CN103532126A - 一种两端柔性直流输电系统主回路参数控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种两端柔性直流输电系统主回路参数控制方法,其包括以下步骤:计算受端换流站单极直流母线电压UdI、交流系统输入到受端换流器的有功功率PI以及送端和受端换流器输出的交流电压和计算送端和受端换流站的调制比MR和MI以及相角差ΔδR和ΔδI;分别判断计算得到的调制比MR和MI以及相角差ΔδR和ΔδI是否在送端和受端换流站调制比的范围[Mmin,Mmax]以及相角差的范围[Δδmin,Δδmax]内,根据判断结果,通过控制调节联结变压器的分接头档位,使得送端和受端换流站的调制比满足需求,从而控制主回路参数在两端柔性直流输电系统和设备容许的范围内。本发明可以广泛应用于基于电压源换流器的两端柔性直流输电系统中。
Description
技术领域
本发明涉及柔性直流输电领域,特别是关于一种两端柔性直流输电系统主回路参数控制方法。
背景技术
基于电压源换流器的柔性直流输电系统由于可以向无源电网供电、有功功率和无功功率独立可控、开关损耗低等特点成为高电压大功率直流输电的重要发展方向。与传统高压直流输电系统相比,基于电压源换流器的柔性直流输电系统的工作原理完全不同,原有的传统高压直流输电系统主回路参数控制方法已不适用。
发明内容
针对上述问题,本发明的目的是提供一种两端柔性直流输电系统主回路参数控制方法,从而为计算基于电压源换流器的柔性直流输电系统的绝缘水平、暂态电流要求以及动态性能提供基础。
为实现上述目的,本发明采取以下技术方案:一种两端柔性直流输电系统主回路参数控制方法,其包括以下步骤:1)根据交流系统输入到送端换流站的有功功率PR、送端换流站单极直流母线电压UdR、送端和受端换流器的损耗百分比γ以及连接送端和受端换流站的直流线路电阻Rd,计算得到受端换流站单极直流母线电压UdI和交流系统输入到受端换流器的有功功率PI;2)根据两端柔性直流输电系统的状态变量和结构参数,采用交流电力系统的经典潮流计算方法,对送端和受端换流站分别进行潮流计算,求解得到送端和受端换流器输出的交流电压对于没有接地电感的送端或受端换流站,令对应的送端或受端换流站连接变压器阀侧的接地电感ZGR或ZGI为零;3)根据送端换流站单极直流母线电压UdR、由步骤1)计算得到的受端换流站单极直流母线电压UdI以及由步骤2)计算得到的送端和受端换流器输出的交流电压计算得到两端柔性直流输电系统的控制变量:送端和受端换流站的调制比MR和MI分别为:
4)判断由步骤3)计算得到的送端和受端换流站的调制比MR和MI是否在送端和受端换流站稳态调制比的范围[Mmin,Mmax]内;若计算得到的送端和受端换流站的调制比MR和MI均在送端和受端换流站稳态调制比的范围[Mmin,Mmax]内,则设定送端和受端换流站的调制比为步骤3)计算得到的调制比MR和MI;若MR>Mmax,则升高送端换流站联结变压器的分接头档位,重复步骤2)和步骤3)的计算,使得MR<Mmax;进一步,若送端换流站联结变压器的分接头档位升高到Tapmax,仍有MR>Mmax,则令MR=Mmax。若MR<Mmin,则降低送端换流站联结变压器的分接头档位,重复步骤2)和步骤3)的计算,使得MR>Mmin;进一步,若送端换流站联结变压器的分接头档位降低到Tapmin,仍有MR<Mmin,则令MR=Mmin;若MI>Mmax,则升高受端换流站联结变压器的分接头档位,重复步骤2)和步骤3)的计算,使得MI<Mmax;进一步,若受端换流站联结变压器的分接头档位升高到Tapmax,仍有MI>Mmax,则令MI=Mmax。若则降低受端换流站联结变压器的分接头档位,重复步骤2)和步骤3)的计算,使得MI>Mmin;进一步,若受端换流站联结变压器的分接头档位降低到Tapmin,仍有MI<Mmin,则令MI=Mmin;5)根据送端和受端换流器输出的交流电压以及送端和受端换流站交流母线电压计算得到两端柔性直流输电系统的控制变量:送端和受端换流站的相角差ΔδR和ΔδI分别为:
