CN104638665B - 一种混合直流输电系统潮流反转控制方法及装置 - Google Patents

一种混合直流输电系统潮流反转控制方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种混合直流输电系统潮流反转控制方法及装置。混合直流输电系统至少包括双极且其中一极是基于晶闸管技术的传统直流输电系统(LCC‑HVDC)，一极是基于全控型电力电子器件的柔性直流输电系统(Flexible‑HVDC)，每一极都是一个独立的直流输电子系统；在潮流反转过程中混合直流输电系统输送的有功功率是连续的由正到负改变的，混合直流输电系统每端换流站的净无功功率在潮流反转过程中保持恒定。此种自动潮流反转方法可有效的减小对互联交流电网的影响，实现平稳的直流功率反转。

Description

一种混合直流输电系统潮流反转控制方法及装置
技术领域
本发明涉及混合直流输电领域，尤其涉及高压直流输电及混合特高压直流输电系统一种潮流反转控制方法及装置。
背景技术
高压直流输电系统可分为两种类型：基于晶闸管技术的传统直流输电系统(LCC-HVDC)；基于全控型电力电子器件技术的柔性直流输电系统(Flexible-HVDC)。传统直流输电系统(LCC-HVDC)成本低，损耗小，运行技术成熟，目前，世界上正在运行的直流输电系统几乎都是LCC-HVDC系统，但传统直流输电系统(LCC-HVDC)存在逆变侧易换相失败，对交流系统的依赖性强；吸收大量无功，换流站占地面积大等缺点。而新一代的柔性直流输电系统(Flexible-HVDC)则能够实现有功功率及无功功率解耦控制、可以向无源网络供电、结构紧凑占地面积小、不存在换相失败故障等优点，但也存在成本高昂，无法有效的处理直流侧故障等缺陷。因此结合传统直流输电和柔性直流输电的混合直流输电将具有工程应用前景。本发明涉及的混合直流输电系统一极为传统直流输电系统，一极为柔性直流输电系统。该系统结合了传统直流输电损耗小、运行技术成熟以及柔性直流输电可以向无源网络供电、不会发生换相失败的优点。
高压直流输电系统被广泛用于交流电网的互联,将电力从一个电网传输到另一个电网。但随着装机容量,电网负荷以及上网电价的变化,可能会频繁进行直流功率的反转以便将电力潮流方向由一个电网改变到另一个电网。
高压直流输电系统均是由两端或多端换流器站及直流输电线路组成，其中将交流电转换为直流电的换流器称为整流器，而将直流电转换为交流电的换流器称为逆变器。一般将直流输电输送功率方向的变化称为潮流反转，也称为功率反送。当发生潮流反转时，两端的换流站的运行工况会发生变化，即原来的整流站将变为逆变运行，而原来的逆变站则变为整流状态。由于传统直流的换流器均采用晶闸管换流器，电流方向不能改变，且不能运行在电流不连续的状态，因此传统直流潮流反转时只能改变直流电压极性，通常，通过以下方式实现电力反转：减小直流电流以减小有功功率，随后在最小功率处暂时闭锁换流器随后以新调节的延迟角α重新启动换流器完成潮流反转过程。而新一代的柔性直流则采用全控型电力电子器件，电流方向可以双向改变，可以运行在电流为零的状态，因此柔性直流输电系统可以较容易的通过改变电流方向实现潮流反转。而且柔性直流输电系统(Flexible-HVDC)能够实现有功功率与无功功率的解耦控制，随着有功功率出力的减小，柔性直流输电系统能够控制的无功功率将增大，在有功功率出力为零时，可控无功功率达到最大，因此在潮流反转时能够较好的控制系统无功功率。
结合传统直流输电和柔性直流输电的混合直流输电系统中，由于传统的直流输电系统在潮流反转过程中有功功率不是线性变化的，而是在最小功率处存在突变，虽然突变是在最小功率处，但是在电压较高时的最小功率，对于互联的电网较弱时，此最小功率仍然会带来较大冲击。此外潮流反转过程中传统直流输电系统的换流器闭锁所带来的滤波或无功补偿设备的切除及潮流反转后滤波或无功补偿设备的再次投入，不仅增加了滤波或无功补偿设备的开关操作的次数，减少了它们的寿命，而且由于无功功率的控制性较差导致互联电网的电压有较大波动，因此需要一种控制方法，对潮流反转过程中的有功和无功进行统一协调控制，以减小对互联电网的影响。
发明内容
本发明的目的：在于提供一种混合直流输电系统潮流反转控制的方法，可有效的减小对互联交流电网的影响，减少滤波器投切次数，实现平稳的直流功率反转。
