CN106451432A - 多直流馈入系统故障后的协调恢复控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多直流馈入系统故障后的协调恢复控制方法，属于电力系统运行控制技术领域。本发明采用系统故障后的协调恢复策略，根据系统中各直流子系统的多馈入直流功率恢复强度进行渐进式电流恢复，并在多馈入直流功率恢复强度的计算中综合考虑了各直流子系统的传输功率、多馈入受端交流系统的强度、多直流馈入系统的结构以及各直流子系统的相互作用，从而有效提高了故障后恢复阶段系统的暂态稳定性，大大降低了恢复阶段发生后续换相失败甚至系统电压失稳的可能性。

Description

多直流馈入系统故障后的协调恢复控制方法

技术领域

本发明涉及电力系统运行控制技术领域，尤其涉及一种多直流馈入系统故障后的协调恢复控制方法。

背景技术

近年来随着我国高压直流输电工程的大量建设，电能需求较大的负荷中心逐渐形成有多个直流落点的“多直流馈入系统”，多直流馈入系统的可以很好的解决电能的长距离传输和电力短缺问题，但多回直流与交流系统的混合大大增加了电网结构的复杂性，给电网的运行控制带来了很大的挑战，其中多直流馈入系统故障后各直流子系统的功率恢复方案的选择是电网稳定运行的重要问题之一。

由于多直流馈入系统中各直流子系统间的相互联系较为紧密，当受端交流系统发生故障后很可能导致多回直流同时或相继的连锁换相失败，由于我国的高压直流输电系统直流传输容量很大，有很高的无功需求，故障后直流换流站的无功补偿设备的无功出力因为换流母线电压的降低而呈平方倍降低，系统存在无功功率缺额，而若多个直流子系统同时进行功率恢复则会进一步恶化系统的无功不足问题，带来后续换相失败的危险并可能危及系统的电压稳定性甚至导致电压崩溃。

为了提高多直流馈入系统在故障后的恢复过程中的暂态稳定性，减小后续换相失败的可能性，有必要研究多直流馈入系统故障后的协调恢复策略。目前，对于多直流馈入系统故障后恢复的研究主要从直流控制方式、VDCOL参数以及直流恢复指标三个方面入手。由于不同的直流控制方式对直流系统故障后恢复的无功支撑能力要求不同，直流功率的恢复速度也有所不同，因此根据实际直流系统的运行情况灵活的选择定电流、定电压、定功率的控制方式可以更好的进行故障后的恢复，降低连锁换相失败的风险，但是优化直流控制方式没有考虑多回直流受端交流系统的强度以及可能出现的动态无功峰值，因此有学者从VDCOL的参数出发，以直流电流I_d和逆变侧熄弧角γ为研究对象设立目标函数，优化各回直流的VDCOL控制参数，实现多直流的协调交错恢复；优化VDCOL控制参数虽然可以错开多回直流的动态无功需求峰值，实现交替恢复，但是没有考虑到多回直流系统之间的相互影响，中国专利CN105071426A提出了一种综合考虑交流受端电网强度、多回直流相互作用、直流传输功率的功率恢复指标，其指标公式为：

该指标值越大，则说明该回直流恢复时对受端系统的稳定性影响越小。然而，该指标的功率比以多馈入直流系统中最大直流传输功率为基值，不能反映各回直流占总直流传输功率的比例，无法很好的体现各回直流对系统的重要性；同时，反映多回直流相互作用的MIIF值为一个试验值，物理概念不明确，且无法反映电网的结构，因此该指标值反映的直流恢复过程对系统稳定性的影响存在一定误差，有必要对上述指标进行优化。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术不足，提供一种多直流馈入系统故障后的协调恢复控制方法，可大幅提高故障后恢复阶段系统的暂态稳定性，大大降低恢复阶段发生后续换相失败甚至系统电压失稳的可能性。

本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题：

多直流馈入系统故障后的协调恢复控制方法，在故障清除后，按照所述多直流馈入系统中各直流子系统的多馈入直流功率恢复强度从大到小的次序，控制各直流子系统依次恢复电流；所述多直流馈入系统中第i个直流子系统的多馈入直流功率恢复强度MIPRS_i按照下式计算：

