本发明涉及电力、电网，尤其涉及一种混合级联特高压直流输电系统协调控制方法。
背景技术：
1、随着化石能源的逐渐枯竭和社会生产需求的增加，为保障能源安全可靠供应与资源优化配置，我国提出了构建以新能源为主体的新型电力系统。考虑到我国的能源分布范围与地理特征，跨区域的电能输送能够有效促进国家能源结构调整和节能减排。
2、大容量、长距离的跨区域电能输送要求系统输电方式更为经济、灵活和快捷，混合级联特高压直流输电技术能实现大容量输送、降低成本，有效避免换相失败，提高控制灵活性。hc-uhvdc系统主要由整流站、逆变站和直流输电线路三部分构成，相比于传统直流输电系统，hc-uhvdc系统结构拓扑复杂。送端换流站为整流站，由两个串联的12脉动lcc换流器组成。受端换流站为逆变站，采用电网换相换流器串联3个并联的模块化多电平换流器结构。
3、hc-uhvdc系统集成了lcc和mmc各自的优势。受端换流站低压端的并联mmc可提供强有力的无功支撑，即使发生了lcc换相失败，直流电网仍然可以维持一部分功率传输，降低故障期间受端电网的功率缺额，显著提高受端电网的稳定性。逆变侧高压端的lcc可以通过强制移相策略消除直流故障，逆变侧低压端采用mmc并联结构匹配lcc的输送容量，使受端具备了多落点分散灵活接入负荷中心的条件。但是混合级联直流电网受端的全新拓扑结构使得系统交直流故障后响应过程更加复杂，换流站闭锁故障会导致直流电网过电压和过电流问题。
4、换流站是高压直流输电系统中最重要与最复杂的部分，同时也是系统中故障频发的区域。而换流站故障是较为严重的故障类型，会使得系统出现较大的功率损失，进一步引起交流系统功率不平衡以及电压失控。如果受端系统较弱，同时对于故障未能很好处理，极有可能导致整个交直流系统崩溃。尤其对于hc-uhvdc系统，其换流站采取混合级联的形式，受端结构复杂，换流站的交直流侧都有发生故障的可能，进行受端换流站故障后的协调控制策略研究尤为必要。
5、而现有技术针对受端换流站故障闭锁引起直流暂态过电压，并由此导致设备损坏等衍生故障，目前技术主要是通过在hc-uhvdc系统中加装消能装置：在受端换流站直流侧配置大功率直流消能电阻抑制暂态过电压；提出适用于mmc换流器的交流消能装置；针对混合级联多端直流特定系统，提出了一种基于晶闸管控避雷器的可控自恢复消能装置拓扑方案。
6、现有技术均采用三相交流电压源串并联阻抗的方式等效送受端交流电网，但存在以下几点问题。
7、(1)现有技术不能精确反映实际电网的动态特性，无法准确分析hc-uhvdc系统受端换流站多个mmc换流器之间的交互影响。
8、(2)消能装置本质上是在系统内加装阻抗，改变了原有系统的网络结构和阻抗特性。
9、(3)消能装置增加了系统的运行维护成本。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种混合级联特高压直流输电系统协调控制方法，以解决上述技术问题。
2、为实现上述目的本发明采用以下技术方案：
3、一种混合级联特高压直流输电系统协调控制方法，包括如下步骤：整个保护控制协调策略充分使用保护信号、控制信号和电气信号；当mmck直流侧发生故障时，保护识别故障，会对第k台mmc换流器发出闭锁信号；若故障换流站为mmc2定有功功率控制从站或mmc3定有功功率控制从站，则引入mmc1定直流电压控制主站直流侧电流参与送端lcc换流器电流调控；若故障换流站为mmc1定直流电压控制主站，则分析故障前mmc2定有功功率控制从站和mmc3定有功功率控制从站的稳态电流值大小关系，较小的换流站作为新主站，并引入其直流电流参与送端lcc换流器电流调控。
4、作为本发明的进一步方案，基本控制策略下电气量特性；
5、hc-uhvdc系统的基本控制策略为：送端lcc换流器为定直流电流控制，受端lcc换流器主要控制方式为定直流电压控制，后备控制为定直流电流控制和定熄弧角控制，受端mmc换流器之间采用主从控制的方式，mmc1为定直流电压控制主站，mmc2和mmc3为定有功功率控制从站；
6、由于mmc换流器的定直流电压控制，其ui特性曲线保持为平行于电流轴的直线，稳定在额定电压um_n处，受端lcc换流器由于低压限流环节在电压较低值时仍能保持一定的直流侧电流输入，在vdcol可变区间内，电压与电流存在线性变化的关系，当到达电流上限值时，电压增加，电流不再变化，后续决定受端lcc换流器ui特性曲线的是cv、cea以及cc，送端lcc换流器ui特性曲线与受端lcc换流器类似，表现为vdcol环节的特性曲线。
