考虑MMC内部动态约束的换流站工作域的确定方法及系统技术方案

本公开提供了一种考虑MMC内部动态约束的换流站工作域的确定方法及系统，建立单端MMC‑HVDC系统的稳态模型，给定系统运行的约束条件；在已知换流变压器的额定视在功率的前提下，利用逐点扫描筛选出满足换流变压器容量约束的功率运行点；将每个功率运行点代入稳态模型，计算出相应的MMC的调制比及其他电气量的稳态值，并利用非正弦周期电气量极值计算方法求解相应的极值；对每一个功率运行点，依次进行各约束条件的检验，如果所有约束条件都满足，在PQ平面绘制出这个点并对下一个点进行计算和检验；否则舍弃该点并直接检验下一个点；重复上述过程，直到扫描完所有的点，即可确定MMC工作域。

The method and system for determining the work area of converter station considering the dynamic constraints inside MMC

【技术实现步骤摘要】
考虑MMC内部动态约束的换流站工作域的确定方法及系统
本公开属于电力系统柔性直流输电领域，涉及一种考虑MMC内部动态约束的换流站工作域的确定方法及系统。
技术介绍
本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。近年来，模块化多电平换流器(modularmultilevelconverter,MMC)凭借其波形质量高和功率损耗低的特性受到了广泛关注，国内外已有很多柔性直流输电工程采用MMC技术。确定MMC换流站工作域，是进行MMC-HVDC系统参数设计的重要基础，对于确保前期设计的合理性和换流站正常运转有着重要作用，具有较强的工程实际意义。据专利技术人了解，目前，模块化多电平换流器工作域的确定方法仍存在一些需要解决的问题：一是降低计算的复杂度，二是提高计算的精确性。因此，现有的解决技术方案主要围绕这两个方面，例如张静等人于2015年在《电力建设》上发表了《MMC-HVDC的稳态运行范围研究》，该文章研究了交流系统对MMC-HVDC稳态运行范围的影响，揭示了限制直流功率输送能力的关键因素。缺点是只对基波电路进行数学建模，没有考虑模块化多电平换流器的内部动态特性。林环城等人于2018年在《电力自动化设备》上发表了《MMC功率运行区域分析及环流切换控制策略》，该文章考虑了模块化多电平换流器的内部动态特性，确定了更为准确的稳态运行范围。缺点是基于三相静止坐标系进行数学建模，模型变量均为交流量，具有强非线性和时变性的特点，计算复杂。鲁晓军等人于2016年在《中国电机工程学报》上发表了《MMC电气系统动态相量模型统一建模方法及运行特性分析》，该文章建立了稳态相量模型，研究了不同约束条件下的MMC运行区间。缺点是文中所提方法无法解析计算非正弦周期电气量极值，精度有限，且不能独立计算每个约束条件限制的运行区间。综上所述，模块化多电平换流器工作域的确定方法在降低计算复杂度和提高计算精度上已经有了不少改进，现有的技术方案大都取得了良好的目标效果，但也存在着一些缺点亟待改进。
技术实现思路
本公开为了解决上述问题，提出了一种考虑MMC内部动态约束的换流站工作域的确定方法及系统，本公开计算简单且精确度高，可以解析计算各非正弦周期电气量极值，实现各约束条件对运行范围影响的独立计算与分析，准确确定工作域。根据一些实施例，本公开采用如下技术方案：一种考虑MMC内部动态约束的换流站工作域的确定方法，包括以下步骤：建立单端MMC-HVDC系统的稳态模型，给定系统运行的约束条件；在已知换流变压器的额定视在功率的前提下，利用逐点扫描筛选出满足换流变压器容量约束的功率运行点；将每个功率运行点代入稳态模型，计算出相应的MMC的调制比及其他电气量的稳态值，并利用非正弦周期电气量极值计算方法求解相应的极值；对每一个功率运行点，依次进行各约束条件的检验，如果所有约束条件都满足，在PQ平面绘制出这个点并对下一个点进行计算和检验；否则舍弃该点并直接检验下一个点；重复上述过程，直到扫描完所有的点，即可确定MMC工作域。作为可选择的实施方式，构建d-q同步旋转坐标系下的单端MMC-HVDC系统的稳态模型。作为可选择的实施方式，所述约束条件包括换流变压器容量约束、换流站容量约束、交流电流约束、调制比最大值与最小值约束和内部动态约束；内部动态约束包括：桥臂电流约束和电容电压波动最大值约束。作为可选择的实施方式，利用逐点扫描筛选出满足换流变压器容量约束的功率运行点(PPCC，QPCC)，确定检验区域。作为可选择的实施方式，利用非正弦周期电气量极值计算方法求解相应的极值的具体过程包括：通过MMC稳态模型求解出电气量fi在d-q坐标系下分量的稳态值后，在一个周期内扫描θ，计算得到fi的最大幅值fimax。作为进一步的限定，具体计算流程包括：将fimax及θ的初始值被设置为0，然后在一个周期0≤θ≤2π内进行逐点扫描；根据解析表达式计算fi，如果fi的绝对值大于fimax，则将其赋值给fimax，否则直接进行下一步；将θ更新为θ+Δθ，进行下一次扫描计算直到θ＝2π，输出极值fimax。作为可选择的实施方式，对筛选得到的每一个功率运行点，依次进行换流器容量、交流电流、调制比、桥臂电流和电容电压波动约束条件的检验，如果所有约束条件都满足，在PQ平面绘制出这个点并对下一个点进行计算和检验；如果这个过程中有任何一个约束不能满足，则舍弃该点并直接检验下一个点。一种考虑MMC内部动态约束的换流站工作域的确定系统，包括：模型构建模块，被配置为建立单端MMC-HVDC系统的稳态模型，给定系统运行的约束条件；筛选模块，被配置为在已知换流变压器的额定视在功率的前提下，利用逐点扫描筛选出满足换流变压器容量约束的功率运行点；计算模块，被配置为将每个功率运行点代入稳态模型，计算出相应的MMC的调制比及其他电气量的稳态值，并利用非正弦周期电气量极值计算方法求解相应的极值；检验模块，被配置为对每一个功率运行点，依次进行各约束条件的检验，如果所有约束条件都满足，在PQ平面绘制出这个点并对下一个点进行计算和检验；否则舍弃该点并直接检验下一个点；循环模块，被配置为汇总所有符合检验的点，得到工作域结果。一种计算机可读存储介质，其中存储有多条指令，所述指令适于由终端设备的处理器加载并执行所述的一种考虑MMC内部动态约束的换流站工作域的确定方法的步骤。一种终端设备，包括处理器和计算机可读存储介质，处理器用于实现各指令；计算机可读存储介质用于存储多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行所述的一种考虑MMC内部动态约束的换流站工作域的确定方法的步骤。与现有技术相比，本公开的有益效果为：本公开若想确定每个约束的运行边界，可以在执行逐点扫描时只针对单个约束进行检验，获得工作域后取其边界即可，可以解析计算各非正弦周期电气量极值，提高计算精度；本公开考虑了内部动态约束，分析更为全面，确定的工作域更为准确，有利于系统的安全稳定运行。同时，可以进行考虑单个约束条件的换流站工作域的独立计算。附图说明构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。图1是本公开利用逐点扫描绘制MMC工作域的流程图；图2是本公开提出的计算非正弦周期电气量极值的流程图；图3是得到的考虑常规约束和内部动态约束的MMC工作域；图4是得到的考虑换流器容量约束的MMC运行边界；图5是得到的考虑交流电流约束的MMC运行边界；图6是得到的考虑调制比约束的MMC运行边界；图7是得到的考虑桥臂电流约束的MMC运行边界；图8是得到的考虑电容电压波动约束的MMC运行边界。具体实施方式：下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。应该指本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种考虑MMC内部动态约束的换流站工作域的确定方法，其特征是：包括以下步骤：/n建立单端MMC-HVDC系统的稳态模型，给定系统运行的约束条件；/n在已知换流变压器的额定视在功率的前提下，利用逐点扫描筛选出满足换流变压器容量约束的功率运行点；/n将每个功率运行点代入稳态模型，计算出相应的MMC的调制比及其他电气量的稳态值，并利用非正弦周期电气量极值计算方法求解相应的极值；/n对每一个功率运行点，依次进行各约束条件的检验，如果所有约束条件都满足，在PQ平面绘制出这个点并对下一个点进行计算和检验；否则舍弃该点并直接检验下一个点；/n重复上述过程，直到扫描完所有的点，即可确定MMC工作域。/n

