CN106549389A - 一种直流最小触发角限制器限幅参数优化方法 - Google Patents

一种直流最小触发角限制器限幅参数优化方法 Download PDF

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Abstract

本发明一种直流最小触发角限制器限幅参数优化方法，包括：收集电网数据，建立仿真计算模型；直流整流站最小触发角限制器限幅参数初始化；从待选故障集中选取故障进行仿真计算；判断评估系统受扰后是否存在风机脱网威胁；对于存在风机脱网威胁的故障，调整优化直流整流站最小触发角限幅档位，通过改善整流站功率特性提升电压恢复性能，降低风机脱网威胁；完成所有故障的仿真计算，确定直流整流站最小触发角限制器限幅参数优化方案。本发明提供的技术方案基于直流整流站最小触发角限制器限幅参数优化，改善整流站动态功率特性，提升直流整流站与风机近电气距离并网系统电压恢复特性，可降低大扰动冲击下风机脱网威胁。

Description

一种直流最小触发角限制器限幅参数优化方法
技术领域
本发明涉及电力系统领域，具体涉及一种直流最小触发角限制器限幅参数优化方法。
背景技术
近年来，加强环境保护降低烟尘和温室气体排放的强烈呼求，以及构建资源节约型、环境友好型社会的迫切要求，推动了清洁可再生新能源电源快速发展。风电作为一种成熟的新能源发电技术，被广泛应用，规划建设的百万千瓦、千万千瓦级大型风力发电基地，已相继投入运行。故障扰动冲击下，风机存在低电压脱网威胁，大规模风机脱网引起的电网有功潮流缺额和网内潮流窜动，将威胁电网安全稳定运行。
大型风电基地近区接入特高压直流，大容量远距离直接馈入负荷中心，作为一种提高新能源电力消纳能力的重要形式，在实际工程中已被采用。与大型风电基地的直流整流站在故障后的无功电压特性，会对风电基地安全运行产生显著影响。由于直流整流站触发控制角与其无功消耗特性强相关，因此，通过整流站最小触发角限制器限幅参数优化，改善受扰过程中的整流站无功特性，提升整流站与风机近电气距离并网系统电压恢复特性，对降低风机脱网威胁，保障大电网安全运行，具有重要意义。
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直流最小触发角限制器限幅参数优化方法，通过改善直流整流站故障扰动后的无功功率特性，提升系统的电压恢复性能。
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最小触发角限制器限幅参数优化方法，其改进之处在于，所述方法包括以下步骤：
(1)收集电网数据，建立仿真计算模型；
(2)直流整流站最小触发角限制器限幅参数初始化；
(3)从待选故障集中选取故障进行仿真计算；
(4)判断评估直流与风电混合系统受扰后是否存在风机脱网威胁；
(5)对于存在风机脱网威胁的故障，调整优化直流整流站最小触发角限幅档位，通过改善整流站功率特性提升电压恢复性能，降低风机脱网威胁；
(6)完成所有故障的仿真计算，确定直流整流站最小触发角限制器限幅参数优化方案。
进一步地，所述步骤(1)中，所述电网数据包括高压直流与风机并网系统中输变电元件的静态和动态参数，以及各区域发电功率、负荷功率、关键断面交换功率运行数据；所述仿真计算模型包括电网静态潮流计算模型和发电机、直流动态元件的机电暂态计算模型，依据输变电元件的拓扑互联结构以及静态、动态参数，在电力系统仿真软件PSD-BPA中建立电网稳态和暂态仿真模型。
说明：电力系统仿真建模指的是利用仿真软件，依据互联关系和元件参数，录入相关数据，形成仿真用的数据文件，程序将自动依据数据进行电网计算。
进一步地，所述步骤(2)中，对直流整流站最小触发角限制器限幅参数进行初始化，限幅参数包括：触发角限幅初值设置为α0、触发角档位k设置为0、触发角限幅变化幅度Δα，以及触发角档位调节至最大值kmax。
进一步地，所述步骤(3)中，从待考察的交流和直流故障集中提取故障，所述故障包括交流线路三相永久短路故障和直流线路闭锁故障，利用电力系统仿真软件PSD-BPA中的机电暂态仿真功能，进行故障仿真计算。
