基于虚拟电阻的直流电压受端MMC换流站调节方法及装置与流程

基于虚拟电阻的直流电压受端mmc换流站调节方法及装置
技术领域
1.本技术涉及海上换流站领域，尤其涉及一种基于虚拟电阻的直流电压受端mmc换流站调节方法及装置。


背景技术：

2.与陆上风电相比，海上风电具有风能资源稳定、不占用土地、消纳条件良好等独特优势。目前，海上风电送出的并网方式主要分为高压交流输电和高压直流输电两大类，其中高压直流输电均采用基于电压源换流器的柔性直流输电技术。柔性直流输电技术将风电场内部交流系统与外部大电网有效地隔离开，这样海上风电的强随机性、高间歇性和大波动性对主网的负面影响就减轻到最小程度，极大地提升了海上风电并网安全稳定性。
3.陆上交流故障发生后，柔直系统陆上换流站的交流侧有功功率送出能力下降。由于海上风电场的功率无法全部送出，直流系统中出现大量盈余功率，导致换流站子模块电压和极间直流电压快速上升，几毫秒至几十毫秒即可触发过电压保护，引起系统停止运行。现有的控制策略有采取耗能电阻装置、风电机组降功率运行、或者柔性直流输电系统快速调节能力调整海上送端换流站交流母线电压幅值等。但是单一的控制策略往往能力有限，如采用耗能电阻装置，虽然能够有效消耗过剩功率，但是对其电阻参数要求较高，经济性不高，且快速的响应速度需求也使得耗能电阻装置投资成本较高；采用风电机组降功率运行也能在一定程度上平衡功率，但是响应速度太慢；采用柔性直流系统控制交流电压响应速度快，但是其本质是利用海上风电机组低电压穿越能力，对于严重故障作用不大，且极易引起风电机组脱网。


技术实现要素：

4.针对上述问题，提出了一种基于虚拟电阻的直流电压受端mmc换流站调节方法及装置。
5.本技术第一方面提出了一种基于虚拟电阻的直流电压受端mmc换流站调节方法，包括：
6.在陆上换流站的直流电压外环控制器上增加虚拟电阻；
7.当陆上受端换流站的交流母线发生故障时，实时监测所述陆上受端换流站的直流电压整定值，柔直系统进行储存能量环节；
8.当所述直流电压整定值与所述直流电压额定值的比值超过预定阈值时，投入耗能装置，消耗盈余功率。
9.可选的，所述方法还包括：
10.当所述陆上受端换流站的交流母线正常运行时，所述陆上受端换流站采用定直流电压与定交流电压控制策略，直流电流额定值等于直流电流实测值，所述直流电压整定值等于所述直流电压额定值，所述虚拟电阻处于休眠状态。
11.可选的，当陆上受端换流站的交流母线发生故障时，所述直流电流降低，且所述直
流电流与所述直流电流额定值产生的差值作用到所述虚拟电阻上，以产生电压差，其中，以如下公式表示所述电压差：
12.δud＝(i
dcn-i
dc
)r，
13.其中，δud为所述电压差，i
dcn
为所述直流电流额定值，i
dc
为所述直流电流，r为所述虚拟电阻的阻值。
14.可选的，当陆上受端换流站的交流母线发生故障时，所述直流电压整定值满足：
15.u
dcre_i
＝u
dcn
+δud,
16.其中，u
dcre_i
为所述直流电压整定值，u
dcn
为所述直流电压额定值。
17.可选的，所述方法还包括：
18.计算耗能装置耗能值，根据所述耗能装置耗能值，确定是否继续投入所述耗能装置。
19.可选的，所述根据所述耗能装置耗能值，确定是否继续投入所述耗能装置，包括：
20.若所述耗能装置耗能值大于0，随机投入所述耗能装置。
21.可选的，以如下公式计算所述耗能装置耗能值：
22.p
ec
＝p
in-p
out-i2r，
23.其中，p
ec
为所述耗能装置耗能值，p
in
为风电机组传输功率，p
out
为陆上换流站交流系统吸收功率，i2r为直流系统储存的功率。
24.本技术第二方面提出了一种基于虚拟电阻的直流电压受端mmc换流站调节装置，包括：
25.扩充模块，用于在陆上换流站的直流电压外环控制器上增加虚拟电阻；
26.监测模块，用于当陆上受端换流站的交流母线发生故障时，实时监测所述陆上受端换流站的直流电压整定值，柔直系统进行储存能量环节；
27.投入模块，用于当所述直流电压整定值与所述直流电压额定值的比值超过预定阈值时，投入耗能装置，消耗盈余功率。