7、作为本发明的进一步方案，受端mmc换流器过压、过流现象的机理分析；
8、系统稳态运行时，三台mmc共同承担系统一半的有功功率，由于mmc1为定电压控制，其本身不具备功率调控的能力，mmc1的功率主要受送端lcc以及mmc2和mmc3决定，忽略功率损耗的情况下，mmc并联模组的电气量关系如下：
9、
10、式中：pmmc为mmc并联模组总有功功率；pmmck为第k台(k＝1，2，3)mmc的有功功率；ummck为第k台mmc的端电压；immck为第k台mmc的直流侧电流；
11、受端mmc发生故障闭锁要分为两种情况：mmc1故障闭锁和mmc2或mmc3故障闭锁，mmc2或mmc3故障闭锁时，由于mmc1定电压控制，在故障初期仍能维持并联模组电压稳定，而mmc1故障闭锁时，mmc并联模组电压失去控制，出现过压情况。
12、作为本发明的进一步方案，定有功功率控制mmc从站故障闭锁；
13、首先以mmc3换流站故障闭锁进行分析，当mmc3换流站支路交直流侧发生较为严重故障时，mmc3换流器闭锁，故障初期，由于通信延迟，送端lcc换流器无法识别受端故障，定直流电流控制仍按照故障前电流大小进行传输，因此输送的直流电流idc大小不变；mmc3故障闭锁后，immc3降为0，对于k点，始终满足基尔霍夫电流定律，即存在：
14、
15、式中：immck*为第k台mmc稳态直流侧电流，δimmck为第k台mmc故障后的直流侧电流相比稳态时的变化量；
16、由于电感元件的存在，δimmck并非瞬时变化，因此，mmc1的定直流电压控制仍能保证故障初期mmc并联模组的电压稳定，在输送直流电流未发生明显变化下，受端lcc采用定直流电压控制为主要控制，此处直流电压为lcc端电压，mmc并联模组上的故障并不会影响lcc端电压的变化，整个受端换流站的直流侧电压近似保持不变，线路上压降保持恒定的情况下，即送端换流站直流电压保持不变，稳态运行点附近，送端换流站电压未发生明显变化时，输送直流电流idc继续保持不变；
17、在传统的控制策略下，idc保持不变，故障后mmc3线路上电流的减少量δimmc3分配到mmc1和mmc2线路上，由于故障初期控制系统未能完全作用，mmc1和mmc2线路上均出现电流的快速上升，随后mmc2的定有功功率控制参与调控，此时在mmc1定直流电压控制下，mmc并联模组电压仍能保持稳定，mmc2线路故障后电流变化量δimmc2在定有功功率控制下逐渐减小，由于mmc3线路的电流同时减小至0，在idc保持不变的情况下，mmc1的电流持续增大，mmc为保证功率器件的安全运行，在控制的电流内环里设置限幅环节，以防电流过大损坏功率器件，若故障前的mmc3稳态运行功率较大，故障后转移到mmc1线路的电流δimmc1过大，导致mmc1故障后控制环节直轴电流输出为恒定的限幅值，电压外环失去控制作用，mmc并联模组难以保持电压恒定，此时，mmc1的过流现象会使得子模块电容持续充电，存在过压的风险，mmc并联模组电压增大，对于送端lcc换流器而言，受端电压的增大将会使得定电流控制环节更难以调控直流电流，从而使得受端换流站出现过压、过流的异常现象。
18、作为本发明的进一步方案，定直流电压控制mmc主站故障闭锁；
19、当定直流电压控制的mmc1故障闭锁时，由于直流电压失控，mmc并联模组将会出现更加严重的过压现象，同mmc2或mmc3故障闭锁类似，送端输送电流idc保持不变，原先的mmc1线路上电流被分流到mmc2和mmc3线路上，缺少定直流电压的控制下，mmc会因为过流导致电容充电，mmc并联模组电压升高，相比mmc3故障闭锁，mmc1故障闭锁更易产生过压的情况。
20、作为本发明的进一步方案，附加电流控制；mmc换流器出现过压、过流的根本原因是因为送端lcc换流器无法识别受端mmc换流器闭锁，保持原功率输送，导致受端换流站功率无法正常分配，影响其余mmc换流器的正常运行，保证受端换流站的安全稳定运行，需要故障后根据实际故障情况以及mmc闭锁情况及时调整送端lcc换流器输出电流；
