CN106911131A - 一种交流电网分区互联装置的紧急功率支援控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种交流电网分区互联装置的紧急功率支援控制方法，包括：设定分区互联装置的正常运行控制策略；即根据正常运行时的分区互联装置的潮流，将与其送端联接的一个换流器划分为I类控制器，将其余所有的换流器划分为II类控制器；设定分区互联装置的紧急功率控制的控制值；检测交流电网电压频率f，设定II类控制器的有功控制法；检测交流电网电压幅值u_ac，设定II类控制器的无功控制法。本发明技术方案实现无站间通信条件下的紧急功率支援，克服现有控制策略无法及时有效响应紧急功率支援要求的技术问题。

Description

一种交流电网分区互联装置的紧急功率支援控制方法

技术领域：

本发明涉及电力系统及其自动化技术领域，更具体涉及一种交流电网分区互联装置的紧急功率支援控制方法。

背景技术：

电网分区互联是大电网优化潮流分布、增强局部电网强度、提升电网整体可靠性的关键技术手段。分区电网互联装置发展至今，主要技术路线包括三种：①交流技术直接互联、②常规直流输电技术互联、和③柔性直流输电技术互联。

基于交流技术的互联装置是最直接的分区电网互联手段，缺点也是明显的，即大电网不同局域故障相互影响，局部短路电流超标。

基于半控型电力电子器件(典型如：晶闸管)的常规直流输电技术的使用，使得电网互联装置能够保证不同电网分区相对独立运行，分区断面潮流可控，但在个别分区故障需要紧急功率支援情况下，紧急控制支援控制器提升换流器有功输出的同时需要消耗大量的无功功率，容易造成受端电网电压急速跌落，影响电压稳定性。为了避免受端电网的失稳，需要基于其电压支撑能力确定互联装置的紧急功率支撑能力，限制了紧急功率支撑的效果。这种电网分区互联装置的核心是常规直流输电换流器。

基于全控型电力电子器件(典型如：IGBT)的柔性直流输电技术使用，为分区互联装置的技术性能带来了巨大的进步，可以实现传输有功功率和无功功率的独立控制，同时潮流翻转时换流器直流输出极性不变。这种电网分区互联装置的核心是柔性直流输电换流器。

柔性直流输电换流器由于可以独立控制有功功率和无功功率，其控制策略需要同时考虑有功类控制策略和无功类控制策略。上述控制策略按照联接电网强度的不同分为两类：①连接于有源系统时，主要有定直流电压控制、定有功功率控制、定频率控制、定交流电压控制和定无功功率控制等；②连接于无源系统时，主要有幅相控制、直流电压控制、直流电流控制和非线性控制等。这些控制策略主要关注正常运行工况下柔性直流输电换流器的稳定运行和潮流控制，由于基于柔性直流输电换流器的分区互联装置完全隔离了分区断面两侧交流系统，当交流系统出现功率波动需要紧急支援时，现有控制策略无法及时有效响应，易造成紧急功率支援的失败。

发明内容：

本发明的目的是提供一种交流电网分区互联装置的紧急功率支援控制方法，实现无站间通信条件下的紧急功率支援，克服现有控制策略无法及时有效响应紧急功率支援要求的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种交流电网分区互联装置的紧急功率支援控制方法，包括：

设定分区互联装置的正常运行控制策略；即根据正常运行时的分区互联装置的潮流，将与其送端联接的一个换流器划分为I类控制器，将其余所有的换流器划分为II类控制器；

设定分区互联装置的紧急功率控制的控制值；

检测交流电网电压频率f，设定II类控制器的有功控制法；

检测交流电网电压幅值u_ac，设定II类控制器的无功控制法。

I类控制器的有功控制法设定为定直流电压控制，其无功控制法设定为定交流电压控制或定无功功率控制；II类控制器的有功控制法设定为定有功功率控制；其无功控制法设定为定交流电压控制或定无功功率控制。

