一种多馈入直流恢复过程VDCOL控制参数优化方法

摘要

本发明公开了一种多馈入直流恢复过程VDCOL控制参数优化方法，其包括以下步骤：步骤1、建立优化模型目标函数；步骤2、建立PQ耦合简化模型，获得所述优化模型目标函数的约束条件；步骤3、计算所述PQ耦合简化模型各个方程，以得到优化后逆变站消耗的无功功率峰值的最小值Q_max,min；步骤4、确定优化后的V_Hj，V_Lj，I_Hj，I_Lj。本发明在直流准稳态模型的基础上，总结了换流站电压恢复特性，简化了有功和无功功率计算方法，建立了PQ耦合恢复简化模型，能够量化地反映故障后有功和无功功率的变化规律，能够从机理上计算和分析VDCOL参数的影响，通过优化，可减小多回直流共同恢复对受端电网总的无功需求。

主权项

一种多馈入直流恢复过程VDCOL控制参数优化方法，其特征在于，其包括以下步骤：步骤1、建立优化模型目标函数：$Q_{\max ,\min }=\min \left(\max \left(\underset{j=1}{\overset{n}{\Sigma }}{Q}_{\mathrm{dj}}\right)\right)---\left(1\right)$其中，Q_max,min为优化后各逆变站消耗无功功率总和峰值的最小值，Q_dj为在n回直流同时恢复时，第j回逆变站消耗的无功功率，1≤j≤n，n为大于1的整数；步骤2、建立PQ耦合简化模型，获得所述优化模型目标函数的约束条件，当在n回直流同时恢复，第j回直流的额定功率P_nj已知时，所述PQ耦合简化模型为：$\left\{\begin{array}{c}{V}_{\mathrm{ac}}^{*}=f_v\left(t\right)\\ I_{\mathrm{dj}}^{*}=f_I(V_{\mathrm{Hj}}^{*},V_{\mathrm{Lj}}^{*},I_{\mathrm{Hj}}^{*},I_{\mathrm{Lj}}^{*}{,V}_{\mathrm{ac}}^{*})\\ P_{\mathrm{dj}}^{*}=f_p(V_{\mathrm{ac}}^{*},I_{\mathrm{dj}}^{*})\\ Q_{\mathrm{dj}}^{*}=f_q\left(P_{\mathrm{dj}}^{*}\right)\end{array}\right.---\left(2\right)$式(1)中，$Q_{\mathrm{dj}}=Q_{\mathrm{dj}}^{*}\times P_{\mathrm{nj}};$其中：t为时间，为逆变站换流母线电压有效值；V_Hj,V_Lj,I_Hj,I_Lj为第j回直流VDCOL控制环节的4个控制参数，分别为最高电压门槛值、最低电压门槛值、最大电流限定值以及最小电流限定值，I_dj为VDCOL控制环节决定的直流电流指令值；分别为第j回直流输送的有功功率和逆变站消耗的无功功率，标有*号都是标幺值，其他为有名值；其中为逆变站换流母线的电压恢复特性；为直流电流指令的计算公式；为直流输送有功功率计算方法；为逆变站消耗无功功率随着有功功率恢复的变化特性；步骤3、计算所述PQ耦合简化模型各个方程，以得到优化后各逆变站消耗无功功率总和峰值的最小值Q_max,min；其包括以下步骤：步骤31、计算逆变站换流母线的电压恢复特性，其计算方法是：根据直流输电准稳态模型，计算逆变站直流电压V_di如式(3)所示：$V_{\mathrm{di}}=\frac{6\sqrt{2}}{\pi }{N}_p{k}_i{V}_{\mathrm{aci}}\cos \beta -R_{\mathrm{ci}}{I}_d---\left(3\right)$其中N_p,k_i,V_aci,β,R_ci,I_d分别表示直流运行极数，变压器变比，逆变站换流母线电压，逆变站换流阀超前角，逆变站等效换相电阻以及直流电流值；由于逆变站等效换相电阻R_ci的阻值较小，R_ciI_d部分相对于V_di很小，因此逆变站直流电压可近似认为：$V_{\mathrm{di}}=\frac{6\sqrt{2}}{\pi }{N}_p{k}_i{V}_{\mathrm{aci}}\cos \beta ---\left(4\right)$当直流逆变站所接入交流电网无功支撑能力很强时，直流发生故障后在很短时间内能恢复过来，逆变站的熄弧角在故障后先升高后下降，然而在较短时间内就能恢复到正常值附近，对应时间段内有功功率仍在上升状态，直流电压和电流处于恢复过程，为简化直流功率的计算，假设故障后熄弧角在很短时间内恢复至稳态，因此可认为在故障后直流电压标幺值与换流母线电压标幺值基本相等，即故障后：$V_{\mathrm{di}}^{*}=V_{\mathrm{ac}}^{*}---\left(5\right)$假定逆变站的无功源容量足够大且具有较高的可控性，则换流母线电压可控制在某一恢复特性下，在电磁暂态仿真平台中设置一故障，仿真出来的直流恢复过程逆变站换流母线电压有效值波形，所述直流恢复过程逆变站换流母线电压有效值波形即为逆变站换流母线的电压恢复特性，对该逆变站换流母线的电压恢复特性进行拟合，获得逆变站换流母线电压有效值方程：$V_{\mathrm{ac}}^{*}=\left\{\begin{array}{cc}{619.8t}^3-245.4t^2+29.14t& 0\le t\le 0.18\\ 0.989-0.1364e^{-\frac{t}{0.3344}}& t>0.18\end{array}\right.---\left(6\right);$步骤32、计算直流电流指令值，其计算方法是：根据多馈入直流输电系统中常规的VDCOL控制特性获得式(7)关于第j回直流电流指令值：$I_{\mathrm{dj}}=\left\{\begin{array}{cc}{I}_{\mathrm{Hj}}& V_{\mathrm{di}}\ge V_{\mathrm{Hj}}\\ \frac{I_{\mathrm{Hj}}-I_{\mathrm{Lj}}}{V_{\mathrm{Hj}}-V_{\mathrm{Lj}}}(V_{\mathrm{di}}-V_{\mathrm{Lj}})+I_{\mathrm{Lj}}& V_{\mathrm{Lj}}<V_{\mathrm{di}}<V_{\mathrm{Hj}}\\ I_{\mathrm{Lj}}& V_{\mathrm{di}}\le V_{\mathrm{Lj}}\end{array}\right.---\left(7\right);$步骤33、简化直流输送的有功功率的计算，其简化方法是：根据步骤32确定直流电流指令值后，直流系统通过控制换流阀的角度，能使得直流电流值在很短时间内达到指令值，因此假定指令值即为直流电流值，因此直流输送的有功功率标幺值可用公式(8)所示：$P_d^{*}=V_{\mathrm{ac}}^{*}{I}_d---\left(8\right)$则第j回直流输送的有功功率的计算公式为：$P_{\mathrm{dj}}^{*}=V_{\mathrm{ac}}^{*}{I}_{\mathrm{dj}}---\left(9\right)$步骤34、确定逆变站消耗的无功功率随其输送的有功功率的变化特性：在电磁暂态仿真平台中通过设置大量故障进行仿真，获得直流故障后，逆变站消耗的无功功率随其输送的有功功率的变化规律，在直流恢复过程中，逆变站消耗的无功功率随其输送的有功功率的变化特性整体趋势相同，将逆变站消耗的无功功率值和其输送的有功功率值进行归一化处理，拟合可得二者的变化特性如式(10)所示：$Q_{\mathrm{dj}}^{*}=-0.611e^{-{\left(\frac{P_{\mathrm{dj}}^{*}-0.7404}{0.6757}\right)}^2}---\left(10\right);$步骤35、在V_Hj,V_Lj,I_Hj,I_Lj的参考取值范围内给出V_Hj,V_Lj,I_Hj,I_Lj不同的数据，联立式(6)、(7)、(9)、(10)求得各回直流的逆变站消耗的无功功率并代入式(1)中，计算并确定逆变站消耗的无功功率峰值的最小值Q_max,min；步骤4、在步骤35中得到逆变站消耗的无功功率峰值的最小值Q_max,min的情况下，式(7)中的V_Hj,V_Lj,I_Hj,I_Lj即为直流恢复过程VDCOL环节优化的控制参数值。