領(lǐng)域，具體提出一種適用于lcc型直流輸電系統(tǒng)的功率協(xié)調(diào)控制方法及裝置。

背景技術(shù)：

傳統(tǒng)高壓直流輸電，即基于電網(wǎng)換相換流器的高壓直流(linecommutatedconverterhighvoltagedirectcurrent，lcc-hvdc)輸電系統(tǒng)，具有輸送容量大、造價低、傳輸功率快速可控等優(yōu)點(diǎn)，關(guān)鍵技術(shù)已經(jīng)相對成熟，在輸電系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛。

lcc換流站會消耗大量無功功率，無功功率對維持交流母線電壓，維持系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行十分關(guān)鍵。因此需要配置相應(yīng)容量的無功補(bǔ)償裝置。常規(guī)的無功補(bǔ)償裝置為換流站配置的交流濾波器。在新能源發(fā)電通過lcc送出情況下，由于新能源出力波動，會增加交流濾波器的投切次數(shù)，有可能影響系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性；并且交流濾波器的投切為階梯式，對無功功率的調(diào)節(jié)的連續(xù)性有一定限制。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決當(dāng)新能源發(fā)電通過lcc送出情況時，由于新能源出力波動使得交流濾波器的投切次數(shù)增加，影響系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性，以及交流濾波器的階梯式投切方式，對無功功率的調(diào)節(jié)連續(xù)性存在限制的難題；本發(fā)明提出一種適用于lcc型直流輸電系統(tǒng)的功率協(xié)調(diào)控制方法，為新能源直流并網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展提供了新思路和新方向，既解決了可再生能源發(fā)電的功率波動與lcc型直流傳輸系統(tǒng)無法配合的缺陷，又改善了系統(tǒng)運(yùn)行時常規(guī)無功補(bǔ)償裝置的頻繁動作，實(shí)現(xiàn)了快速無功控制，使電壓、功率維持穩(wěn)定和平衡，從而確保系統(tǒng)運(yùn)行和輸電穩(wěn)定性。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種適用于lcc型直流輸電系統(tǒng)的功率協(xié)調(diào)控制方法，所述方法包括：

根據(jù)自定義的時間周期采集交直流系統(tǒng)的不平衡無功，判斷其值是否為零；若是，則無功補(bǔ)償裝置不動作，計(jì)算結(jié)束；否則進(jìn)入下一步；

將所述不平衡無功和動態(tài)無功補(bǔ)償裝置的無功補(bǔ)償量做差，與動態(tài)無功補(bǔ)償裝置容量進(jìn)行比較，判斷其差值是否達(dá)到動態(tài)無功補(bǔ)償裝置的容量上或下限；若尚未達(dá)到，則對不平衡無功進(jìn)行歸零處理，計(jì)算結(jié)束；否則進(jìn)入下一步；

通過投切邏輯規(guī)則向交流濾波器發(fā)送投入/切除指令；

根據(jù)指令發(fā)出后不平衡無功和交流濾波器投切的變化情況，對動態(tài)無功補(bǔ)償裝置容量重新配置。

優(yōu)選的，通過下式確定所述交直流系統(tǒng)的不平衡無功：

qexc＝qfilt+qcref-qdc(1)

上式中，qexc為交直流系統(tǒng)的不平衡無功，qcref表示動態(tài)無功補(bǔ)償裝置的無功補(bǔ)償量，qfilt為交流濾波器容量，qdc為換流器消耗的無功功率。

進(jìn)一步地，通過下式確定所述交流濾波器容量：

其中，qfiltn為交流濾波器的最小分組容量，uac為換流站交流母線線電壓有效值，uacn為換流站交流母線線電壓整定值。

進(jìn)一步地，通過下式確定換流器消耗的無功功率：

上式中，p為換流器直流側(cè)功率，為換流器的功率因數(shù)角，α為整流器觸發(fā)角，μ為換相角，id為直流運(yùn)行電流，當(dāng)換流站以逆變方式運(yùn)行時，用逆變側(cè)關(guān)斷角γ代替整流器觸發(fā)角α；xc為換流變壓器換相電抗；e11為換流變壓器閥側(cè)空載線電壓。

優(yōu)選的，所述對不平衡無功進(jìn)行歸零處理包括，將動態(tài)無功補(bǔ)償裝置的無功補(bǔ)償量更新為所述不平衡無功和動態(tài)無功補(bǔ)償裝置無功補(bǔ)償量的差值，并將不平衡無功調(diào)節(jié)至零。

