确定用于控制hvdc链路的设定点参数
阅读说明：本技术 确定用于控制hvdc链路的设定点参数 (Determining setpoint parameters for controlling an HVDC link ) 是由 B·伯格伦 张利东 M·拉森 于 2017-05-18 设计创作，主要内容包括：提出了一种用于确定设定点参数的方法,该设定点参数用于控制HVDC链路(10),该HVDC链路被设置为与包括至少一条AC线路(12a、12b)的输电走廊(11)并联。该方法包括以下步骤：获得输电走廊的第一端部的第一组测量值；获得输电走廊的第二端部的第二组测量值；确定连接到输电走廊的第一端部的第一区域(5a)和连接到输电走廊的第二端部的第二区域(5b)中的哪一个区域具有有功功率不足,以及确定输电走廊的第一区域和第二区域中的哪一个区域具有有功功率过剩；基于输电走廊的走廊等效和主要作为发电机操作的区域的发电机等效,来确定等效模型；以及基于等效模型来确定用于HVDC链路的设定点参数。(A method is proposed for determining a setpoint parameter for controlling an HVDC link (10) arranged in parallel with a power transmission corridor (11) comprising at least one AC line (12a, 12 b). The method comprises the following steps: obtaining a first set of measurements of a first end of the power transmission corridor; obtaining a second set of measurements of a second end of the power transmission corridor; determining which of a first area (5a) connected to a first end of the power transmission corridor and a second area (5b) connected to a second end of the power transmission corridor has an active power deficiency, and which of the first area and the second area of the power transmission corridor has an active power surplus; determining an equivalent model based on a corridor equivalence of the power transmission corridor and a generator equivalence of an area operating primarily as a generator; and determining a setpoint parameter for the HVDC link based on the equivalent model.)
技术领域
本发明涉及确定用于控制高压直流(HVDC)链路的设定点参数的方法、设定点确定器、计算机程序和计算机程序产品，该高压直流(HVDC)链路被设置为与至少一条交流(AC)线路的输电走廊并联。
背景技术
在互联的电力系统之间或全国范围的输电系统中的输电走廊的现有安装受到网络性能的限制。传输受到限制是由于电压稳定性极限通常大多基于离线计算，因此必须足够保守以适应所有可靠的操作条件。同时，相量测量单元逐渐被接受并逐渐成为可用的技术。通常，电压不稳定性会在几分钟内演变成电力系统的崩溃，如果涉及快速负载动态，甚至会在几秒钟内崩溃。这比期望的操作员通过人工干预对意外事件(比如线路中断或发电机跳闸)作出反应要快。
在输电系统中增大容量的有吸引力的解决方案是与现有的AC输电系统并联地安装HVDC。
传统的控制目标是建立设定点跟踪，即在公共耦合点(PCC)处注入的实际功率应与有功功率的设定点一致。通常情况下，HVDC端子的设定点保持恒定或基于发电、负载或最优潮流计算的变化在缓慢的时间尺度上手动改变。控制器的性能目标不考虑他们对整个电力系统的影响。很少有操作员干预来改变设定点，并且由于需要操作员适当地标识行动的必要性，这只会发生在缓慢的时间尺度上。通常，电压不稳定性在几分钟内演变成电力系统的崩溃，如果涉及快速负载动态，甚至会在几秒钟内崩溃。这比期望的操作员对意外事件(比如线路中断或发电机跳闸)作出反应要快。