式中，S_aci为该直流子系统换流母线的三相短路容量；Q_ci为该直流子系统换流母线电压为额定值、直流功率为额定值时，换流站交流滤波器和并联电容器提供的三相基频无功功率；P_dNi、P_dNj分别表示第i和第j个直流子系统的直流额定传输功率；P_i为所述多直流馈入系统中各直流子系统的直流额定传输功率的总和与该直流子系统的直流额定传输功率之间的比值；I_TVSI,ji为在第i和第j个直流子系统所构成的两回直流系统中，第j个直流子系统的换流母线的暂态电压支撑强度。

相比现有技术，本发明具有以下有益效果：

本发明采用系统故障后的协调恢复策略，根据系统中各直流子系统的多馈入直流功率恢复强度进行渐进式电流恢复，并在多馈入直流功率恢复强度的计算中综合考虑了各直流子系统的传输功率、多馈入受端交流系统的强度、多直流馈入系统的结构以及各直流子系统的相互作用，从而有效提高了故障后恢复阶段系统的暂态稳定性，大大降低了恢复阶段发生后续换相失败甚至系统电压失稳的可能性。

附图说明

图1为具体实施方式中系统故障后的协调恢复控制过程的流程图；

图2为采用本发明方法的一个四直流馈入系统的电流恢复指令示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明：

本发明在多馈入直流功率恢复强度的计算中综合考虑了各直流子系统的传输功率、多馈入受端交流系统的强度、多直流馈入系统的结构以及各直流子系统的相互作用，可更准确地反映各直流子系统在恢复时对系统的冲击作用。具体地，本发明多直流馈入系统故障后的协调恢复控制方法，在故障清除后，按照所述多直流馈入系统中各直流子系统的多馈入直流功率恢复强度从大到小的次序，控制各直流子系统依次恢复电流。其中，各直流子系统的多馈入直流功率恢复强度可根据系统实际拓扑或者仿真模型实时或预先计算得到。为了便于公众理解，下面以一个具体实施例来对本发明技术方案进行详细说明。

本实施例中的多馈入直流功率恢复强度依据系统仿真模型实时计算得到，系统故障后的协调恢复控制过程如图1所示，具体按照以下步骤：

步骤1、建立多直流馈入系统的机电暂态仿真计算模型；

电力系统的仿真计算模型有电磁暂态模型以及机电暂态模型两种，其中电磁暂态仿真能更好的反映直流系统阀侧的参数，但是仿真规模小，不适用于大规模电网的仿真计算，因此本实施例中的系统采用机电暂态模型进行仿真计算。发电机模型采用考虑次暂态电势E″_q、E″_d变化，计及励磁系统与电力系统稳定器的6阶模型；负荷根据实际系统采用不同比例恒电流、恒阻抗、恒功率静态负荷与马达负荷结合的模型；直流系统采用含直流电压与直流电流测量环节、低压限流环节与触发控制环节，并采用实际直流系统整流侧逆变侧控制方式的直流准稳态模型。

步骤2、根据实际系统的模型数据，读取各直流子系统的额定直流功率，并将各直流额定功率求和得总直流传输功率，用总直流传输功率除以各直流子系统的额定直流功率，分别计算各直流子系统的功率比，计算公式如下；

式中，P_dN为直流额定传输功率，n为多馈入系统的直流落点数。

步骤3、根据所述多直流馈入系统机电暂态仿真计算模型，在各直流子系统的逆变站换流母线处设置三相短路故障，计算短路电流，再与各换流母线的额定电压相乘，得到各直流子系统的三相短路容量，公式如下：

式中，U_ni、I_si分别为换流母线i的额定电压以及在换流母线i处发生三相短路故障后短路电流的有效值。

步骤4、根据所述多直流馈入系统仿真计算模型，设置各换流站换流母线电压为额定值、直流功率为额定值，计算各换流站交流滤波器和并联电容器提供的三相基频无功功率Q_ci。

步骤5、根据戴维南等效定理，针对要研究的两回直流，以直流子系统i,j为例，仅保留所述多直流馈入系统中的换流母线i,j，将剩余外部系统简化为一个等值电源、阻抗支路，利用此等值网络计算换流母线j的暂态电压支撑强度，公式如下：