为了达成上述目的，本发明的解决方案是：一种混合直流输电系统潮流反转控制方法，所述混合直流输电系统至少包括双极且其中一极是基于晶闸管技术的传统直流输电系统LCC-HVDC，一极是基于全控型电力电子器件的柔性直流输电系统Flexible-HVDC，每一极都是一个独立的直流输电子系统,其特征在于，在潮流反转过程中，混合直流输电系统输送的有功功率是连续的由正到负改变的，混合直流输电系统每端换流站的净无功功率在潮流反转过程中保持恒定。
上述方案中：所述的混合直流输电系统输送的有功功率是连续的由正到负改变的是指混合直流输电系统输送的有功功率的曲线在潮流反转过程中是一条过零的直线；或者由多条直线分段构成，但其中包含一条过零的直线。
上述方案中：所述混合直流输电系统每端换流站净无功功率是指换流站内所有参与无功平衡的无功设备所消耗的总无功功率。
上述方案中：在潮流自动反转过程中，站间通信故障或者极间通信故障或者保护动作，潮流自动反转功能将被终止，潮流自动反转功能被终止后直流系统将保持终止时刻前的功率水平不变。
上述方案中：潮流自动反转过程中，基于全控型电力电子器件的一极的直流电压维持当前电压极性不变；或者反转直流电压的极性。
上述方案中：基于全控型电力电子器件的一极反转直流电压极性是指通过在整流侧换流器和逆变侧换流器两端的直流线路上加装隔离刀闸或直流断路器或两者的组合，通过操作相关刀闸断路器来改变极的直流电压极性；或者通过控制整流侧换流器和逆变侧换流器使换流器电压极性反转。
本发明还提供一种混合直流输电系统潮流反转控制装置，其特征在于包括潮流反转启动判断单元，有功功率控制单元，无功功率控制单元以及潮流反转停止判断单元，其中
所述潮流反转启动判断单元用于采集潮流反转启动信号，潮流反转启动信号是一个信号，或者几个信号的合成信号；
所述有功功率控制单元用于控制潮流反转过程的有功功率；
所述无功功率控制单元用于控制潮流反转过程的无功功率；
所述潮流反转停止判别单元用于采集潮流反转停止信号，潮流反转停止信号是一个信号，或者几个信号的合成信号。
上述方案中：当潮流反转启动判别单元采集到潮流反转启动信号后，立即通知有功功率控制单元和无功功率控制单元，有功功率控制单元控制混合直流输电系统输送的有功功率连续的由正到负改变，无功功率控制单元控制混合直流输电系统每端换流站的净无功功率在潮流反转过程中保持恒定；当潮流反转停止判别单元采集到潮流反转停止信号后，潮流反转立即终止，并通知有功功率控制单元和无功功率控制单元维持潮流反转终止时刻前的功率水平不变。
本发明的有益效果在于：采用本发明的方法或装置可以有效的减小对互联交流电网的影响，保障电网安全，减少滤波器投切次数，实现平稳的直流功率反转。
附图说明
图1是本发明中的高压双极直流输电系统示意图；
图2是本发明中潮流反转过程中双极有功功率直线变化示意图；
图3是本发明中潮流反转过程中双极有功功率分段变化示意图；
图4是本发明的潮流反转控制装置结构示意图。
具体实施方式
以下将结合附图，对本发明的技术方案及有益效果进行详细说明。
本发明提供的一种混合直流输电系统潮流反转控制方法，适用于如图1所示的高压双极直流输电系统。本图仅作为具体实施例之一，方法适用于所有至少包括双极且其中一极是基于晶闸管技术的传统直流输电系统(LCC-HVDC)，一极是基于全控型电力电子器件的柔性直流输电系统(Flexible-HVDC)，每一极都是一个独立的直流输电子系统的混合直流输电系统。
实施例1：潮流反转过程中双极有功功率变化示意图如图2所示。混合双极直流输电系统潮流反转过程具体包括如下步骤：
(1)获取自动潮流反转启动信号；
(2)以一定速率降低两极直流有功功率,在下降的过程中时刻保持双极直流有功功率线性下降，同时基于VSC-HVDC技术的极控制两端换流站的净无功功率恒定；
(3)基于LCC-HVDC技术的极的直流电流降至最小电流后,功率不再下降，此时调整基于VSC-HVDC技术的极的有功功率下降速率，保持双极直流有功功率直线下降；
(4)在双极直流有功功率线性下降至适当值时，基于LCC-HVDC技术的极停运闭锁，并等待一定时间，而基于VSC-HVDC技术的极的有功功率则迅速增大，补偿LCC-HVDC技术的极的功率维持双极输送有功功率不变，同时基于VSC-HVDC技术的极控制两端换流站的净无功功率恒定；