KR20160032348公开了HVDC系统的实时功率稳定装置。该实时功率稳定装置包括：实时稳定性分析器，该分析器基于有效功率、无效功率、DC电流和AC系统信息来计算并输出DC(直流)电流变化量、DC功率变化量和电压稳定性指数；以及稳定控制器，该控制器基于实时稳定性分析器的输出来确认电压和功率的稳定条件，从而改变电流的指令值的符号。
发明内容
本发明的目的是提供高效且响应快的、用于HVDC链路的控制系统，该HVDC链路被设置为与输电走廊并联。
根据第一方面，提出了用于确定设定点参数的方法，该设定点参数用于控制高压直流(HVDC)链路，该高压直流(HVDC)链路被设置为与包括至少一条交流(AC)线路的输电走廊并联。该方法在设定点确定器中执行并且包括以下步骤：获得输电走廊的第一端部的第一组测量值；获得输电走廊的第二端部的第二组测量值；确定连接到输电走廊的第一端部的第一区域和连接到输电走廊的第二端部的第二区域中的哪一个区域具有有功功率不足，以及确定输电走廊的第一区域和第二区域中的哪一个区域具有有功功率过剩；基于输电走廊的走廊等效和主要作为发电机操作的区域的发电机等效，来确定等效模型；以及基于等效模型来确定用于HVDC链路的设定点参数。
确定设定点参数的步骤可以包括：在g(p,x,u)＝0和h(p,x,u)≤0的情况下优化函数f(p,x,u)，其中g表示由T模型和HVDC链路的稳态响应所给定的约束条件，h表示HVDC链路的操作极限，x表示模型的状态变量，u表示设定点参数，以及p表示模拟的负载变化。
确定设定点参数的步骤可以包括：模拟在输电走廊中的线路跳闸。
确定设定点参数的步骤可以包括：导出输电走廊的操作点函数，描述电压与功率传输之间的关系，在这种情况下基于在当前操作点的功率传输值与最大功率传输值之间的功率裕度来确定设定点参数。
设定点参数可以包括有功功率传输值和无功功率传输值。
走廊等效可以是T等效、ABCD等效或PI等效。
发电机等效可以是戴维南等效或诺顿等效。
根据第二方面，提出了用于确定设定点参数的设定点确定器，该设定点参数用于控制高压直流链路，该高压直流链路被设置为与包括至少一条交流线路的输电走廊并联。设定点确定器包括：处理器；以及存储指令的存储器，当由处理器执行该指令时，使设定点确定器：获得输电走廊的第一端部的第一组测量值；获得输电走廊的第二端部的第二组测量值；确定连接到输电走廊的第一端部的第一区域和连接到输电走廊的第二端部的第二区域中的哪一个区域具有有功功率不足，以及确定输电走廊的第一区域和第二区域中的哪一个区域具有有功功率过剩；基于输电走廊的走廊等效和主要作为发电机操作的区域的发电机等效，来确定等效模型；以及基于等效模型来确定用于HVDC链路的设定点参数。
确定设定点参数的指令可以包括：当由处理器执行时，使设定点确定器进行以下操作的指令：在g(p,x,u)＝0和h(p,x,u)≤0的情况下优化函数f(p,x,u)，其中g表示由T模型和HVDC链路的稳态响应所给定的约束条件，h表示HVDC链路的操作极限，x表示模型的状态变量，u表示设定点参数，以及p表示模拟的负载变化。
确定设定点参数的指令可以包括：当由处理器执行时，使设定点确定器进行以下操作的指令：模拟在输电走廊中的线路跳闸。
确定设定点参数的指令可以包括：当由处理器执行时，使设定点确定器进行以下操作的指令：导出输电走廊的操作点函数，描述电压与功率传输之间的关系，在这种情况下基于在当前操作点的功率传输值与最大功率传输值之间的功率裕度来确定设定点参数。
设定点参数可以包括有功功率传输值和无功功率传输值。
走廊等效可以是T等效、ABCD等效或PI等效。
发电机等效可以是戴维南等效或诺顿等效。
根据第三方面，提出了用于确定设定点参数的计算机程序，该设定点参数用于控制高压直流链路，该高压直流链路被设置为与包括至少一条交流线路的输电走廊并联。计算机程序包括计算机程序代码，该计算机程序代码当在设定点确定器上运行时，使设定点确定器：获得输电走廊的第一端部的第一组测量值；获得输电走廊的第二端部的第二组测量值；确定连接到输电走廊的第一端部的第一区域和连接到输电走廊的第二端部的第二区域中的哪一个区域具有有功功率不足，以及确定输电走廊的第一区域和第二区域中的哪一个区域具有有功功率过剩；基于输电走廊的走廊等效和主要作为发电机操作的区域的发电机等效，来确定等效模型；以及基于等效模型来确定用于HVDC链路的设定点参数。
根据第四方面，提出了计算机程序产品，该计算机程序产品包括根据第三方面的计算机程序以及计算机程序被存储在其上的计算机可读装置。
