CN105826912B - 一种特高压直流系统中非故障极直流电压下降的抑制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种特高压直流系统中非故障极直流电压下降的抑制方法，用于在发生故障后的特高压直流线路重启时，对其造成的非故障极直流电压下降状态进行抑制；实时监测特高压直流输电系统是否发生直流线路故障；若发生直流线路故障，则采用经调制的电流参考值对直流线路故障进行控制调节；若未发生直流线路故障，则采用未经调制的电流参考值对特高压直流输电系统进行控制调节。本发明提出的方法，有效实现了对非故障极直流电压的变化的抑制，同时提升了直流输电系统输送功率的稳定性，进而提高了特高压直流输电系统的运行稳定性及可靠性。

Description

一种特高压直流系统中非故障极直流电压下降的抑制方法

技术领域

本发明涉及特高压直流输电系统领域，具体涉及一种特高压直流系统中非故障极直流电压下降的抑制方法。

背景技术

研究发现，特高压直流输电系统在一极全压800kV，另一极半压400kV运行的情况下，若800kV全压极发生直流线路故障后重启时，400kV非故障极直流电压降低，会引起400kV非故障极低压限流功能启动，400kV非故障极直流功率短时间内会出现大幅下降。本发明开发一种直流线路故障重启时对非故障极直流电压影响的抑制方法，提升直流输电系统输送功率的稳定性。

我国已经运行和在建设的特高压直流工程输电距离多在2000km以上，一方面直流线路故障发生概率相应增加，另一方面，由于长距离双极导线相互感应的增强而产生了一些新的问题，当双极直流线路的一极发生故障后重启时，如果不采取控制措施或采取的措施不合理，会对非故障极输送功率会产生影响，严重时可能危及交直流混联电网的安全稳定运行。

目前国外学者针对高压直流线路的故障机理进行了大量的研究，但是已有的直流控制保护功能设计都是基于本极特征，未考虑一极直流线路故障重启时对非故障极的影响问题；国内外已有的直流控制功能设计都是基于本极故障特征，并没有揭示双极直流输电系统在暂态过程中相互影响对直流系统运行特性带来的影响，未考虑一极直流线路故障重启时对非故障极的影响问题，导致直流线路故障后重启动期间，非故障极低压限流功能动作，引发非故障极功率短时间大幅下降。

发明内容

有鉴于此，本发明提供的一种特高压直流系统中非故障极直流电压下降的抑制方法，有效实现了对非故障极直流电压的变化的抑制，同时提升了直流输电系统输送功率的稳定性，进而提高了特高压直流输电系统的运行稳定性及可靠性。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种特高压直流系统中非故障极直流电压下降的抑制方法，所述方法用于在发生故障后的特高压直流线路重启时，对其造成的非故障极直流电压下降状态进行抑制；所述方法包括如下步骤：

步骤1.实时监测特高压直流输电系统是否发生直流线路故障；

若是，则进入步骤2；

若否，则进入步骤3；

步骤2.采用经调制的电流参考值对所述直流线路故障进行控制调节；

步骤3.采用未经调制的电流参考值对所述特高压直流输电系统进行控制调节。

优选的，所述步骤2包括：

2-1.根据特高压直流输电系统发生的直流线路故障的故障信号，选择所述电流参考值；

2-2.调制所述电流参考值，在发生直流线路故障的15至30ms后，采用经调制的电流参考值对所述直流线路故障进行控制调节。

优选的，所述步骤2-2包括：

a.根据非故障极直流电压与电压参考值的差值，经过PID环节生成电流参考值的附加调节量；

b.在对极发生直流线路故障及故障极直流线路故障后重启动时，分别补偿故障极损失的功率并减小直流电流参考值与直流电流值的差值；

c.对所述电流参考值的附加调节量与滤波输出的值求和，得到调制后的所述电流参考值的输出。

优选的，所述步骤a包括：

a-1.对非故障极直流电压参考值与直流电压测量值进行求差计算，得到差值；

a-2.根据所述差值，经PID模块生成所述电流参考值的附加调节量；

a-3.在直流电压降低时，采用增大直流电流参考值、减小直流电流参考值与直流电流的差值的方式，抑制健全极触发角的增大，生成直流线路重启时，用于直流控制调节的非故障极调制后的直流电流参考值。

