CN107276109B - 混合双馈入直流系统中lcc故障闭锁电压控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于输配电技术领域，尤其涉及一种混合双馈入直流系统中LCC故障闭锁电压控制方法。本发明首先通过检测交流母线电压上升的速率，并与交流母线电压最大允许上升速率限值进行比较以判断LCC‑HVDC是否发生闭锁故障，通过接收的使能信号，调节VSC内环电流的参考值，使VSC换流器在LCC‑HVDC发生闭锁故障时，能够通过适当降低d轴参考电流幅值以降低VSC‑HVDC输出的有功功率，提高q轴电流参考值以增强VSC‑HVDC对交流母线电压的支撑能力。通过本发明所提出的无功电压紧急控制方法，可有效改善混合双馈入直流系统中LCC‑HVDC发生闭锁故障时系统的暂态过电压现象。

Description

混合双馈入直流系统中LCC故障闭锁电压控制方法

技术领域

本发明属于输配电技术领域，尤其涉及一种混合双馈入直流系统中LCC故障闭锁电压控制方法。

背景技术

随着社会经济的发展，电力需求的不断增加，电力电子技术的发展给电能的传输提供了新的选择。高压直流输电系统(High Voltage Direct Current Transmission,简称HVDC)经过数十年的发展已逐渐走向成熟，主要应用于远距离大电容输电，交流系统非同步联网，轻型直流输电，太阳能、风能、光伏等新能源输电。目前投入使用的换流器有两种，一种是电压源换流器(Voltage Source Converter,VSC),另一种是电网换相换流器(LineCommutated Converter,LCC),电网换相换流器高压直流输电(line commutatedconverter based high voltage direct current，LCC-HVDC)是目前应用最广泛的高压直流输电系统形式，常用于大容量远距离传输电能，连接两个非同步的交流网络，然而当LCC-HVDC系统在故障闭锁的工况下，由于LCC无功补偿装置的存在会导致系统无功功率过剩，交流母线电压升高，形成暂态过电压，对换流器设备造成损害，一般需额外配置设备抑制因LCC故障闭锁造成的暂态过电压。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种混合双馈入直流系统中LCC故障闭锁电压控制方法，包括以下步骤：

步骤1)故障检测；利用电压互感器检测LCC-HVDC系统交流母线的电压上升速率dV_acm/dt，将检测到的电压上升速率dV_acm/dt与上升速率限值Vv_max进行比较，判断LCC-HVDC系统是否发生故障闭锁，若发生闭锁故障，则进入步骤2)，否则进入步骤3)；

步骤2)：当判定LCC-HVDC系统发生故障闭锁时，LCC控制系统向VSC-HVDC控制系统发出使能信号E_n＝1，VSC-HVDC的外环控制器分别输出d、q轴参考电流i_dref0和i_qref0，将VSC-HVDC系统输出的电流参考信号i_dref0、i_qref0进行限幅处理；

步骤3)当LCC-HVDC系统未发生故障闭锁时，LCC控制系统向VSC-HVDC控制系统发出使能信号E_n＝0，VSC-HVDC的外环控制器分别输出d、q轴参考电流i_dref0和i_qref0，将VSC-HVDC系统输出的电流参考信号i_dref0、i_qref0进行限幅处理；

所述判断LCC-HVDC系统是否发生故障闭锁的方法为：

若dV_acm/dt≥Vv_max，则判定发生闭锁故障，若dV_acm/dt<Vv_max，则判定未发生闭锁故障。

所述限幅处理的方法包括以下步骤：

步骤一：根据VSC-HVDC系统外环控制器输出的d、q轴电流参考值i_dref0和i_qref0计算参考电流幅值I_m，计算公式为:

步骤二：将计算得到的参考电流幅值I_m与换流器最大允许电流I_max进行比较，若I_m＜I_max,则经过调整外环PI控制器输出限幅值后，外环PI控制器输出的d、q轴电流参考值i_dref和i_qref保持不变，即：

若I_m≥I_max，则进入步骤三；

步骤三：若使能信号E_n＝0，将调整外环PI控制器输出限幅值后外环PI控制器输出的d、q轴电流参考值i_dref1和i_qref1等比例限制在换流器最大允许电流I_max；若使能信号En＝1，将由VSC-HVDC系统外环控制器输出的q轴参考电流i_qref0与换流器最大允许电流I_max进行比较：

若i_qref0≥I_max，将调整外环PI控制器输出限幅值后外环PI控制器输出的q轴电流参考值i_qref2限制在换流器最大允许电流I_max，d轴电流参考值i_dref2以计算得到的参考电流幅值I_m为换流器最大允许电流I_max进行配置；

若i_qref0＜I_max，则调整外环PI控制器输出限幅值后外环PI控制器输出的q轴电流参考值i_qref3保持不变，d轴电流参考值i_dref3以计算得到的参考电流幅值I_m为换流器最大允许电流I_max进行配置。