(5)基于VSC-HVDC技术的极的有功功率线性下降至零后反转潮流方向，同时有功功率开始线性上升；
(6)待基于VSC-HVDC技术的极的有功功率线性上升至适当值时，基于LCC-HVDC技术的极的电压极性反向并启动，同时减小VSC-HVDC技术的极输送的功率维持双极输送有功功率不变；
(7)当判断到接地极电流或金属中线运行电流不会超过运行限制时，混合直流输电系统继续线性升高双极输送有功功率至设定功率值，同时潮流反转过程完成；当判断到接地极电流或金属中线运行电流会超过运行限制时，基于VSC-HVDC技术的极停运，同时断开交流断路器Sb,Sd,断开开关元件S2，S5，S7,S10,合上开关元件S3，S4，S8,S9改变极的直流电压极性，而基于LCC-HVDC技术的极的有功功率则迅速增大,补偿VSC-HVDC技术的极的功率维持双极输送有功功率不变,基于VSC-HVDC技术的极在电压极性改变完成后启动，随后混合直流输电系统线性升高双极输送有功功率至设定功率值，潮流反转过程完成。
在上述实施例中相关技术人员应该明白一极直流停运时，另一极直流在理论上是不需要时间而阶跃补偿对极损失的功率维持双极输送有功功率不变，保持双极功率的下降趋势是在同一直线上，但实际上一极直流补偿另一极直流损失的功率是需要一定响应时间的，因而双极功率的下降趋势会短暂偏离直线，之后又会恢复，整个过程中有功功率是连续变化的，因而并不脱离本发明的保护范围。
实施例2：潮流反转过程中双极有功功率变化示意图如图3所示。混合双极直流输电系统潮流反转过程具体包括如下步骤：
(1)获取自动潮流反转启动信号；
(2)以速率k1降低两极直流有功功率,如图3中的A段曲线所示，在下降的过程中保持双极直流有功功率连续下降，同时基于VSC-HVDC技术的极控制两端换流站的净无功功率保持恒定；
(3)基于LCC-HVDC技术的极的直流电流降至最小电流后,功率不在下降，基于VSC-HVDC技术的极的有功功率继续维持原速率下降，保持双极直流有功功率线性下降；如图3中的B段曲线所示；
(4)在双极直流有功功率线性下降至适当值时，基于LCC-HVDC技术的极停运闭锁，并等待一定时间，而基于VSC-HVDC技术的极的有功功率迅速增大，补偿LCC-HVDC技术的极的功率维持双极输送有功功率不变，同时基于VSC-HVDC技术的极控制两端换流站的净无功功率恒定；如图3中的B段曲线所示；
(5)基于VSC-HVDC技术的极的有功功率以速率k2线性下降至零后反转潮流方向，同时有功功率以速率k2开始线性上升；如图3中的C段曲线所示；
(6)待基于VSC-HVDC技术的极的有功功率线性上升至适当值时，基于LCC-HVDC技术的极的电压极性反向并启动，同时减小VSC-HVDC技术的极输送的有功功率维持双极输送有功功率不变；如图3中的C段曲线所示；
(7)当判断到接地极电流或金属中线运行电流不会超过运行限制时，混合直流输电系统继续以速率k3线性升高双极输送有功功率至设定功率值，同时潮流反转过程完成；当判断到接地极电流或金属中线运行电流会超过运行限制时，基于VSC-HVDC技术的极停运，同时断开交流断路器Sb,Sd,断开开关元件S2，S5，S7,S10,合上开关元件S3，S4，S8,S9改变极的直流电压极性，而基于LCC-HVDC技术的极的有功功率则迅速增大,补偿VSC-HVDC技术的极的功率维持双极输送有功功率不变,基于VSC-HVDC技术的极在电压极性改变完成后启动，随后混合直流输电系统线性升高双极输送有功功率至设定功率值，潮流反转过程完成。如图3中的D段曲线所示；
上述方案中：潮流反转功能启动信号是指由运行人员操作潮流反转功能所触发的启动；或由调度人员远程操作潮流反转功能所引起的启动；或由其他控制保护功能触发的启动。
上述方案中：混合直流输电系统每端换流站净无功功率是指换流站内所有参与无功平衡的无功设备所消耗的总无功功率。
上述方案中：在潮流自动反转过程中，潮流自动反转功能可以被终止，潮流自动反转功能被终止后直流系统将保持终止时刻前的功率水平不变。例如双极直流在自动反转过程中，一极保护动作跳闸，则此时两极潮流自动反转过程终止，同时正常运行的极功率转代，维持潮流反转终止时刻前的功率水平不变。
上述方案中：潮流自动反转过程中，交流滤波器既可按照直流正常启停的无功控制逻辑投切，也可以保持已投入的滤波器的运行状态不变，不进行投切操作，运行人员可通过投退功能压板整定选择。
