CN106451514A - 一种适用于直流黑启动的系统控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种适用于直流黑启动的系统控制方法，包括交直流系统模型搭建步骤、换流站控制系统整定步骤以及辅助频率控制步骤，本发明提供的技术方案不采用传统的降压运行方式，使得换流阀的触发角α和熄弧角γ在正常运行范围内，且直流系统在保证外送有功功率的同时，无功功率消耗相对减少，有利于防止电压的进一步下降和可能的电压崩溃现象。

Description

一种适用于直流黑启动的系统控制方法

技术领域

本发明涉及一种特高压换流阀的控制方法，具体涉及一种适用于直流黑启动的系统控制方法。

背景技术

直流系统相较于交流系统的启动而言，具有输送功率大、启动和调整速度快、可控性强等特点，这些特点在黑启动初期可发挥较大作用，能够加快联网，增强送电能力。在电网黑启动技术领域，国内外从黑启动电源的选择、黑启动阶段的规则策略、电网恢复路径优化等方面已开展了多年的理论研究，并以研究成果为基础成功进行了一系列的交流电网黑启动试验。但是，为保证黑启动时直流系统的正常启动，通常在最小电流启动后采用降压运行方式，此时换流阀的触发角α和熄弧角γ均会远远高于额定值，将导致换流阀内换相过冲电压增大，换流阀避雷器频繁动作，晶闸管单周期内频繁开断，阻尼回路损耗增加等。因此，直流系统黑启动的系统控制方法方面的优化成为一个工程上亟需解决的问题。

发明内容

为解决上述现有技术中的不足，本发明的目的是提供一种适用于直流黑启动的系统控制方法。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

本发明提供一种适用于黑启动的直流系统控制方法，其改进之处在于，所述方法包括下述步骤：

搭建交直流系统模型；

换流站控制系统整定；

辅助频率控制。

进一步地，所述搭建交直流系统模型包括：

搭建6脉动换流单元：换流变压器通过换流阀系统的等效电抗器与三相整流桥连接；三相整流桥的每一相均由上下两桥臂构成，每个桥臂均由换流阀构成；每个换流阀两端并联阀避雷器；所述换流阀包括阻尼回路、直流均压回路、晶闸管、饱和电抗器和阀内杂散电容；所述阻尼回路、直流均压回路和晶闸管并联后组成阻尼回路-直流均压回路-晶闸管并联支路，阻尼回路-直流均压回路-晶闸管并联支路与饱和电抗器串联与阀内杂散电容并联；

在建立的交直流系统模型中输入参数，包括：线路阻抗、换流阀变压器电压、频率及变比，平波电抗器电感L，交流滤波器、直流滤波器的等值电容、电感及电阻，换流阀内阻尼电容、换流阀阻尼电阻、直流均压电阻、饱和电抗器的不饱和电感值及杂散电容容值。

进一步地，所述换流站控制系统整定(原有的换流站控制系统通过设置不同的控制方式以及控制方式间的协调配合实现整个系统对运行过程中各种扰动快速的响应，维持系统稳定运行状态或进入新的稳态；同时保证系统在过渡状态和暂态运行工况下维持稳定，并最大限度保证功率传输)包括下述步骤：

基于传统高压直流输电的控制方式，在整流侧增加定电压控制模式；换流站原有控制器不作改变，待黑启动过程完成后转换为正常定电流控制模式；定电压控制模式是为了保持出口处电压恒定，将电压测量值与参考值的偏差通过PI环节，输出触发脉冲至换流阀系统；正常定电流控制模式是将实际电流I_d和电流整定值I_d0进行比较，当出现差别时，改变整流器的触发角，使差值消失或减小，以保持I_d等于I_d0；

逆变侧基于原有的定电流控制模式，将定熄弧角控制模式作为限制器加入到逆变侧控制模式中，待黑启动过程完成后转换为定电压控制模式；

定熄弧角控制模式是根据直流系统实际运行参数，计算出与熄弧角整定值对应的触发角α，然后根据触发角α对逆变侧进行触发控制，如下式所示：

其中，β为触发月前角，为直流电流变化率的修正量，K为修正系数，d_x为换相压降百分比，U_d0表示整流侧理想空载电压，γ₀为熄弧角整定值。

增加整流侧定电压控制模式和逆变侧定电流控制模式后，有效抑制黑启动过程带来的直流系统电压波动。

进一步地，所述辅助频率控制包括：考虑直流逆变侧的直流附加控制，利用逆变侧定电流控制模式增加附加频率控制器，避免通信问题的同时提高受端电网的直流系统稳定性，附加频率控制器的输入信号采用逆变侧换流母线频率差，以实现本地控制。

