一种MMC换流站盈余功率消纳控制方法及系统与流程

一种mmc换流站盈余功率消纳控制方法及系统
技术领域
1.本发明涉及mmc控制技术领域，特别是涉及一种mmc换流站盈余功率消纳控制方法及系统。


背景技术：

2.本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
3.应用于柔性直流输电系统的模块化多电平换流器(mmc)采用最近电平逼近调制(nlm)技术，各相的电压调制波(或各桥臂的调制波)需要除以子模块电容电压来获得各个桥臂投入的子模块数量。mmc没有换相失败问题，在新能源发电送出系统中应用越来越多，如张北四端柔直、海上风电并网等工程。送端的mmc换流站连接光伏、风电等新能源基地，采用定交流侧电压、定交流侧频率控制，为新能源并网提供可靠并网电压，但无法控制流入换流站的功率，流入送端mmc的功率由新能源基地决定。当受端发生故障(包括受端连接的交流电网故障或受端换流站闭锁)后，受端送出的功率降低，而送端新能源基地无法及时降低送入的功率，流入直流系统的功率大于流出直流系统的功率，盈余的功率会导致直流电压升高，严重时造成直流输电系统停运。
4.目前工程中的做法是在送端换流站交流侧配置几组耗能电阻，利用耗能电阻将盈余功率耗散掉，这种方法响应迅速，能够及时消纳盈余功率，抑制直流过压，但耗能装置的占地面积较大，散热问题不容忽视，并且投切时的功率冲击较大，对稳定mmc交流侧电压不利。


