CN104269854A - 一种基于直流逆变站稳定测度指标的电压控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于直流逆变站稳定测度指标的电压控制方法，该方法包括以下步骤：设置电压控制参数；输入与直流逆变站连接的交流电网的等值电气参数；测量直流逆变站运行参数；计算直流逆变站临界电压和电压稳定测度指标；判断是否满足直流功率控制判据；实施直流电流回降控制。通过本发明提供的直流逆变站电压稳定测度定量评估指标以及直流功率调控方法，利用特高压直流功率快速调控特性，降低逆变站无功功率需求，甚至向交流电网输出无功功率，从而在不额外增设动态无功补偿等一次设备的前提下，提升受端电网电压稳定裕度和电压运行水平的目的。

Description

一种基于直流逆变站稳定测度指标的电压控制方法

技术领域

本发明涉及一种电压控制方法，具体讲涉及一种基于直流逆变站稳定测度指标的电压控制方法。

背景技术

高压直流输电是大容量、远距离送电的有效技术手段。我国一次能源与负荷中心逆向分布特征，决定了高压直流输电是进行西电东送，实现跨大区资源优化配置的必然选择。

大容量直流逆变站接入高密度负荷中心，电压稳定问题将成为威胁受端交流电网安全运行和负荷连续可靠供电的重要因素。为提高直流馈入受端电网电压稳定性，通常需要加强电网结构或增加动态无功补偿装置，这种措施需要追加大量的建设费用，且加强电网结构还可能引起短路电流超标，产生不利影响。

直流逆变站接入受端交流电网，其对电网电压稳定性的不利影响，源于电压跌落偏离额定运行状态后，滤波器输出的容性无功功率减小幅度，将大于逆变器无功消耗的减小幅度，因此直流逆变站将呈现出无功负荷特性，并从交流电网吸收无功，使得交流电网最大供给与逆变站无功需求之间的裕度减小，电压失稳威胁相应增大。

因此，需要依据交流电网和直流逆变站运行参数信息，构建能够定量评估直流逆变站电压稳定裕度的测度指标，当指标低于期望值，即对应电压稳定裕度较小时，利用直流逆变站无功消耗与其有功强关联特性，以及直流功率可快速调控功能，实施直流功率回降控制，通过减小直流传输有功降低逆变站无功消耗，提升直流馈入受端电网电压稳定性，从而提升受端负荷连续可靠的供电能力。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种基于直流逆变站稳定测度指标的电压控制方法，可利用逆变站无功消耗与其传输有功强相关特性以及直流功率快速调控特性，提升受扰后直流受端电网电压稳定性。

为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：

一种基于直流逆变站稳定测度指标的电压控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

A.设置电压控制参数；

B.输入与直流逆变站连接的交流电网的等值电气参数；

C.测量直流逆变站运行参数；

D.计算直流逆变站临界电压和电压稳定测度指标；

E.判断是否满足直流功率控制判据；

F.实施直流电流回降控制。

优选地，步骤A包括：给所述电压控制参数赋值；所述电压控制参数包括：直流逆变站电压稳定裕度期望值η_Ucr、直流逆变站运行电压期望值U_ce、电压稳定控制的附加电流Δi_d。

优选地，步骤B包括：从电力系统调度自动化系统高级应用软件中获取所述等值电气参数以完成所述输入；所述等值电气参数包括交流电网的戴维南等值电势E_t和等值电抗X_t。

优选地，步骤C中，所述直流逆变站运行参数包括：直流逆变站运行有功功率P_d和直流逆变站交流母线运行电压U_co。

优选地，步骤D包括：

D‐1.按公式(1)计算无功功率Q_c所对应的直流逆变站交流母线电压U_c，并绘制QV曲线，其中，E_t和X_t为交流电网等值电气参数，P_d为直流逆变站运行有功功率；所述无功功率Q_c为直流逆变站与交流电网交换的无功功率；所述QV曲线的拐点，即为所述直流逆变站临界电压U_cr；

${\left(U_c^2\right)}^2+(2Q_c{X}_t-E_t^2)U_c^2+X_t^2(P_d^2+Q_c^2)=0---\left(1\right)$