6)判断由步骤5)计算得到的相角差ΔδR和ΔδI是否在送端和受端换流站相角差的范围[Δδmin,Δδmax]内;若计算得到的送端和受端换流站相角差ΔδR和ΔδI均在送端和受端换流站相角差的范围[Δδmin,Δδmax]内,则设定送端和受端换流站的相角差为步骤5)计算得到的相角差ΔδR和ΔδI;若送端换流站的相角差ΔδR大于Δδmax,则令ΔδR等于Δδmax;若送端换流站的相角差ΔδR小于Δδmin,则令ΔδR等于Δδmin;若受端换流站的相角差ΔδI大于Δδmax,则令ΔδI等于Δδmax;若受端换流站的相角差ΔδI小于Δδmin,则令ΔδI等于Δδmin;7)根据步骤3)~步骤6),通过调整送端和受端换流站的调制比MR和MI、送端和受端换流站联接变压器的分接头档位以及送端和受端换流站的相角差ΔδR和ΔδI,控制两端柔性直流输电系统中的主回路参数在两端柔性直流输电系统和设备容许的范围内。
所述步骤1)中,所述受端换流站单极直流母线电压UdI和交流系统输入到受端换流器的有功功率PI通过以下步骤获得:①根据交流系统输入到送端换流站的有功功率PR和送端换流器的损耗百分比γ,得到送端换流站双极直流母线送出功率PdR:
PdR=PR(1-γ);
②根据送端换流站单极直流母线电压UdR和步骤①计算得到的双极直流母线送出功率PdR,得到连接送端和受端换流站的直流线路电流Id:
③根据送端换流站单极直流母线电压UdR、连接送端和受端换流站的直流线路电阻Rd和步骤②计算得到的直流线路电流Id,对连接送端和受端换流站的直流线路进行计算,得到受端换流站单极直流母线电压UdI:
UdI=UdR-IdRd;
④根据步骤②计算得到的直流线路电流Id和步骤③计算得到的受端换流站单极直流母线电压UdI,得到受端换流站双极直流母线接收功率PdI:
PdI=2×UdI×Id;
⑤根据受端换流器的损耗百分比γ和根据步骤④计算得到的受端换流站双极直流母线接收功率PdI,得到交流系统输入到受端换流器的有功功率PI:
PI=-PdI/(1+γ)。
所述步骤2)中,两端柔性直流输电系统的结构参数包括送端和受端换流站联结变压器的额定变比kR和kI、送端和受端换流站联结变压器的短路阻抗百分比ZTR和ZTI、送端和受端换流站联结变压器的容量STR和STI、送端和受端换流站联接变压器阀侧的接地电感ZGR和ZGI以及送端和受端换流站桥臂电抗器电感ZLR和ZLI。
所述步骤7)中,两端柔性直流输电系统中的主回路参数包括直流节点的电压、电流、功率以及交流节点的电压幅值、电压相角、功率。
本发明由于采取以上技术方案,其具有以下优点:1、由本发明的主回路参数控制方法得到的调制比、换流器输出交流电压与换流站母线电压的相角差(以下简称相角差)以及联结变压器的分接头档位,用于两端柔性直流输电系统中控制变量的设定,使得两端柔性直流输电系统能够尽快地跟踪有功和无功传输功率的指令。2、采用本发明的主回路参数控制方法能够使直流节点的电压、电流和功率以及交流节点的电压幅值、电压相角、功率等稳态参数在两端柔性直流输电系统和设备容许的范围内。3、本发明由于通过对主回路的控制可以得到两端柔性直流输电系统在各种稳态运行下的参数,因此本发明能够为计算两端柔性直流输电系统的绝缘水平、暂态电流要求以及动态性能提供基础。基于以上优点,本发明可以广泛应用于基于电压源换流器的两端柔性直流输电系统中。
附图说明
图1是本发明基于电压源换流器的两端柔性直流输电系统主回路示意图
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
