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申请/专利权人：施秀花

摘要：本发明公开了一种五端高压直流输电系统，包括：五个换流站、变压器、断路器和五边形直流电网，通过多个换流站之间的电压联合控制将发生接地故障时，故障电流降低到最小，同时针对多端高压直流输电系统的各电源的发电成本和负载功率需求值，控制每个电源的输出功率值，以提高供电可靠性，并降低用电成本。

主权项：1.一种五端高压直流输电系统，它包括：交流输入电源101、交流输入电源106、交流输入电源111、变压器102、变压器107、变压器112、整流器103、整流器108、整流器113、控制器104、控制器109、控制器114、断路器105、断路器110、断路器115、具有a、b、c、d、e五个节点的五边形直流输电线路，断路器120、逆变器118、控制器119、变压器117、交流用电负荷116、断路器125、逆变器123、变压器122、交流用电负荷121和主控制器127，其特征在于：交流输入电源101连接变压器102、变压器102连接整流器103、断路器105两端分别连接整流器103和五边形直流输电线路的a节点、控制器104两端分别连接整流器103和主控制器127，交流输入电源106连接变压器107、变压器107连接整流器108、断路器110两端分别连接整流器108和五边形直流输电线路的b节点、控制器109两端分别连接整流器108和主控制器127,交流输入电源111连接变压器112、变压器112连接整流器113、断路器115两端分别连接整流器113和五边形直流输电线路的c节点、控制器114两端分别连接整流器113和主控制器127,交流用电负荷116连接变压器117、变压器117连接逆变器118、断路器120两端分别连接逆变器118和五边形直流输电线路的d节点、控制器119两端分别连接逆变器118和主控制器127，交流用电负荷121连接变压器122、变压器122连接逆变器123、断路器125两端分别连接逆变器123和五边形直流输电线路的e节点、控制器124两端分别连接逆变器118和主控制器127，主控制器127分别向控制器104、控制器109和控制器114发送电压参考指令信号和电流参考指令信号，主控制器127按照如下步骤计算出电压参考指令信号和电流参考指令信号，主控制器127按照如下步骤计算出电压参考指令信号和电流参考指令信号，1将整流器103恒定电压运行模式下的电流正常工作区间剖分为n份，电流正常运行区间内的电流离散化为Imin,Imin+ΔI,···Imin+kΔI,Imin+k+1ΔI,···,Imax，其中，Imin为恒压运行模式下电流允许最小值，Imax为恒压运行模式下电流允许最大值，k＝1,2···n-1,n，2计算每个离散化的电流值对应的整流器输出的功率值Uref×Imin,Uref×Imin+ΔI,···Uref×Imin+kΔI,Uref×[Imin+k+1ΔI]···UrefImax，其中，Uref对应整流器103恒压运行模式下的电压参考值；3按照步骤1和步骤2的方式分别计算整流器108和整流器113的每个离散化的电流值对应的整流器输出的功率值；4将用发成本最低作为优化目标函数minfx＝Σi,j,k＝1,2···n-1,nC1P1i+C2P2j+C3P3k，将发电总功率处于负载额定运行功率阈值区间Pmin≤P1i+P2j+P3k≤Pmax作为边界条件，其中，C1对应交流输入电源101发电单价，C2对应交流输入电源106发电单价，C3对应交流输入电源111发电单价，P1i对应整流器103离散化功率中的第i个，P2j对应整流器108离散化功率中的第j个，P3k对应整流器113离散化功率中的第k个，Pmin为负载额定运行功率阈值下限，Pmax负载额定运行功率阈值上限，计算出满足发电成本最低，minfx最小值对应的整流器103、整流器108和整流器113对应输出的功率值；5并根据minfx最小值对应的整流器103、整流器108和整流器113对应输出的功率值计算出电压参考指令信号和电流参考指令信号分别发送至控制器104、控制器109、控制器114。