【技术特征摘要】
1.一种考虑MMC内部动态约束的换流站工作域的确定方法，其特征是：包括以下步骤：
建立单端MMC-HVDC系统的稳态模型，给定系统运行的约束条件；
在已知换流变压器的额定视在功率的前提下，利用逐点扫描筛选出满足换流变压器容量约束的功率运行点；
将每个功率运行点代入稳态模型，计算出相应的MMC的调制比及其他电气量的稳态值，并利用非正弦周期电气量极值计算方法求解相应的极值；
对每一个功率运行点，依次进行各约束条件的检验，如果所有约束条件都满足，在PQ平面绘制出这个点并对下一个点进行计算和检验；否则舍弃该点并直接检验下一个点；
重复上述过程，直到扫描完所有的点，即可确定MMC工作域。


2.如权利要求1所述的一种考虑MMC内部动态约束的换流站工作域的确定方法，其特征是：构建d-q同步旋转坐标系下的单端MMC-HVDC系统的稳态模型。


3.如权利要求1所述的一种考虑MMC内部动态约束的换流站工作域的确定方法，其特征是：所述约束条件包括换流变压器容量约束、换流站容量约束、交流电流约束、调制比最大值与最小值约束和内部动态约束；
内部动态约束包括：桥臂电流约束和电容电压波动最大值约束。


4.如权利要求1所述的一种考虑MMC内部动态约束的换流站工作域的确定方法，其特征是：利用逐点扫描筛选出满足换流变压器容量约束的功率运行点(PPCC，QPCC)，确定检验区域。


5.如权利要求1所述的一种考虑MMC内部动态约束的换流站工作域的确定方法，其特征是：利用非正弦周期电气量极值计算方法求解相应的极值的具体过程包括：通过MMC稳态模型求解出电气量fi在d-q坐标系下分量的稳态值后，在一个周期内扫描θ，计算得到fi的最大幅值fimax。


6.如权利要求5所述的一种考虑MMC内部动态约束的换流站工作域的确定方法，其特征是：具体计算流程包括：
将fimax及θ的初始值被设置为0，然后在一个周期0≤...

【专利技术属性】
技术研发人员：张锋，杨桂兴，王衡，岳晨晶，郝全睿，印欣，亢朋朋，宋朋飞，李渝，樊国伟，常喜强，段青熙，
申请(专利权)人：国网新疆电力有限公司，
类型：发明
国别省市：新疆;65