如图1所示,基于电压源换流器的两端柔性直流输电系统主回路中,已知两端柔性直流输电系统的状态变量:送端和受端换流站的交流母线电压交流系统输入到送端换流站的有功功率PR、交流系统输入到送端和受端换流站的无功功率QR和QI以及送端换流站单极直流母线电压UdR;两端柔性直流输电系统的结构参数:送端和受端换流站联结变压器的额定变比kR和kI、送端和受端换流站联结变压器的短路阻抗百分比ZTR和ZTI、送端和受端换流站联结变压器的容量STR和STI、送端和受端换流站联接变压器阀侧的接地电感ZGR和ZGI、送端和受端换流站桥臂电抗器电感ZLR和ZLI、送端和受端换流器的损耗百分比γ以及连接送端和受端换流站的直流线路电阻Rd;两端柔性直流输电系统控制变量的范围:送端和受端换流站稳态调制比的范围[Mmin,Mmax]、送端和受端换流站相角差的范围[Δδmin,Δδmax]以及联接变压器的分接头档位的范围[Tapmin,Tapmax]。
本发明的两端柔性直流输电系统主回路参数控制方法包括以下步骤:
1)根据交流系统输入到送端换流站的有功功率PR、送端换流站单极直流母线电压UdR、送端和受端换流器的损耗百分比γ以及连接送端和受端换流站的直流线路电阻Rd,计算得到受端换流站单极直流母线电压UdI和交流系统输入到受端换流器的有功功率PI,具体步骤包括:
①根据交流系统输入到送端换流站的有功功率PR和送端换流器的损耗百分比γ,得到送端换流站双极直流母线送出功率PdR:
PdR=PR(1-γ) (1)
②根据送端换流站单极直流母线电压UdR和步骤①计算得到的双极直流母线送出功率PdR,得到连接送端和受端换流站的直流线路电流Id:
③根据送端换流站单极直流母线电压UdR、连接送端和受端换流站的直流线路电阻Rd和步骤②计算得到的直流线路电流Id,对连接送端和受端换流站的直流线路进行计算,得到受端换流站单极直流母线电压UdI:
UdI=UdR-IdRd (3)
④根据步骤②计算得到的直流线路电流Id和步骤③计算得到的受端换流站单极直流母线电压UdI,得到受端换流站双极直流母线接收功率PdI:
PdI=2×UdI×Id (4)
⑤根据受端换流器的损耗百分比γ和步骤④计算得到的受端换流站双极直流母线接收功率PdI,得到交流系统输入到受端换流器的有功功率PI:
PI=-PdI/(1+γ) (5)
2)根据两端柔性直流输电系统的状态变量:送端和受端换流站交流母线电压和交流系统输入到送端换流站的有功功率PR和无功功率QR、由步骤1)计算得到的交流系统输入到送端换流器的有功功率PI和已知的无功功率QI;两端柔性直流输电系统的结构参数:送端和受端换流站联结变压器的额定变比kR和kI、送端和受端换流站联结变压器的短路阻抗百分比ZTR和ZTI、送端和受端换流站联结变压器的容量STR和STI、送端和受端换流站联接变压器阀侧的接地电感ZGR和ZGI以及送端和受端换流站桥臂电抗器电感ZLR和ZLI,采用交流电力系统的经典潮流计算方法,对送端和受端换流站分别进行潮流计算,求解得到送端和受端换流器输出的交流电压和其中,对于没有接地电感的送端或受端换流站,令对应的送端或受端换流站联接变压器阀侧的接地电感ZGR或ZGI为零。
3)根据送端换流站单极直流母线电压UdR、由步骤1)计算得到的受端换流站单极直流母线电压UdI以及由步骤2)计算得到的送端和受端换流器输出的交流电压和计算得到两端柔性直流输电系统的控制变量:送端和受端换流站的调制比MR和MI分别为:
4)判断由步骤3)计算得到的送端和受端换流站的调制比MR和MI是否在送端和受端换流站稳态调制比的范围[Mmin,Mmax]内。
若计算得到的送端和受端换流站的调制比MR和MI均在送端和受端换流站稳态调制比的范围[Mmin,Mmax]内,则设定送端和受端换流站的调制比为步骤3)计算得到的调制比MR和MI。