28.本技术第三方面，提出一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，实现如上述第一方面中任一所述的方法。
29.本技术第四方面，提出一种非临时性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述第一方面中任一所述的方法。
30.本技术的实施例提供的技术方案至少带来以下有益效果：
31.利用柔直系统中的储能单元作为“容器”主动地对盈余余功率进行回收并暂时存储，与耗能装置协同一起解决盈余功率引起的直流过电压问题，可有效避免能量的浪费。
32.本技术附加的方面和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，或通过本技术的实践了解到。
附图说明
33.本技术上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
34.图1是根据本技术示例性实施例示出的海上风电经柔直送出系统的架构图；
35.图2是根据本技术示例性实施例示出的一种基于虚拟电阻的直流电压受端mmc换流站调节方法的流程图；
36.图3是根据本技术示例性实施例示出的一种基于虚拟电阻的直流电压受端mmc换流站调节方法的框图；
37.图4是一种电子设备的框图。
具体实施方式
38.下面详细描述本技术的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本技术，而不能理解为对本技术的限制。
39.如图1所示，海上风电经柔直输电外送系统在面对陆上换流站交流系统故障，交流母线电压降低，交流系统吸收功率降低，产生的盈余功率导致陆上换流站直流线路电压上升时，通常采用耗能装置进行盈余功率吸收，盈余功率的计算公式为：
40.p
ec
＝p
in-p
out
，
41.其中p
in
为风电机组传输功率，p
out
为陆上换流站交流系统吸收功率，产生的盈余功率全部为耗能装置吸收，而实际上，柔直系统由多种储能元件(电容元件、电感元件)构成，是一个大的储能系统，其包含有多个储能单元，且具有一定的能量裕度。因此，利用柔直系统中的储能单元作为“容器”主动地对盈余余功率进行回收并暂时存储，与耗能装置协同一起解决盈余功率引起的直流过电压问题，可有效避免能量的浪费。
42.图2是根据本技术示例性实施例示出的一种基于虚拟电阻的直流电压受端mmc换流站调节方法的流程图，如图2所示，包括：
43.步骤101，在陆上换流站的直流电压外环控制器上增加虚拟电阻。
44.本技术实施例中，虚拟电阻的阻值根据实际需求而定。
45.步骤102，当陆上受端换流站的交流母线发生故障时，实时监测所述陆上受端换流站的直流电压整定值，柔直系统进行储存能量环节。
46.本技术实施例中，当所述陆上受端换流站的交流母线正常运行时，所述陆上受端换流站采用定直流电压与定交流电压控制策略，直流电流额定值等于直流电流实测值，所述直流电压整定值等于所述直流电压额定值，所述虚拟电阻处于休眠状态。
47.当陆上受端换流站的交流母线发生故障时，所述直流电流降低，且所述直流电流与所述直流电流额定值产生的差值作用到所述虚拟电阻上，以产生电压差，其中，以如下公式表示所述电压差：
48.δud＝(i
dcn-i
dc
)r，
49.其中，δud为所述电压差，i
dcn
为所述直流电流额定值，i
dc
为所述直流电流，r为所述虚拟电阻的阻值。
50.本技术实施例中，交流母线发生故障，一部分盈余功率由柔直系统承担，此时直流电压整定值满足：
51.u
dcre_i
＝u
dcn
+δud,
52.其中，u
dcre_i
为所述直流电压整定值，u
dcn
为所述直流电压额定值。
53.步骤103，当所述直流电压整定值与所述直流电压额定值的比值超过预定阈值时，
投入耗能装置，消耗盈余功率。
54.本技术实施例中，预定阈值取1.1，即u
dcre_i
＝1.1u
dcn
后，投入耗能装置。
55.另外，由于此时直流电压被允许提升到1.1udcn，耗能装置的投切指令则无法有直流电压变化情况决定，本技术通过计算耗能装置耗能值，根据所述耗能装置耗能值，确定是否继续投入所述耗能装置。