进一步地，所述步骤(4)中，依据故障扰动后风机机端电压的暂态响应，并结合《风电场接入电力系统技术规定》对低电压穿越的性能要求，用以判定风机脱网威胁，即若机端电压暂态响应曲线延展至性能要求曲线之外，即故障开始时0s至0.625s，电压不低于0.2pu；0.625s至2s电压不低于0.2pu至0.9pu所构成的直线包络线；2s后电压不低于0.9pu，则故障后风机存在脱网威胁，否则风机不存在脱网威胁，所述pu表示标幺值。
进一步地，所述步骤(5)中，对于存在风机脱网威胁故障，利用直流整流站触发角与其消耗无功功率强相关的特点，依次增加触发角档位k，将触发角最大限幅减小Δα，并再次执行故障计算，改善整流站无功功率特性，提升风机机端电压暂态恢复性能，之至风机不出现脱网威胁，或触发角档位已调节至最大值kmax，其中：Δα表示触发角限幅变化幅度。
进一步地，所述步骤(6)中，所有故障扫描完成或触发角档位已调节至最大值kmax，则优化过程结束，直流整流器最小触发角控制的限幅参数优化取值为α0-(k-1)Δα，提升直流整流站与风电近电气距离并网系统电压恢复特性，降低大扰动冲击下风机脱网威胁；其中：α0表示触发角限幅初值设置为、k表示触发角档位，其值设置为0、Δα表示触发角限幅变化幅度。
为了对披露的实施例的一些方面有一个基本的理解，下面给出了简单的概括。该概括部分不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围。其唯一目的是用简单的形式呈现一些概念，以此作为后面的详细说明的序言。
与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有的优异效果是：
本发明提供的一种降低风机脱网威胁的直流最小触发角限制器限幅参数优化方法，基于直流整流站最小触发角限制器限幅参数优化，改善整流站动态功率特性，提升直流整流站与风机近电气距离并网系统电压恢复特性，可降低大扰动冲击下风机脱网威胁。
附图说明
图1是本发明提供的降低风机脱网威胁的直流最小触发角限制器限幅参数优化流程图；
图2是本发明提供的不同直流整流站最小触发角限制器参数对应的触发角动态轨迹图；
图3是本发明提供的不同直流整流站最小触发角限制器参数对应的动态无功轨迹图；
图4是本发明提供的青海海西直流不同限幅参数下的触发角响应曲线图；
图5是本发明提供的青海海西直流不同限幅参数下的整流站无功响应曲线图；
图6是本发明提供的青海海西直流不同限幅参数下的风机机端电压响应曲线图。
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。
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。
一种降低风机脱网威胁的直流最小触发角限制器限幅参数优化方法，通过改善直流整流站故障扰动后的无功功率特性，提升系统的电压恢复性能。
为实现上述目的，本发明提供一种降低风机脱网威胁的直流最小触发角限制器限幅参数优化方法，其流程图如图1所示，包括以下步骤：
(1).收集电网数据，建立仿真计算模型；
(2).直流整流站最小触发角限制器限幅参数初始化；
(3).从待选故障集中选取故障进行仿真计算；
(4).评估系统受扰后是否存在风机脱网威胁；
(5).对于存在风机脱网威胁的故障，调整优化直流整流站最小触发角限幅档位，通过改善整流站功率特性提升电压恢复性能，降低风机脱网威胁；
(6).完成所有故障扫描，确定整流站最小触发角限制器限幅参数优化方案。
在所述步骤(1)中，收集高压直流与风机并网系统中输变电元件的静态和动态参数，以及各区域发电功率、负荷功率、关键断面交换功率等运行数据。根据电网结构，构建电网静态潮流计算模型和机电暂态计算模型。电网数据包括高压直流与风机并网系统中输变电元件的静态和动态参数，以及各区域发电功率、负荷功率、关键断面交换功率运行数据；所述仿真计算模型包括电网静态潮流计算模型和发电机、直流动态元件的机电暂态计算模型，依据输变电元件的拓扑互联结构以及静态、动态参数，在电力系统仿真软件PSD-BPA中建立电网稳态和暂态仿真模型。
