CN108110782B - 一种提高暂态功角稳定性的柔性直流输电系统控制策略优化方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提高暂态功角稳定性的柔性直流输电系统控制策略优化方法：1、获取柔性直流输电系统交流故障穿越策略的控制参数；2、获取电网典型运行方式，进行预想故障下的暂态稳定时域仿真，将失稳的故障纳入暂态失稳故障集F；3、从F中获取暂态功角稳定特性与柔性直流控制策略相关的故障集F_c；4、获取F_c故障集中各预想故障短路持续期间，柔性直流输电系统交流控制点电压的最小值U_fc‑i，取参数U_fc＝max{U_fc‑i}+0.05；5、若U_thin＜U_fc，则令U_thin＝U_fc，对F_c故障集中各预想故障重新进行暂态稳定时域仿真；6、若F_c故障集中各预想故障下系统均保持暂态稳定，则优化结束，当前的U_thin、i_dlim、i_qlim、U_thout即为优化参数。

Description

一种提高暂态功角稳定性的柔性直流输电系统控制策略优化 方法

技术领域

本发明涉及一种提高暂态功角稳定性的柔性直流输电系统控制策略优化方法。

背景技术

柔性直流输电技术是基于全控型半导体器件的直流输电技术，相比于基于半控型器件的电网自换相常规直流输电技术，柔性直流输电技术不存在换相失败的问题，可以实现有功功率和无功功率的解耦控制，潮流翻转控制灵活，阻尼性能好，其大容量输电技术近年来也得到较快的发展，近年来我国先后建成了厦门柔性直流、鲁西背靠背柔性直流等大容量柔性直流输电工程，“十三五”期间，我国还将陆续建成投产渝鄂背靠背工程、张北柔直输电工程等多项大容量柔性直流输电工程。

柔性直流输电技术将进入大容量快速发展阶段，然而，关于大容量柔性直流控制策略的设计缺少成熟经验，随着柔性直流输电容量的逐步增大，合理的控制策略对于提高电网的安全稳定运行至关重要。特别是对于柔性直流与其他电源共用送电通道，在潮流拥挤、系统暂态稳定水平较低的情况下，迫切需要优化直流控制策略的参数和控制逻辑，提高柔性直流输电能力，保障电网的安全稳定运行。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种提高暂态功角稳定性的柔性直流输电系统控制策略优化方法，提高柔性直流输电系统的暂态功角稳定特性，提高柔性直流及近区交流系统的输电能力。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

一种提高暂态功角稳定性的柔性直流输电系统控制策略优化方法，包括如下步骤：

步骤1、获取柔性直流输电系统交流故障穿越策略的控制参数，包括进入交流故障穿越的电压阈值U_thin、交流故障穿越期间柔性直流输电系统有功电流限值i_dlim、无功电流限值i_qlim和交流故障穿越恢复的电压阈值U_thout，并进入步骤2；

步骤2、获取电网典型运行方式，进行预想故障下的暂态稳定时域仿真，若存在预想故障下系统暂态失稳，则将失稳的故障纳入暂态失稳故障集F，并进入步骤3；

步骤3、从暂态失稳故障集F中获取暂态功角稳定特性与柔性直流控制策略相关的故障集F_c，并进入步骤4；

步骤4、根据时域仿真结果，获取F_c故障集中各预想故障短路持续期间，柔性直流输电系统交流控制点电压的最小值U_fc-i，i＝1,2,3…N，N为当前F_c故障集中的故障总数，取参数U_fc＝max{U_fc-i}+0.05，并进入步骤5；

步骤5、若U_thin＜U_fc，则令U_thin＝U_fc，对F_c故障集中各预想故障重新进行暂态稳定时域仿真，并进入步骤6；

步骤6、若F_c故障集中各预想故障下系统均保持暂态稳定，则优化结束，当前的U_thin、i_dlim、i_qlim、U_thout即为满足系统暂态稳定要求的优化参数。

优选，步骤6中，若F_c故障集中存在预想故障下系统暂态失稳，则将暂态功角失稳的预想故障重新纳入F_c故障集并进入步骤7：

步骤7、若i_qlim＜0.6，则令i_qlim的值加0.05，对F_c故障集中各预想故障重新进行暂态稳定时域仿真。

优选，步骤7中，若F_c故障集中各预想故障下系统均保持暂态稳定，则优化结束，当前的U_thin、i_dlim、i_qlim、U_thout即为满足系统暂态稳定要求的优化参数；否则，进入步骤8：

步骤8、若i_dlim≥0.05，则令i_dlim的值减0.05，对F_c故障集中各预想故障重新进行暂态稳定时域仿真。

优选，步骤8中，若F_c故障集中各预想故障下系统均保持暂态稳定，则优化结束，当前的U_thin、i_dlim、i_qlim、U_thout即为满足系统暂态稳定要求的优化参数；否则，进入步骤9：