56.本技术的直流耗能装置的投切指令为：
57.p
ec
＝p
in-p
out-i2r，
58.其中，p
ec
为所述耗能装置耗能值，p
in
为风电机组传输功率，p
out
为陆上换流站交流系统吸收功率，i2r为直流系统储存的功率。
59.其中，在监测到p
ec
＞0时，随机投入，吸收剩余的盈余功率。
60.本技术实施例能够利用柔直系统中的储能单元作为“容器”主动地对盈余余功率进行回收并暂时存储，与耗能装置协同一起解决盈余功率引起的直流过电压问题，可有效避免能量的浪费。
61.图3是根据本技术示例性实施例示出的一种基于虚拟电阻的直流电压受端mmc换流站调节装置，包括扩充模块210、监测模块220与投入模块230。
62.扩充模块210，用于在陆上换流站的直流电压外环控制器上增加虚拟电阻；
63.监测模块220，用于当陆上受端换流站的交流母线发生故障时，实时监测所述陆上受端换流站的直流电压整定值，柔直系统进行储存能量环节；
64.投入模块230，用于当所述直流电压整定值与所述直流电压额定值的比值超过预定阈值时，投入耗能装置，消耗盈余功率。
65.关于上述实施例中的装置，其中各个模块执行操作的具体方式已经在有关该方法的实施例中进行了详细描述，此处将不做详细阐述说明。
66.图4示出了可以用来实施本公开的实施例的示例电子设备300的示意性框图。电子设备旨在表示各种形式的数字计算机，诸如，膝上型计算机、台式计算机、工作台、个人数字助理、服务器、刀片式服务器、大型计算机、和其它适合的计算机。电子设备还可以表示各种形式的移动装置，诸如，个人数字处理、蜂窝电话、智能电话、可穿戴设备和其它类似的计算装置。本文所示的部件、它们的连接和关系、以及它们的功能仅仅作为示例，并且不意在限制本文中描述的和/或者要求的本公开的实现。
67.如图4所示，设备300包括计算单元301，其可以根据存储在只读存储器(rom)302中的计算机程序或者从存储单元308加载到随机访问存储器(ram)303中的计算机程序，来执行各种适当的动作和处理。在ram 303中，还可存储设备300操作所需的各种程序和数据。计算单元301、rom 302以及ram 303通过总线304彼此相连。输入/输出(i/o)接口305也连接至总线304。
68.设备300中的多个部件连接至i/o接口305，包括：输入单元306，例如键盘、鼠标等；输出单元307，例如各种类型的显示器、扬声器等；存储单元308，例如磁盘、光盘等；以及通信单元309，例如网卡、调制解调器、无线通信收发机等。通信单元309允许设备300通过诸如因特网的计算机网络和/或各种电信网络与其他设备交换信息/数据。
69.计算单元301可以是各种具有处理和计算能力的通用和/或专用处理组件。计算单元301的一些示例包括但不限于中央处理单元(cpu)、图形处理单元(gpu)、各种专用的人工
智能(ai)计算芯片、各种运行机器学习模型算法的计算单元、数字信号处理器(dsp)、以及任何适当的处理器、控制器、微控制器等。计算单元301执行上文所描述的各个方法和处理，例如语音指令响应方法。例如，在一些实施例中，语音指令响应方法可被实现为计算机软件程序，其被有形地包含于机器可读介质，例如存储单元308。在一些实施例中，计算机程序的部分或者全部可以经由rom 302和/或通信单元309而被载入和/或安装到设备300上。当计算机程序加载到ram 303并由计算单元301执行时，可以执行上文描述的语音指令响应方法的一个或多个步骤。备选地，在其他实施例中，计算单元301可以通过其他任何适当的方式(例如，借助于固件)而被配置为执行语音指令响应方法。
70.本文中以上描述的系统和技术的各种实施方式可以在数字电子电路系统、集成电路系统、场可编程门阵列(fpga)、专用集成电路(asic)、专用标准产品(assp)、芯片上系统的系统(soc)、负载可编程逻辑设备(cpld)、计算机硬件、固件、软件、和/或它们的组合中实现。这些各种实施方式可以包括：实施在一个或者多个计算机程序中，该一个或者多个计算机程序可在包括至少一个可编程处理器的可编程系统上执行和/或解释，该可编程处理器可以是专用或者通用可编程处理器，可以从存储系统、至少一个输入装置、和至少一个输出装置接收数据和指令，并且将数据和指令传输至该存储系统、该至少一个输入装置、和该至少一个输出装置。
