CN105552893B - 一种直流频率限制器控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种直流频率限制器控制方法，包括：获取孤岛电网的频率f；判断所述孤岛电网的频率f是否超出频率限制器的限制范围；确定整流站从交流系统吸收的无功功率Qs；确定整流站从交流系统吸收的无功功率变化率K；根据f和K控制频率限制器。本发明提供的方法，能够保证当送端系统交直流出现功率不平衡扰动时，频率限制控制器能够发挥其调节灵活、快速、精确度高的优点，对系统扰动后频率稳定起到积极作用，同时降低交流系统故障后交直流系统电压跌落的风险，提高直流送端孤岛电网暂态电压稳定性。

Description

一种直流频率限制器控制方法
技术领域
本发明涉及电力系统领域，具体涉及一种直流频率限制器控制方法。
背景技术
由于我国能源产能中心与用电负荷中心呈逆向分布，决定了我国的未来的输电格局将是大电源、大电网和大容量输电。直流输电在远距离送电上的优势将在西电东送和全国联网中发挥重要作用。目前，我国已投运的±800kV楚穗特高压直流额定容量为5000MW，其配套水电厂远离换流站，采用直流送端孤岛运行方式将电力送至负荷中心。
送端孤岛电网中，发电机转动惯量和直流换流母线短路容量均较小，扰动冲击易造成孤岛电网频率、电压波动，进而威胁孤岛电网稳定运行。仅依靠原动机、调速器调节难以快速平抑频率波动和精细控制。直流系统需要通过功率调制控制快速补偿扰动引起的功率盈缺，提升孤岛系统稳定运行能力。频率限制控制器(FLC)作为一种重要的直流调制手段，能够提高送端孤岛系统抵御功率扰动的能力，增强孤岛系统频率的稳定性。
当交流系统发生短路故障时，会引起局部范围内的潮流转移，进而引起局部地区电压降低和直流功率波动，在直流功率恢复期间，交流系统频率波动会使频率限制控制器动作，由此造成的直流功率改变可能会影响交流系统的暂态电压稳定性。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种直流频率限制器控制方法，能够保证当送端系统交直流出现功率不平衡扰动时，频率限制控制器能够发挥其调节灵活、快速、精确度高的优点，对系统扰动后频率稳定起到积极作用，同时降低交流系统故障后交直流系统电压跌落的风险，提高直流送端孤岛电网暂态电压稳定性。
本发明的目的是采用下述技术方案实现的：
一种直流频率限制器控制方法，其改进之处在于，所述方法包括：
(1)获取孤岛电网的频率f；
(2)判断所述孤岛电网的频率f是否超出频率限制器的限制范围，若是，则执行步骤(3)，若否，则返回步骤(1)；
(3)确定整流站从交流系统吸收的无功功率Qs；
(4)确定整流站从交流系统吸收的无功功率变化率K；
(5)根据f和K控制频率限制器。
优选的，所述步骤(1)中，测量整流站换流母线的频率，即为所述孤岛电网的频率f。
优选的，所述步骤(2)中，所述频率限制器的限制范围为[49.9Hz,50.1Hz]，若f＜49.9或f＞50.1，则所述孤岛电网的频率f超出频率限制器的限制范围。
优选的，所述步骤(3)中，确定整流站从交流系统吸收的无功功率Qs的公式为：
Qs＝Qc-Qf+Qr (1)
式(1)中，Qc为换流器消耗的无功功率，Qf为滤波器产生的无功功率，Qr为电抗器消耗的无功功率。
优选的，所述步骤(4)中，确定整流站从交流系统吸收的无功功率变化率K的公式为：
Figure BDA0000893935490000021
优选的，所述步骤(5)中，若f＞50.1且K＞0或者f＜49.9且K＜0，则启动所述频率限制器，否则退出所述频率限制器。
与最接近的现有技术相比，本发明具有的有益效果：
本发明提供的一种直流频率限制器控制方法，利用整流器吸收无功功率变化率响应判断何时启动频率限制器，可以避免在交流系统扰动时，频率限制器通过改变直流功率引起整流站与交流系统无功不平衡，进而导致电压失稳。提高了送端电网的暂态电压稳定性。
附图说明
图1是本发明提供的一种直流频率限制器控制方法流程图；
图2是发明实施例中整流站控制系统结构示意图；
图3是本发明实施例中直流送端孤岛系统暂态响应情况下整流站换流母线电压的仿真结果示意图；
图4是本发明实施例中直流送端孤岛系统暂态响应情况下孤岛电网频率的仿真结果示意图；
图5是本发明实施例中直流送端孤岛系统暂态响应情况下直流功率的仿真结果示意图。
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。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种直流频率限制器控制方法，如图1所示，包括：
(1)获取孤岛电网的频率f；
(2)判断所述孤岛电网的频率f是否超出频率限制器的限制范围，若是，则执行步骤(3)，若否，则返回步骤(1)；
其中，所述频率限制器的限制范围能够通过人工设定；
(3)确定整流站从交流系统吸收的无功功率Qs；
(4)确定整流站从交流系统吸收的无功功率变化率K；
(5)根据f和K控制频率限制器。
其中，本发明提供了一种直流频率限制器控制方法能够应用于整流站控制系统中，如图2所示，整流站控制系统中P为直流功率指令值，U为直流电压，I为直流电流，α为整流站触发角。频率限制器以交流系统的频率偏差作为输入信号，经过比例积分控制器得到直流功率附加调节信号△P补偿系统有功盈缺，起到抑制系统频率波动的作用。直流系统整流侧采用定功率控制，直流功率指令值P与直流功率附加调节信号△P之和除以直流电压U得到直流电流I，经过比例积分控制器得到整流站触发角α，实现对整流站系统的控制。
具体的，所述步骤(1)中，测量整流站换流母线的频率，即为所述孤岛电网的频率f。
所述步骤(2)中，所述频率限制器的限制范围为[49.9Hz,50.1Hz]，若f＜49.9或f＞50.1，则所述孤岛电网的频率f超出频率限制器的限制范围。
所述步骤(3)中，确定整流站从交流系统吸收的无功功率Qs的公式为：
Qs＝Qc-Qf+Qr (1)
式(1)中，Qc为换流器消耗的无功功率，Qf为滤波器产生的无功功率，Qr为电抗器消耗的无功功率。
所述步骤(4)中，确定整流站从交流系统吸收的无功功率变化率K的公式为：
Figure BDA0000893935490000031
所述步骤(5)中，若f＞50.1且K＞0或者f＜49.9且K＜0，则启动所述频率限制器，否则退出所述频率限制器。
实施例：
本发明提供一种直流频率限制器控制的实施例，以楚穗特高压直流输电系统8机4线运行方式孤岛送出功率模型为例，收集楚穗直流孤岛电网数据，利用电力系统机电暂态仿真软件PSD-BPA建立直流送端孤岛电网潮流稳态仿真计算模型以及机电暂态仿真计算模型。
(1)获取孤岛电网的频率f；
当小湾—楚雄换流站500kV线路发生三相永久短路跳单回线故障，系统检测到楚雄换流站母线频率f；
(2)判断所述孤岛电网的频率f是否超出频率限制器的限制范围，若是，则执行步骤(3)，若否，则返回步骤(1)；
将楚穗直流频率限制器频差死区限制范围设置为±0.1Hz，发生故障后，楚雄换流站交流母线频率逐渐升高，当孤岛电网频率高于50.1Hz时需要进一步计算无功功率变化率；
(3)确定整流站从交流系统吸收的无功功率Qs；
根据公式(1)确定整流站从交流系统吸收的无功功率Qs；
(4)确定整流站从交流系统吸收的无功功率变化率K；
故障持续0.1s后切除小湾—楚雄换流站一回交流线路，整流站母线电压快速恢复，使滤波器无功补偿输出增大，整流站从交流系统吸收的无功功率减小，即
Figure BDA0000893935490000041
(5)根据f和K控制频率限制器。
由频率限制器启动判据可知，当频率大于上限值50.1Hz时，整流站吸收无功功率变化率小于零，则频率限制器退出，使整流器的无功需求减少，楚雄换流站母线电压可以恢复到1.0pu。
上述故障情况下，直流孤岛送电系统的暂态响应情况如图3、4和5所示，图中
Figure BDA0000893935490000042
线和■线分别为传统频率限制器和采用本实施方式下的系统仿真曲线，分别为楚雄换流站交流母线电压、孤岛电网频率和直流功率。
若采取传统频率限制器控制方法，由于直流外送功率减小，送端机组有功功率过剩，引起孤岛电网频率上升至51Hz，超出频率限制上限值，频率限制功能激活并对直流功率进行调制，提升直流功率以减小孤岛电网频率偏差。整流器在定功率控制下迅速增大直流电流，使整流器吸收的无功增多，同时大量潮流转移会导致另一回线路无功需求增大，而送端提供的无功严重不足，使无功不平衡进入恶性循环，楚雄换流站电压逐渐下降至0.8pu不能恢复，孤岛系统频率偏差逐渐增大，直流功率下降为4400MW。而采用本实施方案退出频率限制器后，系统能恢复到稳态运行水平。
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保护范围之内。