实施例3：本发明还提供一种控制潮流反转的装置，如图4所示，该装置包括潮流反转启动判断单元，有功功率控制单元，无功功率控制单元以及潮流反转停止判断单元，其中
所述潮流反转启动判断单元用于采集潮流反转启动信号，潮流反转启动信号是一个信号，或者几个信号的合成信号；
所述有功功率控制单元用于控制潮流反转过程的有功功率；
所述无功功率控制单元用于控制潮流反转过程的无功功率；
所述潮流反转停止判别单元用于采集潮流反转停止信号，潮流反转停止信号是一个信号，或者几个信号的合成信号。
当潮流反转启动判别单元采集到潮流反转启动信号后，立即通知有功功率控制单元和无功功率控制单元，有功功率控制单元控制混合直流输电系统输送的有功功率连续的由正到负改变，无功功率控制单元控制混合直流输电系统每端换流站的净无功功率在潮流反转过程中保持恒定；当潮流反转停止判别单元采集到潮流反转停止信号后，潮流反转立即终止，并通知有功功率控制单元和无功功率控制单元维持潮流反转终止时刻前的功率水平不变。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (7)

1.一种混合直流输电系统潮流反转控制方法，所述混合直流输电系统至少包括双极且其中一极是基于晶闸管技术的传统直流输电系统LCC-HVDC，一极是基于全控型电力电子器件的柔性直流输电系统Flexible-HVDC，每一极都是一个独立的直流输电子系统,其特征在于，在潮流反转过程中，混合直流输电系统输送的有功功率是连续的由正到负改变的，混合直流输电系统每端换流站的净无功功率在潮流反转过程中保持恒定；
所述的混合直流输电系统输送的有功功率是连续的由正到负改变的是指混合直流输电系统输送的有功功率的曲线在潮流反转过程中是一条过零的直线；或者由多条直线分段构成，但其中包含一条过零的直线。
2.如权利要求1所述的一种混合直流输电系统潮流反转控制方法，其特征在于：所述混合直流输电系统每端换流站净无功功率是指换流站内所有参与无功平衡的无功设备所消耗的总无功功率。
3.如权利要求1所述的一种混合直流输电系统潮流反转控制方法，其特征在于：在潮流自动反转过程中，站间通信故障或者极间通信故障或者保护动作，潮流自动反转功能将被终止，潮流自动反转功能被终止后直流系统将保持终止时刻前的功率水平不变。
4.如权利要求1所述的一种混合直流输电系统潮流反转控制方法，其特征在于：潮流自动反转过程中，基于全控型电力电子器件的一极的直流电压维持当前电压极性不变；或者反转直流电压的极性。
5.如权利要求4所述的一种混合直流输电系统潮流反转控制方法，其特征在于：基于全控型电力电子器件的一极反转直流电压极性是指通过在整流侧换流器和逆变侧换流器两端的直流线路上加装隔离刀闸或直流断路器或两者的组合，通过操作相关刀闸断路器来改变极的直流电压极性；或者通过控制整流侧换流器和逆变侧换流器使换流器电压极性反转。
6.一种混合直流输电系统潮流反转控制装置，其特征在于包括潮流反转启动判断单元，有功功率控制单元，无功功率控制单元以及潮流反转停止判断单元，其中
所述潮流反转启动判断单元用于采集潮流反转启动信号，潮流反转启动信号是一个信号，或者几个信号的合成信号；
所述有功功率控制单元用于控制潮流反转过程的有功功率；
所述无功功率控制单元用于控制潮流反转过程的无功功率；
所述潮流反转停止判别单元用于采集潮流反转停止信号，潮流反转停止信号是一个信号，或者几个信号的合成信号。
7.如权利要求6所述的一种混合直流输电系统潮流反转控制装置，其特征在于：当潮流反转启动判别单元采集到潮流反转启动信号后，立即通知有功功率控制单元和无功功率控制单元，有功功率控制单元控制混合直流输电系统输送的有功功率连续的由正到负改变，无功功率控制单元控制混合直流输电系统每端换流站的净无功功率在潮流反转过程中保持恒定；当潮流反转停止判别单元采集到潮流反转停止信号后，潮流反转立即终止，并通知有功功率控制单元和无功功率控制单元维持潮流反转终止时刻前的功率水平不变。
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混合双极高压直流输电系统的特性研究;郭春义;《中国电机工程学报》;20120405;第32卷(第10期);第98-104页 *

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