本發(fā)明涉及網(wǎng)狀直流輸電領(lǐng)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(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

直流輸電被視為遠(yuǎn)距離電力傳輸與可再生能源接入的關(guān)鍵技術(shù)。現(xiàn)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(tǒng)可靠性，未來網(wǎng)狀直流輸電的概念成為現(xiàn)在研究熱點。

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

為實現(xiàn)不同電壓等級的變換以及互聯(lián)線路上潮流主動調(diào)配，可以采用DC-DC變換器。該變換器與交流系統(tǒng)中交流變壓器功能類似，在直流網(wǎng)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(qū)域。然而僅僅依賴于單端口的DC/DC變換器，直流網(wǎng)中將出現(xiàn)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(yuǎn)距離直流變壓器的協(xié)調(diào)將很困難。

與交流系統(tǒng)類似，多端口節(jié)點將是互聯(lián)直流網(wǎng)中關(guān)鍵元件。該節(jié)點用于大系統(tǒng)之間分割，分離直流系統(tǒng)之間互聯(lián)；實現(xiàn)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(jié)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(jié)點為直流變電站。

一種直流變電站典型應(yīng)用如圖1所示，通過直流變電站實現(xiàn)多個風(fēng)力發(fā)電廠與多個直流電網(wǎng)之間互聯(lián)。直流變電站內(nèi)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(lián)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(xié)調(diào)上述內(nèi)部變換器，實現(xiàn)控制風(fēng)場端1，2…N側(cè)電壓，調(diào)節(jié)輸送到電網(wǎng)1，2…N的功率的目的。當(dāng)風(fēng)場側(cè)或直流電網(wǎng)側(cè)出現(xiàn)故障時，通過直流變電站實現(xiàn)故障端隔離，同時維持其它接入端的正常運行。而當(dāng)直流變電站內(nèi)部變換器出現(xiàn)故障時，通過拓?fù)鋬?nèi)部重構(gòu)，提升系統(tǒng)可靠性。

綜上所述，直流變電站需要實現(xiàn)穩(wěn)態(tài)條件下電壓調(diào)節(jié)、功率分配，以及故障情況下故障端隔離與功率重構(gòu)。需要說明的是，穩(wěn)態(tài)運行與故障隔離并非完全獨立的運行目標(biāo)。通過變換器自身具備的電力電子開關(guān)，往往能夠?qū)崿F(xiàn)直流故障的隔離，節(jié)約額外的直流斷路器，實現(xiàn)控制與保護(hù)的“一體化”。這種情況下直流變電站運行目標(biāo)更為復(fù)雜，涉及多個時間尺度與多種運行狀態(tài)，運行策略實現(xiàn)手段成為制約直流變電站運行的關(guān)鍵技術(shù)挑戰(zhàn)。

經(jīng)檢索，苗璐、林衛(wèi)星、姚良忠、等在中國電機(jī)工程學(xué)報,2015,35(5):1023-1031發(fā)表了名稱為：“多端口背靠背式直流–直流換流系統(tǒng)”的文章，提出一種多端口背靠背式直流–直流換流系統(tǒng)(multiport back-to-back，MB2B)。其內(nèi)部由多個電壓源型換流器(voltage source converters，VSC)組成，VSC交流側(cè)均連接到MB2B內(nèi)部公共交流母線。為了使MB2B具有聯(lián)接不同電壓等級直流線路的功能，MB2B內(nèi)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(diào)節(jié)其潮流。為了減少VSC運行損耗，MB2B內(nèi)部交流系統(tǒng)運行頻率取為工頻。詳細(xì)設(shè)計MB2B的穩(wěn)態(tài)控制及故障下功率自動平衡控制。為驗證該拓?fù)涞目尚行院桶踩?，在PSCAD/EMTDC上搭建由四端口MB2B構(gòu)成的實驗電網(wǎng)系統(tǒng)的仿真模型，并針對該實驗系統(tǒng)進(jìn)行黑啟動、潮流調(diào)節(jié)、直流故障隔離以及故障下自動功率平衡等仿真。實驗系統(tǒng)中所有的控制策略均不需要任何通訊。

