CN108631350A - 一种抑制直流换相失败的换流站近区电容器紧急投切方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种抑制直流换相失败的换流站近区电容器紧急投切方法，确定直流逆变侧换流站站内及近区参与紧急控制的节点，以及各节点内电容器的备用容量及组数；计算各节点投切电容器对其它控制节点及本节点母线电压的灵敏度；根据灵敏度指标及暂态电压跌落程度，计算需要投入的电容器组数；根据灵敏度指标及暂态电压上升程度，计算需要切除的电容器组数，并与紧急投入的电容器组数比较，确定切除的电容器组数。本发明通过紧急投切换流站近区电容器以阻断交流故障传播，可有效降低由于交流故障引起的直流换相失败风险、加快直流换相失败恢复，从而降低直流换相失败对交流系统的功率冲击，提高特高压交直流电网安全稳定运行水平。

Description

一种抑制直流换相失败的换流站近区电容器紧急投切方法

技术领域

本发明涉及一种抑制直流换相失败的换流站近区电容器紧急投切方法，属于电力系统及其自动化技术领域。

背景技术

目前，我国能源基地与负荷中心分布不平衡的特点客观上促进了特高压直流输电技术的发展。高压直流输电在具有众多优点的同时，也不可避免地会给电网运行控制带来诸多挑战。随着大容量特高压直流逐步投运，特高压电网建设初期“强直弱交”的特性日益凸显，交直流耦合作用日益紧密，特别是多馈入受端电网交流故障可能引发多条直流同时换相失败或直流连续换相失败。直流换相失败导致的功率瞬降，可能引发受端电网频率、电压失稳风险，尤其是直流连续换相失败触发的直流主动闭锁控制，可能造成受端电网大量负荷损失，威胁到特高压交直流混联电网的安全稳定运行。

根据特高压直流设计要求，正常情况下，直流系统与交流系统无功交互为零，在直流换相失败恢复阶段需要从交流系统吸收大量的无功，可能引发其它直流换相失败或连续换相失败。交流电网的无功支撑能力是抑制直流换相失败的重要基础。无功特性往往与电压稳定问题联系在一起，为此，本专利提出了一种抑制直流换相失败的换流站近区电容器紧急投切方法，通过检测各控制节点电压的波动，根据各控制节点电压灵敏度及暂态电压的跌落或上升程度，计算需要投切的电容器组数来抑制交流故障的传播，从而达到抑制直流换相失败的作用。

发明内容

目的：为降低交流故障可能引发多直流同时换相失败或直流连续换相失败的风险，避免因直流换相失败大功率冲击引发的电力安全事故，本发明提供一种抑制直流换相失败的换流站近区电容器紧急投切方法。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种抑制直流换相失败的换流站近区电容器紧急投切方法，包括下列步骤：

步骤1：根据当前运行方式及电容器布点情况，确定直流逆变侧换流站站内及近区参与紧急控制的节点，以及各节点内电容器的备用容量及组数；

步骤2：计算各节点投切电容器对其它控制节点及本节点母线电压的灵敏度；

步骤3：检测参与紧急无功电压控制的各节点母线电压波动；

步骤4：判断是否有节点母线电压跌落至紧急投入电容器的定值以下，若有，则进入步骤5，否则直接进入步骤6；

步骤5：根据电压灵敏度指标及暂态电压跌落程度，计算各控制节点需要投入的电容器组数；

步骤6：判断是否有节点母线电压上升至紧急切除电容器的定值以上，若有，则进入步骤7，否则进入步骤3；

步骤7：根据电压灵敏度指标及暂态电压上升程度，计算各控制节点需要切除的电容器组数，并与投入的电容器组数比较，最终确定各控制节点紧急切除的电容器组数。

作为优选方案，所述步骤2中灵敏度，根据式(1)、(2)计算方法如下：

其中，ΔQ_i为节点i投切电容器后无功补偿容量的变化量；ΔU_ji为节点i投切电容器后节点j母线电压的变化量；S_ij为节点i投切电容器对节点j母线电压的灵敏度；

其中，ΔQ_i为节点i投切电容器后无功补偿容量的变化量；ΔU_ii为节点i投切电容器后节点i母线电压的变化量；S_ii为节点i投切电容器对节点i母线电压的灵敏度。