全文数据：一种五端高压直流输电系统技术领域[0001]本发明涉及一种五端高压直流输电系统，具体涉及一种多端高压直流输电系统的控制。背景技术[0002]由于能源和经济发展的不平衡，高压直流输电的大容量，远距离的输电优势，在我国“西电东送，全国联网”战略中发挥了重要作用，然而传统的2端直流仅能实现点对点的直流功率传送，随着经济发展和电网的建设，必然要求电网能够实现多电源供电以及多落点受电，因此，在2端直流输电系统上发展而来的多端直流输电系统MTDC更为灵活、快捷，然而，现有多端直流输电系统结构比较单一，以四端高压直流输电系统的架构为主，为此，本发明提出了架构更加灵活的五端直流输电系统，并通过多个换流站之间的电压联合控制将发生接地故障时，故障电流降低到最小，同时针对多端高压直流输电系统的各电源的发电成本和负载功率需求值，控制每个电源的输出功率值，以提高供电可靠性，并降低用电成本。发明内容[0003]本发明的目的在于克服现有技术的不足，发明一种五端高压直流输电系统，通过多个换流站之间的电压联合控制将发生接地故障时，故障电流降低到最小，同时针对多端高压直流输电系统的各电源的发电成本和负载功率需求值，控制每个电源的输出功率值，以提高供电可靠性，并降低用电成本。[0004]本发明提供的技术方案为：一种五端高压直流输电系统，它包括：交流输入电源101、交流输入电源106、交流输入电源111、变压器102、变压器107、变压器112、整流器103、整流器108、整流器113、控制器104、控制器109、控制器114、断路器105、断路器110、断路器115、具有a、b、c、d、e五个节点的五边形直流输电线路，断路器120、逆变器118、控制器119、变压器117、交流用电负荷116、断路器125、逆变器123、变压器122、交流用电负荷121和主控制器127,交流输入电源101连接变压器102、变压器102连接整流器103、断路器105两端分别连接整流器103和五边形直流输电线路的a节点、控制器104两端分别连接整流器103和主控制器127,交流输入电源106连接变压器107、变压器107连接整流器108、断路器110两端分别连接整流器108和五边形直流输电线路的b节点、控制器109两端分别连接整流器108和主控制器127,交流输入电源111连接变压器112、变压器112连接整流器113、断路器115两端分别连接整流器113和五边形直流输电线路的c节点、控制器114两端分别连接整流器113和主控制器127,交流用电负荷116连接变压器117、变压器117连接逆变器118、断路器120两端分别连接逆变器118和五边形直流输电线路的d节点、控制器119两端分别连接逆变器118和主控制器127,交流用电负荷121连接变压器122、变压器122连接逆变器123、断路器125两端分别连接逆变器123和五边形直流输电线路的e节点、控制器124两端分别连接逆变器118和主控制器127。交流输入电源101、交流输入电源106和交流输入电源111为风力发电或太阳能发电系统。[0005]控制器104包括锁相同步单元、外环电压控制单元、内环电流控制单元和脉冲生成单元，外环电压控制单元接收来自主控制器127的电压参考指令信号和整流器输出的电压信号，经过外环电压控制单元中的PI调节器输出电流参考指令信号至内环电流控制单元，内环电流控制单元同时接收整流器输出的直流电流信号，经过内环电流控制单元中的PI调节器输出控制指令信号至脉冲生成单元，脉冲生成单元根据内环电流控制单元中的PI调节器输出控制指令信号和锁相同步单元输出的同步角©生成整流器内部的半导体开关的触发导通信号，使得整流器输出指定电压。控制器104、控制器109和控制器114的结构相同、控制方式相同。[0006]控制器119包括锁相同步单元、坐标变换单元、瞬时功率计算单元、外环电压控制单元、内环电流控制单元和脉冲生成单元、逆变器输出的电压信号经过坐标变换单元计算后转换为直轴侧电压信号和交轴侧电压信号，外环电压控制单元接收来自主控制器127的电压参考指令信号和坐标变换单元计算后转换为直轴侧电压信号和交轴侧电压信号，经过外环电压控制单元中的PI调节器输出电流参考指令信号至内环电流控制单元，内环电流控制单元同时接收整流器输出的直流电流信号，经过内环电流控制单元中的PI调节器输出控制指令信号至脉冲生成单元，脉冲生成单元根据内环电流控制单元中的PI调节器输出控制指令信号和锁相同步单元输出的同步角©生成整流器内部的半导体开关的触发导通信号，使得逆变器输出指定电压。