該文獻(xiàn)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?fù)浣Y(jié)構(gòu)，對圖1所示的一般性直流變電站結(jié)構(gòu)不適用。需要獲知每一個電力電子變換器具體電路結(jié)構(gòu)，以此為依據(jù)設(shè)計運行策略。當(dāng)系統(tǒng)擴(kuò)建時，控制策略需要重新設(shè)計。變電站內(nèi)部母線故障與變換器故障時，整個變電站系統(tǒng)都需要停止運行，系統(tǒng)可靠性較低。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)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(tǒng)及方法。

根據(jù)本發(fā)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(tǒng)，包括：變換器控制層，端電壓控制層以及變電站控制層，

所述變換器控制層，用于根據(jù)端電壓控制層輸出的電流參考值Iset，生成變換器控制脈沖信號，所述脈沖信號能夠改變變換器單元的運行狀態(tài)；

所述端電壓控制層，用于控制主模式下運行的變換器與相應(yīng)的母線或風(fēng)場輸入端的電壓保持恒定，并生成主模式下變換器單元的電流參考值Iset；

所述變電站控制層，用于實現(xiàn)直流變電站電網(wǎng)側(cè)的端口電流控制以及變電站內(nèi)部最低損耗的功率分配。

優(yōu)選地，所述變換器控制層包括：多個獨立的變換器單元以及與之對應(yīng)的控制單元；具體地，穩(wěn)態(tài)情況下，所述變換器單元具備調(diào)節(jié)出口側(cè)電流跟隨參考電流指令I(lǐng)set的能力；發(fā)生短路故障時，變換器單元具有隔離短路故障的能力；變換器單元接收電流參考指令I(lǐng)set，上傳電壓反饋值Vfdk、電流反饋值Ifdk以及變換器單元狀態(tài)信息。

優(yōu)選地，所述端電壓控制層包括：基于FPGA實現(xiàn)的協(xié)調(diào)控制器，電壓控制層接收變電站控制層發(fā)送的電壓指令Vset、工作在從模式的變換器單元的電流指令I(lǐng)set以及運行模式指令；生成工作在主模式的變換器單元的電流指令I(lǐng)set；電壓控制層上傳各端口電壓反饋值Vfdk、電流反饋值Ifdk以及風(fēng)場運行狀態(tài)。

優(yōu)選地，所述變電站控制層包括：基于DSP實現(xiàn)的端口電流調(diào)節(jié)與效率優(yōu)化控制模塊，變電站控制層接收調(diào)度中心下發(fā)的遙控指令，即選定電網(wǎng)端中的某個或多個作為松弛端，其余作為功率端，風(fēng)場電壓設(shè)定值Vset，電網(wǎng)端口電流設(shè)定值所述遙控指令經(jīng)端口電流調(diào)節(jié)生成端口電流指令I(lǐng)sum，并經(jīng)效率優(yōu)化層生成工作在從模式的變換器單元的電流指令I(lǐng)set，上傳遙測信息和遙信信息，其中遙測信息包括：端口電壓、電流，遙信信息包括：電站狀態(tài)、變換器單元狀態(tài)。

根據(jù)本發(fā)明提供的基于控保一體化概念的直流變電站層級運行方法，包括如下步驟：

步驟1：構(gòu)建基于控保一體化概念的直流變電站層級運行系統(tǒng)；

步驟2：通過電壓端控制層調(diào)節(jié)所有風(fēng)場接入端的電壓保持恒定，通過變電站控制層調(diào)節(jié)控制電網(wǎng)端的電流輸出恒定；