技术实现要素：

5.为了解决上述问题，本发明提出了一种mmc换流站盈余功率消纳控制方法及系统，包括储能策略与释能策略两部分，根据换流站的容量大小及电容实际储能能力设定储能功率指令与释能功率指令，实现对盈余功率的消纳与再利用，抑制直流侧电压上升。
6.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
7.第一方面，本发明提供一种mmc换流站盈余功率消纳控制方法，包括：
8.在送端mmc换流站的直流电压超出直流电压上限值时，判定出现盈余功率，启动储能策略，根据储能功率指令值得到nlm调制中mmc子模块电容参考电压；
9.储能策略启动后，在mmc子模块电容参考电压超出电容电压上限值或直流电压低于直流电压下限值时，暂停储能策略，将储能功率指令值调整为零；
10.接收到受端故障清除信号后，启动释能策略，根据释能功率指令值得到nlm调制中的mmc子模块电容参考电压；
11.mmc子模块电容电压恢复至电容额定电压后，nlm调制中的mmc子模块电容参考电压设定为子模块电容额定电压值。
12.第二方面，本发明提供一种mmc换流站盈余功率消纳控制系统，包括：
13.储能策略启动模块，被配置为在送端mmc换流站的直流电压超出直流电压上限值时，判定出现盈余功率，启动储能策略，根据储能功率指令值得到nlm调制中mmc子模块电容参考电压；
14.储能策略暂停模块，被配置为储能策略启动后，在mmc子模块电容参考电压超出电容电压上限值或直流电压低于直流电压下限值时，暂停储能策略，将储能功率指令值调整为零；
15.释能策略启动模块，被配置为接收到受端故障清除信号后，启动释能策略，根据释能功率指令值得到nlm调制中的mmc子模块电容参考电压；
16.释能策略停止模块，被配置为mmc子模块电容电压恢复至电容额定电压后，nlm调制中的mmc子模块电容参考电压设定为子模块电容额定电压值。
17.第三方面，本发明提供一种电子设备，包括存储器和处理器以及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机指令，所述计算机指令被处理器运行时，完成第一方面所述的方法。
18.第四方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，完成第一方面所述的方法。
19.与现有技术相比，本发明的有益效果为：
20.与投切耗能装置的方法相比，本发明充分发挥mmc本身的吸纳盈余功率的能力，利用mmc含有的大量子模块电容对盈余功率进行吸纳与释放，抑制直流侧电压上升，无需硬件设备的增加，减少设备占地面积，节约能源，降低能量损耗，为新能源电场降低发出功率争取时间。
21.本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
22.构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
23.图1为本发明实施例1提供的经典nlm算法框图；
24.图2为本发明实施例1提供的mmc换流站盈余功率消纳控制方法流程图；
25.图3为本发明实施例1提供的储能策略与释能策略的切换流程图。
具体实施方式：
26.下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明。
27.应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
28.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设
备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
29.在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
30.实施例1
31.如图1所示为经典的nlm算法框图，mmc子模块电容电压给定为额定电容电压v
cn
，j(j＝a,b,c)相电压调制波v
*mj
经nlm算法后得到j相上桥臂投入的子模块数n
uj
与j相下桥臂投入的子模块数n
lj
，其中round为取整运算；本实施例提出的一种mmc换流站盈余功率控制方法应用在连接新能源基地的送端mmc换流站上，包括储能策略与释能策略，采用mmc子模块电容设定电压值v
*c
替代v
cn
，直接作用于mmc的nlm调制环节，其控制框图如图2所示，策略转换开关s的切换流程如图3所示；
32.具体包括以下步骤：
33.1)根据mmc换流站实际工程参数，设定储能功率指令值p
*c
、释能功率指令值p
*c
、用于储能策略启动判据的直流电压上限值v
*dc_max
、用于储能策略暂停判据的直流电压下限值v
*dc_min
与mmc子模块电容电压上限值v
*c_max
、mmc子模块电容额定电压值v
cn
；
34.2)当送端mmc直流电压高于v
*dc_max
时，判定为输电系统出现盈余功率，启动储能策略，根据储能功率指令p
*c
，由下式(5)计算nlm调制中的子模块电容参考电压，以减少mmc子模块的投入数量，提升子模块电容电压，吸纳盈余功率，使盈余功率储存在mmc子模块电容中，抑制直流电压上升；
35.3)在储能策略启动期间，若mmc子模块电容电压超过mmc子模块电容电压上限值v
*c_max
或直流电压低于直流电压下限值v
*dc_min
，则暂停储能策略，并将储能功率指令值改为零；
36.4)接收到受端故障清除信号后，启动释能策略，根据释能功率指令值p
*c
，由式(9)计算nlm调制中的mmc子模块电容参考电压，以增加mmc子模块的投入数量，使mmc子模块电容电压降低，平稳释放已储存的盈余功率；
37.5)释能过程中，至mmc子模块电容电压恢复至电容额定电压后，子模块电容参考电压将给定为子模块电容额定电压值v
cn
，mmc恢复至正常运行状态。
38.在柔直系统正常工作时，直流电压v
dc
在设定门槛值v
*dc_max
以下，策略转换开关s＝1，子模块电容电压的参考值v
*c
为子模块电容额定电压值v
cn
，mmc各相参与直流电压支撑的子模块数为其额定值n；
39.因受端故障，出现盈余功率后，当直流电压v
dc
超过设定门槛值v
*dc_max
时，启动储能策略，策略转换开关s＝2，根据储能功率指令值p
*c
，由下式(5)计算得到的v
c
(t)值作为子模块电容电压参考值v
*c
，给到nlm算法中，各相参与直流电压支撑的子模块数逐渐减少；在此期间，若子模块电容电压v
c
上升至子模块电容电压上限值v
*c_max
，则暂停储能，储能功率指令值p
*c
给定为0，防止子模块电容过压损坏，v
*c_max
的值推荐取为1.5倍的子模块电容额定电压，即1.5v
cn
；若直流电压v
dc
低于设定门槛值v
*dc_min
，说明已经将直流电压控制在合理范围以内，此时也暂停储能，p
*c
取为0；
40.若t0时刻收到受端故障已清除信号，则启动释能策略，策略转换开关s＝3，子模块电容按照释能功率指令值p
*c
进行放电，由下式(9)计算得到的v
c
(t)值作为v
*c
，给到nlm算法中，各相参与直流电压支撑的子模块数逐渐增多，其中v
c
(t0)为t0时刻锁存的子模块电容平
均电压，子模块电容电压恢复至额定值v
cn
后，策略转换开关s＝1，mmc换流站恢复正常工作。
41.下面对储能策略与释能策略及储能功率指令值p
*c
的选取进行详细说明：
42.首先对符号进行说明：
43.c：子模块电容值；
44.n：mmc各个桥臂配备的子模块数；
