CN105322529A - 一种直流输电系统的正向斜率控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种直流输电系统的正向斜率控制方法，该方法包括：(1)确定正向斜率控制与直流输电系统运行参量的函数关系；(2)确定正向斜率曲线的斜率；(3)分析正向斜率曲线的斜率对直流输电系统运行性能的影响；(4)对正向斜率曲线控制进行优化。本发明提出了正向斜率控制对系统运行特性的影响，及运行特性的改进方法，为直流工程控制策略设计提供了依据。

Description

一种直流输电系统的正向斜率控制方法

技术领域

本发明涉及一种直流输电系统的控制方法，具体涉及一种直流输电系统的正向斜率控制方法。

背景技术

实际工程中，直流输电系统等效电路如图1所示，往往采用整流侧平波电抗器(记作L_d)出口处电压(记作U_d)，电流(记作I_d)表示系统运行特性。图中U_d0r表示整流侧理想空载电压；d_xr表示整流侧比换相压降；U_d0i表示逆变侧侧理想空载电压；d_xi表示逆变侧比换相压降；R表示直流线路电阻；L表示直流线路电感；C表示直流线路电容。

额定工况下，整流侧运行于定电流控制，逆变侧运行于定最小关断角(记作γ0)控制。逆变侧控制方式在定关断角控制和定电流控制过渡部分，设置一段过渡性控制方式，在系统U-I特性曲线中呈现为正斜率的直线，称为正向斜率控制。经常在逆变器的定电流控制和定最小关断角控制之间引入一个斜率为正的特性，如图2所示，避免直流电流在两个定值之间来回振荡。

发明内容

本发明提供一种直流输电系统的正向斜率控制方法，该方法提出了正向斜率控制的实现方法，建立了直流输电系统运行参量与正向斜率控制特征参数之间的函数关系，分析了影响正向斜率控制效果的关键因素，研究了正向斜率控制在不同控制参量之下，系统动态运行性能的优劣，提出了根据系统要求配置正向斜率控制的方法。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

本发明提供一种直流输电系统的正向斜率控制方法，其改进之处在于，所述方法包括下述步骤：

(1)确定正向斜率控制与直流输电系统运行参量的函数关系；

(2)确定正向斜率曲线的斜率；

(3)分析正向斜率曲线的斜率对直流输电系统运行性能的影响；

(4)对正向斜率曲线控制进行优化。

进一步地，所述步骤(1)中，所述步骤(1)中，正向斜率控制与直流输电系统运行参量的函数关系包括用逆变侧参数(1)表示的直流输电系统伏安关系：

U_d＝U_d0icosγ-I_d(d_xi-R)1)；

式中，γ为系统关断角；

当直流输电系统运行电流与额定电流存在偏差(增加或减小ΔI_d)时，改变关断角，实现直流输电系统运行电压随电流线性变化，关断角的变化量为：

$\begin{array}{c}\mathrm{\Δ\γ}=\mathrm{\λ}\·\mathrm{\Δ}{I}_{d*}\\ \mathrm{\λ}=\frac{(d_{\mathrm{xi}}-R)(1-k)I_{\mathrm{dN}}+(1-\mathrm{\ξ})U_{\mathrm{dN}}}{U_{d0i}\·\sin {\mathrm{\γ}}_0\·(1-k)}\end{array}---2);$

式中，U_dN和I_dN分别表示额定运行电压和运行电流；ΔI_d*为ΔI_d的标幺值，基准值为额定运行电流I_dN；k和ξ均为小于1的比例系数，由直流输电系统运行要求决定，取0.8～0.9；λ表示表述方便定义的常数；U_d0i表示逆变侧侧理想空载电压；d_xi表示逆变侧比换相压降；R表示直流线路电阻；γ₀表示最小关断角。

进一步地，所述步骤(2)中，正向斜率控制的斜率的取值决定直流输电系统的运行特性；将正向斜率控制的斜率记作K，采用直流输电系统参数表示为：

$K=\mathrm{\λ}\frac{U_{d0i}\·\sin {\mathrm{\γ}}_0}{I_{\mathrm{dN}}}+R-d_{\mathrm{xi}}---3);$