步驟3：協(xié)調(diào)控制器監(jiān)測風(fēng)場或者電網(wǎng)端或者變換器單元是否出現(xiàn)故障，若某一風(fēng)場端或電網(wǎng)端出現(xiàn)故障，通過變換器控制層斷開故障的風(fēng)場或電網(wǎng)對應(yīng)的變換器單元；若變換器單元出現(xiàn)故障，通過封鎖變換器脈沖信號，停用該變換器；其余變換器單元運行狀態(tài)正常；若無故障，則所有變換器單元運行狀態(tài)不變。

優(yōu)選地，所述步驟2包括：

通過電壓端控制層輸出主模式下變換器單元端口的電流參考值Iset，通過效率優(yōu)化算法計算出從模式下變換器單元端口的電流參考值Iset；其中，主模式是指：變換器負(fù)責(zé)風(fēng)場電壓調(diào)節(jié)，則該變換器的電流參考值Iset由電壓控制層給出；從模式是指：變換器不負(fù)責(zé)風(fēng)場電壓調(diào)節(jié)，僅參與電網(wǎng)端口電流調(diào)節(jié)，電流參考值Iset由變電站運行層給出；

通過調(diào)度中心制定N個電網(wǎng)端中需要控制功率的電網(wǎng)端，并確定與該電網(wǎng)端相連的變換器單元的工作模式，假設(shè)調(diào)度中心遙控指令指定控制第一個電網(wǎng)端輸出的電流恒定，則與該電網(wǎng)端相連的C₁₁,C_g11…C_g1k運行模式均設(shè)為從模式，C₁₁,C_g11…C_g1k分別表示第一個電網(wǎng)端的第1個至第k個相連的變換器；根據(jù)功率守恒約束條件，N個電網(wǎng)端中至少有一個松弛端用于負(fù)責(zé)電壓控制與實時功率平衡，所述松弛端是指該電網(wǎng)端輸出電流隨風(fēng)場輸入電流實時波動，負(fù)責(zé)風(fēng)電場電壓調(diào)節(jié)；假設(shè)第N個電網(wǎng)端為松弛端，則將第N個電網(wǎng)端相連的變換器單元的工作模式設(shè)定為主模式；即C_NN變換器控制風(fēng)場N處電壓，C_gN1…C_gNk控制母線1…k電壓，C_gN1…C_gNk分別表示第N個電網(wǎng)端的第1個至第k個相連的變換器；

具體地，由調(diào)度中心生成功率調(diào)節(jié)值和風(fēng)場電壓設(shè)定值的遙調(diào)信號，所述遙調(diào)信號經(jīng)過電網(wǎng)端的電流調(diào)節(jié)控制器生成實時端口電流參考值Isum，通過計算系統(tǒng)損耗優(yōu)化問題實現(xiàn)直流變電站電網(wǎng)側(cè)的功率控制以及變電站內(nèi)部最低損耗的功率分配。

優(yōu)選地，系統(tǒng)損耗優(yōu)化問題如下：

式中，P_{loss_total}為直流變電站總功率損耗，P_{loss_i}為單個變換器單元的功率損耗，I_WF1,I_WF2分別為第一風(fēng)場、第二風(fēng)場的輸入電流，分別為變換器C₁₃,C₁₄,C₂₃,C₂₄的電流參考值，Imax_i為變換器電流額定值，V_WF1，V_WF2分別為第一風(fēng)場、第二風(fēng)場側(cè)的電壓值，V_grid1，V_grid2分別為第一電網(wǎng)、第二電網(wǎng)側(cè)的電壓值，I_sum為變電站控制層生成的端口電流指令值，n₁、n₂為中間換算量。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：

1、本發(fā)明通過基于不同時間尺度劃分的層級結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)的模塊化設(shè)計，降低端口電壓控制、電網(wǎng)潮流分配等多個穩(wěn)態(tài)運行目標(biāo)之間的互相干擾與耦合。

2、本發(fā)明以單端口電力電子變換器為層級控制的最小單元，不涉及單端口變換器內(nèi)部控制策略，便于標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)和系統(tǒng)擴(kuò)建。

