CN103746401A - 一种提高多馈入直流输电系统抵御换相失败的能力的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种提高多馈入直流输电系统抵御换相失败的能力的方法，包括：步骤1，在多馈入直流输电系统的任意两个直流输电系统的联络线上串入电抗可动态调节的可变电感装置；步骤2，实时监测各直流输电系统是否发生换相失败；步骤3，判断任意一个直流输电系统发生换相失败时，将换相失败信号发送至发生换相失败的直流输电系统与其它直流输电系统的联络线上的可变电感装置的电抗调节控制器中，增大发生换相失败的直流输电系统与其它直流输电系统的联络线上的可变电感装置的电抗值。本发明提供的一种提高多馈入直流输电系统抵御换相失败的能力的方法，避免了多馈入直流输电系统中一回直流故障导致多回直流故障的情况的产生。

Description

一种提高多馈入直流输电系统抵御换相失败的能力的方法

技术领域

本发明涉及输配电技术领域，具体涉及一种提高多馈入直流输电系统抵御换相失败的能力的方法。

背景技术

随着直流输电技术的日趋成熟以及我国经济的迅猛发展，电网的建网水平不断提高，远距离、大容量的功率传输要求使得多馈入直流输电成为必然。多馈入直流是指在受端电网的一个区中集中落点多回直流线路，这是采用直流输电向负荷中心送电的必然结果，具有普遍性。

但是多个直流回路近距离落入同一个交流电网使得彼此之间具有紧密的电气联系，这一特性使得当交流系统发生故障时，由于电压的瞬间跌落可能会导致多回直流输电线路接连发生换相失败问题，影响功率传输，造成系统不稳定运行。

多馈入相互影响因子MIIF(Multi-infeed Interaction Factor)指标用于衡量换流母线之间的电压相互作用的强弱。通过在换流母线j上人为接入一感性负载，引起大约1%的电压跌落ΔUj，从而导致换流母线i的电压跌落ΔUi，两者的比值ΔUi/ΔUj即为换流站j对换流站的i电压影响因子，其表达式如式(1)所示。

${\mathrm{MIIF}}_{\mathrm{ij}}=\frac{{\mathrm{\ΔU}}_i}{{\mathrm{\ΔU}}_j}---\left(1\right)$

多馈入相互作用因子可定量描述换流母线电压跌落对于其他换流母线的影响。当两个直流之间距离较远时，MIIF=0。当两条直流接入同一换流母线时，MIIF=1.0。因此MIIF数值的大小表征了换流母线间电压作用的强弱。多馈入相互作用因子可定量描述换流母线电压跌落对于其他换流母线的影响，其数值的大小表征了换流母线间电压作用的强弱。通常认为当MIIF>0.6时属于强相互作用,换流器可以看作接在同一母线，当MIIF<0.15属于弱相互作用，换流器之间的相互作用可以忽略。

MIIF的简要计算流程如下：

1、不接入直流时的交流网络，写出其潮流方程；

2、写出雅克比矩阵的分块矩阵J_PU、J_Pδ、J_QU、J_Qδ；

3、考虑接入直流系统，将雅克比矩阵中的J_PU、J_QU修正为J_PU’、J_QU’；

4、求得降阶雅克比矩阵，J_R=J_QU’-J_QδJ_Pδ ^-1JPU’；

5、多馈入系统交流母线无功功率与电压幅值的关系ΔU=J_R ^-1ΔQ；

6、计算 ${\mathrm{MIIF}}_{\mathrm{ij}}=\frac{{\left(J_R^{-1}\right)}_{\mathrm{ij}}}{{\left(J_R^{-1}\right)}_{\mathrm{jj}}}.$

根据上述MIIF理论计算方法，编写MATLAB程序，并代入双馈入直流输电系统参数，得到MIIF的理论计算结果。改变联络线长度，得到一系列MIIF的理论计算结果和仿真结果。

结论：在短路比一定的情况下，MIIF值与两子系统换流母线之间的距离成反比，即两直流系统距离越远，母线间电压的相互作用越弱。

而目前实际工程中大多采用增大越前触发角β、关断角γ的整定值、提前发出触发脉冲、采用新型换流器、加强触发角控制、增发触发脉冲、利用VDCOL控制和限制直流系统的恢复速率等方法来避免换相失败的发生和继发换相失败的发生。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种提高多馈入直流输电系统抵御换相失败的能力的方法，包括：