所述设定分区互联装置的紧急功率控制的控制值包括：

2.1、根据分区互联装置的过负荷运行能力，设定分区互联装置的最大有功功率P_max和最大无功功率Q_max；

2.2、设定动作频率下阈值f_threshold.l和上阈值f_threshold.h；

2.3、设定动作电压下阈值u_ac.l和上阈值u_ac.h；

2.4、根据分区互联装置中换流器的容量，设定交流电压频率f与有功功率P

斜率K_fp；

2.5、根据分区互联装置中换流器的容量，设定交流电压幅值u_ac与无功功率Q斜率K_uq。

所述f_threshold.l为49.8Hz；所述f_threshold.h为50.2Hz。

动作电压阈值和受端交流系统额定电压u_ac.s的比值为：

所述斜率K_fp通过下式确定：

式中，Δf为电网交流电压频率变化量；ΔP为换流器期望输出有功功率；

对于II类控制器数量为N的情况，N>1；第i个II类控制器的斜率K_fpi与其所控换流器的最大有功功率P_maxi和最大无功功率Q_maxi满足：

所述斜率K_uq通过下式确定：

式中，Δu_ac为电网交流电压幅值变化量；ΔQ为换流器期望输出无功功率；

对于II类控制器数量为N的情况，N>1；第i个II类控制器的斜率K_uqi与其所控换流器的最大有功功率P_maxi和最大无功功率Q_maxi满足：

按照以下过程设定II类控制器的有功控制法：

若f_threshold.l<f<f_threshold.h，不执性紧急功率支撑，设定P_ref＝P_set；

若f<f_threshold.l，执行紧急功率支援，设定P_ref＝min{P_max,(f-f_s)/K_fp}；

若f>f_threshold.h，执行紧急功率支援，设定P_ref＝max{0,(f-f_s)/K_fp}

其中，P_ref为控制器输出有功功率参考值，P_set为正常运行计划有功传输量；f_s为交流电网额定频率。

按照以下过程设定II类控制器的无功控制法：

如u_ac.l<u_ac<u_ac.h，不执行紧急功率支撑，设定Q_ref＝Q_set；

若u_ac<u_ac.l，执行紧急功率支援，设定Q_ref＝min{Q_max,(u_ac-u_ac.s)/K_uq}；

若u_ac>u_ac.h，执行禁忌功率支援，设定Q_ref＝max{0,(u_ac-u_ac.s)/K_uq}

其中，Q_ref为控制器输出无功功率参考值，Q_set为正常运行计划发出无功量，u_ac.s为受端交流系统额定电压。

和最接近的现有技术比，本发明提供技术方案具有以下优异效果

1、本发明技术方案通过基于装置所连接交流电网的交流电压频率判断紧急有功功率支援的需求，通过基于装置所连交流电网的交流电压幅值判断紧急无功功率支援的需求，通过设定交流电压频率f与有功功率P斜率，实现分区互联装置对交流电网紧急有功功率支援的动态控制；

2、本发明技术方案通过设定交流电压幅值u_ac与无功功率Q的斜率，实现分区互联装置对交流电网紧急无功功率支援的动态控制，解决了传统柔性直流换流器无法动态响应交流电网紧急功率支援需求的技术偏见；

3、本发明技术方案在紧急功率支援控制定值的设定中考虑了换流器的过负荷能力，保证了装置在紧急功率支援工况下的运行安全。

附图说明

图1为本发明实施例的典型的交流电网分区互联装置结构示意图；

图2为本发明实施例的方法流程图；

图3为本发明实施例的紧急功率控制方法效果示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对发明作进一步的详细说明。

实施例1：

本例的发明提供一种交流电网分区互联装置的紧急功率支援控制方法，包括：所述交流电网分区互联装置如附图1所示，包含了四个柔性直流输电换流器VSC1、VSC2、VSC3和VSC4，用于连接两个交流电网分区AREA1和AREA2。其中，交流分区1中交流母线BUS1和BUS2的交流电压幅值额定值为500kV、频率额定值为50Hz，交流分区2中交流母线BUS3和BUS4的交流母线电压幅值额定值为500kV、频率额定值为50Hz。

