CN108110783A - 一种同步调相机和lcc-hvdc之间的协调控制方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种同步调相机和LCC‑HVDC之间的协调控制方法和装置，先通过故障判断模块判断交流系统是否发生故障，若是则根据LCC‑HVDC的关断角计算关断角偏差，然后根据关断角偏差确定电压偏差，并根据电压偏差计算同步调相机控制输入量，最后根据同步调相机控制输入量确定同步调相机的励磁电压，并根据同步调相机的励磁电压实现同步调相机和LCC‑HVDC之间的协调控制，通过同步调相机和LCC‑HVDC之间的协调控制提高了LCC‑HVDC换相失败抵御能力。本发明提供的技术方案能够通过同步调相机输出的无功功率稳定母线电压的能力，提高LCC‑HVDC的换相失败抵御能力，降低LCC‑HVDC发生换相失败的概率。
Description
技术领域
本发明涉及直流输电技术领域，具体涉及一种同步调相机和LCC-HVDC之间的协调控制方法和装置。
背景技术
由于近些年来在电力电子技术领域的重大发展，电网换相高压直流输电(line-commutated-converter high voltage direct current，LCC-HVDC)越来越引人注目。其凭借在远距离大容量输电、跨海峡输电、交流系统互联等方面的优势在世界范围内得到了广泛的应用。但由于常规直流输电系统采用无自关断能力的晶闸管作为换流元件，需要一定强度的交流系统提供换相电压，容易发生换相失败。
换相失败的过程如下：交流系统发生故障，使得交直流电压降低、直流电流迅速增大或换相电压相角偏移，从而引起逆变器关断角减小，换流阀没有足够的时间用于恢复其正向阻断能力，最终使应关断的换流阀无法可靠关断，当承受正向电压时再次导通，引发换相失败。这不仅会缩短换流阀寿命、增大换流变压器直流偏磁损耗，还会造成直流功率大量损失，而连续换相失败将对电网安全运行带来更严峻的挑战。
同步调相机作为旋转设备，与SVC、STATCOM等基于电力电子技术的动态无功补偿装置相比，既可以为系统提供短路容量，又具有更好的过负荷能力，在降低直流送端暂态过电压、抑制直流受端换相失败以及利用强励提高系统稳定性等方面具备独特优势。
将同步调相机作为无功补偿设备接入直流输电系统的逆变侧母线，能够起到故障时发出无功功率，稳定母线电压的作用，进而能够降低换相失败发生概率。但目前同步调相机和LCC-HVDC相对独立，缺少相应的协调控制措施，导致LCC-HVDC换相失败抵御能力弱。
发明内容
为了克服上述现有技术中LCC-HVDC换相失败抵御能力弱的不足，本发明提供一种同步调相机和LCC-HVDC之间的协调控制方法和装置，先通过故障判断模块判断交流系统是否发生故障，若是则根据LCC-HVDC的关断角计算关断角偏差，然后根据关断角偏差确定电压偏差，并根据电压偏差计算同步调相机控制输入量，最后根据同步调相机控制输入量确定同步调相机的励磁电压，并根据同步调相机的励磁电压实现同步调相机和LCC-HVDC之间的协调控制，通过同步调相机和LCC-HVDC之间的协调控制提高了LCC-HVDC换相失败抵御能力。
为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：
一方面，本发明提供一种同步调相机和LCC-HVDC之间的协调控制方法，包括：
通过故障判断模块判断交流系统是否发生故障，若是则根据LCC-HVDC的关断角计算关断角偏差；
将关断角偏差依次经过PI环节和限幅环节，得到电压偏差，并根据电压偏差计算同步调相机控制输入量；
根据同步调相机控制输入量确定同步调相机的励磁电压，并根据同步调相机的励磁电压实现同步调相机和LCC-HVDC之间的协调控制。
根据LCC-HVDC的关断角按下式计算关断角偏差：
Δγ＝γset-γ
其中，Δγ表示关断角偏差，γset表示关断角设定值，γ表示LCC-HVDC的关断角，且γm表示LCC-HVDC的最小关断角测量值，T1表示惯性时间常数，s表示拉普拉斯算子。
根据电压偏差按下式计算同步调相机控制输入量：
其中，U表示同步调相机控制输入量，ΔU表示电压偏差，Uref表示电压参考值，T2表示惯性时间常数，Ut表示同步调相机的端口电压测量值。
所述根据同步调相机控制输入量确定同步调相机的励磁电压包括：