说明：电力系统仿真建模指的是利用仿真软件，依据互联关系和元件参数，录入相关数据，形成仿真用的数据文件，程序将自动依据数据进行电网计算。
在所述步骤(2)中，对直流整流站最小触发角限制器(Rectifier alpha minlimiter,RAML)限幅参数进行初始化，包括：触发角限幅初值设置为α0、触发角档位k设置为0、触发角限幅变化幅度△α，以及触发角档位调节最大值kmax。
在所述步骤(3)中，从待考察的交流和直流故障集中提取故障，如交流线路三相永久短路故障、直流线路闭锁故障等，利用电力系统机电暂态仿真软件，如PSD-BPA，进行故障仿真计算。
在所述步骤(4)中，依据故障扰动后风机机端电压的暂态响应，并结合《风电场接入电力系统技术规定》对低电压穿越的性能要求，用以判定风机脱网威胁，即若机端电压暂态响应曲线延展至性能要求曲线之外，即故障开始时0s至0.625s，电压不低于0.2pu；0.625s至2s电压不低于0.2pu至0.9pu所构成的直线包络线；2s后电压不低于0.9pu，则故障后风机存在脱网威胁，否则风机不存在脱网威胁，pu表示标幺值。
在所述步骤(5)中，对于存在风机脱网威胁故障，利用直流整流站触发角与其消耗无功功率强相关的特点，依次增加触发角档位k，将触发角最大限幅减小△α，并再次执行故障计算，改善整流站无功功率特性，提升风机机端电压暂态恢复性能，之至风机不出现脱网威胁，或触发角档位已调节至最大值kmax。不同直流整流站最小触发角限制器参数对应的触发角动态轨迹图如图2所示。
在所述步骤(6)中，所有故障扫描完成或触发角档位已调节至最大值kmax，则优化过程结束，直流整流器最小触发角控制的限幅参数优化取值为α0-(k-1)△α，可提升直流整流站与风电近电气距离并网系统电压恢复特性，降低大扰动冲击下风机脱网威胁。不同直流整流站最小触发角限制器参数对应的动态无功轨迹图如图3所示。
实施例
下面以青海海西大型新能源风电基地和特高压直流外送电网为例，对本发明的技术方案作进一步的详细说明。
(1).收集电网数据，建立仿真计算模型
以青海海西大型新能源风电基地和特高压直流外送电网为例，收集用于大电网仿真计算的稳态潮流计算数据，包括发电机输出功率与负荷用电功率、风电场出力、输电线路与变压器等一次设备电气参数、网络拓扑互联结构数据等，以及暂态稳定计算数据，包括发电机及其励磁器与调速器数据、高压直流输电系统数据、静止无功补偿器等FACTS装置数据。
建立电网稳态潮流和机电暂态仿真计算模型。
(2).直流整流站最小触发角限制器限幅参数初始化
将海西直流的整流站最小触发角限制器(Rectifier alpha min limiter,RAML)限幅参数进行初始化，包括：触发角限幅初值α0设置为300、触发角档位k设置为0、触发角增幅△α为100、触发角档位调节最大值kmax＝2。
(3).从待选故障集中选取故障进行仿真计算
利用电力系统机电暂态仿真如见PSD-BPA，对西北电网750kV交流主干输电网一回线三相永久短路故障、一回线三相永久短路跳双回故障，以及特高压直流单极闭锁、双极闭锁故障，进行仿真计算。
(4).评估系统受扰后是否存在风机脱网威胁
根据故障后风电机组机端电压的暂态响应曲线，并结合《风电场接入电力系统技术规定》对低电压穿越的性能要求，判定风机脱网威胁。如甘肃敦煌至桥湾双回750kV线路一回线三相永久短路跳双回故障后，由于电网潮流转移以及电气联系减弱，海西格尔木地区风电场电压将大幅下降，风机存在脱网威胁。
(5).对于存在风机脱网威胁的故障，调整优化直流整流站最小触发角限幅档位，通过改善整流站功率特性提升电压恢复性能，降低风机脱网威胁。
针对存在风机脱网威胁的甘肃敦煌至桥湾双回750kV线路一回线三相永久短路跳双回故障，将海西直流整流站最小触发角限制器限幅由300依次调整至200、100，如图4所示，对应再次执行故障仿真。由图5可以看出，随着限幅调整，受扰过程中海西直流整流站消耗的无功功率显著减少，对应改善了风机出口电压恢复特性，降低了脱网威胁。
