CN103219739A - 一种紧急功率支援控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了电力系统运行和控制技术领域的一种紧急功率支援控制方法。其技术方案是，将紧急功率支援功率提升曲线由斜坡变为阶梯式上升。引入能够反应整流以及逆变侧电压稳定性的信号，在功率提升过程中运用此信号判断直流功率能否提升至下一台阶。当功率提升值达到判断信号所限制的极限值或者达到控制器输出限幅最大值时，维持该信号输出。该技术考虑了外界系统的电压稳定性，在尽可能发挥紧急功率支援功能的同时，防止了功率提升幅值以及上升速率设置不当可能导致电压稳定性破坏，进而整个系统失稳的情况。解决了传统紧急功率支援参数整定不系统，适用性较差的缺点。

Description

一种紧急功率支援控制方法

技术领域

本发明属于电力系统运行和控制技术领域，尤其涉及一种紧急功率支援控制方法。

背景技术

随着西电东送和全国联网的发展，在我国的南方电网和华东电网己经出现了多馈入直流系统MIDC(Multi-Infeed Direct Current)。南方电网有天广、三广及贵广Ⅰ、Ⅱ4回直流落点广东，华东电网有葛南、三常及三沪3回直流落点上海和常州。到2020年，我国将建成覆盖华北、华中、华东地区的特高压交流同步电网，建成±800kV向家坝—上海、锦屏—苏南、溪洛渡—株洲、溪洛渡—浙西等特高压直流工程15个，包括特高压直流换流站约30座，线路约26000km，输送容量达94400MW，成为世界上拥有直流输电工程最多、输送线路最长、容量最大的国家。多馈入直流输电系统具有更大的输送容量和灵活性，但也给系统的稳定性带来严峻的考验。

特高压直流输电系统送电容量大，直流单、双极闭锁故障会对联网系统造成很大的功率冲击，利用多回直流系统积极功率提升功能，将故障线路输送功率尽可能地转移至尚有裕度的线路上，不仅能很大程度上保证原有的输电功率，减轻并行交流联络线的过负荷水平，而且对送端和受端交流系统的电压和功角稳定性都能起到非常积极的作用。

传统的紧急功率支援模块由逻辑功能信号启动，逻辑信号可能来自系统本身的保护装置，也可能来自直流系统的安全稳定控制装置。传统的直流功率紧急支援是通过改变直流功率给定值实现，通常由运行人员根据实际运行情况给定双极功率给定值以及功率提升速率来改变直流输送功率，双极输送的直流功率按整定的速率线性变化至给定值。其控制信号曲线如图5所示。该紧急功率支援模块的幅值和变化速率参数整定没有系统的方法，一般根据经验或者通过大量仿真获取几组数据供选择。其适用性较差，几组数据难以涵盖不同故障下的动态响应。

发明内容

针对背景技术中提到的了传统紧急功率支援参数整定困难和适用性差的问题，本发明提出了一种紧急功率支援控制方法。

一种紧急功率支援控制方法，其特征在于，所述方法包括步骤：

步骤1：检测各条直流线路输送功率，当某条直流线路当前输送功率与正常运行情况下的输送功率的比值小于设定比例时，形成逻辑信号，并启动控制装置控制器；

步骤2：控制器检测整流以及逆变侧电压稳定性的信号，在设定时间间隔Δt内，根据整流以及逆变侧电压稳定性的信号，判断该直流线路是否能稳定运行于当前的网络状态；

步骤3：根据步骤2的判断结果控制器做出相应动作；若直流线路输送当前的功率水平不能稳定运行，则将直流线路输送功率降低设定值ΔP，控制器维持该功率水平，停止动作；若直流线路能够稳定运行于当前状态，则将直流线路输送功率提升设定值ΔP；

步骤4：重复步骤2与步骤3，直至控制器输出达到控制器最大输出限幅。

步骤2中，判断该直流线路是否能稳定运行于当前的网络状态的信号，主要包括反应整流以及逆变侧电压稳定性的信号。

直流系统只传输有功功率，但换流站整流过程中，由于交流电流总是落后于电压，换流站需要从交流电网中吸收无功功率。换流站吸收的无功功率可以按照下列公式进行计算：

其中，

$K_r=\frac{1}{2}[\cos \mathrm{\α}+\cos (\mathrm{\α}+{\mathrm{\θ}}_r)]\sqrt{1+[{\mathrm{\θ}}_r\csc {\mathrm{\θ}}_r\csc (2\mathrm{\α}+{\mathrm{\θ}}_r)-\mathrm{ctg}(2\mathrm{\α}+{\mathrm{\θ}}_r){]}^2}$