通常，除非本文明确定义，权利要求中使用的所有术语都根据它们在技术领域的常见含义来解释。除非明确强调，所有对“一/一个/该元件、设备、部件、装置、步骤等”的引用被公开解释为指代元件、设备、部件、装置、步骤等的至少一个实例。除非明确强调，本文公开的任何方法的步骤不是必须按照所公开的确切顺序执行。
附图说明
现在通过示例参考附图描述本发明，其中：
图1是示出可以应用本文提出的实施例的环境的示意图；
图2是示出图1的输电走廊和区域的走廊等效和发电机等效的示意图；
图3是示出根据一个实施例的图1的输电走廊的操作点的示意图；
图4是示出确定用于控制图1中的HVDC链路的设定点参数的方法的实施例的流程图；
图5是示出图1的设定点确定器的部件的示意图；并且
图6示出了包括计算机可读装置的计算机程序产品的一个示例。
具体实施方式
下面将参考附图更全面地描述本发明，其中示出了本发明的某些实施例。然而，本发明可以以许多不同的形式实施，并且不应该被解释为限于本文列出的实施例；相反，通过示例提供这些实施例，使得本公开将是透彻且完整的，并且将本发明的范围充分传达给本领域的技术人员。本描述中相同的数字表示相同的元件。
本文公开的实施例涉及系统中的HVDC链路的设定点参数的动态确定，其中HVDC链路被设置为与AC输电走廊并联。特别地，该确定是基于系统AC侧的等效模型而不是详细的实际拓扑。这提升了计算的效率，从而允许更短的计算时间以提供对改变条件(例如电压的不稳定性)的快速响应，这缓解并减少了输电网络中传播问题。
图1是示出可以应用本文呈现的实施例的环境的示意图。其中有第一区域5a和第二区域5b。一个区域主要作为发电机，并且另一区域主要作为负载。在该示例中，第一区域5a是发电机区域，并且第二区域5b是负载区域。在两个区域5a和5b之间设有输电走廊11，以从第一区域5a向第二区域5b传输功率。输电走廊11包括至少一条AC(交流)线路。在该示例中，输电走廊包括第一AC线路12a和第二AC线路12b。
存在HVDC(高压直流)链路10与输电走廊11并联。HVDC链路10包括用于与第一区域5a连接的第一PCC(公共耦合点)3a和用于与第二区域5b连接的第二PCC 3b。PCC 3a和3b都是AC连接点。在第一PCC 3a后，有可选的第一变压器6a，第一变压器6a可以变换电压并提供电流解耦。第一换流站7a被连接到第一变压器6a，以将AC变换成在HVDC输电线路8上提供的HVDC。另一侧相反工作，由此第二换流站7b从HVDC输电线路8接收HVDC功率并将功率转换成AC。在第二换流站7b与第二PCC 3b之间可选地设有第二变压器6b，以用于为第二区域5b供电。
HVDC链路10可以根据PCC 3a和3b处的有功功率和无功功率来控制。例如，HVDC链路10的每一侧可以设置为：一方面控制在PCC处注入的有功功率或控制DC电压，或者另一方面控制PCC处的AC电压或在PCC处注入的无功功率。一种有用的配置是当一个变流器(即在HVDC链路的一侧)控制DC电压和AC电压或无功功率时，而另一个变流器(即在HVDC链路的另一侧)控制有功功率和AC电压或无功功率。
设定点确定器1被连接到HVDC链路10和输电走廊11以确定HVDC链路10的设定点，如下文详细解释。
图2是示出图1的输电走廊和区域的走廊等效和发电机等效的示意图。在该实施例中，走廊等效是T等效，并且发电机等效是戴维南等效。A-A部分和B-B部分在图1和图2中是等效点。
A-A部分两端的电压用表示，并且B-B部分两端的电压用
在A-A与B-B之间是没有或有很少发电设备并且只有一些较小负载的区域。这是输电走廊，其稳定性值得关注。在确定走廊等效的过程中，这些负载将隐含地被包括在分路阻抗
对于发电机等效，发电由发电机
在标识输电走廊边界A-A和B-B后，我们可以定义两条虚拟母线，输电走廊的每个端部各一条母线。虚拟母线是非物理母线，虚拟母线各自表示多条物理母线的简化。给定与A-A和B-B相交的所有线路上的同步相量测量的单个快照，可以唯一地计算图2中等效项的参数。存在各种选项来计算虚拟相量
需要注意的是，走廊等效可以由任何合适的等效项来代替，比如PI等效或ABCD等效。需要注意的是，发电机等效可以由任何合适的等效项代替，比如诺顿等效。
图3是示出根据一个实施例的图1的输电走廊的操作点的示意图。水平轴线表示在接收端处的、跨越输电走廊的功率传输。竖直轴线表示在输电走廊的接收端处的电压
如图3所示出的，在最大的操作点30处有最大功率传输。关于当前操作点31，功率裕度32可以被计算为最大操作点30与当前操作点31之间的功率传输的差值。
更特别地，计算得出在输电走廊的接收端处的当前有功功率传输Pi的当前操作点31以及在输电走廊的接收端处的最大功率传输Pi max的最大操作点30。