71.用于实施本公开的方法的程序代码可以采用一个或多个编程语言的任何组合来编写。这些程序代码可以提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器或控制器，使得程序代码当由处理器或控制器执行时使流程图和/或框图中所规定的功能/操作被实施。程序代码可以完全在机器上执行、部分地在机器上执行，作为独立软件包部分地在机器上执行且部分地在远程机器上执行或完全在远程机器或服务器上执行。
72.在本公开的上下文中，机器可读介质可以是有形的介质，其可以包含或存储以供指令执行系统、装置或设备使用或与指令执行系统、装置或设备结合地使用的程序。机器可读介质可以是机器可读信号介质或机器可读储存介质。机器可读介质可以包括但不限于电子的、磁性的、光学的、电磁的、红外的、或半导体系统、装置或设备，或者上述内容的任何合适组合。机器可读存储介质的更具体示例会包括基于一个或多个线的电气连接、便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、可擦除可编程只读存储器(eprom或快闪存储器)、光纤、便捷式紧凑盘只读存储器(cd-rom)、光学储存设备、磁储存设备、或上述内容的任何合适组合。
73.为了提供与用户的交互，可以在计算机上实施此处描述的系统和技术，该计算机具有：用于向用户显示信息的显示装置(例如，crt(阴极射线管)或者lcd(液晶显示器)监视器)；以及键盘和指向装置(例如，鼠标或者轨迹球)，用户可以通过该键盘和该指向装置来将输入提供给计算机。其它种类的装置还可以用于提供与用户的交互；例如，提供给用户的反馈可以是任何形式的传感反馈(例如，视觉反馈、听觉反馈、或者触觉反馈)；并且可以用任何形式(包括声输入、语音输入或者、触觉输入)来接收来自用户的输入。
74.可以将此处描述的系统和技术实施在包括后台部件的计算系统(例如，作为数据服务器)、或者包括中间件部件的计算系统(例如，应用服务器)、或者包括前端部件的计算系统(例如，具有图形用户界面或者网络浏览器的用户计算机，用户可以通过该图形用户界面或者该网络浏览器来与此处描述的系统和技术的实施方式交互)、或者包括这种后台部
件、中间件部件、或者前端部件的任何组合的计算系统中。可以通过任何形式或者介质的数字数据通信(例如，通信网络)来将系统的部件相互连接。通信网络的示例包括：局域网(lan)、广域网(wan)、互联网和区块链网络。
75.计算机系统可以包括客户端和服务器。客户端和服务器一般远离彼此并且通常通过通信网络进行交互。通过在相应的计算机上运行并且彼此具有客户端-服务器关系的计算机程序来产生客户端和服务器的关系。服务器可以是云服务器，又称为云计算服务器或云主机，是云计算服务体系中的一项主机产品，以解决了传统物理主机与vps服务("virtual private server"，或简称"vps")中，存在的管理难度大，业务扩展性弱的缺陷。服务器也可以为分布式系统的服务器，或者是结合了区块链的服务器。
76.应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本发公开中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本公开公开的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。
77.上述具体实施方式，并不构成对本公开保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本公开的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本公开保护范围之内。

技术特征：