Claims (5)

1.一种直流频率限制器控制方法，其特征在于，所述方法包括：
(1)获取孤岛电网的频率f；
(2)判断所述孤岛电网的频率f是否超出频率限制器的限制范围，若是，则执行步骤(3)，若否，则返回步骤(1)；
(3)确定整流站从交流系统吸收的无功功率Qs；
(4)确定整流站从交流系统吸收的无功功率变化率K；
(5)根据f和K控制频率限制器；
所述步骤(5)中，若f＞50.1Hz且K＞0或者f＜49.9Hz且K＜0，则启动所述频率限制器，否则退出所述频率限制器。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中，测量整流站换流母线的频率，即为所述孤岛电网的频率f。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)中，所述频率限制器的限制范围为[49.9Hz,50.1Hz]，若f＜49.9Hz或f＞50.1Hz，则所述孤岛电网的频率f超出频率限制器的限制范围。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(3)中，确定整流站从交流系统吸收的无功功率Qs的公式为：
Qs＝Qc-Qf+Qr (1)
式(1)中，Qc为换流器消耗的无功功率，Qf为滤波器产生的无功功率，Qr为电抗器消耗的无功功率。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(4)中，确定整流站从交流系统吸收的无功功率变化率K的公式为：
Figure FDA0002294259310000011
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