步骤9、获取F_c故障集中各预想故障短路恢复瞬间柔性直流输电系统交流控制点电压值U_rv-i，i＝1,2,3…N，N为当前F_c故障集中的故障总数，取U_rv＝max{U_rv-i}，并进入步骤10；

步骤10、若U_thout＜U_rv，则令U_thout＝U_rv，对F_c故障集中各预想故障重新进行暂态稳定时域仿真，并进入步骤11，否则直接进入步骤12；

步骤11、若F_c故障集中各预想故障下系统均保持暂态稳定，则优化结束，当前的U_thin、i_dlim、i_qlim、U_thout即为满足系统暂态稳定要求的优化参数；否则将暂态功角失稳的预想故障重新纳入F_c故障集，进入步骤12；

步骤12、若U_thout＜0.9，则令U_thout的值加0.05，F_c故障集中各预想故障重新进行暂态稳定时域仿真，并进入步骤11；否则结束本方法，当前的U_thin、i_dlim、i_qlim、U_thout即为最终的优化结果。

优选，步骤5中，若U_thin≥U_fc，则进入步骤7。

优选，步骤3中获取故障集F_c具体包括如下步骤：

3-1)将柔性直流模型等效为恒功率负荷，其有功为额定值，无功为0，对暂态失稳故障集F中的预想故障进行时域仿真，获得暂态失稳故障集F中各预想故障下的暂态功角稳定裕度η_j，j＝1,2,3…M，M为暂态失稳故障集F中的故障总数；

3-2)对暂态失稳故障集F中的预想故障分别施加控制柔性直流输电系统有功降为0的紧急控制措施，重新进行时域仿真计算，获得柔性直流输电系统有功控制策略影响下暂态失稳故障集F中各预想故障下的暂态功角稳定裕度η_j′；

3-3)对暂态失稳故障集F中的预想故障分别施加控制柔性直流输电系统无功提升至50％有功值的紧急控制措施，重新进行时域仿真计算，获得柔性直流输电系统无功控制策略影响下暂态失稳故障集F中各预想故障下的暂态功角稳定裕度η″_j；

3-4)若η′_t-η_t≥λ或η″_t-η_t≥λ，λ为设定的阈值，则将第t个预想故障纳入故障集F_c，t＝1,2,3…N，N为当前F_c故障集中的故障总数。

本发明的有益效果是：

本发明对于存在暂态功角失稳风险的柔性直流接入系统，通过优化柔性直流控制策略，提高柔性直流输电系统在交流故障期间的动态无功支撑能力，降低柔性直流输电系统有功恢复速度，从而减小柔性直流近区发电机组的加速能量，提升柔性直流接入系统的暂态功角稳定特性，提高柔性直流输电系统及近区交流系统的输电能力。

附图说明

图1是本发明一种提高暂态功角稳定性的柔性直流输电系统控制策略优化方法的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施例对本发明技术方案作进一步的详细描述，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

如图1所示，一种提高暂态功角稳定性的柔性直流输电系统控制策略优化方法，可以提高柔直接入系统的暂态稳定性，提高系统暂态稳定约束下的输电能力，具体包括如下步骤：

步骤1、获取柔性直流输电系统交流故障穿越策略的关键控制参数，包括进入交流故障穿越的电压阈值U_thin、交流故障穿越期间柔性直流输电系统有功电流限值i_dlim、无功电流限值i_qlim和交流故障穿越恢复的电压阈值U_thout，并进入步骤2。其中，交流故障穿越是指当电网故障或扰动引起柔性直流接入点的电压跌落时，在一定电压范围通过，柔性直流限制自身的无功的有功电流和无功电流，直到电网恢复正常。

步骤2、获取电网典型运行方式，柔性直流的无功控制方式采用定交流电压控制，U_thin、i_dlim、i_qlim、U_thout采用设备厂家推荐的典型参数，进行预想故障下的暂态稳定时域仿真，预想故障主要包括输电线路、变压器的三相永久性N-1故障，若所有预想故障下系统均可保持暂态稳定，则说明当前柔性直流采用的策略可以满足该系统暂态稳定的要求，结束本方法。若存在预想故障下系统暂态失稳，则将失稳的故障纳入暂态失稳故障集F，并进入步骤3。

步骤3、从暂态失稳故障集F中获取暂态功角稳定特性与柔性直流控制策略相关的故障集F_c，并进入步骤4。一般的，

从暂态失稳故障集F中获取暂态功角稳定特性与柔性直流控制策略密切相关的故障集F_c，优选采用如下方案获取故障集F_c：

3-1)将柔性直流模型等效为恒功率负荷，其有功为额定值，无功为0，利用电力系统机电暂态仿真软件FASTEST对暂态失稳故障集F中的预想故障进行时域仿真，获得暂态失稳故障集F中各预想故障下的暂态功角稳定裕度η_j，j＝1,2,3…M，M为暂态失稳故障集F中的故障总数；