本发明提供的技术方案具有的优异效果是：

1)用电磁暂态仿真的方法获得交直流系统的电压、电流、频率等量化指标，直观有效。

2)采用本发明所提出的整流侧定电压、逆变侧定电流，使得换流阀的触发角α和熄弧角γ在正常运行范围内，且直流系统在保证外送有功功率的同时，无功功率消耗相对减少，有利于防止电压的进一步下降和可能的电压崩溃现象，有利于电网稳定。

3)在逆变侧采用辅助以附加频率控制的控制方法，无需站间通信，黑启动可靠性提高。

附图说明

图1是本发明提供的整流侧控制模式示意图；

图2是本发明提供的逆变侧控制模式示意图；

图3是本发明提供的直流运行特性图；

图4是本发明提供的逆变侧附加频率控制示意图；

图5是本发明提供的适用于直流黑启动的系统控制方法的流程图；

图6是本发明提供的具体实施例的直流系统示意图；

图7是本发明提供的加入附件频率控制前的仿真波形图；其中：(a)为黑启动过程中交流系统的频率波动情况，(b)为直流系统传输的有功功率，(c)为发电机送出的无功功率，(d)为直流母线的电压；

图8是本发明提供的加入附件频率控制后的仿真波形图；其中：(a)为黑启动过程中交流系统的频率波动情况，(b)为直流系统传输的有功功率，(c)为发电机送出的无功功率，(d)为直流母线的电压。

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。

以下描述和附图充分地示出本发明的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。其他实施方案可以包括结构的、逻辑的、电气的、过程的以及其他的改变。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的组件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。本发明的实施方案的范围包括权利要求书的整个范围，以及权利要求书的所有可获得的等同物。在本文中，本发明的这些实施方案可以被单独地或总地用术语“发明”来表示，这仅仅是为了方便，并且如果事实上公开了超过一个的发明，不是要自动地限制该应用的范围为任何单个发明或发明构思。

本发明提供一种适用于直流黑启动的系统控制方法，其流程图如图5所示，包括交直流系统模型搭建步骤、换流站控制系统整定步骤以及辅助频率控制步骤：

1)交直流系统模型搭建步骤，包括下述子步骤：

①搭建交直流系统仿真模型：包括单相换流变压器、平波电抗器、交流滤波器、直流滤波器、换流器、杂散电容、换流阀避雷器及交流系统等值电源等，具体为：

搭建6脉动换流单元：换流变压器通过换流阀系统的等效电抗器与三相整流桥连接；三相整流桥的每一相均由上下两桥臂构成，每个桥臂均由换流阀构成；每个换流阀两端并联阀避雷器；所述换流阀包括阻尼回路、直流均压回路、晶闸管、饱和电抗器和阀内杂散电容；所述阻尼回路、直流均压回路和晶闸管并联后组成阻尼回路-直流均压回路-晶闸管并联支路，阻尼回路-直流均压回路-晶闸管并联支路与饱和电抗器串联与阀内杂散电容并联；

②在建立好的换流阀系统仿真模型中输入参数，包括线路阻抗、换流阀变压器电压、频率及变比，平波电抗器电感L，交流滤波器、直流滤波器的等值电容、电感及电阻，换流阀内阻尼电容、换流阀阻尼电阻、直流均压电阻、饱和电抗器的不饱和电感值及杂散电容容值等。

2)换流站控制系统整定步骤，包括下述子步骤：

①基于传统高压直流输电的控制方式，在整流侧增加定电压控制模式，如图1所示。换流站原有控制器不做改变，待黑启动过程完成后可转换为正常定电流控制模式。定电压控制模式是为了保持出口处电压恒定，将电压测量值与参考值的偏差通过PI环节，输出触发脉冲至换流阀系统；正常定电流控制模式是将实际电流I_d和电流整定值I_d0进行比较，当出现差别时，改变整流器的触发角，使差值消失或减小，以保持I_d等于I_d0。

②逆变侧基于原有的定电流控制模式，将定熄弧角控制模式作为限制器加入到逆变侧控制模式中，待黑启动过程完成后转换为定电压控制模式；定熄弧角控制模式是根据直流系统实际运行参数，计算出与熄弧角整定值对应的触发角α，然后根据触发角α对逆变侧进行触发控制，如下式所示：