所述方法包括以下步骤：

一、设定分区互联装置的正常运行控制策略；

二、设定分区互联装置的紧急功率控制的控制值；

三、检测交流电网电压频率f，并按指定原则设定II类控制器的有功功率策略；

四、检测交流电网电压幅值u_ac，并按制定原则设定II类控制器的无功功功率控制策略。

正常运行时，VSC1采用II类控制器，定有功功率控制和定无功功率控制，传输有功1000MW，无功300MVar；VSC2采用I类控制器，定直流电压控制和定无功功率控制，传输有功3000MW，无功450MVar；VSC3采用II类控制器，定有功功率控制和定无功功率控制，传输有功2000MW，无功600MVar；VSC4采用II类控制器，定有功功率控制和定无功功率控制，传输有功2000MW，无功600MVar。

根据分区互联装置的过负荷能力，对换流器VSC1设定P_max1＝1100MW和Q_max1＝330MVar；换流器VSC2设定P_max2＝3300MW和Q_max2＝990MVar；换流器VSC3设定P_max3＝2200MW和Q_max3＝660MVar；换流器VSC4设定Pmax4＝2200MW和Qmax4＝660MVar。

设定动作频率下阈值f_threshold.l为49.8Hz，f_threshold.h为50.2Hz。

设定换流器VSC1的动作电压下阈值u_ac1.l＝475kV和上阈值u_ac1.h＝550kV；换流器VSC2的动作电压下阈值u_ac2.l＝475kV和上阈值u_ac2.h＝550kV；换流器VSC3的动作电压下阈值u_ac3.l＝475kV和上阈值u_ac3.h＝550kV；换流器VSC4的动作电压下阈值u_ac4.l＝475kV和上阈值u_ac4.h＝550kV。

设定交流电压频率f与有功功率P斜率K_fp，对VSC1有K_fp1＝-0.004Hz/MW；对VSC2有K_fp2＝-0.00133Hz/MW；对VSC3有K_fp3＝-0.002Hz/MW；对VSC4有K_fp4＝-0.002Hz/MW。

设定交流电压幅值u_ac与无功功率Q斜率K_uq，对VSC1有K_uq1＝-3.333kV/MVar；对VSC2有K_uq2＝-1.111kV/MVar；对VSC3有K_uq2＝-1.667kV/MVar；对VSC4有K_uq4＝-1.667kV/MVar。

根据附图2的控制策略流程执行交流电网分区互联装置的紧急功率支援，交流电网分区AREA2的母线交流电压频率f与互联装置输出功率P的关系如附图3所示。

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，所属领域的普通技术人员尽管参照上述实施例应当理解：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，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 (9)

1.一种交流电网分区互联装置的紧急功率支援控制方法，其特征在于：包括：

设定分区互联装置的正常运行控制策略；即根据正常运行时的分区互联装置的潮流，将与其送端联接的一个换流器划分为I类控制器，将其余所有的换流器划分为II类控制器；

设定分区互联装置的紧急功率控制的控制值；

检测交流电网电压频率f，设定II类控制器的有功控制法；

检测交流电网电压幅值u_ac，设定II类控制器的无功控制法。

2.如权利要求1所述的一种交流电网分区互联装置的紧急功率支援控制方法，其特征在于：I类控制器的有功控制法设定为定直流电压控制，其无功控制法设定为定交流电压控制或定无功功率控制；II类控制器的有功控制法设定为定有功功率控制；其无功控制法设定为定交流电压控制或定无功功率控制。

3.如权利要求1或2所述的一种交流电网分区互联装置的紧急功率支援控制方法，其特征在于：所述设定分区互联装置的紧急功率控制的控制值包括：

2.1、根据分区互联装置的过负荷运行能力，设定分区互联装置的最大有功功率P_max和最大无功功率Q_max；

2.2、设定动作频率下阈值f_threshold.l和上阈值f_threshold.h；

2.3、设定动作电压下阈值u_ac.l和上阈值u_ac.h；

2.4、根据分区互联装置中换流器的容量，设定交流电压频率f与有功功率P斜率K_fp；

2.5、根据分区互联装置中换流器的容量，设定交流电压幅值u_ac与无功功率Q斜率K_uq。

4.如权利要求3所述的一种交流电网分区互联装置的紧急功率支援控制方法，其特征在于：所述f_threshold.l为49.8Hz；所述f_threshold.h为50.2Hz。