优选的，所述步骤a包括：

a-4.根据故障极与非故障极直流线路间的互感及非故障极直流电压变化，生成直流电流参考值附加调节量；

a-5.在直流电压降低时，采用增大直流电流参考值、减小直流电流参考值与直流电流的差值的方式，抑制健全极触发角的增大，从而抑制特高压直流线路故障后重启时，对非故障极直流电压的下降。

优选的，所述步骤b包括：

b-1.在对极发生直流线路故障时，非故障极在时间段一后对直流电流参考值进行滤波输出；

b-2.在故障极直流线路故障后重启动时，非故障极在时间段二后对直流电流参考值进行滤波输出。

优选的，所述步骤b-1包括：

在对极发生直流线路故障时，非故障极在时间段一后对直流电流参考值进行滤波输出，补偿故障极损失的功率；

其中，所述时间段一为3至5ms。

优选的，所述步骤b-2包括：

在故障极直流线路故障后重启动时，非故障极在时间段二后对直流电流参考值进行滤波输出；减小直流电流参考值与直流电流值的差值，抑制非故障极触发角的增大，从而抑制特高压直流线路故障后重启时非故障极直流电压的下降；

其中，所述时间段二为100至300ms。

从上述的技术方案可以看出，本发明提供了一种特高压直流系统中非故障极直流电压下降的抑制方法，用于在发生故障的特高压直流线路重启时造成的非故障极直流电压下降状态进行抑制；实时监测特高压直流输电系统是否发生直流线路故障；若发生直流线路故障，则采用经调制的电流参考值对直流线路故障进行控制调节；若未发生直流线路故障，则采用未经调制的电流参考值对特高压直流输电系统进行控制调节。本发明提出的方法，有效实现了对非故障极直流电压的变化的抑制，同时提升了直流输电系统输送功率的稳定性，进而提高了特高压直流输电系统的运行稳定性及可靠性。

与最接近的现有技术比，本发明提供的技术方案具有以下优异效果：

1、本发明所提供的技术方案中，在一极发生直流线路故障后重启过程中，依据非故障极直流电压变化生成直流电流参考值附加调节量，同时非故障极依据故障极直流线路故障信号自动调整直流电流参考值，抑制特高压直流线路故障重启时对非故障极直流电压的影响，从而提高非故障极直流输送功率的稳定性。

2、本发明所提供的技术方案，有效实现了对非故障极直流电压的变化的抑制，同时提升了直流输电系统输送功率的稳定性，进而提高了特高压直流输电系统的运行稳定性及可靠性。

3、本发明提供的技术方案，应用广泛，具有显著的社会效益和经济效益。

附图说明

图1是本发明的一种特高压直流系统中非故障极直流电压下降的抑制方法的流程图；

图2是本发明的抑制方法中步骤2的流程示意图；

图3是本发明的抑制方法的具体应用例中的抑制方法的过程示意图；

图4是本发明的抑制方法的具体应用例中的特高压直流系统极I直流线路故障，极II输出波形图；

图5是本发明的抑制方法的具体应用例中的特高压直流系统极I直流线路故障，极II波形图。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，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他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明提供一种特高压直流系统中非故障极直流电压下降的抑制方法，方法用于在发生故障后的特高压直流线路重启时，对其造成的非故障极直流电压下降状态进行抑制；

包括如下步骤：

步骤1.实时监测特高压直流输电系统是否发生直流线路故障；

若是，则进入步骤2；

若否，则进入步骤3；

步骤2.采用经调制的电流参考值对直流线路故障进行控制调节；

步骤3.采用未经调制的电流参考值对特高压直流输电系统进行控制调节。

如图2所示，步骤2包括：

2-1.根据特高压直流输电系统发生的直流线路故障的故障信号，选择电流参考值；

2-2.调制电流参考值，在发生直流线路故障的15至30ms后，采用经调制的电流参考值对直流线路故障进行控制调节。

其中，步骤2-2包括：

a.根据非故障极直流电压与电压参考值的差值，经过PID环节生成电流参考值的附加调节量；

b.在对极发生直流线路故障及故障极直流线路故障后重启动时，分别补偿故障极损失的功率并减小直流电流参考值与直流电流值的差值；

c.对电流参考值的附加调节量与滤波输出的值求和，得到调制后的电流参考值的输出。

其中，步骤a包括：

a-1.对非故障极直流电压参考值与直流电压测量值进行求差计算，得到差值；

a-2.根据差值，经PID模块生成电流参考值的附加调节量；

a-3.在直流电压降低时，采用增大直流电流参考值、减小直流电流参考值与直流电流的差值的方式，抑制健全极触发角的增大，生成直流线路重启时，用于直流控制调节的非故障极调制后的直流电流参考值。