通过PID控制环节、过/低励限制环节和限幅环节依次对同步调相机控制输入量进行处理，得到同步调相机的励磁电压。
所述根据同步调相机的励磁电压实现同步调相机和LCC-HVDC之间的协调控制，包括：
通过同步调相机的励磁电压控制同步调相机输出的无功功率；
通过同步调相机输出的无功功率稳定LCC-HVDC的交流母线电压，实现同步调相机和LCC-HVDC之间的协调控制。
另一方面，本发明提供一种同步调相机和LCC-HVDC之间的协调控制装置，包括：
第一计算模块，用于通过故障判断模块判断交流系统是否发生故障，若是则根据LCC-HVDC的关断角计算关断角偏差；
第二计算模块，用于将关断角偏差依次经过PI环节和限幅环节，得到电压偏差，并根据电压偏差计算同步调相机控制输入量；
控制模块，用于根据同步调相机控制输入量确定同步调相机的励磁电压，并根据同步调相机的励磁电压实现同步调相机和LCC-HVDC之间的协调控制。
所述第一计算模块具体用于：
根据LCC-HVDC的关断角按下式计算关断角偏差：
Δγ＝γset-γ
其中，Δγ表示关断角偏差，γset表示关断角设定值，γ表示LCC-HVDC的关断角，且γm表示LCC-HVDC的最小关断角测量值，T1表示惯性时间常数，s表示拉普拉斯算子。
所述第二计算模块包括计算单元，所述计算单元根据电压偏差按下式计算同步调相机控制输入量：
其中，U表示同步调相机控制输入量，ΔU表示电压偏差，Uref表示电压参考值，T2表示惯性时间常数，Ut表示同步调相机的端口电压测量值。
所述控制模块包括第二确定单元，所述第二确定单元具体用于：
通过PID控制环节、过/低励限制环节和限幅环节依次对同步调相机控制输入量进行处理，得到同步调相机的励磁电压。
所述控制模块包括控制单元，所述控制单元具体用于：
通过同步调相机的励磁电压控制同步调相机输出的无功功率；
通过同步调相机输出的无功功率稳定LCC-HVDC的交流母线电压，实现同步调相机和LCC-HVDC之间的协调控制。
与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有以下有益效果：
本发明提供的同步调相机和LCC-HVDC之间的协调控制方法中，先通过故障判断模块判断交流系统是否发生故障，若是则根据LCC-HVDC的关断角计算关断角偏差，然后根据关断角偏差确定电压偏差，并根据电压偏差计算同步调相机控制输入量，最后根据同步调相机控制输入量确定同步调相机的励磁电压，并根据同步调相机的励磁电压实现同步调相机和LCC-HVDC之间的协调控制，通过同步调相机和LCC-HVDC之间的协调控制提高了LCC-HVDC换相失败抵御能力；
本发明提供的同步调相机和LCC-HVDC之间的协调控制装置包括第一计算模块、第二计算模块和控制模块，其中的第一计算模块，用于通过故障判断模块判断交流系统是否发生故障，若是则根据LCC-HVDC的关断角计算关断角偏差；其中的第二计算模块，用于将关断角偏差依次经过PI环节和限幅环节，得到电压偏差，并根据电压偏差计算同步调相机控制输入量；其中的控制模块，用于根据同步调相机控制输入量确定同步调相机的励磁电压，并根据同步调相机的励磁电压实现同步调相机和LCC-HVDC之间的协调控制，通过同步调相机和LCC-HVDC之间的协调控制提高了LCC-HVDC换相失败抵御能力；
本发明提供的技术方案能够通过同步调相机输出的无功功率稳定母线电压的能力，提高LCC-HVDC的换相失败抵御能力，降低LCC-HVDC发生换相失败的概率。
附图说明
图1是本发明实施例中接入同步调相机的LCC-HVDC结构图；
图2是本发明实施例中同步调相机和LCC-HVDC之间的协调控制方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
本发明实施例提供了一种同步调相机和LCC-HVDC之间的协调控制方法，接入同步调相机的LCC-HVDC结构图如图1所示，同步调相机和LCC-HVDC之间的协调控制方法的具体流程图如图2所示，具体过程如下：
S101：通过故障判断模块判断交流系统是否发生故障，若是则根据LCC-HVDC的关断角计算关断角偏差；
S102：将关断角偏差依次经过PI环节和限幅环节，得到电压偏差，并根据电压偏差计算同步调相机控制输入量；