優(yōu)選的，所述通過投切邏輯規(guī)則向交流濾波器發(fā)送投入/切除指令包括：

當(dāng)滿足以下條件時，向交流濾波器發(fā)送投入指令：

當(dāng)滿足以下條件時，向交流濾波器發(fā)送切除指令：

其中，qexc為交直流系統(tǒng)的不平衡無功，qcref表示動態(tài)無功補(bǔ)償裝置的無功補(bǔ)償量，qfilt為交流濾波器容量，qdc為換流器消耗的無功功率，qcsc為動態(tài)無功補(bǔ)償裝置容量。

優(yōu)選的，所述對動態(tài)無功補(bǔ)償裝置容量重新配置包括：獲取投入/切除指令指發(fā)出后不平衡無功和交流濾波器投切的變化情況，根據(jù)所述變化情況調(diào)節(jié)動態(tài)無功補(bǔ)償裝置的無功補(bǔ)償量，重新設(shè)置動態(tài)無功補(bǔ)償裝置容量的取值范圍。

進(jìn)一步地，所述獲取投入/切除指令指發(fā)出后不平衡無功和交流濾波器投切的變化情況，根據(jù)所述變化情況調(diào)節(jié)動態(tài)無功補(bǔ)償裝置的無功補(bǔ)償量包括：若所述投入指令發(fā)出后，交直流系統(tǒng)的不平衡無功為qexc＝qfiltn-qcsc，則回調(diào)所述動態(tài)無功補(bǔ)償裝置，使其滿足直至動態(tài)無功補(bǔ)償裝置的無功補(bǔ)償量qcref降至為零；

若所述切除指令發(fā)出后，交直流系統(tǒng)的不平衡無功為qexc＝qcsc-qfiltn，則回調(diào)所述動態(tài)無功補(bǔ)償裝置，使其滿足qcref＝qfiltn-qcsc，直至動態(tài)無功補(bǔ)償裝置的無功吸收量由-qcsc降至為零；其中，qfiltn為交流濾波器的最小分組容量。

優(yōu)選的，所述重新設(shè)置動態(tài)無功補(bǔ)償裝置容量的取值范圍[qfiltn/2，qfiltn]，其中，qfiltn為交流濾波器的最小分組容量。

進(jìn)一步地，所述動態(tài)無功補(bǔ)償裝置包括同步調(diào)相機(jī)和靜止無功發(fā)生器。

一種適用于lcc型直流輸電系統(tǒng)的功率協(xié)調(diào)控制裝置，所述裝置包括：

采集模塊，用于根據(jù)自定義的時間周期采集交直流系統(tǒng)的不平衡無功；

第一判斷模塊，用于判斷交直流系統(tǒng)的不平衡無功是否為零；若是，則無功補(bǔ)償裝置不動作，計(jì)算結(jié)束；否則交由第二判斷模塊進(jìn)行處理；

第二判斷模塊，用于將不平衡無功和動態(tài)無功補(bǔ)償裝置的無功補(bǔ)償量做差，與動態(tài)無功補(bǔ)償裝置容量進(jìn)行比較，判斷其差值是否達(dá)到動態(tài)無功補(bǔ)償裝置的容量上或下限；若尚未達(dá)到，則對不平衡無功進(jìn)行歸零處理，計(jì)算結(jié)束；否則交由指令發(fā)送模塊進(jìn)行處理；

指令發(fā)送模塊，用于通過投切邏輯規(guī)則向交流濾波器發(fā)送投入/切除指令；

配置模塊，用于根據(jù)指令發(fā)出后不平衡無功和交流濾波器投切的變化情況，對動態(tài)無功補(bǔ)償裝置容量重新配置。

優(yōu)選的，所述指令發(fā)送模塊包括投入指令單元和切除指令單元；其中，

所述投入指令單元，用于當(dāng)滿足以下條件時，向交流濾波器發(fā)送投入指令：

所述切除指令單元，用于當(dāng)滿足以下條件時，向交流濾波器發(fā)送切除指令：

其中，qexc為交直流系統(tǒng)的不平衡無功，qcref表示動態(tài)無功補(bǔ)償裝置的無功補(bǔ)償量，qfilt為交流濾波器容量，qdc為換流器消耗的無功功率，qcsc為動態(tài)無功補(bǔ)償裝置容量。

優(yōu)選的，所述配置模塊包括：

調(diào)節(jié)單元，用于根據(jù)投入/切除指令指發(fā)出后不平衡無功和交流濾波器投切的變化情況調(diào)節(jié)動態(tài)無功補(bǔ)償裝置的無功補(bǔ)償量；