其中，β为触发月前角，为直流电流变化率的修正量，K为修正系数，d_x为换相压降百分比，U_d0表示整流侧理想空载电压，γ₀为熄弧角整定值；如图2所示。

③增加整流侧定电压控制模式和逆变侧定电流控制模式后，有效抑制黑启动过程带来的直流系统电压波动。直流VI运行特性如图3所示。

3)辅助频率控制，包括下述子步骤：

考虑直流逆变侧的直流附加控制，避免通信问题的同时提高受端电网的系统稳定性，利用逆变侧定电流模式增加附加频率控制器如图4所示，其中输入信号采用逆变侧换流母线频率差以实现本地控制。

实施例

对于如图6所示的直流系统(如龙政直流)，通过研究该直流工程的系统控制策略，调整基础控制策略和控制器参数使得直流系统在保证外送有功功率的同时，无功功率消耗相对减少，有利于防止电压的进一步下降和可能的电压崩溃。采用本发明提出的控制方法进行仿真验证，加入附件频率控制前后的仿真波形如图7(a)、(b)(c)、(d)和图8(a)、(b)(c)、(d)所示。

由仿真结果可知，25s时附加频率控制投入后，系统频率稳定性得到大幅提高，同时直流功率随系统需求进行调制(调制范围设定为大于最小外送功率)，验证了本地附加频率控制策略的有效性。

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

Claims (4)

1.一种适用于黑启动的直流系统控制方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：

搭建交直流系统模型；

换流站控制系统整定；

辅助频率控制。

2.如权利要求1所述的直流系统控制方法，其特征在于，所述搭建交直流系统模型包括：

搭建6脉动换流单元：换流变压器通过换流阀系统的等效电抗器与三相整流桥连接；三相整流桥的每一相均由上下两桥臂构成，每个桥臂均由换流阀构成；每个换流阀两端并联阀避雷器；所述换流阀包括阻尼回路、直流均压回路、晶闸管、饱和电抗器和阀内杂散电容；所述阻尼回路、直流均压回路和晶闸管并联后组成阻尼回路-直流均压回路-晶闸管并联支路，阻尼回路-直流均压回路-晶闸管并联支路与饱和电抗器串联与阀内杂散电容并联；

在建立的交直流系统模型中输入参数，包括：线路阻抗、换流阀变压器电压、频率及变比，平波电抗器电感L，交流滤波器、直流滤波器的等值电容、电感及电阻，换流阀内阻尼电容、换流阀阻尼电阻、直流均压电阻、饱和电抗器的不饱和电感值及杂散电容容值。

3.如权利要求1所述的直流系统控制方法，其特征在于，所述换流站控制系统整定包括下述步骤：

基于传统高压直流输电的控制方式，在整流侧增加定电压控制模式；换流站原有控制器不作改变，待黑启动过程完成后转换为正常定电流控制模式；定电压控制模式是为了保持出口处电压恒定，将电压测量值与参考值的偏差通过PI环节，输出触发脉冲至换流阀系统；正常定电流控制模式是将实际电流I_d和电流整定值I_d0进行比较，当出现差别时，改变整流器的触发角，使差值消失或减小，以保持I_d等于I_d0；

逆变侧基于原有的定电流控制模式，将定熄弧角控制模式作为限制器加入到逆变侧控制模式中，待黑启动过程完成后转换为定电压控制模式；

定熄弧角控制模式是根据直流系统实际运行参数，计算出与熄弧角整定值对应的触发角α，然后根据触发角α对逆变侧进行触发控制，如下式所示：

$\mathrm{\α}={\cos }^{-1}(2d_x\frac{I_d}{U_{d0}}+K\frac{{\mathrm{dI}}_d}{dt}-{\mathrm{cos\γ}}_0)=\mathrm{\π}-\mathrm{\β};$

其中，β为触发月前角，为直流电流变化率的修正量，K为修正系数，d_x为换相压降百分比，U_d0表示整流侧理想空载电压，γ₀为熄弧角整定值；

增加整流侧定电压控制模式和逆变侧定电流控制模式后，有效抑制黑启动过程带来的流系统电压波动。

4.如权利要求1所述的系统控制方法，其特征在于，所述辅助频率控制包括：考虑直流逆变侧的直流附加控制，利用逆变侧定电流控制模式增加附加频率控制器，避免通信问题的同时提高受端电网的直流系统稳定性，附加频率控制器的输入信号采用逆变侧换流母线频率差，以实现本地控制。