D‐2.利用公式(2)计算对应直流逆变站交流母线运行电压U_co的直流逆变站电压稳定测度指标η_u；

${\mathrm{\η}}_U=\frac{U_{\mathrm{co}}-U_{\mathrm{cr}}}{U_{\mathrm{cr}}}\×100\%---\left(2\right).$

优选地，步骤E包括：

E‐1.判断直流逆变站电压稳定测度指标η_u是否小于直流逆变站电压稳定裕度期望值η_Ucr，即是否满足公式(3)，若不满足则执行步骤E‐2，若满足则执行步骤F；

η_u<η_Ucr          (3)

E‐2.判断直流逆变站交流母线运行电压U_co是否小于直流逆变站运行电压期望值U_ce，即是否满足公式(4)，若不满足则执行步骤E‐3，若满足则执行步骤F；

U_c<U_ce           (4)

E‐3.若公式(3)和公式(4)均不满足，则表征系统运行状态良好，无电压稳定威胁，返回步骤B。

优选地，步骤F包括：将电压稳定控制的附加电流信号Δi_d，输入直流控制系统中的指令电流生成环节，与该环节中生成的原指令电流i_dref按式(5)进行叠加，生成新的指令电流i_{dref_new}；降低直流送电有功功率，减少直流逆变站无功功率需求，为交流电网电压提供支撑；

i_{dref_new}＝i_dref-Δi_d         (5)

实施所述直流电流回降控制后，返回步骤B。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

通过本发明提供的直流逆变站电压稳定测度定量评估指标以及直流功率调控方法，利用特高压直流功率快速调控特性，降低逆变站无功功率需求，甚至向交流电网输出无功功率，从而在不额外增设动态无功补偿等一次设备的前提下，到达提升受端电网电压稳定裕度和电压运行水平的目的，且能实现对电压的紧急控制。

附图说明

图1为本发明基于直流逆变站稳定测度的电压控制方法的流程图；

图2为本发明中直流逆变站所连接交流电网的戴维南等值系统图；

图3为本发明中计及电压稳定控制的直流指令电流生成环节图；

图4为本发明中连续扰动下直流功率控制后混联电网运行点变化轨迹图；

图5为实施例中直流功率控制后有功暂态响应图；

图6为实施例中直流功率控制后逆变器及滤波器无功暂态响应图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

一种基于直流逆变站稳定测度指标的电压控制方法，用于提供表征直流逆变站电压稳定裕度的定量评估指标，以及利用逆变站无功消耗与其传输有功强相关特性和直流功率快速调控特性，提升受扰后直流受端电网电压稳定性，包括以下步骤：

1.设置电压控制参数；

2.输入与直流逆变站连接的交流电网的等值电气参数；

3.测量直流逆变站运行参数；

4.计算直流逆变站临界电压和电压稳定测度指标；

5.判断是否满足直流功率控制判据；

6.实施直流电流回降控制。

在所述步骤(1)中，给所述电压控制参数赋值；所述电压控制参数包括：直流逆变站电压稳定裕度期望值η_Ucr、直流逆变站运行电压期望值U_ce、电压稳定控制的附加电流Δi_d。

在所述步骤(2)中，从电力系统调度自动化系统高级应用软件中获取所述等值电气参数以完成所述输入；所述等值电气参数包括交流电网的戴维南等值电势E_t和等值电抗X_t。

在所述步骤(3)中，所述直流逆变站运行参数包括：直流逆变站运行有功功率P_d和直流逆变站交流母线运行电压U_co。

在所述步骤(4)中，按公式(1)计算无功功率Q_c所对应的直流逆变站交流母线电压U_c，并绘制QV曲线，其中，E_t和X_t为交流电网等值电气参数，P_d为直流逆变站运行有功功率；所述无功功率Q_c为直流逆变站与交流电网交换的无功功率；所述QV曲线的拐点，即为所述直流逆变站临界电压U_cr；