3、本發(fā)明將控制與保護(hù)功能集成一體，相對于傳統(tǒng)保護(hù)、控制相互獨立的方案，本專利能夠降低保護(hù)與控制之間的協(xié)調(diào)時間，為故障隔離型電力電子變壓器在直流電網(wǎng)中應(yīng)用，以及網(wǎng)狀直流系統(tǒng)中直流變電站的運行提供可行方案。

附圖說明

通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點將會變得更明顯：

圖1為直流電網(wǎng)中直流變電站結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為直流變電站層級控制結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為網(wǎng)側(cè)端口功率調(diào)節(jié)控制框圖；

圖4為風(fēng)場電壓控制端控制框圖；

圖5為實驗系統(tǒng)中直流變電站結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為實驗系統(tǒng)中直流變電站內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7為功率主動調(diào)配示意圖；

圖8直流電網(wǎng)功率互相支撐的示意圖；

圖9為電網(wǎng)側(cè)故障與恢復(fù)示意圖；

圖10為風(fēng)場側(cè)故障與恢復(fù)示意圖；

圖11為變換器內(nèi)部故障與功率重構(gòu)示意圖；

圖中：

1-直流變電站；

2-輸電線纜；

3-第一風(fēng)電模擬器；

4-第二風(fēng)電模擬器；

5-第一直流電網(wǎng)接口；

6-第二直流電網(wǎng)接口。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。以下實施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變化和改進(jìn)。這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。

根據(jù)本發(fā)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(tǒng)，包括：變換器控制層，端電壓控制層以及變電站控制層，

所述變換器控制層，用于根據(jù)端電壓控制層輸出的電流參考值Iset，生成變換器控制脈沖信號，所述脈沖信號能夠改變變換器單元的運行狀態(tài)；

所述端電壓控制層，用于控制主模式下運行的變換器與相應(yīng)的母線或風(fēng)場輸入端的電壓保持恒定，并生成主模式下變換器單元端口的電流參考值Iset；

所述變電站控制層，用于實現(xiàn)直流變電站電網(wǎng)側(cè)的端口電流控制以及變電站內(nèi)部最低損耗的功率分配。

所述變換器控制層包括：多個獨立的變換器單元，每個變換器單元

多個獨立的變換器單元以及與之對應(yīng)的控制單元。穩(wěn)態(tài)情況下，變換器單元具備調(diào)節(jié)出口側(cè)電流跟隨參考電流指令I(lǐng)set的能力；發(fā)生短路故障時，變換器單元具有隔離短路故障的能力(具備上述功能的變換器單元被廣泛研究，如林衛(wèi)星、文勁宇等在中國電機(jī)工程學(xué)報,2015,(04):985-994發(fā)表了名稱為：“具備阻斷直流故障電流能力的直流–直流自耦變壓器”的文章)。變換器單元接收電流參考指令I(lǐng)set與變換器運行模式，上傳電壓反饋值Vfdk,電流反饋值Ifdk，以及變換器單元狀態(tài)。

所述端電壓控制層包括：

基于FPGA實現(xiàn)的協(xié)調(diào)控制器。電壓控制層接收變電站控制層發(fā)送的電壓指令Vset；工作在從模式的變換器單元的電流指令I(lǐng)set；運行模式指令。生成工作在主模式的變換器單元的電流指令I(lǐng)set。電壓控制層上傳各端口電壓反饋值Vfdk,電流反饋值Ifdk，以及風(fēng)場運行狀態(tài)。