3-2)对暂态失稳故障集F中的预想故障分别施加控制柔性直流输电系统有功降为0的紧急控制措施，重新进行时域仿真计算，获得柔性直流输电系统有功控制策略影响下暂态失稳故障集F中各预想故障下的暂态功角稳定裕度η_j′；

3-3)对暂态失稳故障集F中的预想故障分别施加控制柔性直流输电系统无功提升至50％有功值的紧急控制措施，重新进行时域仿真计算，获得柔性直流输电系统无功控制策略影响下暂态失稳故障集F中各预想故障下的暂态功角稳定裕度η″_j；

3-4)若η′_t-η_t≥λ或η″_t-η_t≥λ，λ为设定的阈值，比如，λ＝50％，则认为第t个预想故障下的暂态稳定特性与柔性直流控制策略密切相关，将其纳入故障集F_c，t＝1,2,3…N，N为当前F_c故障集中的故障总数。

步骤4、根据时域仿真结果，获取F_c故障集中各预想故障短路持续期间，柔性直流输电系统交流控制点电压的最小值U_fc-i(单位为p.u.)，i＝1,2,3…N，N为当前F_c故障集中的故障总数，取参数U_fc＝max{U_fc-i}+0.05，并进入步骤5。

步骤5、若U_thin＜U_fc，则令U_thin＝U_fc，对F_c故障集中各预想故障重新进行暂态稳定时域仿真，并进入步骤6；优选，步骤5中，若U_thin≥U_fc，则进入步骤7。

步骤6、若F_c故障集中各预想故障下系统均保持暂态稳定，则优化结束，当前的U_thin、i_dlim、i_qlim、U_thout即为满足系统暂态稳定要求的优化参数。若F_c故障集中存在预想故障下系统暂态失稳，则将暂态功角失稳的预想故障重新纳入F_c故障集并进入步骤7：

步骤7、若i_qlim＜0.6，则令i_qlim的值加0.05，对F_c故障集中各预想故障重新进行暂态稳定时域仿真。

优选，步骤7中，若F_c故障集中各预想故障下系统均保持暂态稳定，则优化结束，当前的U_thin、i_dlim、i_qlim、U_thout即为满足系统暂态稳定要求的优化参数；否则，进入步骤8：

步骤8、若i_dlim≥0.05，则令i_dlim的值减0.05，对F_c故障集中各预想故障重新进行暂态稳定时域仿真。

优选，步骤8中，若F_c故障集中各预想故障下系统均保持暂态稳定，则优化结束，当前的U_thin、i_dlim、i_qlim、U_thout即为满足系统暂态稳定要求的优化参数；否则，进入步骤9：

步骤9、获取F_c故障集中各预想故障短路恢复瞬间(即故障发生后0.1s)，柔性直流输电系统交流控制点电压值U_rv-i，i＝1,2,3…N，N为当前F_c故障集中的故障总数，取U_rv＝max{U_rv-i}，并进入步骤10：

步骤10、若U_thout＜U_rv，则令U_thout＝U_rv，对F_c故障集中各预想故障重新进行暂态稳定时域仿真，并进入步骤11，否则直接进入步骤12：

步骤11、若F_c故障集中各预想故障下系统均保持暂态稳定，则优化结束，当前的U_thin、i_dlim、i_qlim、U_thout即为满足系统暂态稳定要求的优化参数；否则将暂态功角失稳的预想故障重新纳入F_c故障集，进入步骤12。

步骤12、若U_thout＜0.9，则令U_thout的值加0.05，F_c故障集中各预想故障重新进行暂态稳定时域仿真，并进入步骤11；否则结束本方法，当前的U_thin、i_dlim、i_qlim、U_thout即为最终的优化结果。

本发明对于存在暂态功角失稳风险的柔性直流接入系统，通过优化柔性直流控制策略，提高柔性直流输电系统在交流故障期间的动态无功支撑能力，降低柔性直流输电系统有功恢复速度，从而减小柔性直流近区发电机组的加速能量，提升柔性直流接入系统的暂态功角稳定特性，提高柔性直流输电系统及近区交流系统的输电能力。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或者等效流程变换，或者直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (4)

1.一种提高暂态功角稳定性的柔性直流输电系统控制策略优化方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、获取柔性直流输电系统交流故障穿越策略的控制参数，包括进入交流故障穿越的电压阈值U_thin、交流故障穿越期间柔性直流输电系统有功电流限值i_dlim、无功电流限值i_qlim和交流故障穿越恢复的电压阈值U_thout，并进入步骤2；