作为优选方案，所述步骤4中投入电容器的定值Uk取0.85～0.90p.u.，即，假设节点i暂态电压跌落至Ui，若Ui>Uk，则不投入电容器，否则投入。

作为优选方案，所述步骤6中切除电容器的定值Us取额定电压1.0p.u.，即，假设节点i暂态电压上升至Ui，若Ui<Us，则不切除电容器，否则切除电容器。

作为优选方案，所述步骤5中计算各节点需要投入的电容器组数，通过以下方法进行计算：

5.1：假设有Nt个节点的母线电压跌落至定值Uk以下，则根据式(3)计算各节点需要投入的无功容量，具体方法如式(3)所示：

其中，Q_pt为第t个控制节点需要投入的无功容量，t＝1,2,3,…,Nt；S_it为第i个节点投入电容器后对节点t母线电压的灵敏度，通过公式(1)、(2)计算得到；U_t为节点t暂态电压；Uk为各控制节点投入电容器的定值；

5.2：按照欠控原则确定各节点紧急投入的无功补偿容量，具体方法如式(4)所示：

Q_t＝min(Q_pt,Q_ptmax) (4)

其中，Q_t为第t个节点紧急投入的无功补偿容量；Q_ptmax为第t个节点最大可投入的无功补偿容量；

5.3：确定各节点紧急控制需要投入的电容器组数，具体方法如式(5)所示：

其中，n_t为第t个节点紧急控制需要投入的电容器组数；Q_vert为第t个节点中每组电容器的容量。

作为优选方案，所述步骤7中计算各节点需要切除的电容器组数及最终确定切除的电容器组数，通过以下的方法进行计算：

7.1：假设有Nw个节点母线电压升高至定值Us以上，则根据式(6)计算各节点需要切除的无功容量，具体方法如式(6)所示：

其中，Q_cw为第w个控制节点需要切除的无功容量，w＝1,2,3,…,Nw；S_iw为第i个节点切除电容器后对节点w母线电压的灵敏度，通过公式(1)、(2)计算得到；U_w为节点w暂态电压；Us为各控制节点切除电容器的定值；

7.2：按照欠控原则确定各节点紧急切除的无功容量，具体方法如式(7)所示：

Q_w＝min(Q_cw,Q_cwmax) (7)

其中，Q_w为第w个节点紧急切除的无功容量；Q_cwmax为第w个节点最大可切除的无功容量；

7.3：确定各节点紧急控制需要切除的电容器组数，具体方法如式(8)所示：

其中，m_w为第w个节点紧急控制需要切除的电容器组数；Q_verw为第w个节点中每组电容器的容量；

7.4：为了防止出现需要切除的电容器组数大于投入的电容器组数，即出现过切引起的低电压问题，将各控制节点需要切除的电容器组数m_w与其投入的电容器组数n_w相比较，取两者小的值作为最终切除电容器的组数，具体方法如式(9)所示：

X_w＝min{n_w,m_w} (9)

其中，X_w为第w个节点紧急控制切除的电容器组数。

有益效果：本发明提供的一种抑制直流换相失败的换流站近区电容器紧急投切方法，通过换流站近区电容器紧急投切来阻断交流故障传播，可有效降低由于交流故障引起的直流换相失败风险、加快直流换相失败恢复，避免因直流换相失败大功率冲击引发的电力安全事故，提高特高压交直流电网安全稳定运行的能力。

附图说明

图1为本发明方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如图1所示，一种抑制直流换相失败的换流站近区电容器紧急投切方法，包括步骤如下：

步骤1：根据当前运行方式及电容器布点情况，确定直流逆变侧换流站站内及近区参与紧急控制的节点，以及各节点内电容器的备用容量及组数；

步骤2：根据式(1)、(2)计算各节点投切电容器对其它控制节点及本节点母线电压的灵敏度；

其中，ΔQ_i为节点i投切电容器后无功补偿容量的变化量；ΔU_ji为节点i投切电容器后节点j母线电压的变化量；S_ij为节点i投切电容器对节点j母线电压的灵敏度。

其中，ΔQ_i为节点i投切电容器后无功补偿容量的变化量；ΔU_ii为节点i投切电容器后节点i母线电压的变化量；S_ii为节点i投切电容器对节点i母线电压的灵敏度。

步骤3：检测参与紧急无功电压控制的各节点母线电压波动；

步骤4：判断是否有节点母线电压跌落至紧急投入电容器的定值以下，若有，则进入步骤5，否则直接进入步骤6；

所述步骤4中判断母线电压是否达到紧急投切电容器的定值，其具体判断方法如下：

投入电容器定值的确定方法：根据工程经验，一般情况下，换流站母线电压低于0.85p.u.时，容易发生换相失败。为了阻断交流故障向换流站传播，可以设置各控制节点电压低于0.85～0.90p.u.时紧急投入电容器，近区电容器紧急投入，有利于减缓换流站母线的电压跌落。因此，各控制节点电压的定值Uk取0.85～0.90p.u.，即，假设节点i暂态电压跌落至Ui，若Ui>Uk，则不投入电容器，否则投入。