控制器119和控制器124的结构相同、控制方式相同。[0007]控制器104、控制器109和控制器114从主控制器接收的电压参考指令信号的电压参考值相同。控制器119和控制器124从主控制器接收的电压参考指令信号的电压参考值相同。控制器104、控制器109和控制器114从主控制器接收的电压参考指令信号的电压参考值大于控制器119和控制器124从主控制器接收的电压参考指令信号的电压参考值。[0008]主控制器127分别向控制器104、控制器109和控制器114发送电压参考指令信号和电流参考指令信号，主控制器127按照如下步骤计算出电压参考指令信号和电流参考指令信号，1将整流器103恒定电压运行模式下的电流正常工作区间剖分为n份，电流正常运行区间内的电流离散化^为恒压运行模式下电流允许最小值，4为恒压运行模式下电流允许最大值，:2计算每个离散化的电流值对应的整流器输出的功率值其中，对应整流器103恒压运行模式下的电压参考值;3按照步骤1和步骤2的方式分别计算整流器108和整流器113的每个离散化的电流值对应的整流器输出的功率值;4将发电成本最低作为优化目标函数________，将发电总功率阈值处于负载额定运行功率阈值卩为边界条件，其中，Ci对应交流输入电源101发电单价，S对应交流输入电源106发电单价，对应交流输入电源111发电单价，1|对应整流器103离散化功率中的第i个，对应整流器108离散化功率中的第j个，^^对应整流器113离散化功率中的第k个为负载额定运行功率阈值下限载额定运行功率阈值上限，计算出满足发电成本最低I小值对应的整流器103、整流器108和整流器113对应输出的功率值;5并根据義小值对应的整流器103、整流器108和整流器113对应输出的功率值计算出电压参考指令信号和电流参考指令信号分别发送至控制器104、控制器109、控制器114。[0009]实施本发明的高压直流输电系统，具有以下有益效果，提出了架构更加灵活的五端直流输电系统，并通过多个换流站之间的电压联合控制将发生接地故障时，故障电流降低到最小，同时针对多端高压直流输电系统的各电源的发电成本和负载功率需求值，控制每个电源的输出功率值，以提高供电可靠性，并降低用电成本。附图说明[0010]图1为五端高压直流输电系统的系统框图。[0011]图2为整流器最优运行参数计算逻辑框图。具体实施方式[0012]图1为五端高压直流输电系统框图：图1中五端高压直流输电系统主要包括:交流输入电源101、交流输入电源106、交流输入电源111、变压器102、变压器107、变压器112、整流器103、整流器108、整流器113、控制器104、控制器109、控制器114、断路器105、断路器110、断路器115、具有、13、：、1、6五个节点的五边形直流输电线路，断路器120、逆变器118、控制器119、变压器117、交流用电负荷116、断路器125、逆变器123、变压器122、交流用电负荷121和主控制器127,其特征在于：交流输入电源101连接变压器102、变压器102连接整流器103、断路器105两端分别连接整流器103和五边形直流输电线路的a节点、控制器104两端分别连接整流器103和主控制器127,交流输入电源106连接变压器107、变压器107连接整流器108、断路器110两端分别连接整流器108和五边形直流输电线路的b节点、控制器109两端分别连接整流器108和主控制器127，交流输入电源111连接变压器112、变压器112连接整流器113、断路器115两端分别连接整流器113和五边形直流输电线路的c节点、控制器114两端分别连接整流器113和主控制器127,交流用电负荷116连接变压器117、变压器117连接逆变器118、断路器120两端分别连接逆变器118和五边形直流输电线路的d节点、控制器119两端分别连接逆变器118和主控制器127,交流用电负荷121连接变压器122、变压器122连接逆变器123、断路器125两端分别连接逆变器123和五边形直流输电线路的e节点、控制器124两端分别连接逆变器118和主控制器127。