若MR>Mmax,则升高送端换流站联结变压器的分接头档位,重复步骤2)和步骤3)的计算,使得MR<Mmax;进一步,若送端换流站联结变压器的分接头档位升高到Tapmax,仍有MR>Mmax,则令MR=Mmax。若MR<Mmin,则降低送端换流站联结变压器的分接头档位,重复步骤2)和步骤3)的计算,使得MR>Mmin;进一步,若送端换流站联结变压器的分接头档位降低到Tapmin,仍有MR<Mmin,则令MR=Mmin。
若MI>Mmax,则升高受端换流站联结变压器的分接头档位,重复步骤2)和步骤3)的计算,使得MI<Mmax;进一步,若受端换流站联结变压器的分接头档位升高到Tapmax,仍有MI>Mmax,则令MI=Mmax。若MI<Mmin,则降低受端换流站联结变压器的分接头档位,重复步骤2)和步骤3)的计算,使得MI>Mmin;进一步,若受端换流站联结变压器的分接头档位降低到Tapmin,仍有MI<Mmin,则令MI=Mmin。
6)判断由步骤5)计算得到的相角差ΔδR和ΔδI是否在送端和受端换流站相角差的范围[Δδmin,Δδmax]内。
若计算得到的送端和受端换流站相角差ΔδR和ΔδI均在送端和受端换流站相角差的范围[Δδmin,Δδmax]内,则设定送端和受端换流站的相角差为步骤5)计算得到的相角差ΔδR和ΔδI。
若送端换流站的相角差ΔδR大于Δδmax,则令ΔδR等于Δδmax;若送端换流站的相角差ΔδR小于Δδmin,则令ΔδR等于Δδmin。
若受端换流站的相角差ΔδI大于Δδmax,则令ΔδI等于Δδmax;若受端换流站的相角差ΔδI小于Δδmin,则令ΔδI等于Δδmin。
7)根据步骤3)~步骤6),通过调整送端和受端换流站的调制比MR和MI、送端和受端换流站联接变压器的分接头档位以及送端和受端换流站的相角差ΔδR和ΔδI,控制两端柔性直流输电系统中的直流节点的电压、电流、功率以及交流节点的电压幅值、电压相角、功率等主回路参数在两端柔性直流输电系统和设备容许的范围内。
在一个优选的实施例中,已知两端柔性直流输电系统的状态变量:送端和受端换流站交流母线电压为交流系统输入到送端换流站的有功功率PR=1000MW,交流系统输入到送端和受端换流站的无功功率为QR=QI=-300Mvar,送端换流站单极直流母线电压为UdR=320kV;两端柔性直流输电系统的结构参数:送端和受端换流站联结变压器的额定变比kR=kI=230:341.26,送端和受端换流站联结变压器的短路阻抗百分比为ZTR=ZTI=15%,送端和受端换流站联结变压器容量为STR=STI=1023MVA,送端和受端换流站桥臂电抗器电感分别为ZLR=ZLI=85mH,送端和受端换流站联接变压器阀侧的接地电感ZGR和ZGI为零,直流线路电阻Rd=1.0877Ω;两端柔性直流输电系统控制变量的范围:送端和受端换流站调制比的范围均为[Mmin,Mmax]=[0.75,0.95];送端和受端换流站相角差的范围均为[Δδmin,Δδmax]=[-63°,63°];联接变压器档位的范围为[Tapmin,Tapmax]=[-8,8]。
本发明的两端柔性直流输电系统主回路参数控制方法包括以下步骤:
1)根据交流系统输入到送端换流站的有功功率PR、送端换流站单极直流母线电压UdR、送端和受端换流器的损耗百分比γ以及连接送端和受端换流站的直流线路电阻Rd,计算得到受端换流站单极直流母线电压UdI和交流系统输入到受端换流器的有功功率PI为:
根据式(1)有:PdR=PR(1-γ)=1000×(1-0.01)=990MW;
根据式(2)有:
根据式(3)有:UdI=UdR-IdRd=320-1.0877×1.5469=318.317kV;
根据式(4)有:PdI=2×UdI×Id=2×318.317×1.5469=984.809MW;
根据式(5)有:PI=-PdI/(1+γ)=-984.809/(1+0.01)=-975.0585kV。