步骤1，在所述多馈入直流输电系统的任意两个直流输电系统的联络线上串入电抗可动态调节的可变电感装置；

步骤2，实时监测各所述直流输电系统是否发生换相失败；

步骤3，判断任意一个所述直流输电系统发生换相失败时，将换相失败信号发送至所述发生换相失败的直流输电系统与其它直流输电系统的联络线上的所述可变电感装置的电抗调节控制器中，增大所述发生换相失败的直流输电系统与其它直流输电系统的联络线上的所述可变电感装置的电抗值。

本发明提供的第一优选实施例中：所述可变电感装置包括两个反并联连接的晶闸管和固定电抗器；

所述反并联晶闸管与所述固定电抗器相互串联。

本发明提供的第二优选实施例中：所述可变电感装置的等效阻抗的计算公式为： $X\left(\mathrm{\&alpha;}\right)=\frac{X_L}{1-\frac{2\mathrm{\&alpha;}}{\mathrm{\&pi;}}-\frac{1}{\mathrm{\&pi;}}\sin 2\mathrm{\&alpha;}};$

其中，α表示反并联晶闸管的触发角，取值范围为0°～90°，X_L表示所述固定电抗器的电抗值；

所述等效电抗值随着所述触发角的增大而增大，当触发角α为0时，所述等效电抗值为固定电抗值X_L，触发角为90°时，晶闸管不导通，等效电抗为无穷大。

本发明提供的第三优选实施例中：所述步骤2中根据所述直流输电系统的逆变侧关断角γ的大小来判断各所述直流输电系统是否发生换相失败的；

当关断角γ小于关断角临界值时，判断系统所述直流输电发生换相失败。

本发明提供的第四优选实施例中：所述步骤2中产生换相失败信号发送至所述可变电感装置的电抗调节控制器中，控制改变所述触发角α的大小，进而改变所述可变电感装置的等效电抗值；

在所述直流输电系统正常运行时，所述关断角γ处于正常值，没有所述换相失败信号的产生，所述触发角α为初始值0°；

因交流系统故障导致某回直流线路换相失败，产生的换相失败信号迅速控制所述触发角α增大，实现系统的电气距离的增大，继而阻止住了多回直流线路发生继发性的换相失败；

当所述直流输电系统由换相失败状态恢复到正常运行状态时，所述换相失败信号消失，所述触发角α变为0，实时监测等待下一次故障的产生。

本发明提供的第五优选实施例中：所述步骤3中，增大后所述联络线上的所述可变电感装置的电抗值是根据临界电感值与电气距离的关系得到的，临界电感值与电气距离的关系通过仿真得到。

本发明提供的第六优选实施例中：确定双馈入直流输电系统的临界电感值与电气距离的关系的方法包括：

步骤301，将所述两直流输电系统之间的交流电网等效为一条联络线路，在所述联络线上串入可变电感装置，在PSCAD/EMTDC仿真环境下建立所述双馈入直流输电系统的仿真模型；

步骤302，将电力系统中的半个工频周期等分得到10个时刻，在各个时刻设置电感接地故障，故障位置设置在所述两个直流输电系统的逆变母线上；

步骤303，故障电感设定值由小逐步增大，以模拟故障程度由强减弱，监测所述两个直流输电系统是否发生换相失败故障，得到一个所述直流输电系统逆变母线上设置电感接地故障，另一个所述直流输电系统恰好发生换相失败的故障电感值，即临界电感；

步骤304，改变所述可变电感的值，重复所述步骤301～303，得到所述双馈入直流输电系统的临界电感值与电气距离的关系。

本发明提供的一种提高多馈入直流输电系统抵御换相失败的能力的方法，相对于最接近的现有技术的有益效果包括：

1、本发明提供的一种提高多馈入直流输电系统抵御换相失败的能力的方法，在分析受端不同电气距离对多馈入相互影响因子MIIF及换相失败的影响的基础上，在直流输电系统的联络线上串入可变电感，实时监测各个直流输电系统是否发生换相失败，换相失败信号传输控制联络线上可变电感的阻抗值，增大非故障直流输电系统与换相失败直流系统之间的电气距离，达到非故障直流系统躲过换相失败的目的，在不改变现有各个直流输电系统的结构和硬件的情况下，避免了多馈入直流输电系统中一回直流故障导致多回直流故障的情况的产生。