S103：根据同步调相机控制输入量确定同步调相机的励磁电压，并根据同步调相机的励磁电压实现同步调相机和LCC-HVDC之间的协调控制。
上述S101中，根据LCC-HVDC的关断角按下式计算关断角偏差：
Δγ＝γset-γ
其中，Δγ表示关断角偏差，γset表示关断角设定值，γ表示LCC-HVDC的关断角，且γm表示LCC-HVDC的最小关断角测量值，T1表示惯性时间常数，s表示拉普拉斯算子。
上述S102中，根据电压偏差按下式计算同步调相机控制输入量：
其中，U表示同步调相机控制输入量，ΔU表示电压偏差，Uref表示电压参考值，T2表示惯性时间常数，Ut表示同步调相机的端口电压测量值。
S103中，根据同步调相机控制输入量确定同步调相机的励磁电压的具体过程为：通过PID控制环节、过/低励限制环节和限幅环节依次对同步调相机控制输入量进行处理，得到同步调相机的励磁电压。
S103中，根据同步调相机的励磁电压实现同步调相机和LCC-HVDC之间的协调控制的具体过程为：先通过同步调相机的励磁电压控制同步调相机输出的无功功率，然后通过同步调相机输出的无功功率稳定LCC-HVDC的交流母线电压，实现同步调相机和LCC-HVDC之间的协调控制。
基于同一发明构思，本发明实施例还提供一种同步调相机和LCC-HVDC之间的协调控制装置，该协调控制装置包括第一计算模块、第二计算模块和控制模块，下面对上述三个模块的功能做进一步介绍：
其中的第一计算模块，用于通过故障判断模块判断交流系统是否发生故障，若是则根据LCC-HVDC的关断角计算关断角偏差；
其中的第二计算模块，用于将关断角偏差依次经过PI环节和限幅环节，得到电压偏差，并根据电压偏差计算同步调相机控制输入量；
其中的控制模块，用于根据同步调相机控制输入量确定同步调相机的励磁电压，并根据同步调相机的励磁电压实现同步调相机和LCC-HVDC之间的协调控制。
上述的第一计算模块具体用于：
根据LCC-HVDC的关断角按下式计算关断角偏差：
Δγ＝γset-γ
其中，Δγ表示关断角偏差，γset表示关断角设定值，γ表示LCC-HVDC的关断角，且γm表示LCC-HVDC的最小关断角测量值，T1表示惯性时间常数，s表示拉普拉斯算子。
上述的第二计算模块还包括计算单元，计算单元根据电压偏差按下式计算同步调相机控制输入量：
其中，U表示同步调相机控制输入量，ΔU表示电压偏差，Uref表示电压参考值，T2表示惯性时间常数，Ut表示同步调相机的端口电压测量值。
上述的控制模块包括第二确定单元，第二确定单元具体用于：
通过PID控制环节、过/低励限制环节和限幅环节依次对同步调相机控制输入量进行处理，得到同步调相机的励磁电压。
上述的控制模块包括控制单元，控制单元具体用于：
通过同步调相机的励磁电压控制同步调相机输出的无功功率；
通过同步调相机输出的无功功率稳定LCC-HVDC的交流母线电压，实现同步调相机和LCC-HVDC之间的协调控制。
为了描述的方便，以上所述装置的各部分以功能分为各种模块或单元分别描述。当然，在实施本申请时可以把各模块或单元的功能在同一个或多个软件或硬件中实现。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
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参照上述实施例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 (10)
1.一种同步调相机和LCC-HVDC之间的协调控制方法，其特征在于，包括：
通过故障判断模块判断交流系统是否发生故障，若是则根据LCC-HVDC的关断角计算关断角偏差；
将关断角偏差依次经过PI环节和限幅环节，得到电压偏差，并根据电压偏差计算同步调相机控制输入量；
根据同步调相机控制输入量确定同步调相机的励磁电压，并根据同步调相机的励磁电压实现同步调相机和LCC-HVDC之间的协调控制。
2.根据权利要求1所述的同步调相机和LCC-HVDC之间的协调控制方法，其特征在于，根据LCC-HVDC的关断角按下式计算关断角偏差：
Δγ＝γset-γ
其中，Δγ表示关断角偏差，γset表示关断角设定值，γ表示LCC-HVDC的关断角，且γm表示LCC-HVDC的最小关断角测量值，T1表示惯性时间常数，s表示拉普拉斯算子。