式中：I_dN表示额定运行电流；U_d0i表示逆变侧侧理想空载电压；d_xi表示逆变侧比换相压降；R表示直流线路电阻；γ₀表示最小关断角。

进一步地，所述步骤(3)中，如果λ取值导致直流输电系统U_d—I_d曲线斜率为0时，直流电压测量和处理等环节如果出现负偏差时，导致正向斜率控制无法被选中，逆变侧直接过渡到定电流控制，控制方式转换过程不平滑；反之，如果λ取值使得直流输电系统U_d—I_d曲线斜率大于等于1，定电流控制和定最小关断角控制之间不存在选择混淆的问题。

进一步地，所述步骤(4)中，对正向斜率曲线控制进行优化包括对正向斜率控制的斜率K以及λ取值的优化。

与现有技术比，本发明达到的有益效果是：

1、通过数学推导，得到了系统参量与正向斜率控制曲线斜率间的函数关系；

2、提出了正向斜率控制对系统运行特性的影响，及运行特性的改进方法，为直流工程控制策略设计提供了依据。

附图说明

图1是直流输电系统等效电路图；

图2是正向斜率控制示意图；

图3是本发明提供的直流输电系统的正向斜率控制方法的流程图；

图4是本发明提供的电压随电流变化的运行结果示意图；

图5是本发明提供的λ取不同值下的直流输电系统运行特性示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

本发明提供了一种直流输电系统的正向斜率控制方法，建立了电流偏差与逆变侧关断角增量之间的函数关系，具体步骤如图3所示，具体描述如下：

(1)确定正向斜率控制与直流输电系统运行参量的函数关系；

正向斜率控制与直流输电系统运行参量的函数关系包括直流输电系统伏安关系，所述直流输电系统伏安关系用逆变侧参数表示：

U_d＝U_d0icosγ-I_d(d_xi-R)1)；

式中，γ为系统关断角；

当直流输电系统运行电流与额定电流存在偏差(增加或减小ΔI_d)时，改变关断角，实现直流输电系统运行电压随电流线性变化，关断角的变化量为：

$\begin{array}{c}\mathrm{\Δ\γ}=\mathrm{\λ}\·\mathrm{\Δ}{I}_{d*}\\ \mathrm{\λ}=\frac{(d_{\mathrm{xi}}-R)(1-k)I_{\mathrm{dN}}+(1-\mathrm{\ξ})U_{\mathrm{dN}}}{U_{d0i}\·\sin {\mathrm{\γ}}_0\·(1-k)}\end{array}---2);$

式中，U_dN和I_dN分别表示额定运行电压和运行电流；ΔI_d*为ΔI_d的标幺值，基准值为额定运行电流I_dN；k和ξ均为小于1的比例系数，由直流输电系统运行要求决定，取0.8～0.9；λ分别表示表述方便定义的常数；U_d0i表示逆变侧侧理想空载电压；d_xi表示逆变侧比换相压降；R表示直流线路电阻；γ₀表示最小关断角。

系统中设置正向斜率控制后，其电压随电流变化的运行结果如图4所示，图中u(t)和i(t)分别表示电压波形和电流波形。

(2)确定正向斜率曲线的斜率：

直流系统U_d—I_d特性正向斜率部分起点为额定运行点，电压电流均取额定值，因此其斜率的取值唯一决定了系统在这一控制策略下的运行特性。因此，在选定电流偏差值与关断角偏差关系之后，还需要考核对应的直流系统U_d—I_d曲线的斜率，将正向斜率控制的斜率记作K，采用直流输电系统参数表示为：

$K=\mathrm{\λ}\frac{U_{d0i}\·\sin {\mathrm{\γ}}_0}{I_{\mathrm{dN}}}+R-d_{\mathrm{xi}}---3);$

式中：I_dN表示额定运行电流；U_d0i表示逆变侧侧理想空载电压；d_xi表示逆变侧比换相压降；R表示直流线路电阻；γ₀表示最小关断角。

(3)分析正向斜率曲线的斜率对直流输电系统运行性能的影响；

上述3)式中各一次系统参量在系统主电路设计中已经确定，一般不受控制系统参数的约束；最小关断角主要由晶闸管反向恢复时间等条件决定，各个工程偏差不大；因此λ对斜率的影响较大，取不同值下的系统运行特性如图5所示。