步骤2、获取电网典型运行方式，进行预想故障下的暂态稳定时域仿真，若存在预想故障下系统暂态失稳，则将失稳的故障纳入暂态失稳故障集F，并进入步骤3；

步骤3、从暂态失稳故障集F中获取暂态功角稳定特性与柔性直流控制策略相关的故障集F_c，并进入步骤4；

步骤4、根据时域仿真结果，获取F_c故障集中各预想故障短路持续期间，柔性直流输电系统交流控制点电压的最小值U_fc-i，i＝1,2,3…N，N为当前F_c故障集中的故障总数，取参数U_fc＝max{U_fc-i}+0.05，并进入步骤5；

步骤5、若U_thin＜U_fc，则令U_thin＝U_fc，对F_c故障集中各预想故障重新进行暂态稳定时域仿真，并进入步骤6；

步骤6、若F_c故障集中各预想故障下系统均保持暂态稳定，则优化结束，当前的U_thin、i_dlim、i_qlim、U_thout即为满足系统暂态稳定要求的优化参数；

步骤6中，若F_c故障集中存在预想故障下系统暂态失稳，则将暂态功角失稳的预想故障重新纳入F_c故障集并进入步骤7：

步骤7、若i_qlim＜0.6，则令i_qlim的值加0.05，对F_c故障集中各预想故障重新进行暂态稳定时域仿真；

步骤7中，若F_c故障集中各预想故障下系统均保持暂态稳定，则优化结束，当前的U_thin、i_dlim、i_qlim、U_thout即为满足系统暂态稳定要求的优化参数；否则，进入步骤8：

步骤8、若i_dlim≥0.05，则令i_dlim的值减0.05，对F_c故障集中各预想故障重新进行暂态稳定时域仿真；

步骤8中，若F_c故障集中各预想故障下系统均保持暂态稳定，则优化结束，当前的U_thin、i_dlim、i_qlim、U_thout即为满足系统暂态稳定要求的优化参数；否则，进入步骤9：

步骤9、获取F_c故障集中各预想故障短路恢复瞬间柔性直流输电系统交流控制点电压值U_rv-i，i＝1,2,3…N，N为当前F_c故障集中的故障总数，取U_rv＝max{U_rv-i}，并进入步骤10；

步骤10、若U_thout＜U_rv，则令U_thout＝U_rv，对F_c故障集中各预想故障重新进行暂态稳定时域仿真，并进入步骤11，否则直接进入步骤12；

步骤11、若F_c故障集中各预想故障下系统均保持暂态稳定，则优化结束，当前的U_thin、i_dlim、i_qlim、U_thout即为满足系统暂态稳定要求的优化参数；否则将暂态功角失稳的预想故障重新纳入F_c故障集，进入步骤12；

步骤12、若U_thout＜0.9，则令U_thout的值加0.05，F_c故障集中各预想故障重新进行暂态稳定时域仿真，并进入步骤11；否则结束本方法，当前的U_thin、i_dlim、i_qlim、U_thout即为最终的优化结果。

2.根据权利要求1所述的一种提高暂态功角稳定性的柔性直流输电系统控制策略优化方法，其特征在于，步骤5中，若U_thin≥U_fc，则进入步骤7。

3.根据权利要求1所述的一种提高暂态功角稳定性的柔性直流输电系统控制策略优化方法，其特征在于，步骤3中获取故障集F_c具体包括如下步骤：

3-1)将柔性直流模型等效为恒功率负荷，其有功为额定值，无功为0，对暂态失稳故障集F中的预想故障进行时域仿真，获得暂态失稳故障集F中各预想故障下的暂态功角稳定裕度η_j，j＝1,2,3…M，M为暂态失稳故障集F中的故障总数；

3-2)对暂态失稳故障集F中的预想故障分别施加控制柔性直流输电系统有功降为0的紧急控制措施，重新进行时域仿真计算，获得柔性直流输电系统有功控制策略影响下暂态失稳故障集F中各预想故障下的暂态功角稳定裕度η′_j；

3-3)对暂态失稳故障集F中的预想故障分别施加控制柔性直流输电系统无功提升至50％有功值的紧急控制措施，重新进行时域仿真计算，获得柔性直流输电系统无功控制策略影响下暂态失稳故障集F中各预想故障下的暂态功角稳定裕度η″_j；

3-4)若η′_t-η_t≥λ或η″_t-η_t≥λ，λ为设定的阈值，则将第t个预想故障纳入故障集F_c，t＝1,2,3…N，N为当前F_c故障集中的故障总数。

4.根据权利要求3所述的一种提高暂态功角稳定性的柔性直流输电系统控制策略优化方法，其特征在于，λ＝50％。

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