技术领域
[0001] 本发明属于高压直流输电技术领域，涉及一种高压直流输电系统的有功无功协调控制方法。
相关背景技术
[0002] 随着电网用电需求的增加，加上我国负荷和发电资源分布具有不均衡的特点，高压直流输电技术以其输电容量大、技术相对成熟、成本低等特点，被广泛应用于大规模输电和不同类型电网间的互联。由于新能源的大规模并网造成的电网功率波动问题，以及负荷需求增大造成的线路“交改直”现象，高压直流输电系统面临有功功率调整的需求。高压直流输电系统运行时换流阀会吸收大量无功功率，在传输的有功功率发生改变时会造成无功和电压的波动。为了维持无功电压的稳定，高压直流输电系统需要相应的有功无功协调策略。
[0003] 目前主要的高压直流输电系统无功补偿策略是设置无功分组及交流电压死区，检测交流电压越限则以无功小组为单位进行无功补偿设备的投切操作，直至将电压重新调整到死区范围内。目前的无功支撑策略缺乏主动性，无法准确高效预测无功功率改变量，在检测到电压越限再被动进行无功补偿动作，会造成电压的波动。并且目前的无功支撑策略缺乏针对有功功率调整的策略，或缺乏与有功功率的协调策略。目前的无功补偿策略会在有功调整时存在无功补偿设备不足以及电压波动更加剧烈的问题。
具体实施方式
[0042] 以下将结合具体实施例对本发明提供的技术方案进行详细说明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
[0043] 本发明应用的高压直流输电系统至少包括整流站和逆变站，其中整流站通常采用定直流电流的控制方式，逆变站通常采用定熄弧角的控制方式。系统的交流部分至少包括交流滤波器和无功补偿电容等无功补偿设备。
[0044] 如图1所示，系统当前的运行状态，包括直流电压、直流电流、有功功率、无功功率、交流电压等量值，以及系统有功功率调整的目标值，作为协调控制的输入，并根据系统的无功补偿装置的配置及分组情况，进行协调的无功功率控制。其中协调无功功率控制包括根据有功功率调整目标计算交流线路及换流阀的无功功率需求，并计算单次投切交流滤波器和无功补偿电容等无功补偿装置补偿的无功功率。
[0045] 而协调有功功率调整控制是与无功功率控制进行协调，配合交流滤波器和无功补偿电容等无功补偿设备的投切，实现有功功率参考值的改变，最终达到有功功率调整的目标。有功功率调整和无功功率控制协调配合，分布进行，系统状态在每一步有功功率和无功功率配合调整前进行更新，保证控制的精确性。在高压直流输电系统的控制中，还需将直流有功功率的控制参考值转化为控制系统的直流电流参考值，输入定直流电流控制的换流站进行控制。
[0046] 在常用定直流电流控制器结构中，根据直流电流参考值和实际值之差，经过PI控制器的调节，输出触发角的控制指令，通过对阀的控制，实现对有功功率的调整。
[0047] 有功无功协调控制的定直流电流控制器结构如图2所示。直流电流的参考值不同于常规恒功率运行下的定值，而是通过有功功率与无功功率的协调控制，经过协调无功控制和协调有功调整计算得出。同时在交流系统中，交流滤波器和无功补偿电容等装置配合投切，实现有功无功的协调控制。
[0048] 具体的说，本发明提供的高压直流输电系统的有功无功协调控制方法，包括如下步骤：
[0049] 步骤1，系统状态获取。系统状态包括：从换流器公共耦合点处采集的交流电压UPCC、有功功率数据P和无功功率数据Q，从直流并网点处采集的直流电压Udc和直流电流数据Idc，采集的换流阀的触发角α、换相角μ数据，系统的功率因数 (具体采样点及采样变量名称如图2所示)。
[0050] 步骤2，有功功率调整及无功功率需求计算，包括如下子步骤：
[0051] 步骤2‑1，根据调度系统下发的有功功率指令计算有功功率调整：
[0052] ΔP＝Psref‑P
[0053] 其中，Psref是有功功率的参考值，ΔP是有功功率调整量。
[0054] 步骤2‑2，根据有功功率的调整计算无功功率需求：
[0055] ΔQ＝ΔQl+ΔQconv
[0056]
[0057]