3.根据权利要求1所述的同步调相机和LCC-HVDC之间的协调控制方法，其特征在于，根据电压偏差按下式计算同步调相机控制输入量：
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<mi>U</mi>
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<mi>U</mi>
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<mn>2</mn>
</msub>
</mrow>
</mfrac>
<msub>
<mi>U</mi>
<mi>t</mi>
</msub>
</mrow>
其中，U表示同步调相机控制输入量，ΔU表示电压偏差，Uref表示电压参考值，T2表示惯性时间常数，Ut表示同步调相机的端口电压测量值。
4.根据权利要求1所述的同步调相机和LCC-HVDC之间的协调控制方法，其特征在于，所述根据同步调相机控制输入量确定同步调相机的励磁电压包括：
通过PID控制环节、过/低励限制环节和限幅环节依次对同步调相机控制输入量进行处理，得到同步调相机的励磁电压。
5.根据权利要求1所述的同步调相机和LCC-HVDC之间的协调控制方法，其特征在于，所述根据同步调相机的励磁电压实现同步调相机和LCC-HVDC之间的协调控制，包括：
通过同步调相机的励磁电压控制同步调相机输出的无功功率；
通过同步调相机输出的无功功率稳定LCC-HVDC的交流母线电压，实现同步调相机和LCC-HVDC之间的协调控制。
6.一种同步调相机和LCC-HVDC之间的协调控制装置，其特征在于，包括：
第一计算模块，用于通过故障判断模块判断交流系统是否发生故障，若是则根据LCC-HVDC的关断角计算关断角偏差；
第二计算模块，用于将关断角偏差依次经过PI环节和限幅环节，得到电压偏差，并根据电压偏差计算同步调相机控制输入量；
控制模块，用于根据同步调相机控制输入量确定同步调相机的励磁电压，并根据同步调相机的励磁电压实现同步调相机和LCC-HVDC之间的协调控制。
7.根据权利要求6所述的同步调相机和LCC-HVDC之间的协调控制装置，其特征在于，所述第一计算模块具体用于：
根据LCC-HVDC的关断角按下式计算关断角偏差：
Δγ＝γset-γ
其中，Δγ表示关断角偏差，γset表示关断角设定值，γ表示LCC-HVDC的关断角，且γm表示LCC-HVDC的最小关断角测量值，T1表示惯性时间常数，s表示拉普拉斯算子。
8.根据权利要求6所述的同步调相机和LCC-HVDC之间的协调控制装置，其特征在于，所述第二计算模块包括计算单元，所述计算单元根据电压偏差按下式计算同步调相机控制输入量：
<mrow>
<mi>U</mi>
<mo>=</mo>
<mi>&Delta;</mi>
<mi>U</mi>
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<mn>2</mn>
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</mfrac>
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<mi>U</mi>
<mi>t</mi>
</msub>
</mrow>
其中，U表示同步调相机控制输入量，ΔU表示电压偏差，Uref表示电压参考值，T2表示惯性时间常数，Ut表示同步调相机的端口电压测量值。
9.根据权利要求6所述的同步调相机和LCC-HVDC之间的协调控制装置，其特征在于，所述控制模块包括第二确定单元，所述第二确定单元具体用于：
通过PID控制环节、过/低励限制环节和限幅环节依次对同步调相机控制输入量进行处理，得到同步调相机的励磁电压。
10.根据权利要求6所述的同步调相机和LCC-HVDC之间的协调控制装置，其特征在于，所述控制模块包括控制单元，所述控制单元具体用于：
通过同步调相机的励磁电压控制同步调相机输出的无功功率；
通过同步调相机输出的无功功率稳定LCC-HVDC的交流母线电压，实现同步调相机和LCC-HVDC之间的协调控制。
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