5.如权利要求3所述的一种交流电网分区互联装置的紧急功率支援控制方法，其特征在于：动作电压阈值和受端交流系统额定电压u_ac.s的比值为：

$\frac{u_{ac.1}}{u_{ac.s}}<0.95$

$\frac{u_{ac.h}}{u_{ac.s}}>\mathrm{1.1.}$

6.如权利要求3所述的一种交流电网分区互联装置的紧急功率支援控制方法，其特征在于：所述斜率K_fp通过下式确定：

$K_{fp}=-\frac{\mathrm{\&Delta;}f}{\mathrm{\&Delta;}P}$

式中，Δf为电网交流电压频率变化量；ΔP为换流器期望输出有功功率；

对于II类控制器数量为N的情况，N>1；第i个II类控制器的斜率K_fpi与其所控换流器的最大有功功率P_maxi和最大无功功率Q_maxi满足：

$\left\{\begin{array}{c}{K}_{fpi}\&times;\sqrt{P_{\max i}^2+Q_{\max i}^2}=K_{fpj}\&times;\sqrt{P_{\max j}^2+Q_{\max j}^2},\\ i=1,2,\mathrm{...},N\\ j=1,2,\mathrm{...},N\\ i\&NotEqual;j\end{array}\right..$

7.如权利要求1所述的一种交流电网分区互联装置的紧急功率支援控制方法，其特征在于：所述斜率K_uq通过下式确定：

$K_{uq}=-\frac{{\mathrm{\&Delta;u}}_{ac}}{\mathrm{\&Delta;}Q}$

式中，Δu_ac为电网交流电压幅值变化量；ΔQ为换流器期望输出无功功率；

对于II类控制器数量为N的情况，N>1；第i个II类控制器的斜率K_uqi与其所控换流器的最大有功功率P_maxi和最大无功功率Q_maxi满足：

$\left\{\begin{array}{c}{K}_{fpi}\&times;\sqrt{P_{\max i}^2+Q_{\max i}^2}=K_{fpj}\&times;\sqrt{P_{\max j}^2+Q_{\max j}^2},\\ i=1,2,\mathrm{...},N\\ j=1,2,\mathrm{...},N\\ i\&NotEqual;j\end{array}\right..$

8.如权利要求3所述的一种交流电网分区互联装置的紧急功率支援控制方法，其特征在于：按照以下过程设定II类控制器的有功控制法：

若f_threshold.l<f<f_threshold.h，不执性紧急功率支撑，设定P_ref＝P_set；

若f<f_threshold.l，执行紧急功率支援，设定P_ref＝min{P_max,(f-f_s)/K_fp}；

若f>f_threshold.h，执行紧急功率支援，设定P_ref＝max{0,(f-f_s)/K_fp}

其中，P_ref为控制器输出有功功率参考值，P_set为正常运行计划有功传输量；f_s为交流电网额定频率。

9.如权利要求3所述的一种交流电网分区互联装置的紧急功率支援控制方法，其特征在于：按照以下过程设定II类控制器的无功控制法：

如u_ac.l<u_ac<u_ac.h，不执行紧急功率支撑，设定Q_ref＝Q_set；

若u_ac<u_ac.l，执行紧急功率支援，设定Q_ref＝min{Q_max,(u_ac-u_ac.s)/K_uq}；

若u_ac>u_ac.h，执行禁忌功率支援，设定Q_ref＝max{0,(u_ac-u_ac.s)/K_uq}

其中，Q_ref为控制器输出无功功率参考值，Q_set为正常运行计划发出无功量，u_ac.s为受端交流系统额定电压。