${\left(U_c^2\right)}^2+(2Q_c{X}_t-E_t^2)U_c^2+X_t^2(P_d^2+Q_c^2)=0---\left(1\right)$

利用公式(2)计算对应直流逆变站交流母线运行电压U_co的直流逆变站电压稳定测度指标η_u；

${\mathrm{\&eta;}}_U=\frac{U_{\mathrm{co}}-U_{\mathrm{cr}}}{U_{\mathrm{cr}}}\&times;100\%---\left(2\right)$

所述步骤(5)包括：

(5‐1)判断直流逆变站电压稳定测度指标η_u是否小于直流逆变站电压稳定裕度期望值η_Ucr，即是否满足公式(3)，若不满足则执行步骤(5‐2)，若满足则执行步骤(6)；

η_u<η_Ucr          (3)

(5‐2)判断直流逆变站交流母线运行电压U_co是否小于直流逆变站运行电压期望值U_ce，即是否满足公式(4)，若不满足则执行步骤(5‐3)，若满足则执行步骤(6)；

U_c<U_ce           (4)

(5‐3)若公式(3)和公式(4)均不满足，则表征系统运行状态良好，无电压稳定威胁，返回步骤(2)。

在所述步骤(6)中，将电压稳定控制的附加电流信号Δi_d，输入直流控制系统中的指令电流生成环节，与该环节中生成的原指令电流i_dref按式(5)进行叠加，生成新的指令电流i_{dref_new}；降低直流送电有功功率，减少直流逆变站无功功率需求，为交流电网电压提供支撑；

i_{dref_new}＝i_dref-Δi_d         (5)

实施所述直流电流回降控制后，返回步骤(2)。

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的详细说明。

(1).设置电压控制参数

将逆变站电压稳定裕度期望值η_Ucr设置为8％；将逆变站运行电压期望值U_ce设置为0.9pu；电压稳定控制附加电流0.25kA。

(2).输入直流逆变站所连接交流电网的戴维南等值电势与电抗

与交直流混联电网调度自动化系统接口，利用其高级应用软件，针对直流逆变站接入交流电网进行戴维南等值参数计算，如图2所示。将等值计算所获得的戴维南等值参数E_t和等值电抗X_t作为输入，提供给直流受端电压电压控制系统。

模拟直流受端交流电网连续发生故障，导致交流电网强度减弱，对应戴维南等值阻抗不断增大，模拟时序如下：2秒时，X_t由0.004p.u阶跃变化至0.01p.u.；8秒时，X_t由0.01p.u阶跃变化至0.0106p.u.。

(3).测量直流逆变站运行参数

测量直流逆变站运行参数，包括直流传输有功功率、逆变站交流母线电压U_c。

(4).计算直流逆变站临界电压和电压稳定测度指标

2秒时，直流受端交流电网发生故障，交流电网强度减弱，对应X_t由故障前0.004p.u增至0.01p.u.，结合步骤(2)所测量的直流运行有功功率P_d以及逆变站母线电压U_c，可计算出对应逆变站母线电压稳定测度指标η_U仅为6.2％。

8秒时，直流受端交流电网发生故障，交流电网强度减弱，对应X_t进一步由故障前0.01p.u增至0.0106p.u.，结合步骤(2)所测量的直流运行有功功率P_d以及逆变站母线电压U_c，可计算出对应逆变站母线电压稳定测度指标η_U为9.9％。

(5).判断是否满足直流功率控制判据

2秒故障后，如图4所示，交直流系统运行点将由初始点a过渡至b。由于η_U小于期望的稳定裕度η_Ucr对应的8％，满足直流功率控制判据，转向步骤(5)执行电流回降控制。

8秒故障后，如图4所示，交直流系统运行点将由初始点c过渡至d。对应η_U为9.9％，大于期望的稳定裕度η_Ucr对应的8％；但由于电压幅值U_c持续运行于0.787p.u.，低于期望值U_ce对应的0.9p.u.，满足直流功率控制判据，转向步骤(5)执行电流回降控制。