[0058] 其中，ΔQl是有功调整时线路的无功损耗改变量，ΔQconv是有功调整时直流换流阀的无功消耗改变量，二者之和构成整个系统有功功率调整时的无功功率需求。UPCC、PLCC、QLCC分别是从公共耦合点采集的交流电压、无功功率和有功功率，Udc0是系统的理想直流电压值，Udc是当前直流电压值，Xac是交流线路的电抗值，ΔQ是无功功率需求量。
[0059] 步骤3，无功补偿的步数确定。无功补偿步数是根据系统配置的无功补偿装置的容量以及无功功率需求计算得到的。首先，根据当前测得的公共耦合点的电压以及无功补偿装置的阻抗，计算得到的单次投切无功补偿装置的无功功率Qc，具体通过如下公式计算：
[0060]
[0061] 随后，取无功功率需求与单组无功补偿装置的无功容量之商的整数部分，公式如下：
[0062] k＝int(ΔQ/Qc)
[0063] 其中，Qc为单组无功补偿装置的无功容量。
[0064] 步骤4，协调的有功功率调整指令计算，具体包括：
[0065] 根据确定的无功补偿量，根据以下关系对应算出有功功率调整指令：
[0066] AΔP2+BΔP+C＝0
[0067] 上式中，通过解一元二次方程，得到有功功率指令值的调整量ΔP，其中方程各系数均可通过高压直流输电系统状态测量装置获取并计算，具体如下式：
[0068]
[0069] 式中，Qck表示第k组无功补偿设备提供的无功功率。
[0070] 步骤5，有功无功协调时序确定。
[0071] 有功无功协调时序确定是指有功功率的调整和协调的无功补偿装置的投切的时序，分别有：无功补偿装置投切略超前于有功功率的调整；无功补偿装置投切同时于有功功率的调整；无功功率的投切略滞后于有功功率的调整。
[0072] 应用实施例：
[0073] 参见图3为典型高压直流输电系统，无功补偿设备连接到系统公共连接点，直流电压为±200kV，交流母线电压为220kV，交流输电线路的电阻为7.992Ω，电抗为10.202Ω，无功补偿电容的电容值为26uF，以分组的方式进行投切，无功补偿设备在额定交流电压下单次动作的无功功率为50MVar。系统的有功功率从200MW变化到420MW再减小到150MW。
[0074] 将传统的高压直流输电无功补偿策略、无补偿策略及本发明新型协调控制策略进行对比。在传统无功补偿策略中，在有功功率调整的过程中，交流电压超过阈值后，无功补偿设备动作，直到检测到交流电压调整到设定范围内，无功补偿设备不进行动作。在本发明新型协调控制策略下，无功补偿设备的动作配合有功功率的调整，以维持系统交流电压的稳定。
[0075] 由图3和图4可以看出，在传统无功补偿策略和无补偿策略情况下，有功功率的调整是一次性实现的，在本发明的新型协调控制中，有功功率的调整是配合无功补偿装置的投切分步实现的，在有功功率从200MW变化到420MW的过程中，根据每次电容投切50MVar的原则容量，有功功率的调整是从200MW变化到275.44MW，再调整到348.28MW，最后调整到420MW整个过程分三步实现，配合三组无功补偿电容的投入。而传统的无功补偿策略和无补偿策略的无功功率改变量均由近区交流系统提供，且无功补偿设备的投切也是被动的，导致系统无功功率受到限制，而在本发明的新型协调控制中，三组50MVar的电容分三步配合有功功率的调整投入到系统中。
[0076] 由图5可以看出，对于公共母线交流电压，传统无功补偿策略在有功功率调整的过程中存在8.86kV的交流电压波动，而无补偿策略在有功功率调整的过程中存在12.83kV的交流电压波动，均无法实现稳定公共耦合母线交流电压的控制目标，而本发明新型协调控制策略的交流母线电压波动只有0.37kV，大大减小有功功率调整时的无功电压波动。很好的实现有功功率调整与无功功率补偿的协调控制。
[0077] 以上仿真验证了本发明协调控制策略优于传统控制策略，能实现有功功率的灵活调整，并维持交流系统电压稳定，减小了交流电压的波动，有效抑制无功电压问题。
[0078] 需要说明的是，以上内容仅仅说明了本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰均落入本发明权利要求书的保护范围之内。