2、可变电感装置由反并联晶闸管与固定电抗器串联组成，通过改变反并联晶闸管的触发角即可改变可变电感装置的等效阻抗值，结构简单容易操作计算。

3、通过仿真得到系统的临界电感值与电气距离的关系，进而确定换相失败信号产生时联络线上的可变电感装置的电抗的改变值，使各个直流输电系统能够得到更加精确有效的控制。

附图说明

如图1所示为本发明提供的一种提高多馈入直流输电系统抵御换相失败的能力的方法的流程图；

如图2所示为本发明提供的串入联络线的可变电感装置的实施例的结构图；

如图3所示为本发明提供的双馈入直流输电系统的实施例的模型图；

如图4所示为本发明提供的双馈入直流输电系统串联可变电感装置的实施例的等值模型图。

具体实施方式

下面根据附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。

本发明提供一种提高多馈入直流输电系统抵御换相失败的能力的方法，其流程图如图1所示，由图1可知，该方法包括：

步骤1，在多馈入直流输电系统的任意两个直流输电系统的联络线上串入电抗可动态调节的可变电感装置。

步骤2，实时监测各直流输电系统是否发生换相失败。

步骤3，判断任意一个直流输电系统发生换相失败时，将换相失败信号发送至该发生换相失败的直流输电系统与其它直流输电系统的联络线上的可变电感装置的电抗调节控制器中，增大该发生换相失败的直流输电系统与其它直流输电系统的联络线上的可变电感装置的电抗值。

增大串联在两个直流输电系统的联络线上的可变电感装置的电抗值，可以减小两个系统之间的电气联系。两个直流输电系统的联络线越长，两系统的电气联系越弱，在发生换相失败时相互影响越小；联络线越短，两系统间的电气联系越强，在发生换相失败时相互影响越强。即是说当交流系统发生故障时且某一侧直流系统发生换相失败时，迅速增大两直流系统间的电气距离，使得两系统的电气联系减弱，达到非故障侧直流系统不会继发换相失败的目的。

进一步的，步骤1中串入联络线的可变电感装置的实施例的结构图如图2所示，由图2可知，该可变电感装置包括两个反并联连接的晶闸管和固定电抗器。

反并联晶闸管与固定电抗器相互串联。

反并联晶闸管双向导通，通过改变其触发角可以改变该可变电感装置的等效阻抗的大小，等效阻抗的计算公式为： $X\left(\mathrm{\&alpha;}\right)=\frac{X_L}{1-\frac{2\mathrm{\&alpha;}}{\mathrm{\&pi;}}-\frac{1}{\mathrm{\&pi;}}\sin 2\mathrm{\&alpha;}}.$

其中，α表示反并联晶闸管的触发角，取值范围为0°～90°，X_L表示固定电抗器的电抗值。由公式可知，等效电抗值随着触发角的增大而增大，当触发角α为0时，等效电抗值就是固定电感值，触发角为90°时，晶闸管不导通，等效电抗为无穷大。

步骤2中是根据直流输电系统的逆变侧关断角γ的大小来判断各直流输电系统是否发生换相失败的，当关断角γ小于关断角临界值时，判断系统发生换相失败，产生换相失败信号至该系统与其它直流输电系统的联络线上的可变电感装置的电抗调节控制器中，控制改变触发角α的大小，进而改变可变电感装置的等效电抗值。在直流输电系统正常运行时，关断角处于正常值，没有换相失败信号产生，触发角为初始值0°；一旦因交流系统故障导致某回直流线路换相失败，则产生的换相失败信号迅速控制触发角增大，实现系统的电气距离的增大，继而阻止住了多回直流线路发生继发性的换相失败。当直流系统由换相失败状态恢复到正常运行状态时，换相失败信号消失，触发角α又变为0。步骤2中进行持续的实时监测，下一次故障来临时，立即重复步骤3的动作。

步骤3中，增大后联络线上的可变电感装置的电抗值是根据临界电感值与电气距离的关系得到的，临界电感值与电气距离的关系通过仿真得到，以双馈入直流输电系统为例，确定双馈入直流输电系统的临界电感值与电气距离的关系的方法包括：

步骤301，将两直流输电系统之间的交流电网等效为一条联络线路，在联络线上串入可变电感装置，在PSCAD/EMTDC仿真环境下建立双馈入直流输电系统的仿真模型。

如图3所示为本发明提供的双馈入直流输电系统的实施例的模型图，该双馈入直流输电系统的实施例中，一条为±800kV、8000MW直流输电系统,另一条为±500kV、3000MW直流输电系统，两条线路分别注入的交流系统短路比均为5。