$K_i=\frac{1}{2}[\cos \mathrm{\γ}+\cos (\mathrm{\γ}+{\mathrm{\θ}}_i)]\sqrt{1+[{\mathrm{\θ}}_i\csc {\mathrm{\θ}}_i\csc (2\mathrm{\γ}+{\mathrm{\θ}}_i)-\mathrm{ctg}(2\mathrm{\γ}+{\mathrm{\θ}}_i){]}^2}$

由以上公式得出，

Q_dr=f_r(P_dr,U_ar,α,θ_r,I_dr)

Q_di=f_i(P_di,U_ai,β,θ_i,I_di)

其中，

为功率因素；α为换流阀触发延迟角；β为换流阀触发超前角；θ为换流阀换相重叠角；U为交流空载电压有效值；P_dr表示整流侧功率；P_di表示逆变侧功率；Q_dr为整流侧吸收的无功功率，Q_di为逆变侧吸收的无功功率；U_ar表示整流侧交流空载电压有效值，U_ai表示逆变侧交流空载电压有效值；X表示交流系统等值电抗；I_d为直流电流，γ为换流阀关断角（下标带字母r的符号表示整流侧，带字母i的符号表示逆变侧）。

换流阀吸收的无功功率的大小除受传输有功功率的影响外，还与其控制方式和交流系统电压水平等因素有关。吸收的无功功率大约相当于直流传输有功功率的50%～60%。其吸收的无功功率会影响到换流站交流母线的电压水平，进而影响有功功率的传输。影响无功功率吸收的因素很多，但是无功功率的吸收对于有功功率传输的影响主要是通过影响交流母线电压稳定性来体现的。所以，综合来看，其他各种因素对于直流紧急功率支援的影响一般可以归结为对于直流线路整流及逆变侧电压稳定性的影响。

因此，判断依据为：在设定时间间隔Δt内，整流以及逆变侧电压稳定性的信号是否符合稳定运行的要求，具体包括，并且择一满足：

①换流母线的电压幅值及其变化率：dV/dt﹥A pu/s且V﹤B pu时，判断为当前状态不能稳定运行；不满足此条件则判断为当前状态能够稳定运行；其中，A和B为设定值，pu表示标幺值,Pu/s，表示标幺值的变化率，V为换流母线电压；

②dP_d/dI_d，控制器同时求出直流功率对时间的偏导数dP_d/dt和直流电流对时间的偏导数dI_d/dt，然后将两者相除获得dP_d/dI_d；当dP_d/dI_d﹥0，则判断为当前状态能够稳定运行；当dP_d/dI_d≤0，判断为当前状态不能稳定运行；

③dQ/dV，电压灵敏因子VSF(Voltage Sensitivity Factor)定义为，对于给定的功率水平，小的无功功率的变化引起的换流母线电压的变化；其中，Q为换流站吸收的无功功率，V为换流母线电压。当VSF>0，表示系统运行在一个稳定的电压区域，VSF指标越大，则跟随系统扰动的交流换流母线电压变化将越大；当VSF趋于无穷大，或者VSF为负，则是电压不稳定的。

本发明的有益效果在于，在紧急功率支援的同时考虑了外界系统的电压稳定性。通过紧急功率支援模块中的电压幅值以及变化率等信号的反馈，将整流以及逆变侧的电压稳定性纳入了控制系统中。在尽可能发挥紧急功率支援功能的同时，防止了功率提升幅值以及上升速率设置不当可能导致电压稳定性破坏，进而整个系统失稳的情况。在一定意义上将紧急功率支援变成了能够根据反馈做出响应的控制器。且参数整定较为简单，不同系统可以通用，适用性强，智能化程度较高。

附图说明

图1本发明统示意图；

图2装设有紧急功率支援模块的直流输电主控级示意图；

图3新型紧急功率支援控制器工作流程图；

图4新型紧急功率支援控制器输出信号曲线图；

图5传统紧急功率支援控制器输出信号曲线图；

其中，1-等值系统；2-等值系统。

具体实施方式

下面结合附图，对优选实施例作详细说明。应该强调的是下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。

以如图1所示的仿真系统为例，来说明本发明在及其在多回直流间紧急功率转移中的应用。仿真系统由两交流系统以及3条直流线路和一条并行交流线路组成，系统参数模拟了某实际电网。系统模拟一条直流线路双极闭锁故障后，其他两条线路采用本发明所述的紧急功率支援技术来进行功率转移。将本发明中的紧急功率控制模块投入直流控制系统主控级，如图2所示。