所述i_dref1和i_qref1的计算公式为：

式中，i_dref1、i_qref1分别为在使能信号E_n＝0的情况下经限幅处理后输出的d、q轴电流参考值，i_dref0、i_qref0分别为VSC-HVDC系统外环控制器输出的d、q轴电流参考值，I_max为换流器最大允许电流值，I_m为计算得到的参考电流幅值；

所述i_dref2和i_qref2的计算公式为：

式中，i_dref2、i_qref2分别为在使能信号En＝1，且i_qref0≥I_max的情况下经限幅处理后输出的d、q轴电流参考值，I_max为换流器最大允许电流值。

所述i_dref3和i_qref3的计算公式为：

式中，i_dref3、i_qref3分别为在使能信号En＝1，且i_qref0＜I_max的情况下经限幅处理后输出的d、q轴电流参考值，i_qref0为VSC-HVDC系统外环控制器输出的q轴电流参考值，I_max为换流器最大允许电流值。

本发明的有益效果在于：

本发明充分利用混合双馈入直流系统中VSC-HVDC系统对交流母线电压的支撑能力，针对LCC-HVDC因故障闭锁后导致系统无功功率过剩的工况，通过接收检测环节的使能信号，调节VSC内环电流的参考值，使VSC换流器在LCC-HVDC发生闭锁故障时，能够通过适当降低d轴参考电流幅值以降低VSC-HVDC输出的有功功率，提高q轴电流参考值以增强VSC-HVDC对交流母线电压的支撑能力。通过本发明所提出的无功电压紧急控制方法，最大程度发挥VSC-HVDC无功功率调节能力，可有效抑制混合双馈入直流系统中LCC-HVDC发生闭锁故障时系统的暂态过电压现象。

附图说明

附图1为VSC-HVDC无功电压紧急控制的电流限幅逻辑框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细说明。本发明提出的一种混合双馈入直流系统中LCC故障闭锁电压控制方法,首先对LCC-HVDC系统进行故障检测，判断LCC-HVDC系统是否发生故障闭锁，若发生故障闭锁，VSC-HVDC系统输出使能信号E_n＝1，否则输出使能信号E_n＝0，然后根据VSC-HVDC系统输出的电流参考信号i_dref0、i_qref0以及使能信号E_n对i_dref0、i_qref0进行限幅处理。

进一步地，判断LCC-HVDC系统是否发生故障闭锁的方法为，通过电压互感器检测LCC-HVDC系统交流母线的电压上升速率dV_acm/dt，将检测到的电压上升速率dV_acm/dt与上升速率限值Vv_max进行比较，若dV_acm/dt>Vv_max，则判定发生闭锁故障，若dV_acm/dt<Vv_max，则判定未发生闭锁故障。

进一步地，所述限幅处理的方法如图1所示，附图1为VSC-HVDC无功电压紧急控制的电流限幅逻辑框图，包括以下步骤：

步骤一：根据VSC-HVDC系统外环控制器输出的d、q轴电流参考值i_dref0和i_qref0计算参考电流幅值I_m，计算公式为:

步骤二：将计算得到的参考电流幅值I_m与换流器最大允许电流I_max进行比较，若I_m＜I_max,则经过调整外环PI控制器输出限幅值后，外环PI控制器输出的d、q轴电流参考值i_dref和i_qref保持不变，即：

若I_m≥I_max，则进入步骤三；

步骤三：若使能信号E_n＝0，将调整外环PI控制器输出限幅值后外环PI控制器输出的d、q轴电流参考值i_dref1和i_qref1等比例限制在换流器最大允许电流I_max；若使能信号En＝1，将由VSC-HVDC系统外环控制器输出的q轴参考电流i_qref0与换流器最大允许电流I_max进行比较：

若i_qref0≥I_max，将调整外环PI控制器输出限幅值后外环PI控制器输出的q轴电流参考值i_qref2限制在换流器最大允许电流I_max，d轴电流参考值i_dref2以计算得到的参考电流幅值I_m为换流器最大允许电流I_max进行配置；

若i_qref0＜I_max，则调整外环PI控制器输出限幅值后外环PI控制器输出的q轴电流参考值i_qref3保持不变，d轴电流参考值i_dref3以计算得到的参考电流幅值I_m为换流器最大允许电流I_max进行配置。

所述i_dref1和i_qref1的计算公式为：

式中，i_dref1、i_qref1分别为在使能信号E_n＝0的情况下经限幅处理后输出的d、q轴电流参考值，i_dref0、i_qref0分别为VSC-HVDC系统外环控制器输出的d、q轴电流参考值，I_max为换流器最大允许电流值，I_m为计算得到的参考电流幅值；