45.n
uj
：j相上桥臂投入的子模块数；
46.n
lj
：j相下桥臂投入的子模块数；
47.p
*c
：储能策略/释能策略中设定的储能功率/释能功率指令；
48.v
*mj
：j(j＝a,b,c)相的电压调制波；
49.v
dc
：mmc换流站的直流侧电压；
50.v
dcn
：mmc换流站的额定直流侧电压；
51.v
*dc_max
：储能策略的启动判据，直流电压大于此值时启动储能策略；
52.v
*dc_min
：储能策略的暂停判据，直流电压小于此值时储能策略中的功率指令p
*c
设为0；
53.v
c
：mmc所有子模块电容电压平均值；
54.v
c
(t)：t时刻mmc所有子模块电容电压平均值；
55.v
c
(t0)：t0时刻mmc所有子模块电容电压平均值；
56.v
cn
：子模块电容电压额定值；
57.v
*c
：子模块电容电压参考值；
58.v
*c_max
：子模块电容电压参考值的上限，子模块电容电压大于此值时，暂停储能策略，储能功率指令p
*c
设为0；
59.w
c
(0)：mmc正常运行时，所有子模块电容存储的能量；
60.w
c
(t)：t时刻mmc所有子模块电容存储的能量。
61.(1)储能策略：
62.mmc正常运行时，子模块电容电压为v
cn
：
[0063][0064]
mmc正常运行时储存的能量w
c
(0)为：
[0065][0066]
储能策略运行期间，设定mmc需要吸纳的功率为p
*c
，则mmc子模块电容能量w
c
(t)同时满足式(3)、式(4)：
[0067][0068][0069]
联立式(1)
‑
式(4)，可得出按p
*c
吸纳功率后，所有子模块电容电压平均值v
c
(t)需提升至：
[0070][0071]
若能在此过程维持直流电压为额定值v
dcn
，则各相起直流电压支撑作用的子模块数会降低至n
′
：
[0072][0073]
下面对储能功率指令p
*c
的选取进行说明：理想情况下，p
*c
恰好等于直流系统盈余功率的大小时控制效果最佳，即p
*c
取为送、受两端的交流侧功率差值时最佳；但是，这样需要通信手段实时采集受端的交流侧功率，来与送端的交流侧功率作运算，而通信存在延迟，传输过来的数据都是历史数据，无法做到实时数据的比较；若受端的交流侧功率在故障期间变化较大，则比较产生的误差就会很大，影响控制效果。
[0074]
因此，将储能策略应用于送端mmc换流站时，可以考虑mmc本身的储能能力，并参照所配置耗能电阻的耗散功率，将p
*c
取为固定值，这时无需通信支持；例如，在张北工程参数下，p
*c
可以取为换流站额定功率1500mw的1/4，即375mw，以替代一组耗能电阻。
[0075]
(2)释能策略：
[0076]
当受端故障被清除后，功率盈余情况随之消失，此后，需要采用释能策略，将子模块电容中储存的能量进行平稳地释放，降低子模块电容的电压，使其恢复至额定运行状态。
[0077]
假设t0时刻启动释能策略，子模块电容以释能功率指令p
*c
进行放电，对t0时刻子模块电容电压v
c
进行锁存得到v
c
(t0)，在v
c
降低至v
c
(t)的过程中，子模块电容放出的能量δw
c
(t)为：
[0078][0079]
δw
c
(t)＝∫p
*c
dt
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(8)
[0080]
联立以式(7)、式(8)可得释能过程中v
c
(t)的变化为：
[0081][0082]
在释能过程中，起直流电压支撑作用的子模块数逐步上升并恢复至n，释能功率指令p
*c
的值可以考虑换流站的功率送出能力，所以本实施例中，p
*c
选取为换流站额定功率的10％，以实现能量的平稳释放；例如，在张北工程参数下，p
*c
可以取为换流站额定功率1500mw的10％，即150mw。
[0083]
本实施例的mmc盈余功率控制策略可用于连接了新能源基地的送端mmc换流站中，可根据换流站的容量大小及电容实际储能能力设定储能功率指令与释能功率指令，实现对盈余功率的消纳与再利用，抑制直流侧电压上升，可替代一部分耗能装置的布置，减少设备占地面积，降低能量损耗，为新能源电场降低发出功率争取时间。
[0084]
实施例2
[0085]
本实施例提供一种mmc换流站盈余功率消纳控制系统，包括：
[0086]
储能策略启动模块，被配置为在送端mmc换流站的直流电压超出直流电压上限值时，判定出现盈余功率，启动储能策略，根据储能功率指令值得到nlm调制中mmc子模块电容参考电压；
[0087]
储能策略暂停模块，被配置为储能策略启动后，在mmc子模块电容参考电压超出电容电压上限值或直流电压低于直流电压下限值时，暂停储能策略，将储能功率指令值调整为零；
[0088]
释能策略启动模块，被配置为接收到受端故障清除信号后，启动释能策略，根据释能功率指令值得到nlm调制中的mmc子模块电容参考电压；
[0089]
释能策略停止模块，被配置为mmc子模块电容电压恢复至电容额定电压后，nlm调制中的mmc子模块电容参考电压设定为子模块电容额定电压值。
[0090]
此处需要说明的是，上述模块对应于实施例1中所述的步骤，上述模块与对应的步骤所实现的示例和应用场景相同，但不限于上述实施例1所公开的内容。需要说明的是，上述模块作为系统的一部分可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行。
[0091]
在更多实施例中，还提供：
[0092]
一种电子设备，包括存储器和处理器以及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机指令，所述计算机指令被处理器运行时，完成实施例1中所述的方法。为了简洁，在此不再赘述。
[0093]
应理解，本实施例中，处理器可以是中央处理单元cpu，处理器还可以是其他通用处理器、数字信号处理器dsp、专用集成电路asic，现成可编程门阵列fpga或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
[0094]
存储器可以包括只读存储器和随机存取存储器，并向处理器提供指令和数据、存储器的一部分还可以包括非易失性随机存储器。例如，存储器还可以存储设备类型的信息。
[0095]
一种计算机可读存储介质，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，完成实施例1中所述的方法。
[0096]
实施例1中的方法可以直接体现为硬件处理器执行完成，或者用处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器、闪存、只读存储器、可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器，处理器读取存储器中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。为避免重复，这里不再详细描述。
[0097]
本领域普通技术人员可以意识到，结合本实施例描述的各示例的单元即算法步骤，能够以电子硬件或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本技术的范围。
[0098]
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
[0099]
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。