具体实施如下：

确定控制器的启动信号。本示例中采用检测各条直流线路输送功率的方法，当某条直流线路当前输送功率P＜0.6P₀（P₀指正常运行情况下的输送功率值）时，形成逻辑信号，并启动控制装置。

确定控制器的输出限幅。假设直流线路额定运行时功率整定值为1pu，一般直流线路可以短时过负荷0.2或者0.3pu，可以长时间过负荷0.1pu。如果该控制用来长时间过负荷，即最大提升量为0.1pu，建议每次功率提升值ΔP设置为0.02，这样整体最大功率提升量大概分为5个阶梯。如果用于短时过负荷，即最大提升量为0.2pu或0.3pu，要求功率上升较快，建议每次功率提升值ΔP设置为0.04。ΔP主要由功率上升的速度和功率上升幅值的精细度来权衡。如果要求功率提升速度快为第一目标，则可以适当增大ΔP的值，如果要求功率上升幅值的精细度较高，则可以适当减小ΔP的值。具体数值可以根据需要和具体工程来优化。

本示例中主要应用直流线路的瞬时过负荷能力，所以最大幅值限制设置为30%，即ΔP_max=0.3（假设直流额定运行情况下，主控制级功率输入参考值P_set=1pu）。

确定每次功率提升量ΔP以及两次功率提升间隔时间Δt。按照补充说明中的原则，本例中令ΔP=0.025，Δt=0.03s。

确定步骤2中反应整流以及逆变侧电压稳定性的信号。本示例中选取整流或逆变侧，任一端出现dV/dt﹥0.3pu/s且V﹤0.8pu时，判断为当前状态不能稳定运行；不满足此条件则判断为当前状态能够稳定运行。

则控制工作流程图如图3所示，信号曲线如图4所示，和图5所示的传统紧急功率支援的信号曲线图相比，将功率上升轨迹由斜坡变为阶梯，通过反馈电网中的某些动态指标，来动态确定紧急功率支援的幅值。在紧急功率提升的过程中充分考虑了外界运行工况，解决了传统紧急功率支援参数整定困难、适用性差的缺点。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (2)

1.一种紧急功率支援控制方法，其特征在于，所述方法包括步骤：

步骤1：检测各条直流线路输送功率，当某条直流线路当前输送功率与正常运行情况下的输送功率的比值小于设定比例时，形成逻辑信号，并启动控制装置控制器；

步骤2：控制器检测整流以及逆变侧电压稳定性的信号，在设定时间间隔Δt内，根据整流以及逆变侧电压稳定性的信号判断该直流线路是否能稳定运行于当前的网络状态；

步骤3：根据步骤2的判断结果控制器做出相应动作；若直流线路输送当前的功率水平不能稳定运行，则将直流线路输送功率降低设定值ΔP，控制器维持该功率水平，停止动作；若直流线路能够稳定运行于当前状态，则将直流线路输送功率提升设定值ΔP；

步骤4：重复步骤2与步骤3，直至控制器输出达到控制器最大输出限幅。

2.根据权利要求1所述的一种紧急功率支援控制方法，其特征在于，所述根据整流以及逆变侧电压稳定性的信号判断该直流线路是否能稳定运行于当前的网络状态的因子具体包括，且择一满足：

①换流母线的电压幅值及其变化率：dV/dt﹥A pu/s且V﹤B pu时，判断为当前状态不能稳定运行；不满足此条件则判断为当前状态能够稳定运行；其中，A和B为设定值，pu表示标幺值,Pu/s，表示标幺值的变化率，V为换流母线电压；

②dP_d/dI_d，控制器同时求出直流功率对时间的偏导数dP_d/dt和直流电流对时间的偏导数dI_d/dt，然后将两者相除获得dP_d/dI_d；当dP_d/dI_d﹥0，则判断为当前状态能够稳定运行；当dP_d/dI_d≤0，判断为当前状态不能稳定运行；

③dQ/dV，即电压灵敏因子VSF；其中，Q为换流站吸收的无功功率，V为换流母线电压；当VSF>0，表示系统运行在一个稳定的电压区域，VSF指标越大，则跟随系统扰动的交流换流母线电压变化将越大；当VSF趋于无穷大，或者VSF为负，则是电压不稳定的。

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