CN106953349A - 一种用于柔性直流输电系统孤岛启动的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种柔性直流输电系统孤岛启动的方法，当与柔性直流换流站相连的交流电网区域内无交流电源时，柔性直流换流站需要以孤岛的模式启动运行。该孤岛模式采用双闭环控制，外环控制输出电压幅值和频率，内环控制输出电流。孤岛启动时，柔性直流输电控保系统产生的电压参考波输出幅值大小采用分段的模式，第一段参考波幅值从零或一定值U_x开始，按照速率αkV/s快速升至U_akV，避免输出电压参考波较小时，采样电压和电流误差及谐波含量过大对控制系统的不利影响；第二段按照速率βkV/s升至U_bkV，第三段按照速率γkV/s升至U_ckV，……，第N段按照速率εkV/s升至额定电压U_NkV，从而实现柔性直流输电系统孤岛无扰动、无冲击启动。

Description

一种用于柔性直流输电系统孤岛启动的方法

技术领域

本发明涉及电力系统柔性直流输电技术领域，具体涉及一种柔性直流输电系统孤岛启动的方法。

背景技术

柔性直流输电采用电压源型换流器，可以独立、快速控制控制系统的有功功率和无功功率，从而提高系统的稳定性，抑制系统频率和电压的波动，提高并网交流系统的稳态性能。

我国沿海岛屿众多，岛屿内部交流电网大部分偏弱，电源输出不稳定。而柔性直流输电在分布式发电并网、孤岛供电、新能源并网、城市配网供电等领域具有较大的优势。为此，国家电网公司和南方电网公司大力推进沿海岛屿的电网建设，其中，国家电网公司建设了浙江舟山五端柔直工程，南方电网公司建设了广东南澳三端柔直工程。当与柔性直流换流站相连的交流电网区域内无交流电源时，柔性直流换流站需要以孤岛的模式启动运行。即当海岛交流电网失去时，若此时柔直换流站未运行，则启动的时候需要以孤岛的方式启动。现有的文章中，多数是讨论柔直系统运行时，如果交流电网失电，柔直系统转为孤岛控制的方法，如《柔性直流输电系统并列转孤岛运行控制切换时限研究》(文安，史文博，中国电机工程学会年会，2014)介绍了系统从交直流并列运行转为孤岛运行时，送端换流站从定有功功率控制转为定频率控制，分析了控制策略切换时限长短对送端系统频率的影响。《柔性直流输电系统的联网和孤岛运行通用控制策略》(管敏渊，张静，电力系统自动化，2015)介绍了交流侧的频率—有功功率的下垂控制和直流侧的有功功率—直流电压的下垂控制,并由此提出了柔性直流输电系统联网和孤岛运行的通用控制策略。现有公开的文献中，未有涉及孤岛启动时的控制方法。

因而，有必要寻找一种适用于孤岛控制时无扰动、无冲击的启动方法，解决海岛交流电网失电时，柔直系统无源启动的问题。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术不足,提供一种用于柔性直流输电系统孤岛启动的方法,可以避免孤岛启动时的大扰动、大冲击，可以有效抑制零电压启动时初始阶段输出电压和电流的高频分量及畸变，保证系统的稳定运行。

为了达成上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种用于柔性直流输电系统孤岛启动的方法，孤岛控制模式先以开环控制方式零电压启动，后采用双闭环控制，或者直接采用双闭环控制，所述双闭环控制的外环控制输出电压幅值和频率，内环控制输出电流，建立稳态电压；其特征在于，柔性直流控制系统产生的电压参考波幅值大小采用分段的模式，至少分为两段，第一段参考波幅值从零或一定值U_x开始，按照速率αkV/s快速升至U_akV，后面的其他分段参考波幅值上升速率相同或者不相同，且均不大于第一段速率α，最后一段参考波幅值最终升至额定电压U_NkV，从而实现柔性直流输电系统孤岛无扰动、无冲击启动；其中，参考波的初始值U_x≤0.4p.u，第一段速率α≥2.0p.u/s。第一阶段电压升至U_a后，作为第二阶段的电压参考波初始值，第二阶段电压升至U_b后，作为第三阶段参考波初始值，且U_x≤U_a≤U_b≤……≤U_N，1.0p.u＝U_NkV。

本发明提供的一种柔性直流输电系统孤岛启动的方法，其特征在于，第一阶段的电压上升速率大于或者等于第二阶段、第三阶段、第N阶段的电压上升速率，即α≥β≥0、α≥γ≥0、α≥ε≥0kV/s，同时，要求α≥2.0PU/s，1.0PU＝U_NkV。β为第二阶段的电压上升速率，γ为第三阶段的电压上升速率，ε为第N阶段的电压上升速率。