若η_U>η_Ucr且U_c>U_ce，即不满足直流功率控制判据，返回步骤(2)，继续监测逆变站电压稳定测度指标和电压运行值。

(6).实施直流电流回降控制。

2秒故障后，满足直流功率控制判据，5秒时，实施电流回降控制，如图3所示，将电压稳定控制附加电流信号0.25kA叠加至指令电流生成环节。实施控制后，直流有功和直流逆变器、滤波器无功的暂态响应，分别如图5和图6所示，对应运行点将由b过渡至c点，U_c提升至0.848p.u.，稳定测度指标η_U已显著提升至17.6％，满足要求，如图4所示。返回步骤(2)，继续监测逆变站电压稳定测度指标和电压运行值。

8秒故障后，满足直流功率控制判据，11秒时，再次实施电流回降控制，如图3所示，将电压稳定控制附加电流信号0.25kA叠加至指令电流生成环节。实施控制后，直流有功和直流逆变器、滤波器无功的暂态响应分别如图5和图6所示，对应运行点将由d过渡至e点，U_c提升至0.908p.u.，对应稳定测度指标η_U提升至20.7％，满足要求，如图4所示。返回步骤(2)，继续监测逆变站电压稳定测度指标和电压运行值。

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)

1.一种基于直流逆变站稳定测度指标的电压控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

A.设置电压控制参数；

B.输入与直流逆变站连接的交流电网的等值电气参数；

C.测量直流逆变站运行参数；

D.计算直流逆变站临界电压和电压稳定测度指标；

E.判断是否满足直流功率控制判据；

F.实施直流电流回降控制。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤A包括：给所述电压控制参数赋值；所述电压控制参数包括：直流逆变站电压稳定裕度期望值η_Ucr、直流逆变站运行电压期望值U_ce、电压稳定控制的附加电流Δi_d。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤B包括：从电力系统调度自动化系统高级应用软件中获取所述等值电气参数以完成所述输入；所述等值电气参数包括交流电网的戴维南等值电势E_t和等值电抗X_t。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤C中，所述直流逆变站运行参数包括：直流逆变站运行有功功率P_d和直流逆变站交流母线运行电压U_co。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤D包括：

D‐1.按公式(1)计算无功功率Q_c所对应的直流逆变站交流母线电压U_c，并绘制QV曲线，其中，E_t和X_t为交流电网等值电气参数，P_d为直流逆变站运行有功功率；所述无功功率Q_c为直流逆变站与交流电网交换的无功功率；所述QV曲线的拐点，即为所述直流逆变站临界电压U_cr；

${\left(U_c^2\right)}^2+(2Q_c{X}_t-E_t^2)U_c^2+X_t^2(P_d^2+Q_c^2)=0---\left(1\right)$

D‐2.利用公式(2)计算对应直流逆变站交流母线运行电压U_co的直流逆变站电压稳定测度指标η_u；

${\mathrm{\&eta;}}_U=\frac{U_{\mathrm{co}}-U_{\mathrm{cr}}}{U_{\mathrm{cr}}}\&times;100\%---\left(2\right).$

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤E包括：

E‐1.判断直流逆变站电压稳定测度指标η_u是否小于直流逆变站电压稳定裕度期望值η_Ucr，即是否满足公式(3)，若不满足则执行步骤E‐2，若满足则执行步骤F；

η_u<η_Ucr             (3)

E‐2.判断直流逆变站交流母线运行电压U_co是否小于直流逆变站运行电压期望值U_ce，即是否满足公式(4)，若不满足则执行步骤E‐3，若满足则执行步骤F；

U_c<U_ce              (4)

E‐3.若公式(3)和公式(4)均不满足，则表征系统运行状态良好，无电压稳定威胁，返回步骤B。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤F包括：将电压稳定控制的附加电流信号Δi_d，输入直流控制系统中的指令电流生成环节，与该环节中生成的原指令电流i_dref按式(5)进行叠加，生成新的指令电流i_{dref_new}；降低直流送电有功功率，减少直流逆变站无功功率需求，为交流电网电压提供支撑；

i_{dref_new}＝i_dref-Δi_d               (5)

实施所述直流电流回降控制后，返回步骤B。