2)根据两端柔性直流输电系统的状态变量:送端和受端换流站交流母线电压和交流系统输入到送端换流站的有功功率PR和无功功率QR以及由步骤1)计算得到的交流系统输入到送端换流器的有功功率PI和已知的无功功率QI;两端柔性直流输电系统的结构参数:送端和受端换流站联结变压器的额定变比kR和kI、送端和受端换流站联结变压器的短路阻抗百分比ZTR和ZTI、送端和受端换流站联结变压器的容量STR和STI、送端和受端换流站联接变压器阀侧的接地电感ZGR和ZGI以及送端和受端换流站桥臂电抗器电感ZLR和ZLI,采用交流电力系统的经典潮流计算方法,对送端和受端换流站分别进行潮流计算,求解得到送端换流器和受端换流器输出的交流电压和分别为:
3)根据送端换流站单极直流母线电压UdR、由步骤1)计算得到的受端换流站单极直流母线电压UdI以及由步骤2)计算得到的送端和受端换流器输出的交流电压和计算得到两端柔性直流输电系统的控制变量:送端和受端换流站的调制比MR和MI分别为:
根据式(6)和式(7)有:
4)由于由步骤3)计算得到的送端和受端换流站的调制比MR和MI均大于最大稳态调制比0.95,因此,升高送端换流站联结变压器分接头档位到+2,重复步骤2)和步骤3)的计算,得到受端换流站的调制比MR=0.94536,使得送端换流站的调制比MR在送端和受端换流站稳态调制比的范围[Mmin,Mmax]=[0.75,0.95]内;类似地,升高受端换流站联结变压器分接头档位到+2,此时受端换流站的调制比MI=0.94900,使得受端换流站的调制比MI在送端和受端换流站稳态调制比的范围[Mmin,Mmax]=[0.75,0.95]内。
6)由于由步骤5)计算得到的送端和受端换流站的相角差ΔδR和ΔδI均在送端和受端换流站相角差的范围[Δδmin,Δδmax]=[-63°,63°]内,因此,设定送端和受端换流站的相角差ΔδR和ΔδI分别为13.893°和-13.559°。
7)根据步骤3)~步骤6),通过将送端和受端换流站的调制比MR和MI调整为0.94536和0.94900、送端和受端换流站联接变压器的分接头档位均调整到+2以及送端和受端换流站的相角差ΔδR和ΔδI调整为13.893°和-13.559°,从而控制两端柔性直流输电系统中的直流节点的电压、电流、功率以及交流节点的电压幅值、电压相角、功率等主回路参数在两端柔性直流输电系统和设备容许的范围内。
上述各实施例仅用于说明本发明,其中各实施步骤等都是可以有所变化的,凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进,均不应排除在本发明的保护范围之外。
Claims (5)
1.一种两端柔性直流输电系统主回路参数控制方法,其包括以下步骤:
1)根据交流系统输入到送端换流站的有功功率PR、送端换流站单极直流母线电压UdR、送端和受端换流器的损耗百分比γ以及连接送端和受端换流站的直流线路电阻Rd,计算得到受端换流站单极直流母线电压UdI和交流系统输入到受端换流器的有功功率PI;
2)根据两端柔性直流输电系统的状态变量和结构参数,采用交流电力系统的经典潮流计算方法,对送端和受端换流站分别进行潮流计算,求解得到送端和受端换流器输出的交流电压对于没有接地电感的送端或受端换流站,令对应的送端或受端换流站连接变压器阀侧的接地电感ZGR或ZGI为零;
3)根据送端换流站单极直流母线电压UdR、由步骤1)计算得到的受端换流站单极直流母线电压UdI以及由步骤2)计算得到的送端和受端换流器输出的交流电压和计算得到两端柔性直流输电系统的控制变量:送端和受端换流站的调制比MR和MI分别为:
4)判断由步骤3)计算得到的送端和受端换流站的调制比MR和MI是否在送端和受端换流站稳态调制比的范围[Mmin,Mmax]内;
若计算得到的送端和受端换流站的调制比MR和MI均在送端和受端换流站稳态调制比的范围[Mmin,Mmax]内,则设定送端和受端换流站的调制比为步骤3)计算得到的调制比MR和MI;