式中，X_eij和X_ej分别为仅保留母线i,j的等值网中i,j节点间的转移阻抗和节点j与等值电源间的支路阻抗，I_TVSI,ji表示换流母线i故障后，换流母线j维持自身暂态电压水平能力的指标值。按照同样的方法可以计算所有直流子系统的暂态电压支撑强度。

多直流馈入系统受端电网故障后导致直流连锁换相失败的根本原因是换流母线电压的大幅下降，而换流母线电压跌落主要和短路节点与换流母线间的等值电气距离以及换流母线与电源点间的等值电气距离两个因素有关，而暂态电压支撑强度很好的体现了上述两个因素，是一个清晰的物理概念，既体现了多直流馈入系统的电网结构，也很好的衡量了各直流子系统间的相互作用。

步骤6、根据步骤2至步骤5所得各直流子系统额定功率、功率比、换流母线三相短路容量、三相基频无功功率、暂态电压支撑强度，分别计算各直流子系统的多馈入直流功率恢复强度，计算公式如下：

本发明的多馈入直流功率恢复强度由各直流子系统的功率比与用暂态电压支撑强度作为直流功率加权系数的多馈入短路比相乘得到，同时反映了受端交流电网的强度、各直流子系统的额定传输功率大小、各直流子系统间的相互作用；多馈入直流功率恢复强度越大，则表明该直流子系统在恢复时对系统的冲击越小。

步骤7、对由步骤6计算所得多馈入直流功率恢复强度从大到小进行排序，功率恢复强度值越大，则说明该回直流在故障后的恢复过程中对系统稳定性的影响越小，可以优先恢复该回直流并利用其对电压的支撑作用带动剩余直流系统更好的恢复。根据多馈入直流功率恢复强度的排序结果确定各回直流系统故障后的恢复顺序，并生成各直流子系统在故障清除后电流恢复阶段的电流恢复指令：多馈入直流功率恢复强度最大的直流子系统按照原有控制参数设定的电流恢复速度进行故障后的优先恢复，其余直流子系统在此基础上，按照故障后的恢复顺序依次将电流恢复至额定值的时间往后延迟100ms，以不同的恢复速度，实现多直流馈入系统故障后的协调恢复。为更好的表达多直流馈入系统故障后的协调恢复策略，图2给出了一个四馈入系统的电流恢复指令示意图。

Claims (4)

1.多直流馈入系统故障后的协调恢复控制方法，在故障清除后，按照所述多直流馈入系统中各直流子系统的多馈入直流功率恢复强度从大到小的次序，控制各直流子系统依次恢复电流；其特征在于，所述多直流馈入系统中第i个直流子系统的多馈入直流功率恢复强度MIPRS_i按照下式计算：

${\mathrm{MIPRS}}_i=P_i*\frac{S_{aci}-Q_{ci}}{P_{dNi}+\underset{j,j\≠i}{\Σ}(I_{TVSI,ji}*P_{dNj})}$

式中，S_aci为该直流子系统换流母线的三相短路容量；Q_ci为该直流子系统换流母线电压为额定值、直流功率为额定值时，换流站交流滤波器和并联电容器提供的三相基频无功功率；P_dNi、P_dNj分别表示第i和第j个直流子系统的直流额定传输功率；P_i为所述多直流馈入系统中各直流子系统的直流额定传输功率的总和与该直流子系统的直流额定传输功率之间的比值；I_TVSI,ji为在第i和第j个直流子系统所构成的两回直流系统中，第j个直流子系统的换流母线的暂态电压支撑强度。

2.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述暂态电压支撑强度I_TVSI,ji的计算公式如下：

$I_{TVSI,ji}={\left(1+\frac{X_{eij}}{X_{ej}}\right)}^{-1},$

式中，X_eij和X_ej分别为仅保留母线i,j的等值网中i,j节点间的转移阻抗和节点j与等值电源间的支路阻抗。

3.如权利要求1所述方法，其特征在于，在故障清除后，控制各直流子系统按照预设时间间隔依次恢复电流。

4.如权利要求3所述方法，其特征在于，所述预设时间间隔为100ms。