21、对于定有功功率控制的mmc换流器故障闭锁而言，以mmc3换流站故障为例，受端mmc并联模组过流和过压的主要是由mmc1换流站产生，即发生故障后的mmc3换流站功率转移到mmc1换流站上而造成的过压、过流，如果mmc3和mmc1换流站在故障前有功功率较小，几乎不会发生过压、过流现象，此时故障后就不需要进行额外的调控，三台mmc换流器的额定功率相同均为pm_n，则认为满足式(3)条件时需要进行额外调控来避免过压过流现象；
22、pmmc1+pmmc3＞1.1pm_n (3)；
23、式中：pmmc1和pmmc3为故障前mmc1换流站和mmc3换流站输送的稳态有功功率；
24、mmc并联模组自身没有调节直流电流和总有功功率的能力，对于原有的控制策略而言，如果要实现故障后送端输送有功功率的减少，就需要减少端电压利用vdcol环节来减小直流侧电流，这显然是不利于系统的安全稳定运行，为了实现受端故障时的送端lcc换流器输送功率调控，利用附加电流偏差量参与送端lcc换流器的定直流电流控制，从而避免受端mmc换流器出现过流过压现象；基本原理是通过测量而得的故障前各换流站的mmc有功功率进行式(3)的判断环节，若满足式(3)，则引入mmc1的故障后电流进行附加电流控制，如式(4)所示，计算得到immc1与mmc1换流站功率为1.1pm_n下的基准电流iref偏差量δiadd，附加δiadd至送端lcc换流器的vdcol环节前，实现故障后的输出电流调整，从而抑制mmc并联模组出现过压、过流现象；
25、
26、式中：为送端lcc换流器控制参考电流；ivdcol为vdcol环节输出电流；kp和ti为pi调节环节，以实现系统的稳态误差调节；上标代表标幺值；
27、相比采用直流电流idc，采用mmc1换流站直流侧电流作为控制对象，其原因是mmc2换流站定功率控制可以实现自身换流站直流侧电流的控制，只需控制mmc1换流站的直流侧电流即可实现对系统直流侧电流的控制，控制目标更加明确；
28、引入附加电流参与系统控制后，引入附加电流控制下，可以在不改变端电压的情况下，改变系统的直流电流，从而改变有功功率的输送。
29、作为本发明的进一步方案，主站闭锁后的从站控制转换；
30、当定直流电压控制的mmc换流器发生故障时，定直流电压主站闭锁，mmc并联模组电压失控，为保证系统的电压稳定，应选择合适的mmc换流器从站转为新的控制主站，mmc2和mmc3换流站并不是一直保持标准功率运行，而是根据实际工况调整运行功率。本节主要讨论当mmc2和mmc3换流站输送功率不同时，转换成新主站的从站选择问题；
31、以mmc3换流站输送有功功率为mmc2换流站的两倍的情况进行讨论，当mmc1发生故障闭锁时，有两种从站的控制转化为主站策略。
32、作为本发明的进一步方案，策略一：mmc2换流站变为定直流电压控制主站，满足式pmmc1+pmmc2＞1.1pm_n的情况下，引入mmc2换流站直流侧电流作为附加电流参与送端lcc换流器的定电流控制；
33、策略二：mmc3换流站变为定直流电压控制主站，满足式pmmc1+pmmc3＞1.1pm_n的情况下，引入mmc3换流站直流侧电流作为附加电流参与送端lcc换流器的定电流控制。
34、作为本发明的进一步方案，对比两种从站控制转换策略主要从输送有功功率以及过压、过流等方面进行考虑；
35、1)输送有功功率；为了防止过压、过流现象而进行的直流电流的调控，必然会导致输送有功功率的损失，在不做其他调控，仅进行策略一或二的操作情况下，两种策略的有功功率损失有所不同，故障前稳态时，hc-uhvdc系统输送有功功率为：
36、psum＝pmmc1+pmmc2+2pmmc2 (5)；
37、对于策略一，故障后mmc2换流站变为直流电压控制主站，在附加电流的调控下mmc2换流站输送功率上升至1.1pm_n，因此故障后系统采用策略一输送的有功功率psum i和损失有功功率δploss i为：
38、psum i＝1.1pm_n+2pmmc2 (6)；
39、δploss i＝1.1pm_n-pmmc1-pmmc2 (7)；
40、对于策略二，故障后mmc3换流站变为直流电压控制主站，在附加电流的调控下mmc3换流站输送功率上升至1.1pm_n，因此故障后系统采用策略二输送的有功功率psumⅱ和损失有功功率δplossⅱ为：
41、psum ii＝1.1pm_n+pmmc2 (8)；
42、δploss ii＝1.1pm_n-pmmc1-2pmmc2 (9)；