范圍設(shè)置單元，用于重新設(shè)置動態(tài)無功補(bǔ)償裝置容量的取值范圍[qfiltn/2，qfiltn]。

進(jìn)一步地，所述調(diào)節(jié)單元包括：

第一調(diào)節(jié)子單元，用于若所述投入指令發(fā)出后，交直流系統(tǒng)的不平衡無功為qexc＝qfiltn-qcsc，則回調(diào)所述動態(tài)無功補(bǔ)償裝置，使其滿足qcref＝qcsc-qfiltn，直至動態(tài)無功補(bǔ)償裝置的無功補(bǔ)償量qcref降至為零；

第二調(diào)節(jié)子單元，用于若所述切除指令發(fā)出后，交直流系統(tǒng)的不平衡無功為qexc＝qcsc-qfiltn，則回調(diào)所述動態(tài)無功補(bǔ)償裝置，使其滿足qcref＝qfiltn-qcsc，直至動態(tài)無功補(bǔ)償裝置的無功吸收量由-qcsc降至為零；其中，qfiltn為交流濾波器的最小分組容量。與最接近的現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)異效果是：

本發(fā)明提出一種適用于lcc型直流輸電系統(tǒng)的功率協(xié)調(diào)控制方法及裝置，為新能源直流并網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展提供了新思路和新方向，根據(jù)自定義的時間周期采集交直流系統(tǒng)的不平衡無功，判斷其值是否為零；是則無功補(bǔ)償裝置不動作；否則將不平衡無功和動態(tài)無功補(bǔ)償裝置的無功補(bǔ)償量做差，與動態(tài)無功補(bǔ)償裝置容量進(jìn)行比較，判斷其差值是否達(dá)到動態(tài)無功補(bǔ)償裝置的容量上下限；未達(dá)到則對不平衡無功進(jìn)行歸零處理；否則通過投切邏輯規(guī)則向交流濾波器發(fā)送投入/切除指令；既解決了可再生能源發(fā)電的功率波動與lcc型直流傳輸系統(tǒng)無法配合的缺陷，又改善了系統(tǒng)運(yùn)行時常規(guī)無功補(bǔ)償裝置的頻繁動作，實(shí)現(xiàn)了快速無功控制，使電壓、功率維持穩(wěn)定和平衡，從而確保系統(tǒng)運(yùn)行和輸電穩(wěn)定性。

同時，根據(jù)指令發(fā)出后不平衡無功和交流濾波器投切的變化情況對動態(tài)無功補(bǔ)償裝置容量重新配置；在運(yùn)行過程中，動態(tài)無功補(bǔ)償裝置的無功補(bǔ)償量，隨著不平衡無功和交流濾波器投切而變化。上述容量配置方法滿足調(diào)節(jié)連續(xù)性的最小條件，并留有適當(dāng)裕度，以避免交流濾波器頻繁投切，保證了無功調(diào)節(jié)的連續(xù)性并考慮了經(jīng)濟(jì)性；改善了可再生能源發(fā)電出力快速對直流系統(tǒng)運(yùn)行的不利影響。

附圖說明

圖1：本發(fā)明實(shí)施例中可再生能源經(jīng)lcc直流外送系統(tǒng)示意圖；

圖2：本發(fā)明實(shí)施例中無功協(xié)調(diào)控制方法示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式作詳細(xì)說明。

由于濾波器投切調(diào)節(jié)無功不連續(xù)，需要動態(tài)無功補(bǔ)償裝置相配合才能達(dá)到快速調(diào)節(jié)的目標(biāo)，使交直流系統(tǒng)間的無功交換維持在零附近，以保證系統(tǒng)運(yùn)行的最佳狀態(tài)。

為此，本發(fā)明將交流濾波器和動態(tài)無功補(bǔ)償裝置(同步調(diào)相機(jī)sc或靜止無功發(fā)生器svg相結(jié)合，提出一種適用于lcc型直流輸電系統(tǒng)的功率協(xié)調(diào)控制方法，包括：

(1)根據(jù)自定義的時間周期采集交直流系統(tǒng)的不平衡無功，時間周期tc取值在0.05秒至1秒之間，推薦值為0.5秒。判斷其值是否為零；若是，則無功補(bǔ)償裝置不動作，計(jì)算結(jié)束；否則進(jìn)入下一步；

通過下式確定所述交直流系統(tǒng)的不平衡無功：

qexc＝qfilt+qcref-qdc(1)

上式中，qexc為交直流系統(tǒng)的不平衡無功，qcref表示動態(tài)無功補(bǔ)償裝置的無功補(bǔ)償量，qfilt為交流濾波器容量，qdc為換流器消耗的無功功率。