本发明提供的一种柔性直流输电系统孤岛启动的方法，其特征在于，控保系统参考波的初始值u_refi≤0.4p.u，即初始电压U_x≤0.4p.u，1.0p.u＝U_NkV，从而保证初始阶段对变压器充电时的励磁涌流较小，防止保护误动。

本发明提供的一种柔性直流输电系统孤岛启动的方法，其特征在于，电压参考波的分段输出，其分段数N≥2。

本发明提供的一种柔性直流输电系统孤岛启动的方法，其特征在于，零压启动时，可以带负载启动，也可以不带负载启动。

采用上述方案后，本发明的有益效果为：

(1)本发明提供的柔性直流输电系统孤岛启动的方法，避免了孤岛启动时的冲击和扰动；

(2)本发明提供的柔性直流输电系统孤岛启动的方法，避免了孤岛启动时初始阶段的高频分量和畸变。

(3)本发明提供的柔性直流输电系统孤岛启动的方法，解决了海岛交流电网失电时，柔直系统无源启动的问题。

附图说明

图1两端柔性直流输电系统示意图；

图2孤岛闭环控制启动流程图；

图3采用本文所述的孤岛启动方法的启动波形；

图4孤岛启动时参考波电压幅值按照5.975kV/s从0上升的启动波形。

具体实施方式

以下将结合附图及具体实施例，对本发明的技术方案进行详细说明。柔性直流输电系统的示意图如图1所示，以图2所示的步骤进行孤岛启动，孤岛启动的参考波输出分为两段输出即N＝2。

(1)当换流站以孤岛模式解锁后，电压参考波从0kv开始启动，同时，假设额定电压为119.5kV；避免输出电压参考波较小时，采样电压和电流误差及谐波含量过大对控制系统的不利影响；

(2)启动第一阶段，电压参考波幅值的上升速率设置为1195kV/s，α＝1195；

(3)当电压输出有效值为23.9kV时，开始启动第二阶段，上升速率由1195kV/s改为5.975kV/s,β＝5.975；

(4)电压输出有效值由23.9kV缓慢上升至额定电压119.5kV。

图3为采用本文所述的孤岛启动方法时的波形，图4为未采用本发明，启动时电压输出有效值直接按照5.975kV/s上升时的波形。图3和图4中，UREF_L1、UREF_L2、UREF_L3代表A、B、C三相参考波，UY_LA_C、UY_LB_C、UY_LA_C代表按照参考波产生的实际电压，可以看到，采用本文所述的孤岛启动方法时的波形光滑，无冲击。

以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (5)

1.一种用于柔性直流输电系统孤岛启动的方法，在孤岛控制模式中先以开环控制方式零电压启动，然后后采用双闭环控制，或者直接采用双闭环控制；所述双闭环控制中，外环控制输出电压幅值和频率，内环控制输出电流，建立稳态电压；其特征在于：柔性直流控制系统产生的电压参考波幅值大小采用分段的模式，至少分为两段，第一段电压参考波幅值从零或定值U_xkV开始，按照速率αkV/s升至U_akV，最后一段参考波幅值升至额定电压U_NkV；

其中，参考波的初始值U_x≤0.4p.u，第一段速率α≥2.0p.u/s；

第一阶段电压升至U_akV后，作为第二阶段的电压参考波初始值；第二阶段电压升至U_bkV后，作为第三阶段参考波初始值，且U_x≤U_a≤U_b≤……≤U_N，U_NkV＝1.0p.u。

2.如权利要求1所述的一种柔性直流输电系统孤岛启动的方法，其特征在于，第一阶段的电压上升速率大于或者等于第二阶段、第三阶段、……、第N阶段的电压上升速率，即α≥β≥0、α≥γ≥0、α≥ε≥0kV/s,β为第二阶段的电压上升速率，γ为第三阶段的电压上升速率，ε为第N阶段的电压上升速率。

3.如权利要求1所述的一种柔性直流输电系统孤岛启动的方法，其特征在于，在孤岛启动初始阶段，变压器磁通φ_i和电压的关系满足下式：

${\mathrm{\φ}}_i=-\frac{\sqrt{2}{U}_x}{N\mathrm{\ω}}cos(\mathrm{\ω}t+\mathrm{\α})+\frac{\sqrt{2}{U}_x}{N\mathrm{\ω}}cos\mathrm{\α};$

额定磁通

当无源启动瞬间，若α＝0，则

若U_x≤0.5U_N,则产生的最大磁通不会超过额定磁通。

4.如权利要求1所述的一种柔性直流输电系统孤岛启动的方法，其特征在于，电压参考波的分段输出，其分段数N≥2。

5.如权利要求1所述的一种柔性直流输电系统孤岛启动的方法，其特征在于，孤岛启动时，带负载启动，或者不带负载启动。