43、如果不进行其他操作，相比策略一来说，系统采用策略二损失的有功功率更多，对于采用vdcol环节来说，如果采用策略二，输送有功功率减少，导致直流电流降低，则可能使得vdcol环节工作在限幅最小值区间，系统失去对于直流电流的调控能力，可能会导致过流现象无法得到改善；
44、2)过流、过压情况；
45、故障发生后，由于故障换流站电流逐渐减小，从故障开始时刻到从站控制转化策略作用时刻之间的时间内，非故障换流站均存在着电流快速上升的现象，当从站控制转化策略投入之后，系统输送功率和直流电流立即减少，首先体现的是定有功控制的换流站，当定有功控制的换流站功率恢复正常之后，新主站的直流电流得到限制，故障发生到新主站直流电流得到限制的时间δt内，新主站故障直流电流的上升量为δi，该段时间的新主站电流上升现象是不可控的，仅与故障严重程度以及系统的自身结构有关，两种策略下故障后新主站的直流电流immcⅰ和immcⅱ大小为：
46、
47、采用策略二的情况下，故障后新主站的直流电流明显高于策略一的情况下，两种策略的其他换流站在控制作用下不会出现过流，同时，由于策略二情况下的新主站存在过流可能，系统的直流电压也存在过压的可能，在抑制过流、过压方面，策略一明显优于策略二。
48、作为本发明的进一步方案，保护信号识别；当mmc直流侧和交流侧出现严重故障时，mmc会闭锁，接收mmc发出保护闭锁信号后，后续控制环节根据保护信号进行相应动作。
49、与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明揭示了mmc换流器故障闭锁后，非故障换流站出现的过压、过流机理特征。利用附加电流偏差量参与送端lcc换流器的定直流电流控制，实现受端故障时的送端lcc换流器输送功率调控，从而避免受端mmc换流器出现过流过压现象。分析了mmc主战发生故障闭锁时，两种从站的控制转化为主站策略。通过对两种策略进行分析对比，选择出抑制过流、过压的最优转换策略，保障了系统直流电压的安全稳定运行。
1.一种混合级联特高压直流输电系统协调控制方法，其特征在于，包括如下步骤：整个保护控制协调策略充分使用保护信号、控制信号和电气信号；当mmck直流侧发生故障时，保护识别故障，会对第k台mmc换流器发出闭锁信号；若故障换流站为mmc2定有功功率控制从站或mmc3定有功功率控制从站，则引入mmc1定直流电压控制主站直流侧电流参与送端lcc换流器电流调控；若故障换流站为mmc1定直流电压控制主站，则分析故障前mmc2定有功功率控制从站和mmc3定有功功率控制从站的稳态电流值大小关系，较小的换流站作为新主站，并引入其直流电流参与送端lcc换流器电流调控。
2.如权利要求1所述的一种混合级联特高压直流输电系统协调控制方法，其特征在于，基本控制策略下电气量特性；
3.如权利要求1所述的一种混合级联特高压直流输电系统协调控制方法，其特征在于，受端mmc换流器过压、过流现象的机理分析；
4.如权利要求3所述的一种混合级联特高压直流输电系统协调控制方法，其特征在于，定有功功率控制mmc从站故障闭锁；
5.如权利要求4所述的一种混合级联特高压直流输电系统协调控制方法，其特征在于，定直流电压控制mmc主站故障闭锁；
6.如权利要求1所述的一种混合级联特高压直流输电系统协调控制方法，其特征在于，附加电流控制；mmc换流器出现过压、过流的根本原因是因为送端lcc换流器无法识别受端mmc换流器闭锁，保持原功率输送，导致受端换流站功率无法正常分配，影响其余mmc换流器的正常运行，保证受端换流站的安全稳定运行，需要故障后根据实际故障情况以及mmc闭锁情况及时调整送端lcc换流器输出电流；
7.如权利要求6所述的一种混合级联特高压直流输电系统协调控制方法，其特征在于，主站闭锁后的从站控制转换；
8.如权利要求7所述的一种混合级联特高压直流输电系统协调控制方法，其特征在于，策略一：mmc2换流站变为定直流电压控制主站，满足式pmmc1+pmmc2＞1.1pm_n的情况下，引入mmc2换流站直流侧电流作为附加电流参与送端lcc换流器的定电流控制；
9.如权利要求8所述的一种混合级联特高压直流输电系统协调控制方法，其特征在于，对比两种从站控制转换策略主要从输送有功功率以及过压、过流等方面进行考虑；
10.如权利要求6所述的一种混合级联特高压直流输电系统协调控制方法，其特征在于，保护信号识别；当mmc直流侧和交流侧出现严重故障时，mmc会闭锁，接收mmc发出保护闭锁信号后，后续控制环节根据保护信号进行相应动作。