如图4所示为本发明提供的双馈入直流输电系统串联可变电感装置的实施例的等值模型图，图4中，800WM系统和3000MW系统之间等效为一条联络线，该联络线等值为串联的联络线电阻和联络线电感，该联络线上还串有可变电感。

步骤302，将电力系统中的半个工频周期（即10ms）等分得到10个时刻，在各个时刻设置电感接地故障，故障位置设置在两个直流输电系统的逆变母线上。

两直流输电系统的换流母线之间有联络线连接，以表示双馈入直流输电系统注入同一交流电网。由于高压输电线路阻抗角很大，可近似为电感，故以感性接地故障为例进行仿真分析，来模拟实际系统中任意位置的输电线路金属性接地故障。

步骤303，故障电感设定值由小逐步增大，以模拟故障程度由强减弱，监测两个直流输电系统是否发生换相失败故障，并得到一条直流输电系统逆变母线上设置电感接地故障，另一条直流输电系统恰好发生换相失败的故障电感值，即临界电感。

步骤304，改变可变电感的值，重复步骤301～303，得到双馈入直流输电系统的临界电感值与电气距离的关系。

电气距离即为两系统间的联系阻抗，通过设置可变电感的值的不同，即可模拟该两直流输电系统间的电气距离不同。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种提高多馈入直流输电系统抵御换相失败的能力的方法，其特征在于，所述方法包括： 

步骤1，在所述多馈入直流输电系统的任意两个直流输电系统的联络线上串入电抗可动态调节的可变电感装置； 

步骤2，实时监测各所述直流输电系统是否发生换相失败； 

步骤3，判断任意一个所述直流输电系统发生换相失败时，将换相失败信号发送至所述发生换相失败的直流输电系统与其它直流输电系统的联络线上的所述可变电感装置的电抗调节控制器中，增大所述发生换相失败的直流输电系统与其它直流输电系统的联络线上的所述可变电感装置的电抗值。 

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述可变电感装置包括两个反并联连接的晶闸管和固定电抗器； 

所述反并联晶闸管与所述固定电抗器相互串联。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述可变电感装置的等效阻抗的计算公式为：

其中，α表示反并联晶闸管的触发角，取值范围为0°～90°，X_L表示所述固定电抗器的电抗值； 

所述等效电抗值随着所述触发角的增大而增大，当触发角α为0时，所述等效电抗值为固定电抗值X_L，触发角为90°时，晶闸管不导通，等效电抗为无穷大。 

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2中根据所述直流输电系统的逆变侧关断角γ的大小来判断各所述直流输电系统是否发生换相失败的； 

当关断角γ小于关断角临界值时，判断系统所述直流输电发生换相失败。 

5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤2中产生换相失败信号发送至所述可变电感装置的电抗调节控制器中，控制改变所述触发角α的大小，进而改变所述可变电感装置的等效电抗值； 

在所述直流输电系统正常运行时，所述关断角γ处于正常值，没有所述换相失败信号的产生，所述触发角α为初始值0°； 

因交流系统故障导致某回直流线路换相失败，产生的换相失败信号迅速控制所述触发角α增大，实现系统的电气距离的增大，继而阻止住了多回直流线路发生继发性的换相失败； 

当所述直流输电系统由换相失败状态恢复到正常运行状态时，所述换相失败信号消失，所述触发角α变为0，实时监测等待下一次故障的产生。 

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤3中，增大后所述联络线上的所述可变电感装置的电抗值是根据临界电感值与电气距离的关系得到的，临界电感值与电气距离的关系通过仿真得到。 

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，确定双馈入直流输电系统的临界电感值与电气距离的关系的方法包括： 

步骤301，将所述两直流输电系统之间的交流电网等效为一条联络线路，在所述联络线上串入可变电感装置，在PSCAD/EMTDC仿真环境下建立所述双馈入直流输电系统的仿真模型； 

步骤302，将电力系统中的半个工频周期等分得到10个时刻，在各个时刻设置电感接地故障，故障位置设置在所述两个直流输电系统的逆变母线上； 

步骤303，故障电感设定值由小逐步增大，以模拟故障程度由强减弱，监测所述两个直流输电系统是否发生换相失败故障，得到一个所述直流输电系统逆变母线上设置电感接地故障，另一个所述直流输电系统恰好发生换相失败的故障电感值，即临界电感； 

步骤304，改变所述可变电感的值，重复所述步骤301～303，得到所述双馈入直流输电系统的临界电感值与电气距离的关系。 

Images