所述變電站控制層包括：

基于DSP實現(xiàn)的端口電流調(diào)節(jié)與效率優(yōu)化控制。變電站控制層接收調(diào)度中心下發(fā)的遙控指令(選定電網(wǎng)端中的某個或多個作為松弛端，其余作為功率端)，遙調(diào)指令(即風(fēng)場電壓設(shè)定值Vset，電網(wǎng)端口電流設(shè)定值)。上述指令經(jīng)端口電流調(diào)節(jié)，生成電網(wǎng)端口電流調(diào)節(jié)指令I(lǐng)sum(對應(yīng)圖3)。經(jīng)效率優(yōu)化層，生成工作在從模式的變換器單元的電流指令I(lǐng)set。上傳遙測信息(端口電壓，電流)，遙信信息(變電站狀態(tài)，內(nèi)部變換器狀態(tài))。

根據(jù)本發(fā)明提供的基于控保一體化概念的直流變電站層級運行方法，包括如下步驟：

步驟1：構(gòu)建基于控保一體化概念的直流變電站層級運行系統(tǒng)；

步驟2：通過電壓端控制層調(diào)節(jié)所有風(fēng)場接入端的電壓保持恒定，通過變電站控制層調(diào)節(jié)制定電網(wǎng)端的功率恒定；

步驟3：監(jiān)測風(fēng)場或者電網(wǎng)端或者變換器單元是否出現(xiàn)故障，若某一風(fēng)場端或電網(wǎng)端出現(xiàn)故障，通過變換器控制層斷開故障的風(fēng)場或電網(wǎng)對應(yīng)的變換器單元；若變換器單元出現(xiàn)故障，通過封鎖變換器脈沖信號，停用該變換器；其余變換器單元運行狀態(tài)正常；若無故障，則所有變換器單元運行狀態(tài)不變。

具體控制結(jié)構(gòu)如圖4所示，包括變換器控制層，端電壓控制層與變電站控制層。系統(tǒng)運行目標(biāo)包括：調(diào)節(jié)風(fēng)場接入端1，2…N電壓恒定；調(diào)節(jié)指定電網(wǎng)端1功率恒定；當(dāng)某一風(fēng)場端或電網(wǎng)端出現(xiàn)故障時，余下接入端維持正常運行；當(dāng)某一內(nèi)部變換器出現(xiàn)故障時，余下變換器單元維持正常運行。

具體實現(xiàn)手段如下：

A.變電站運行層

變電站運行層實現(xiàn)直流變電站最慢時間尺度的控制目標(biāo)包括“電網(wǎng)側(cè)功率控制”與“變電站內(nèi)部最低損耗功率分配”。需要控制功率的電網(wǎng)端口由調(diào)度中心“遙控信號”指定，隨之確定的是變電站內(nèi)部與該端口相連變換器工作模式。以圖1中變電站結(jié)構(gòu)為例，假定調(diào)度中心遙控指定控制電網(wǎng)端(圖1中的第一個電網(wǎng)端)出口電流恒定，與該電網(wǎng)端相連的C₁₁,C_g11…C_g1k運行模式均設(shè)為“從模式”。由于功率守恒約束，N個直流電網(wǎng)端中至少要有一個“松弛端”負(fù)責(zé)電壓控制與實時功率平衡。假設(shè)調(diào)度中心通過遙控指令，設(shè)定電網(wǎng)端N為該“松弛端”，則與之相連的變換器單元工作在“主模式”，即C_NN變換器控制風(fēng)場N處電壓，C_gN1…C_gNk控制母線1…k電壓。

具體“電網(wǎng)端口電流調(diào)節(jié)值”與“風(fēng)場電壓設(shè)定值”由調(diào)度中心“遙調(diào)信號”給出。上述遙控，遙調(diào)信號經(jīng)網(wǎng)側(cè)端口電流調(diào)節(jié)控制器，生成實時端口功率參考值Isum。一種基于PI控制器的端口功率控制如圖3所示。

由于直流變電站內(nèi)部存在多條功率路徑，在給定Isum參考值下，存在多種控制方案。為保證直流變電站最小功率損耗，效率優(yōu)化層依據(jù)變換器損耗模型，通過最優(yōu)化計算，得出變電站內(nèi)部最優(yōu)潮流分布。作為效率優(yōu)化層的輸出，得出“從模式”下變換器電流參考值。效率優(yōu)化問題與直流變電站拓?fù)溆嘘P(guān)(詳見實施例)。