然后，从功率裕度Pmargin＝Pi max-Pi引入启发式反馈方案。目标是当检测到功率裕度小于阈值时，通过增加HVDC链路的有功功率控制换流站的有功功率设定点，来减少输电走廊的AC部分上的负载。如果换流站能够短期过载，那么这个所调节的有功功率设定点可以高于其标称的有功功率额定值。该反馈控制方案可以具有许多形式并且可以使用状态机、PI(比例积分)控制或其变体来实现。作为示例，带有限制器的I(积分)控制器的建模语言(Modelica)中的伪代码如下所示：
图4是示出确定用于控制图1中的HVDC链路的设定点参数的方法的实施例的流程图。该方法在设定点确定器1中执行。
在获得第一组测量值的步骤40中，设定点确定器获得输电走廊的第一端部的第一组测量值。例如，第一组测量值可以包括
在获得第二组测量值的步骤42中，设定点确定器获得输电走廊的第二端部的第二组测量值。例如，第二组测量值可以包括
在确定发电机/负载侧的步骤44中，设定点确定器确定第一区域和第二区域中的哪一个区域具有有功功率不足(即主要作为负载操作)，以及输电走廊的第一区域和第二区域中的哪一个区域具有有功功率过剩(即主要作为发电机操作)。第一区域被连接到输电走廊的第一端部，并且第二区域被连接到输电走廊的第二端部。
在确定等效模型的步骤46中，设定点确定器基于输电走廊的走廊等效和主要作为发电机操作的区域的发电机等效，来确定等效模型。参见图2和上文的对应文字。走廊等效例如可以是T等效、ABCD等效或PI等效。
发电机等效例如可以是戴维南等效或诺顿等效。
在确定设定点参数的步骤48中，设定点确定器基于等效模型来确定用于HVDC链路的设定点参数。设定点参数可以包括HVDC链路的有功功率传输值和无功功率传输值。有功功率传输值和无功功率传输值可以应用于HVDC链路的不同端部。
在一个实施例中，设定点参数包括在g(p,x,u)＝0和h(p,x,u)≤0的情况下优化函数f(p,x,u)，其中g表示由T模型和HVDC链路的稳态响应给定的约束条件，h表示HVDC链路的操作极限，x表示模型的状态变量，u表示设定点参数，以及p表示模拟的负载变化。
可选地，该优化包括模拟输电走廊中的线路跳闸。
在一个实施例中，该步骤48包括导出输电走廊的操作点函数、描述电压与功率传输之间的关系，例如如图3所示。在这样的情况下，基于当前操作点的功率传输值与最大功率传输值之间的功率裕度来确定设定点参数。例如，如果功率裕度较低(小于阈值)，则增加HVDC链路上的(有功)功率传输，由此增加输电走廊的功率裕度。
使用该方法，设定点的确定可以完全独立于电网参数和开关状态知识来完成。详细的参数数据仅由HVDC换流站和HVDC链路使用。已经发现，只要走廊的AC部分内的负载和发电的量较小并且用于定义模型的部分(图2的A-A和B-B)之间的电气距离较小，则输电走廊的近似性较好。
图5是示出图1的设定点确定器的部件的示意图。处理器60使用以下各项中的一项或多项的任何组合来提供：合适的中央处理单元(CPU)、多处理器、微控制器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路等。这些项中的一项或多项的任何组合能够执行存储在存储器64中的软件指令67，软件指令67因此可以是计算机程序产品。处理器60可以被配置为执行参考上文图4所描述的方法。
存储器64可以是随机存取存储器(RAM)和只读存储器(ROM)的任意组合。存储器64还包括永久存储装置，例如可以是磁性存储器、光学存储器、固态存储器或者甚至远程安装的存储器中的任何单一或组合。
数据存储器66还被提供用于在软件指令在处理器60中进行执行期间读取和/或存储数据。数据存储器66可以是随机存取存储器(RAM)和只读存储器(ROM)的任意组合。
设定点确定器1进一步包括用于与其他外部实体通信的I/O接口62。例如，在I/O接口62上接收测量值。
为了不混淆本文提出的概念，省略了设定点确定器1的其他部件。
图6示出了计算机程序产品的一个示例，该计算机程序产品包括计算机可读装置。在该计算机可读装置上，可以存储计算机程序91，该计算机程序可以使处理器执行根据本文描述的实施例的方法。在该示例中，计算机程序产品是光盘，比如CD(光盘)或DVD(数字通用光盘)或蓝光光盘。如上文解释的，计算机程序产品还可以在设备的存储器中实施，比如图5的计算机程序产品67。尽管计算机程序91在这里示意性地被示出为所描绘的光盘上的轨道，但是计算机程序可以以任何适合于计算机程序产品的方式来存储，比如可移动固态存储器，例如通用串行总线(USB)驱动器。
上文主要参考一些实施例描述了本发明。然而，如本领域的技术人员所理解的，上文所公开的实施例以外的其他实施例同样可以在如所附的专利权利要求所定义的、本发明的范围内。
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