其中，步骤a包括：

a-4.根据故障极与非故障极直流线路间的互感及非故障极直流电压变化，生成直流电流参考值附加调节量；

a-5.在直流电压降低时，采用增大直流电流参考值、减小直流电流参考值与直流电流的差值的方式，抑制健全极触发角的增大，从而抑制特高压直流线路故障后重启时，对非故障极直流电压的下降。

其中，步骤b包括：

b-1.在对极发生直流线路故障时，非故障极在时间段一后对直流电流参考值进行滤波输出；

b-2.在故障极直流线路故障后重启动时，非故障极在时间段二后对直流电流参考值进行滤波输出。

其中，步骤b-1包括：

在对极发生直流线路故障时，非故障极在时间段一后对直流电流参考值进行滤波输出，补偿故障极损失的功率；

其中，时间段一为3至5ms。

其中，步骤b-2包括：

在故障极直流线路故障后重启动时，非故障极在时间段二后对直流电流参考值进行滤波输出；减小直流电流参考值与直流电流值的差值，抑制非故障极触发角的增大，从而抑制特高压直流线路故障后重启时非故障极直流电压的下降；

其中，时间段二为100至300ms。

如图3所示，本发明提供一种特高压直流系统中非故障极直流电压下降的抑制方法的具体应用例，如下：

在直流输电系统未发生直流线路故障时，直流电流参考值采用未经过调制的电流参考值进行控制调节，当对极发生直流线路故障时，采用经过调制的电流参考值进行控制调节，电流参考值的选择通过对极直流线路故障信号来实现，在对极发生直流线路故障后延时20ms选择经过调制的电流参考值进行控制调节。

直流电流参考值的调制通过两部分来实现，两部分输出相加求和后作为调制后直流电流参考值输出。一部分依据非故障极直流电压与电压参考值的差值，经过PID环节生成电流参考值的附加调节量；另一部分在对极发生直流线路故障时，非故障极选择3ms时间常数对直流电流参考值滤波输出，在故障极直流线路故障后重启动时，非故障极选择200ms时间常数对直流电流参考值滤波输出。

依据非故障极直流电压变化生成直流电流参考值附加调节量方法：非故障极直流电压参考值与直流电压测量值经过求差模块获得差值，经过PID模块生成附加调节量，在直流电压降低时采用调节直流电流参考值增大，减小直流电流参考值与直流电流的差值，抑制健全极触发角的增大，生成对极直流线路故障重启时非故障极调制后的直流电流参考值用于直流控制调节。

如图4所示，特高压直流输电系统，极I全压800kV，极II半压400kV运行，极I发生直流线路故障后重启时，由于双极直流线路间互感的影响，在极II产生感应电压和感应电流，引起极II直流电流增大，极II触发角增大以减小直流电流，引起极II直流电压降低。当极II直流电压降低到低压限流功能定值时，引起低压限流功能动作，降低直流电流参考值，引起极II直流功率发生大幅波动。

针对双极直流线路间互感对非故障极直流电压的影响，依据非故障极直流电压变化生成直流电流参考值附加调节量，在直流电压降低时调节直流电流参考值增大，减小直流电流参考值与直流电流的差值，抑制健全极触发角的增大，从而实现抑制特高压直流线路故障重启时对非故障极直流电压影响。

依据故障极直流线路故障信号调节非故障极直流电流参考值方法，在对极发生直流线路故障时，选择3ms时间常数对非故障极直流电流参考值滤波输出，快速补偿故障极损失的功率；故障极功率恢复时，选择200ms时间常数对非故障极直流电流参考值滤波输出，减小直流电流参考值与直流电流值的差值。

研究发现，如图4所示，极I直流线路发生故障，极I直流电流降为零，由于处于双极功率控制模式，极II转代部分极I损失的功率，极II直流电流参考值增大，极II运行电流跟随电流参考值变大。在极I直流线路故障消除后功率恢复过程中，极II直流电流参考值需要恢复到故障前电流参考值，由于双极直流线路间互感的影响，引起极II直流电流增大，极II直流电流参考值的减小进一步增大了极II电流参考值与极II直流电流的差值，极II整流侧电流调节器会进一步增大触发角来降低整流侧电压，以期减小直流电流值，导致极II直流电压进一步降低，引起低压限流功能动作，降低直流电流参考值，引起极II直流功率发生大幅波动。