通過下式確定所述交流濾波器容量：

其中，qfiltn為交流濾波器的最小分組容量，uac為換流站交流母線線電壓有效值，uacn為換流站交流母線線電壓整定值。

通過下式確定換流器消耗的無功功率：

上式中，p為換流器直流側(cè)功率，為換流器的功率因數(shù)角，α為整流器觸發(fā)角，μ為換相角，id為直流運(yùn)行電流，當(dāng)換流站以逆變方式運(yùn)行時，用逆變側(cè)關(guān)斷角γ代替整流器觸發(fā)角α；xc為換流變壓器換相電抗；e11為換流變壓器閥側(cè)空載線電壓。

(2)將不平衡無功和動態(tài)無功補(bǔ)償裝置的無功補(bǔ)償量做差，與動態(tài)無功補(bǔ)償裝置容量進(jìn)行比較，判斷其差值是否達(dá)到動態(tài)無功補(bǔ)償裝置的容量上或下限；若尚未達(dá)到，則對不平衡無功進(jìn)行歸零處理，計(jì)算結(jié)束；否則進(jìn)入下一步；

對不平衡無功進(jìn)行歸零處理包括，將動態(tài)無功補(bǔ)償裝置的無功補(bǔ)償量更新為所述不平衡無功和動態(tài)無功補(bǔ)償裝置無功補(bǔ)償量的差值，并將不平衡無功調(diào)節(jié)至零。

(3)通過投切邏輯規(guī)則向交流濾波器發(fā)送投入/切除指令：

當(dāng)滿足以下條件時，向交流濾波器發(fā)送投入指令：

當(dāng)滿足以下條件時，向交流濾波器發(fā)送切除指令：

上式中，qcsc為動態(tài)無功補(bǔ)償裝置容量。

(4)根據(jù)指令發(fā)出后不平衡無功和交流濾波器投切的變化情況，對動態(tài)無功補(bǔ)償裝置容量重新配置。首先獲取投入/切除指令指發(fā)出后不平衡無功和交流濾波器投切的變化情況；

由于在運(yùn)行過程中，動態(tài)無功補(bǔ)償裝置的無功補(bǔ)償量qcref隨著不平衡無功和交流濾波器投切而變化。因此根據(jù)所述變化情況調(diào)節(jié)動態(tài)無功補(bǔ)償裝置的無功補(bǔ)償量；其次，重新設(shè)置動態(tài)無功補(bǔ)償裝置容量的取值范圍。上述容量配置方法滿足調(diào)節(jié)連續(xù)性的最小條件，并留有適當(dāng)裕度，以避免交流濾波器頻繁投切，同時結(jié)合考慮經(jīng)濟(jì)性。具體為：

若所述投入指令發(fā)出后，交直流系統(tǒng)的不平衡無功為qexc＝qfiltn-qcsc，則回調(diào)所述動態(tài)無功補(bǔ)償裝置，使其滿足qcref＝qcsc-qfiltn，直至動態(tài)無功補(bǔ)償裝置的無功補(bǔ)償量qcref降至為零；吸收由于濾波器小組投入產(chǎn)生的多余無功。

若所述切除指令發(fā)出后，交直流系統(tǒng)的不平衡無功為qexc＝qcsc-qfiltn，則回調(diào)所述動態(tài)無功補(bǔ)償裝置，使其滿足qcref＝qfiltn-qcsc，直至動態(tài)無功補(bǔ)償裝置的無功吸收量由-qcsc降至為零；其中，qfiltn為交流濾波器的最小分組容量。

發(fā)出由于濾波器小組切除產(chǎn)生的不足無功。其中，qfiltn為交流濾波器最小分組容量；由換流站接入系統(tǒng)設(shè)計(jì)時確定。

重新設(shè)置動態(tài)無功補(bǔ)償裝置容量的取值范圍[qfiltn/2，qfiltn]，其中，qfiltn為交

流濾波器的最小分組容量；在實(shí)際運(yùn)用中推薦值可設(shè)為2qfiltn/3。

基于同一發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明還提供一種適用于lcc型直流輸電系統(tǒng)的功率協(xié)調(diào)控制裝置，包括：

采集模塊，用于根據(jù)自定義的時間周期采集交直流系統(tǒng)的不平衡無功；

第一判斷模塊，用于判斷交直流系統(tǒng)的不平衡無功是否為零；若是，則無功補(bǔ)償裝置不動作，計(jì)算結(jié)束；否則交由第二判斷模塊進(jìn)行處理；