[0013]图2为整流器最优运行参数计算逻辑框图：步骤1将整流器恒定电压运行模式下的电流正常运行区间内的电流离散化分成n份;2计算每个离散化的电流值对应的整流器输出的功率值;3将发电成本最低作为优化目标函数，将发电总功率处于负载额定运行功率阈值之间作为边界条件，计算出整流器最优输出功率值;4根据整流器输出的最优功率值计算出电压参考指令值和电流参考指令值。具体实施方式可以是主控制器127分别向控制器104、控制器109和控制器114发送电压参考指令信号和电流参考指令信号，主控制器127按照如下步骤计算出电压参考指令信号和电流参考指令信号，1将整流器103恒定电压运行模式下的电流正常工作区间剖分为n份，电流正常运行区间内的电流离散化为乂-愈1y，血」V、:：1MT，‘松物为〖旦压灯式下电力丨L允许取小值％恒压运行模式下电流允许最大值2计算每个离散化的电流值对应的整流器输出的功率$其中，对应整流器103恒压运行模式下的电压参考值;3按照步骤1和步骤2的方式分别计算整流器108和整流器113的每个离散化的电流值对应的整流器输出的功率值;4将发电成本最低作为优化目标函I_,;|，将发电总功率处于负载额定运行功率阈值区丨1为边界条件，其中，对应交流输入电源101发电单价，对应交流输入电源106发电单价，C|对应交流输入电源111发电单价，|!|对应整流器103离散化功率中的第i个纟对应整流器108离散化功率中的第j个，吋应整流器113离散化功率中的第k个？负载额定运行功率阈值下限，i载额定运行功率阈值上限，计算出满足发电成本最低，:1谢最小值对应的整流器103、整流器108和整流器113对应输出的功率值;5并根据fffill4最小值对应的整流器103、整流器108和整流器113对应输出的功率值计算出电压参考指令信号和电流参考指令信号分别发送至控制器104、控制器109、控制器114。[0014]本发明不限于所公开的实施例和附图，旨在覆盖落入本发明精神和保护范围的各种变化和变形。

权利要求：1.一种五端高压直流输电系统，它包括:交流输入电源IOI、交流输入电源106、交流输入电源111、变压器102、变压器107、变压器112、整流器103、整流器108、整流器113、控制器104、控制器109、控制器114、断路器105、断路器110、断路器115、具有a、b、c、d、e五个节点的五边形直流输电线路，断路器120、逆变器118、控制器119、变压器117、交流用电负荷116、断路器125、逆变器123、变压器122、交流用电负荷121和主控制器127,其特征在于:交流输入电源101连接变压器102、变压器102连接整流器103、断路器105两端分别连接整流器103和五边形直流输电线路的a节点、控制器104两端分别连接整流器103和主控制器127,交流输入电源106连接变压器107、变压器107连接整流器108、断路器110两端分别连接整流器108和五边形直流输电线路的b节点、控制器109两端分别连接整流器108和主控制器127,交流输入电源111连接变压器112、变压器112连接整流器113、断路器115两端分别连接整流器113和五边形直流输电线路的c节点、控制器114两端分别连接整流器113和主控制器127,交流用电负荷116连接变压器117、变压器117连接逆变器118、断路器120两端分别连接逆变器118和五边形直流输电线路的d节点、控制器119两端分别连接逆变器118和主控制器127,交流用电负荷121连接变压器122、变压器122连接逆变器123、断路器125两端分别连接逆变器123和五边形直流输电线路的e节点、控制器124两端分别连接逆变器118和主控制器127。2.根据权利要求1所述的五端高压直流输电系统，其特征在于:交流输入电源101、交流输入电源106和交流输入电源111为风力发电或太阳能发电系统。3.