(6).完成所有故障扫描，确定整流站最小触发角限制器限幅参数优化方案。
扫描所有交流故障和直流故障，或判定整流站最小触发角限制器限幅调节档位达到最大值kmax后，停止优化，α取值为优化值100。青海海西直流不同限幅参数下的风机机端电压响应曲线图如图6所示。
本发明在风电集中并网与高压直流大功率外送系统中，为降低故障扰动冲击后风机脱网威胁，本发明提供了一种降低风机脱网威胁的直流最小触发角限制器限幅参数优化方法，通过改善直流整流站故障扰动后的无功功率特性，提升系统的电压恢复性能。
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 (7)

1.一种直流最小触发角限制器限幅参数优化方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)收集电网数据，建立仿真计算模型；
(2)直流整流站最小触发角限制器限幅参数初始化；
(3)从待选故障集中选取故障进行仿真计算；
(4)判断评估直流与风电混合系统受扰后是否存在风机脱网威胁；
(5)对于存在风机脱网威胁的故障，调整优化直流整流站最小触发角限幅档位，通过改善整流站功率特性提升电压恢复性能，降低风机脱网威胁；
(6)完成所有故障的仿真计算，确定直流整流站最小触发角限制器限幅参数优化方案。
2.如权利要求1所述的直流最小触发角限制器限幅参数优化方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述电网数据包括高压直流与风机并网系统中输变电元件的静态和动态参数，以及各区域发电功率、负荷功率、关键断面交换功率运行数据；所述仿真计算模型包括电网静态潮流计算模型和发电机、直流动态元件的机电暂态计算模型，依据输变电元件的拓扑互联结构以及静态、动态参数，在电力系统仿真软件PSD-BPA中建立电网稳态和暂态仿真模型。
3.如权利要求1所述的直流最小触发角限制器限幅参数优化方法，其特征在于，所述步骤(2)中，对直流整流站最小触发角限制器限幅参数进行初始化，限幅参数包括：触发角限幅初值设置为α0、触发角档位k设置为0、触发角限幅变化幅度Δα，以及触发角档位调节至最大值kmax。
4.如权利要求1所述的直流最小触发角限制器限幅参数优化方法，其特征在于，所述步骤(3)中，从待考察的交流和直流故障集中提取故障，所述故障包括交流线路三相永久短路故障和直流线路闭锁故障，利用电力系统仿真软件PSD-BPA中的机电暂态仿真功能，进行故障仿真计算。
5.如权利要求1所述的直流最小触发角限制器限幅参数优化方法，其特征在于，所述步骤(4)中，依据故障扰动后风机机端电压的暂态响应，并结合《风电场接入电力系统技术规定》对低电压穿越的性能要求，用以判定风机脱网威胁，即若机端电压暂态响应曲线延展至性能要求曲线之外，即故障开始时0s至0.625s，电压不低于0.2pu；0.625s至2s电压不低于0.2pu至0.9pu所构成的直线包络线；2s后电压不低于0.9pu，则故障后风机存在脱网威胁，否则风机不存在脱网威胁，所述pu表示标幺值。
6.如权利要求1所述的直流最小触发角限制器限幅参数优化方法，其特征在于，所述步骤(5)中，对于存在风机脱网威胁故障，利用直流整流站触发角与其消耗无功功率强相关的特点，依次增加触发角档位k，将触发角最大限幅减小Δα，并再次执行故障计算，改善整流站无功功率特性，提升风机机端电压暂态恢复性能，之至风机不出现脱网威胁，或触发角档位已调节至最大值kmax，其中：Δα表示触发角限幅变化幅度。
7.如权利要求1所述的直流最小触发角限制器限幅参数优化方法，其特征在于，所述步骤(6)中，所有故障扫描完成或触发角档位已调节至最大值kmax，则优化过程结束，直流整流器最小触发角控制的限幅参数优化取值为α0-(k-1)Δα，提升直流整流站与风电近电气距离并网系统电压恢复特性，降低大扰动冲击下风机脱网威胁；其中：α0表示触发角限幅初值设置为、k表示触发角档位，其值设置为0、Δα表示触发角限幅变化幅度。
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