一种混合级联直流输电视在功率范围计算方法及系统与流程

本发明涉及直流输电技术，并且更具体地，涉及一种混合级联直流输电视在功率范围计算方法及系统。

背景技术：

1、在电力系统建设中，高压直流输电(high voltage direct current，hvdc)技术在大规模新能源跨区输送等场景中将会发挥更为关键的作用。目前，基于电网换相型换流器的高压直流输电(line commutated converter hvdc，lcc-hvdc)技术是最为成熟、应用最为广泛的一种方案。然而，由于lcc-hvdc采用基于晶闸管的半控型器件，需要依靠电网电压换相，因此只能在滞后功率角下运行，不具备黑启动能力，并且对交流系统的无功功率补偿能力提出了较高要求。此外，lcc-hvdc逆变侧还面临着换相失败风险。这些特性使得lcc在短路比(short circuit ratio，缩写为scr)较低的弱电网中的应用具有相当的局限性。

2、基于电压源换流器的高压直流输电(voltage source convert hvdc，vsc-hvdc)技术具备功率灵活解耦控制能力，能够在弱电网中运行甚至是孤岛运行。但受其自身容量和过电压过电流能力的制约，vsc-hvdc无法在特高压、大容量输电方面发挥优势。虽然采用模块化多电平换流器(modular multilevel converter，mmc)可以提升其直流电压等级及换流器效率，但由于mmc子模块的串联结构，其桥臂电流并不能增大。此外，子模块数目的持续提升也带来了均压控制难度增大等问题。

3、为了结合lcc与mmc两者的优势，混合直流输电技术逐渐成为研究的热点。在现有关注的混合直流技术中，可按混合层级不同分为换流站级、换流器级和换流阀级。混合级联换流器(hybrid cascaded converter,hcc)拓扑结构为lcc与mmc分别通过变压器与交流母线联接，在交流侧呈现并联关系，而在直流侧为串联关系。这种特殊的级联结构使得hcc在不同控制策略下具备了灵活的功率优势：利用mmc发出lcc所需的无功功率，主动支撑交流电压以降低换相失败的风险；利用mmc在交直流侧实现动态滤波；协调lcc与mmc间功率分配，增强hcc对交流系统的惯量支撑能力。

4、针对混合级联直流输电(hybrid cascaded hvdc，hc-hvdc)功率控制范围的研究，首先需要对hcc功率运行范围进行研究。但在hcc中，lcc与mmc在直流侧呈串联关系，两者将按照直流电压比例承担相应的有功功率，考虑到mmc灵活的功率解耦控制能力，hcc功率灵活调节范围将得到极大扩展。然而，lcc与mmc功率范围均受到自身运行控制条件的约束；另一方面，hcc功率范围也会受到scr等所联电网特性的影响；此外，现有针对hcc的研究多基于跟网型控制，在弱电网条件下这可能会造成锁相环难以准确跟踪电网电压，导致小干扰失稳等问题。

5、因此，需要一种直流侧串联的混合级联直流输电视在功率范围计算方法。

技术实现思路

1、本发明提出一种混合级联直流输电视在功率范围计算方法及系统，以解决如何确定直流侧串联的混合级联直流输电视在功率范围的问题。

2、为了解决上述问题，根据本发明的一个方面，提供了一种混合级联直流输电视在功率范围计算方法，所述方法包括：

3、确定混合级联直流输电系统的直流电压比；其中，所述混合级联直流输电系统的直流侧为串联；

4、计算电网lcc逆变侧无功功率需求和mmc无功补偿量；

5、基于所述直流电压比、lcc逆变侧无功功率需求和mmc无功补偿量确定混合级联直流输电视在功率表达式；

6、确定混合级联直流输电系统的lcc约束和mmc约束；

7、基于所述混合级联直流输电视在功率表达式、lcc约束和mmc约束确定混合级联直流输电视在功率范围。

8、优选地，其中所述确定混合级联直流输电系统的直流电压比；其中，所述混合级联直流输电系统的直流侧为串联，包括：

9、

10、其中，kdc为直流电压比；ummc和ulcc分别为mmc和lcc的直流电压；udc为hcc的直流电压；pmmc和pdc分别为mmc和hcc直流功率。

11、优选地，其中所述计算电网lcc逆变侧无功功率需求和mmc无功补偿量，包括：

12、

13、其中，qlcc为lcc逆变侧无功功率需求；为lcc逆变侧功率因数角；plcc为lcc逆变站直流功率；qmmc为mmc无功补偿量；为mmc功率因数角；pmmc为mmc直流功率。