根据权利要求1所述的五端高压直流输电系统，其特征在于:控制器104包括锁相同步单元、外环电压控制单元、内环电流控制单元和脉冲生成单元，外环电压控制单元接收来自主控制器127的电压参考指令信号和整流器输出的电压信号，经过外环电压控制单元中的PI调节器输出电流参考指令信号至内环电流控制单元，内环电流控制单元同时接收整流器输出的直流电流信号，经过内环电流控制单元中的PI调节器输出控制指令信号至脉冲生成单元，脉冲生成单元根据内环电流控制单元中的PI调节器输出控制指令信号和锁相同步单元输出的同步角Θ生成整流器内部的半导体开关的触发导通信号，使得整流器输出指定电压。4.根据权利要求1所述的五端高压直流输电系统，其特征在于:控制器119包括锁相同步单元、坐标变换单元、瞬时功率计算单元、外环电压控制单元、内环电流控制单元和脉冲生成单元、逆变器输出的电压信号经过坐标变换单元计算后转换为直轴侧电压信号和交轴侧电压信号，外环电压控制单元接收来自主控制器127的电压参考指令信号和坐标变换单元计算后转换为直轴侧电压信号和交轴侧电压信号，经过外环电压控制单元中的PI调节器输出电流参考指令信号至内环电流控制单元，内环电流控制单元同时接收整流器输出的直流电流信号，经过内环电流控制单元中的PI调节器输出控制指令信号至脉冲生成单元，脉冲生成单元根据内环电流控制单元中的PI调节器输出控制指令信号和锁相同步单元输出的同步角Θ生成整流器内部的半导体开关的触发导通信号，使得逆变器输出指定电压。5.根据权利要求2所述的五端高压直流输电系统，其特征在于:控制器119和控制器124的结构相同、控制方式相同，控制器104、控制器109和控制器114的结构相同、控制方式相同。6.根据权利要求5所述的五端高压直流输电系统，其特征在于:控制器104、控制器109和控制器114从主控制器接收的电压参考指令信号的电压参考值相同，控制器119和控制器124从主控制器接收的电压参考指令信号的电压参考值相同，控制器104、控制器109和控制器114从主控制器接收的电压参考指令信号的电压参考值大于控制器119和控制器124从主控制器接收的电压参考指令信号的电压参考值。7.根据权利要求6所述的五端高压直流输电系统，其特征在于：主控制器127分别向控制器104、控制器109和控制器114发送电压参考指令信号和电流参考指令信号，主控制器127按照如下步骤计算出电压参考指令信号和电流参考指令信号，主控制器将整流器恒定电压运行模式下的电流正常运行区间内的电流离散化分成η份;2计算每个离散化的电流值对应的整流器输出的功率值;3将发电成本最低作为优化目标函数，将发电总功率处于负载额定运行功率阈值之间作为边界条件，计算出整流器最优输出功率值;4根据整流器输出的最优功率值计算出电压参考指令值和电流参考指令值。8.根据权利要求1所述的五端高压直流输电系统，其特征在于：主控制器127分别向控制器104、控制器109和控制器114发送电压参考指令信号和电流参考指令信号，主控制器127按照如下步骤计算出电压参考指令信号和电流参考指令信号，主控制器127按照如下步骤计算出电压参考指令信号和电流参考指令信号，1将整流器103恒定电压运行模式下的电流正常工作区间剖分为η份，电流正常运行区间内的电流离散化为为恒压运行模式下电流允许最小值，为恒压运行模式下电流允许最大值，计算每个离散化的电流值对应的整流器输出的功率值其中，%对应整流器103恒压运行模式下的电压参考值;3按照步骤1和步骤2的方式分别计算整流器108和整流器113的每个离散化的电流值对应的整流器输出的功率值;4将用发成本最低作为优化目标函数，将发电总功率处于负载额定运行功率阈值区间：作为边界条件，其中，¾对应交流输入电源101发电单价，β对应交流输入电源106发电单价，对应交流输入电源111发电单价，1¾对应整流器103离散化功率中的第i个，.1|彡对应整流器108离散化功率中的第j个，^纟对应整流器113离散化功率中的第k个，为负载额定运行功率阈值下限，负载额定运行功率阈值上限，计算出满足发电成本最低，腿S幻最小值对应的整流器103、整流器108和整流器113对应输出的功率值;5并根据脑Π〇〇最小值对应的整流器103、整流器108和整流器113对应输出的功率值计算出电压参考指令信号和电流参考指令信号分别发送至控制器104、控制器109、控制器114。

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