1.一种基于虚拟电阻的直流电压受端mmc换流站调节方法，其特征在于，包括：在陆上换流站的直流电压外环控制器上增加虚拟电阻；当陆上受端换流站的交流母线发生故障时，实时监测所述陆上受端换流站的直流电压整定值，柔直系统进行储存能量环节；当所述直流电压整定值与所述直流电压额定值的比值超过预定阈值时，投入耗能装置，消耗盈余功率。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：当所述陆上受端换流站的交流母线正常运行时，所述陆上受端换流站采用定直流电压与定交流电压控制策略，直流电流额定值等于直流电流实测值，所述直流电压整定值等于所述直流电压额定值，所述虚拟电阻处于休眠状态。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当陆上受端换流站的交流母线发生故障时，所述直流电流降低，且所述直流电流与所述直流电流额定值产生的差值作用到所述虚拟电阻上，以产生电压差，其中，以如下公式表示所述电压差：δu
d
＝(i
dcn-i
dc
)r，其中，δu
d
为所述电压差，i
dcn
为所述直流电流额定值，i
dc
为所述直流电流，r为所述虚拟电阻的阻值。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当陆上受端换流站的交流母线发生故障时，所述直流电压整定值满足：u
dcre_i
＝u
dcn
+δu
d
,其中，u
dcre_i
为所述直流电压整定值，u
dcn
为所述直流电压额定值。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：计算耗能装置耗能值，根据所述耗能装置耗能值，确定是否继续投入所述耗能装置。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述根据所述耗能装置耗能值，确定是否继续投入所述耗能装置，包括：若所述耗能装置耗能值大于0，随机投入所述耗能装置。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，以如下公式计算所述耗能装置耗能值：p
ec
＝p
in-p
out-i2r，其中，p
ec
为所述耗能装置耗能值，p
in
为风电机组传输功率，p
out
为陆上换流站交流系统吸收功率，i2r为直流系统储存的功率。8.一种基于虚拟电阻的直流电压受端mmc换流站调节装置，其特征在于，包括：扩充模块，用于在陆上换流站的直流电压外环控制器上增加虚拟电阻；监测模块，用于当陆上受端换流站的交流母线发生故障时，实时监测所述陆上受端换流站的直流电压整定值，柔直系统进行储存能量环节；投入模块，用于当所述直流电压整定值与所述直流电压额定值的比值超过预定阈值时，投入耗能装置，消耗盈余功率。9.一种计算机设备，其特征在于，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，实现如权利要求1-7中任一所述的方法。10.一种非临时性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计
算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-7中任一所述的方法。

技术总结
本申请提出了一种基于虚拟电阻的直流电压受端MMC换流站调节方法及装置，涉及海上换流站领域，包括以下步骤：在陆上换流站的直流电压外环控制器上增加虚拟电阻；当陆上受端换流站的交流母线发生故障时，实时监测所述陆上受端换流站的直流电压整定值，柔直系统进行储存能量环节；当所述直流电压整定值与所述直流电压额定值的比值超过预定阈值时，投入耗能装置，消耗盈余功率。本申请能够利用柔直系统中的储能单元作为“容器”主动地对盈余余功率进行回收并暂时存储，与耗能装置协同一起解决盈余功率引起的直流过电压问题，可有效避免能量的浪费。的浪费。的浪费。


技术研发人员：李春华 陈怡静 刘艳贵 郭小江 申旭辉 李家山 孙栩 李铮 周军军 赵瑞斌 周亮 张钧阳 奚嘉雯
受保护的技术使用者：中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司
技术研发日：2023.01.13
技术公布日：2023/8/9