B.電壓控制層

針對處于主模式運行的變換器，其運行目標(biāo)為控制與之相連的母線或風(fēng)場輸入端電壓恒定。一種基于PI控制器的電壓控制器如圖4所示，電壓控制器輸出為工作在“主模式”下變換器單元端口電流參考值Iset。注意到“從模式”下變換器單元電流參考值Iset由效率優(yōu)化算法計算得出，此時變換器單元輸入?yún)⒖夹盘柨山y(tǒng)一表示為電流參考信號。這將有利于不同制造上設(shè)備之間的相互協(xié)調(diào)，以及電力電子變壓器的標(biāo)準(zhǔn)化。

C.變換器控制層

變換器控制層根據(jù)參考指令I(lǐng)set，生成變換器控制脈沖。變換器單元控制算法由不同電力電子設(shè)備制造商提供。對應(yīng)接口信息包括：端口電流設(shè)定值Iset，變換器單元運行模式，變換器電流反饋值I_fdk，變換器出口電壓反饋值V_fdk，變換器運行狀態(tài)。

D.故障處理

當(dāng)直流變電站內(nèi)部變換器故障或外部系統(tǒng)故障時，可以通過電力電子變換器實現(xiàn)故障隔離能力與功率重構(gòu)。

假設(shè)風(fēng)場端口(圖1中的一個風(fēng)場端)出現(xiàn)故障，相應(yīng)的協(xié)調(diào)控制器檢測到實時端口電壓值V_fdk異常后，與之相連的變換器C₁₁,C_w11…C_w1k停止運行。端口運行狀態(tài)上傳至變電站運行層。在此過程中其余端口運行狀態(tài)不變。當(dāng)其它風(fēng)場端口出現(xiàn)故障時，動作邏輯與之類似。

當(dāng)電網(wǎng)側(cè)出現(xiàn)故障時，分為“松弛端”故障與“電流控制端”故障兩種情況。假設(shè)第一個電網(wǎng)端設(shè)定為“松弛端”，該接入端出現(xiàn)外部故障。與之相連變換器檢測到電壓異常信息后停止運行，并上報故障信息至協(xié)調(diào)控制器。由協(xié)調(diào)控制器發(fā)送模式轉(zhuǎn)換指令，在該協(xié)調(diào)控制器下屬的變換器中選出一個運行在“主模式”，其余下屬的變換器仍然運行在“從模式”。通過這種模式切換策略，實現(xiàn)變電站功率重構(gòu)。

當(dāng)“電流控制端”故障時，與該端相連變換器檢測到故障信息后停止運行，并上報故障信息至協(xié)調(diào)控制器。協(xié)調(diào)控制器上報變換器運行狀態(tài)至變電站運行層，對效率優(yōu)化算法進(jìn)行修正。這種情況不涉及變換器運行模式的切換。

當(dāng)變電站內(nèi)部發(fā)生故障時，分為“主模式”變換器故障與“從模式”變換器故障兩種情況。當(dāng)“主模式”變換器故障時，該變換器停運并上報故障信息至協(xié)調(diào)控制器。由協(xié)調(diào)控制器發(fā)送模式轉(zhuǎn)換指令，在該協(xié)調(diào)控制器下屬的變換器中選出一個運行在“主模式”，其余下屬的變換器仍然運行在“從模式”。當(dāng)“從模式”變換器故障時，該變換器停運并上報故障信息至協(xié)調(diào)控制器。協(xié)調(diào)控制器上報變換器運行狀態(tài)至變電站運行層。這種情況不涉及變換器運行模式的切換。