由图可知，如果λ取值较小，直流系统U_d—I_d曲线斜率较大，直流电压测量和处理等环节如果出现负偏差时，可能导致正向斜率控制无法被选中，逆变侧直接过渡到定电流控制，系统电流损失较大，且电流波动较大，控制方式转换过程不平滑；如果λ取值较大，系统电流降低较快，虽能很好的实现正向功率配置目的，但系统功率损失也大。具体为：

如果λ取值导致直流输电系统U_d—I_d曲线斜率为0时，直流电压测量和处理等环节如果出现负偏差时，导致正向斜率控制无法被选中，逆变侧直接过渡到定电流控制，控制方式转换过程不平滑；反之，如果λ取值使得直流输电系统U_d—I_d曲线斜率大于等于1，定电流控制和定最小关断角控制之间不存在选择混淆的问题。

(4)对正向斜率曲线控制进行优化：

由上述分析可知，正向斜率控制对系统运行性能会产生影响，在工程应用中，需要运行要求，优化K的取值，如果初步设计不合理，需要改变λ的取值，进而改进系统运行性能。

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 (5)

1.一种直流输电系统的正向斜率控制方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：

(1)确定正向斜率控制与直流输电系统运行参量的函数关系；

(2)确定正向斜率曲线的斜率；

(3)分析正向斜率曲线的斜率对直流输电系统运行性能的影响；

(4)对正向斜率曲线控制进行优化。

2.如权利要求1所述的正向斜率控制方法，其特征在于，所述步骤(1)中，正向斜率控制与直流输电系统运行参量的函数关系包括用逆变侧参数(1)表示的直流输电系统伏安关系：

U_d＝U_d0icosγ-I_d(d_xi-R)1)；

式中，γ为系统关断角；

当直流输电系统运行电流与额定电流存在偏差(增加或减小ΔI_d)时，改变关断角，实现直流输电系统运行电压随电流线性变化，关断角的变化量为(2)式所示：

$\begin{array}{c}\mathrm{\Δ\γ}=\mathrm{\λ}\·\mathrm{\Δ}{I}_{d*}\\ \mathrm{\λ}=\frac{(d_{\mathrm{xi}}-R)(1-k)I_{\mathrm{dN}}+(1-\mathrm{\ξ})U_{\mathrm{dN}}}{U_{d0i}\·\sin {\mathrm{\γ}}_0\·(1-k)}\end{array}---2);$

式中，U_dN和I_dN分别表示额定运行电压和运行电流；ΔI_d*为ΔI_d的标幺值，基准值为额定运行电流I_dN；k和ξ均为小于1的比例系数，由直流输电系统运行要求决定，取0.8～0.9；λ表示表述方便定义的常数；U_d0i表示逆变侧侧理想空载电压；d_xi表示逆变侧比换相压降；R表示直流线路电阻；γ₀表示最小关断角。

3.如权利要求1所述的正向斜率控制方法，其特征在于，所述步骤(2)中，正向斜率控制的斜率的取值决定直流输电系统的运行特性；将正向斜率控制的斜率用直流输电系统参数(3)表示：

$K=\mathrm{\λ}\frac{U_{d0i}\·\sin {\mathrm{\γ}}_0}{I_{\mathrm{dN}}}+R-d_{\mathrm{xi}}---3);$

式中：I_dN表示额定运行电流；U_d0i表示逆变侧侧理想空载电压；d_xi表示逆变侧比换相压降；R表示直流线路电阻；γ₀表示最小关断角。

4.如权利要求1所述的正向斜率控制方法，其特征在于，所述步骤(3)中，如果λ取值导致直流输电系统U_d—I_d曲线斜率为0时，直流电压测量和处理等环节如果出现负偏差时，导致正向斜率控制无法被选中，逆变侧直接过渡到定电流控制，控制方式转换过程不平滑；反之，如果λ取值使得直流输电系统U_d—I_d曲线斜率大于等于1，定电流控制和定最小关断角控制之间不存在选择混淆的问题。

5.如权利要求1所述的正向斜率控制方法，其特征在于，所述步骤(4)中，对正向斜率曲线控制进行优化包括对正向斜率控制的斜率K以及λ取值的优化。