若MR>Mmax,则升高送端换流站联结变压器的分接头档位,重复步骤2)和步骤3)的计算,使得MR<Mmax;进一步,若送端换流站联结变压器的分接头档位升高到Tapmax,仍有MR>Mmax,则令MR=Mmax。若MR<Mmin,则降低送端换流站联结变压器的分接头档位,重复步骤2)和步骤3)的计算,使得MR>Mmin;进一步,若送端换流站联结变压器的分接头档位降低到Tapmin,仍有MR<Mmin,则令MR=Mmin;
若MI>Mmax,则升高受端换流站联结变压器的分接头档位,重复步骤2)和步骤3)的计算,使得MI<Mmax;进一步,若受端换流站联结变压器的分接头档位升高到Tapmax,仍有MI>Mmax,则令MI=Mmax。若MI<Mmin,则降低受端换流站联结变压器的分接头档位,重复步骤2)和步骤3)的计算,使得MI>Mmin;进一步,若受端换流站联结变压器的分接头档位降低到Tapmin,仍有MI<Mmin,则令MI=Mmin;
6)判断由步骤5)计算得到的相角差ΔδR和ΔδI是否在送端和受端换流站相角差的范围[Δδmin,Δδmax]内;
若计算得到的送端和受端换流站相角差ΔδR和ΔδI均在送端和受端换流站相角差的范围[Δδmin,Δδmax]内,则设定送端和受端换流站的相角差为步骤5)计算得到的相角差ΔδR和ΔδI;
若送端换流站的相角差ΔδR大于Δδmax,则令ΔδR等于Δδmax;若送端换流站的相角差ΔδR小于Δδmin,则令ΔδR等于Δδmin;
若受端换流站的相角差ΔδI大于Δδmax,则令ΔδI等于Δδmax;若受端换流站的相角差ΔδI小于Δδmin,则令ΔδI等于Δδmin;
7)根据步骤3)~步骤6),通过调整送端和受端换流站的调制比MR和MI、送端和受端换流站联接变压器的分接头档位以及送端和受端换流站的相角差ΔδR和ΔδI,控制两端柔性直流输电系统中的主回路参数在两端柔性直流输电系统和设备容许的范围内。
2.如权利要求1所述的一种两端柔性直流输电系统主回路参数控制方法,其特征在于:所述步骤1)中,所述受端换流站单极直流母线电压UdI和交流系统输入到受端换流器的有功功率PI通过以下步骤获得:
①根据交流系统输入到送端换流站的有功功率PR和送端换流器的损耗百分比γ,得到送端换流站双极直流母线送出功率PdR:
PdR=PR(1-γ);
②根据送端换流站单极直流母线电压UdR和步骤①计算得到的双极直流母线送出功率PdR,得到连接送端和受端换流站的直流线路电流Id:
③根据送端换流站单极直流母线电压UdR、连接送端和受端换流站的直流线路电阻Rd和步骤②计算得到的直流线路电流Id,对连接送端和受端换流站的直流线路进行计算,得到受端换流站单极直流母线电压UdI:
UdI=UdR-IdRd;
④根据步骤②计算得到的直流线路电流Id和步骤③计算得到的受端换流站单极直流母线电压UdI,得到受端换流站双极直流母线接收功率PdI:
PdI=2×UdI×Id;
⑤根据受端换流器的损耗百分比γ和根据步骤④计算得到的受端换流站双极直流母线接收功率PdI,得到交流系统输入到受端换流器的有功功率PI:
PI=-PdI/(1+γ)。
4.如权利要求1或2所述的一种两端柔性直流输电系统主回路参数控制方法,其特征在于:所述步骤2)中,两端柔性直流输电系统的结构参数包括送端和受端换流站联结变压器的额定变比kR和kI、送端和受端换流站联结变压器的短路阻抗百分比ZTR和ZTI、送端和受端换流站联结变压器的容量STR和STI、送端和受端换流站联接变压器阀侧的接地电感ZGR和ZGI以及送端和受端换流站桥臂电抗器电感ZLR和ZLI。
5.如权利要求1或2所述的一种两端柔性直流输电系统主回路参数控制方法,其特征在于:所述步骤7)中,两端柔性直流输电系统中的主回路参数包括直流节点的电压、电流、功率以及交流节点的电压幅值、电压相角、功率。
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