第二判斷模塊，用于將不平衡無功和動態(tài)無功補(bǔ)償裝置的無功補(bǔ)償量做差，與動態(tài)無功補(bǔ)償裝置容量進(jìn)行比較，判斷其差值是否達(dá)到動態(tài)無功補(bǔ)償裝置的容量上或下限；若尚未達(dá)到，則對不平衡無功進(jìn)行歸零處理，計(jì)算結(jié)束；否則交由指令發(fā)送模塊進(jìn)行處理；

指令發(fā)送模塊，用于通過投切邏輯規(guī)則向交流濾波器發(fā)送投入/切除指令；

配置模塊，用于根據(jù)指令發(fā)出后不平衡無功和交流濾波器投切的變化情況，對動態(tài)無功補(bǔ)償裝置容量重新配置。

其中，指令發(fā)送模塊包括投入指令單元和切除指令單元；

投入指令單元，用于當(dāng)滿足以下條件時，向交流濾波器發(fā)送投入指令：

切除指令單元，用于當(dāng)滿足以下條件時，向交流濾波器發(fā)送切除指令。

配置模塊包括：調(diào)節(jié)單元，用于根據(jù)投入/切除指令指發(fā)出后不平衡無功和交流濾

波器投切的變化情況調(diào)節(jié)動態(tài)無功補(bǔ)償裝置的無功補(bǔ)償量；

范圍設(shè)置單元，用于重新設(shè)置動態(tài)無功補(bǔ)償裝置容量的取值范圍[qfiltn/2，qfiltn]。

調(diào)節(jié)單元包括：

第一調(diào)節(jié)子單元，用于若所述投入指令發(fā)出后，交直流系統(tǒng)的不平衡無功為qexc＝qfiltn-qcsc，則回調(diào)所述動態(tài)無功補(bǔ)償裝置，使其滿足qcref＝qcsc-qfiltn，直至動態(tài)無功補(bǔ)償裝置的無功補(bǔ)償量qcref降至為零；

第二調(diào)節(jié)子單元，用于若所述切除指令發(fā)出后，交直流系統(tǒng)的不平衡無功為qexc＝qcsc-qfiltn，則回調(diào)所述動態(tài)無功補(bǔ)償裝置，使其滿足qcref＝qfiltn-qcsc，直至動態(tài)無功補(bǔ)償裝置的無功吸收量由-qcsc降至為零；其中，qfiltn為交流濾波器的最小分組容量。本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員應(yīng)明白，本申請的實(shí)施例可提供為方法、系統(tǒng)、或計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品。因此，本申請可采用完全硬件實(shí)施例、完全軟件實(shí)施例、或結(jié)合軟件和硬件方面的實(shí)施例的形式。而且，本申請可采用在一個或多個其中包含有計(jì)算機(jī)可用程序代碼的計(jì)算機(jī)可用存儲介質(zhì)(包括但不限于磁盤存儲器、cd-rom、光學(xué)存儲器等)上實(shí)施的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品的形式。本申請是參照根據(jù)本申請實(shí)施例的方法、設(shè)備(系統(tǒng))、和計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品的流程圖和/或方框圖來描述的。應(yīng)理解可由計(jì)算機(jī)程序指令實(shí)現(xiàn)流程圖和/或方框圖中的每一流程和/或方框、以及流程圖和/或方框圖中的流程和/或方框的結(jié)合?？商峁┻@些計(jì)算機(jī)程序指令到通用計(jì)算機(jī)、專用計(jì)算機(jī)、嵌入式處理機(jī)或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備的處理器以產(chǎn)生一個機(jī)器，使得通過計(jì)算機(jī)或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備的處理器執(zhí)行的指令產(chǎn)生用于實(shí)現(xiàn)在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能的裝置。

這些計(jì)算機(jī)程序指令也可存儲在能引導(dǎo)計(jì)算機(jī)或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備以特定方式工作的計(jì)算機(jī)可讀存儲器中，使得存儲在該計(jì)算機(jī)可讀存儲器中的指令產(chǎn)生包括指令裝置的制造品，該指令裝置實(shí)現(xiàn)在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能。

這些計(jì)算機(jī)程序指令也可裝載到計(jì)算機(jī)或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備上，使得在計(jì)算機(jī)或其他可編程設(shè)備上執(zhí)行一系列操作步驟以產(chǎn)生計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的處理，從而在計(jì)算機(jī)或其他可編程設(shè)備上執(zhí)行的指令提供用于實(shí)現(xiàn)在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能的步驟。

最后應(yīng)當(dāng)說明的是：以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對其限制，盡管參照上述實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：依然可以對本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行修改或者等同替換，而未脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改或者等同替換，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求保護(hù)范圍之內(nèi)。