14、优选地，其中所述混合级联直流输电视在功率表达式，包括：

15、

16、其中，为混合级联直流输电视在功率；kdc为直流电压比；qlcc为lcc逆变侧无功功率需求；qmmc为mmc无功补偿量；plcc为lcc逆变站直流功率。

17、优选地，其中所述确定混合级联直流输电系统的lcc约束和mmc约束，包括：

18、

19、

20、其中，δpfault为因闭锁故障导致的直流受阻功率；pmi与pmi_max分别为第i个平衡站额定功率与最大功率；tact为受端换流器发生闭锁故障后，直流过电压保护动作之前的时间；udc_max和udc0分别为混合直流系统过电压保护动作阈值和稳态运行值；cu为除闭锁换流站外第n个站等效直流电容；hcc并联ndcm个mmc；pdcmi表示第i个mmc有功功率；plcc为lcc逆变站直流功率；pdcm1、pdcm2、pdcm3分别为第1、2、3个mmc的有功功率；pdclmax、pdclmin分别为lcc有功功率输出上限值和下限值；pdcm1_n为第1个mmc的有功功率额定值；scr为系统短路比；scrmin为系统最小短路比；v0为构网型变流器电压；pload为受端电网负荷消耗的有功功率；xs为交流系统等效阻抗；vs为系统等效电源电压；αn为触发角稳态值；αdc是快速移相后的触发角；kdc为直流电压比；ummc为mmc的直流电压；udc为hcc的直流电压。

21、根据本发明的另一个方面，提供了一种混合级联直流输电视在功率范围计算系统，所述系统包括：

22、直流电压比确定单元，用于确定混合级联直流输电系统的直流电压比；其中，所述混合级联直流输电系统的直流侧为串联；

23、无功计算单元，用于计算电网lcc逆变侧无功功率需求和mmc无功补偿量；

24、视在功率表达式确定单元，用于基于所述直流电压比、lcc逆变侧无功功率需求和mmc无功补偿量确定混合级联直流输电视在功率表达式；

25、约束确定单元，用于确定混合级联直流输电系统的lcc约束和mmc约束；

26、视在功率范围确定单元，用于基于所述混合级联直流输电视在功率表达式、lcc约束和mmc约束确定混合级联直流输电视在功率范围。

27、优选地，其中所述直流电压比确定单元，确定混合级联直流输电系统的直流电压比；其中，所述混合级联直流输电系统的直流侧为串联，包括：

28、

29、其中，kdc为直流电压比；ummc和ulcc分别为mmc和lcc的直流电压；udc为hcc的直流电压；pmmc和pdc分别为mmc和hcc直流功率。

30、优选地，其中所述无功计算单元，计算电网lcc逆变侧无功功率需求和mmc无功补偿量，包括：

31、

32、其中，qlcc为lcc逆变侧无功功率需求；为lcc逆变侧功率因数角；plcc为lcc逆变站直流功率；qmmc为mmc无功补偿量；为mmc功率因数角；pmmc为mmc直流功率。

33、优选地，其中所述视在功率表达式确定单元，混合级联直流输电视在功率表达式，包括：

34、

35、其中，为混合级联直流输电视在功率；kdc为直流电压比；qlcc为lcc逆变侧无功功率需求；qmmc为mmc无功补偿量；plcc为lcc逆变站直流功率。

36、优选地，其中所述约束确定单元，确定混合级联直流输电系统的lcc约束和mmc约束，包括：

37、

38、

39、其中，δpfault为因闭锁故障导致的直流受阻功率；pmi与pmi_max分别为第i个平衡站额定功率与最大功率；tact为受端换流器发生闭锁故障后，直流过电压保护动作之前的时间；udc_max和udc0分别为混合直流系统过电压保护动作阈值和稳态运行值；cu为除闭锁换流站外第n个站等效直流电容；hcc并联ndcm个mmc；pdcmi表示第i个mmc有功功率；plcc为lcc逆变站直流功率；pdcm1、pdcm2、pdcm3分别为第1、2、3个mmc的有功功率；pdclmax、pdclmin分别为lcc有功功率输出上限值和下限值；pdcm1_n为第1个mmc的有功功率额定值；scr为系统短路比；scrmin为系统最小短路比；v0为构网型变流器电压；pload为受端电网负荷消耗的有功功率；xs为交流系统等效阻抗；vs为系统等效电源电压；αn为触发角稳态值；αdc是快速移相后的触发角；kdc为直流电压比；ummc为mmc的直流电压；udc为hcc的直流电压。

40、本发明提供了一种混合级联直流输电视在功率范围计算方法及系统，包括：确定混合级联直流输电系统的直流电压比；其中，所述混合级联直流输电系统的直流侧为串联；计算电网lcc逆变侧无功功率需求和mmc无功补偿量；基于所述直流电压比、lcc逆变侧无功功率需求和mmc无功补偿量确定混合级联直流输电视在功率表达式；确定混合级联直流输电系统的lcc约束和mmc约束；基于所述混合级联直流输电视在功率表达式、lcc约束和mmc约束确定混合级联直流输电视在功率范围。本发明准确考虑混合直流输电lcc和mmc在直流侧的串联关系，充分分析直流电压比例承担有功功率的能力及mmc灵活的功率解耦控制能力，提升了混合级联系统功率灵活调节范围；考虑lcc和mmc的功率范围及scr约束，针对目前构网型控制的要求，有效解决电力系统直流侧串联的混合级联直流输电功率范围的确定问题。