依据故障极直流线路故障信号调节非故障极直流电流参考值，在对极发生直流线路故障时，快速补偿故障极损失的功率，在直流线路故障后重启动时，采用200ms时间常数对直流电流参考值进行滤波输出，减小直流电流参考值与直流电流的差值，抑制非故障极触发角的增大，从而实现抑制特高压直流线路故障重启时对非故障极直流电压影响。

采用抑制特高压直流线路故障重启时对非故障极直流电压影响的方法，极I全压800kV，极II半压400kV运行时，进行极I直流线路故障重启时对极II直流电压影响的仿真研究，如图5所示，采用抑制特高压直流线路故障重启时对非故障极直流电压影响的方法后，在对极发生直流线路故障后，非故障极采用经过调制的电流参考值参与直流电流调节控制，减小了直流电流参考值与直流电流的差值，抑制非故障极触发角的增大，非故障极直流电压的变化得到抑制，直流输送功率的稳定性得到提升。

其中，低压限流功能的主要功能是在发生交直流系统故障时，随着直流电压的降低，控制系统减小直流电流；故障恢复之后，随着直流电压的升高，控制系统逐渐恢复直流电流。低压限流功能的作用包括：直流线路故障切除后，为重启动创造条件；在换相失败发生后有利于交直流系统的恢复，避免发生连续换相失败等。

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，而这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (6)

1.一种特高压直流系统中非故障极直流电压下降的抑制方法，所述方法用于在发生故障后的特高压直流线路重启时，对其造成的非故障极直流电压下降状态进行抑制；其特征在于，所述方法包括如下步骤：

步骤1.实时监测特高压直流输电系统是否发生直流线路故障；

若是，则进入步骤2；

若否，则进入步骤3；

步骤2.采用经调制的电流参考值对所述直流线路故障进行控制调节；

步骤3.采用未经调制的电流参考值对所述特高压直流输电系统进行控制调节；

所述步骤2包括：

2-1.根据特高压直流输电系统发生的直流线路故障的故障信号，选择所述电流参考值；

2-2.调制所述电流参考值，在发生直流线路故障的15至30ms后，采用经调制的电流参考值对所述直流线路故障进行控制调节；

所述步骤2-2包括：

a.根据非故障极直流电压与电压参考值的差值，经过PID环节生成电流参考值的附加调节量；

b.在对极发生直流线路故障及故障极直流线路故障后重启动时，分别补偿故障极损失的功率并减小直流电流参考值与直流电流值的差值；

c.对所述电流参考值的附加调节量与滤波输出的值求和，得到调制后的所述电流参考值的输出。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤a包括：

a-1.对非故障极直流电压参考值与直流电压测量值进行求差计算，得到差值；

a-2.根据所述差值，经PID模块生成所述电流参考值的附加调节量；

a-3.在直流电压降低时，采用增大直流电流参考值、减小直流电流参考值与直流电流的差值的方式，抑制健全极触发角的增大，生成直流线路重启时，用于直流控制调节的非故障极调制后的直流电流参考值。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤a包括：

a-4.根据故障极与非故障极直流线路间的互感及非故障极直流电压变化，生成直流电流参考值附加调节量；

a-5.在直流电压降低时，采用增大直流电流参考值、减小直流电流参考值与直流电流的差值的方式，抑制健全极触发角的增大，从而抑制特高压直流线路故障后重启时，对非故障极直流电压的下降。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤b包括：

b-1.在对极发生直流线路故障时，非故障极在时间段一后对直流电流参考值进行滤波输出；

b-2.在故障极直流线路故障后重启动时，非故障极在时间段二后对直流电流参考值进行滤波输出。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤b-1包括：

在对极发生直流线路故障时，非故障极在时间段一后对直流电流参考值进行滤波输出，补偿故障极损失的功率；

其中，所述时间段一为3至5ms。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤b-2包括：

在故障极直流线路故障后重启动时，非故障极在时间段二后对直流电流参考值进行滤波输出；减小直流电流参考值与直流电流值的差值，抑制非故障极触发角的增大，从而抑制特高压直流线路故障后重启时非故障极直流电压的下降；

其中，所述时间段二为100至300ms。

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