所述i_dref2和i_qref2的计算公式为：

式中，i_dref2、i_qref2分别为在使能信号En＝1，且i_qref0≥I_max的情况下经限幅处理后输出的d、q轴电流参考值，I_max为换流器最大允许电流值。

所述i_dref3和i_qref3的计算公式为：

式中，i_dref3、i_qref3分别为在使能信号En＝1，且i_qref0＜I_max的情况下经限幅处理后输出的d、q轴电流参考值，i_qref0为VSC-HVDC系统外环控制器输出的q轴电流参考值，I_max为换流器最大允许电流值。

此实施例仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种混合双馈入直流系统中LCC故障闭锁电压控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1)故障检测；利用电压互感器检测LCC-HVDC系统交流母线的电压上升速率dV_acm/dt，将检测到的电压上升速率dV_acm/dt与上升速率限值Vv_max进行比较，判断LCC-HVDC系统是否发生故障闭锁，若发生闭锁故障，则进入步骤2)，否则进入步骤3)；

步骤2)：当判定LCC-HVDC系统发生故障闭锁时，LCC控制系统向VSC-HVDC控制系统发出使能信号E_n＝1，VSC-HVDC的外环控制器分别输出d、q轴参考电流i_dref0和i_qref0，将VSC-HVDC系统输出的电流参考信号i_dref0、i_qref0进行限幅处理；

步骤3)当LCC-HVDC系统未发生故障闭锁时，LCC控制系统向VSC-HVDC控制系统发出使能信号E_n＝0，VSC-HVDC的外环控制器分别输出d、q轴参考电流i_dref0和i_qref0，将VSC-HVDC系统输出的电流参考信号i_dref0、i_qref0进行限幅处理；

所述限幅处理的方法如下：

步骤一：根据VSC-HVDC系统外环控制器输出的d、q轴电流参考值i_dref0和i_qref0计算参考电流幅值I_m，计算公式为:

步骤二：将计算得到的参考电流幅值I_m与换流器最大允许电流I_max进行比较，若I_m＜I_max,则经过调整外环PI控制器输出限幅值后，外环PI控制器输出的d、q轴电流参考值i_dref和i_qref保持不变，即：

若I_m≥I_max，则进入步骤三；

步骤三：若使能信号E_n＝0，将调整外环PI控制器输出限幅值后外环PI控制器输出的d、q轴电流参考值i_dref1和i_qref1等比例限制在换流器最大允许电流I_max；若使能信号En＝1，将由VSC-HVDC系统外环控制器输出的q轴参考电流i_qref0与换流器最大允许电流I_max进行比较：

若i_qref0≥I_max，将调整外环PI控制器输出限幅值后外环PI控制器输出的q轴电流参考值i_qref2限制在换流器最大允许电流I_max，d轴电流参考值i_dref2以计算得到的参考电流幅值I_m为换流器最大允许电流I_max进行配置；

若i_qref0＜I_max，则调整外环PI控制器输出限幅值后外环PI控制器输出的q轴电流参考值i_qref3保持不变，d轴电流参考值i_dref3以计算得到的参考电流幅值I_m为换流器最大允许电流I_max进行配置。

2.根据权利要求1所述一种混合双馈入直流系统中LCC故障闭锁电压控制方法，其特征在于，所述判断LCC-HVDC系统是否发生故障闭锁的方法为：

若dV_acm/dt≥Vv_max，则判定发生闭锁故障，若dV_acm/dt<Vv_max，则判定未发生闭锁故障。

3.根据权利要求1所述一种混合双馈入直流系统中LCC故障闭锁电压控制方法，其特征在于，所述i_dref1和i_qref1的计算公式为：

式中，i_dref1、i_qref1分别为在使能信号E_n＝0的情况下经限幅处理后输出的d、q轴电流参考值，i_dref0、i_qref0分别为VSC-HVDC系统外环控制器输出的d、q轴电流参考值，I_max为换流器最大允许电流，I_m为计算得到的参考电流幅值。

4.根据权利要求1所述一种混合双馈入直流系统中LCC故障闭锁电压控制方法，其特征在于，所述i_dref2和i_qref2的计算公式为：

式中，i_dref2、i_qref2分别为在使能信号En＝1，且i_qref0≥I_max的情况下经限幅处理后输出的d、q轴电流参考值，I_max为换流器最大允许电流值。

5.根据权利要求2所述一种混合双馈入直流系统中LCC故障闭锁电压控制方法，其特征在于，所述i_dref3和i_qref3的计算公式为：

式中，i_dref3、i_qref3分别为在使能信号En＝1，且i_qref0＜I_max的情况下经限幅处理后输出的d、q轴电流参考值，i_qref0为VSC-HVDC系统外环控制器输出的q轴电流参考值，I_max为换流器最大允许电流值。