實施例

現(xiàn)有直流輸電技術(shù)集中于“點對點”輸電與“多端直流”輸電兩種形式。網(wǎng)狀直流及其中“直流變電站”作為未來直流電網(wǎng)形態(tài)，現(xiàn)階段尚無具體應(yīng)用。本發(fā)明依托中英自然科學(xué)基金項目“帶有DC/DC直流電壓變換的大型新能源多端直流接入系統(tǒng)研究”，在直流網(wǎng)實證系統(tǒng)中得到現(xiàn)場測試。

該實驗系統(tǒng)中，直流變電站與實證系統(tǒng)如圖5所示。變電站內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖6所示。變電站穩(wěn)態(tài)運行目標(biāo)為第一控制風(fēng)電模擬器3、第二控制風(fēng)電模擬器4電壓恒定。實驗中選取第二直流電網(wǎng)作為主動電流控制端。

該系統(tǒng)中系統(tǒng)損耗優(yōu)化問題為：

式中，P_{loss_total}為直流變電站總功率損耗，P_{loss_i}為直流變電站內(nèi)部單個變換器單元的功率損耗，I_WF1,I_WF2分別為第一風(fēng)場、第二風(fēng)場的輸入電流。分別為變換器C₁₃,C₁₄,C₂₃,C₂₄的電流參考值。I_{max_i}為變換器電流額定值。V_WF1，V_WF2分別為第一風(fēng)場、第二風(fēng)場側(cè)的電壓值，V_grid1，V_grid2分別為第一電網(wǎng)、第二電網(wǎng)側(cè)電壓值。I_sum為網(wǎng)側(cè)端口電流調(diào)節(jié)生成的電流參考指令值(對應(yīng)圖3)。由上述優(yōu)化算法得出工作在“從模式”下變換器電流參考值I_set(對應(yīng)圖2)，具體對應(yīng)變換器C₁₃,C₁₄,C₂₃,C₂₄，電流參考值又可表示為n₁、n₂為中間換算量，與變換器升壓比相關(guān)。

如圖7所示，在風(fēng)場輸入功率波動時，第一風(fēng)場、第二風(fēng)場的電壓V_WF1,V_WF2仍能維持恒定。第二電網(wǎng)輸出電流I_grid2維持恒定，多余功率流經(jīng)第一電網(wǎng)。如圖8所示，當(dāng)調(diào)節(jié)第二電網(wǎng)輸出電流從0A變化至25A時，輸出電流跟隨控制指令變化。根據(jù)功率守恒原則，第一電網(wǎng)向第二電網(wǎng)提供功率支撐。

如圖9所示，當(dāng)?shù)谝浑娋W(wǎng)輸入側(cè)電壓V_grid1在t1時刻發(fā)生故障時，直流變電站保護(hù)動作。通過功率重構(gòu)，第一風(fēng)場、第二風(fēng)場側(cè)的電壓V_WF1,V_WF2維持恒定。與之類似，當(dāng)?shù)诙娋W(wǎng)輸入側(cè)電壓V_grid2在t3時刻發(fā)生故障時，直流變電站保護(hù)動作。通過功率重構(gòu)，風(fēng)場側(cè)電壓V_WF1,V_WF2維持恒定。

如圖10所示，當(dāng)?shù)诙L(fēng)場在t1時刻出現(xiàn)過流故障時，與之相連的電力電子變換器停止運行，V_WF2電壓隨之降低。通過功率重構(gòu)，V_WF2電壓不受影響，同時注入直流電網(wǎng)功率不受影響。

如圖11所示，當(dāng)直流變電站內(nèi)部變換器單元在t1時刻出現(xiàn)故障時，變換器脈沖隨之封鎖。通過功率重構(gòu)，第一風(fēng)場、第二風(fēng)場電壓V_WF1,V_WF2不受影響。

以上對本發(fā)明的具體實施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變化或修改，這并不影響本發(fā)明的實質(zhì)內(nèi)容。在不沖突的情況下，本申請的實施例和實施例中的特征可以任意相互組合。