步骤5：根据电压灵敏度指标及暂态电压跌落程度，计算各控制节点需要投入的电容器组数；

所述步骤5中计算各节点需要投入的电容器组数，通过以下方法进行计算：

5.1：假设有Nt个节点的母线电压跌落至定值Uk以下，则根据式(3)计算各节点需要投入的无功容量，具体方法如式(3)所示：

其中，Q_{p t}为第t个控制节点需要投入的无功容量(t＝1,2,3,…,Nt)；S_it为第i个节点投入电容器后对节点t母线电压的灵敏度(通过公式(1)、(2)计算得到)；U_t为节点t暂态电压；Uk为各控制节点投入电容器的定值。

5.2：按照欠控原则确定各节点紧急投入的无功补偿容量，具体方法如式(4)所示：

Q_t＝min(Q_pt,Q_ptmax)

(4)

其中，Q_t为第t个节点紧急投入的无功补偿容量；Q_ptmax为第t个节点最大可投入的无功补偿容量。

5.3：确定各节点紧急控制需要投入的电容器组数，具体方法如式(5)所示：

其中，n为第t个节点紧急控制需要投入的电容器组数；Q_vert为第t个节点中每组电容器的容量。

步骤6：判断是否有节点母线电压上升至紧急切除电容器的定值以上，若有，则进入步骤7，否则进入步骤3；

所述步骤6中判断母线电压是否达到紧急投切电容器的定值，其具体判断方法如下：

切除电容器定值的确定方法：根据电网实际情况和安全运行要求，并留有一定裕度取值。各控制节点电压的定值Us可以按照额定电压1.0p.u.来取值，即，假设节点i暂态电压上升至Ui，若Ui<Us，则不切除电容器，否则切除电容器。

步骤7：根据电压灵敏度指标及暂态电压上升程度，计算各控制节点需要切除的电容器组数，并与投入的电容器组数比较，最终确定各控制节点紧急切除的电容器组数。

所述步骤7中计算各节点需要切除的电容器组数及最终确定切除的电容器组数，通过以下的方法进行计算：

7.1：假设有Nw个节点母线电压升高至定值Us以上，则根据式(6)计算各节点需要切除的无功容量，具体方法如式(6)所示：

其中，Q_cw为第w个控制节点需要切除的无功容量(w＝1,2,3,…,Nw)；S_iw为第i个节点切除电容器后对节点w母线电压的灵敏度(通过公式(1)、(2)计算得到)；U_w为节点w暂态电压；Us为各控制节点切除电容器的定值。

7.2：按照欠控原则确定各节点紧急切除的无功容量，具体方法如式(7)所示：

Q_w＝min(Q_cw,Q_cwmax) (7)

其中，Q_w为第w个节点紧急切除的无功容量；Q_cwmax为第w个节点最大可切除的无功容量。

7.3：确定各节点紧急控制需要切除的电容器组数，具体方法如式(8)所示：

其中，m_w为第w个节点紧急控制需要切除的电容器组数；Q_verw为第w个节点中每组电容器的容量。

7.4：为了防止出现需要切除的电容器组数大于投入的电容器组数，即出现过切引起的低电压问题，将各控制节点需要切除的电容器组数m_w与其投入的电容器组数n_w相比较，取两者小的值作为最终切除电容器的组数，具体方法如式(9)所示：

X_w＝min{n_w,m_w} (9)

其中，X_w为第w个节点紧急控制切除的电容器组数。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种抑制直流换相失败的换流站近区电容器紧急投切方法，其特征在于：包括下列步骤：

步骤1：根据当前运行方式及电容器布点情况，确定直流逆变侧换流站站内及近区参与紧急控制的节点，以及各节点内电容器的备用容量及组数；

步骤2：计算各节点投切电容器对其它控制节点及本节点母线电压的灵敏度；

步骤3：检测参与紧急无功电压控制的各节点母线电压波动；

步骤4：判断是否有节点母线电压跌落至紧急投入电容器的定值以下，若有，则进入步骤5，否则直接进入步骤6；

步骤5：根据电压灵敏度指标及暂态电压跌落程度，计算各控制节点需要投入的电容器组数；

步骤6：判断是否有节点母线电压上升至紧急切除电容器的定值以上，若有，则进入步骤7，否则进入步骤3；

步骤7：根据电压灵敏度指标及暂态电压上升程度，计算各控制节点需要切除的电容器组数，并与其投入的电容器组数比较，最终确定各控制节点紧急切除的电容器组数。

2.根据权利要求1所述的一种抑制直流换相失败的换流站近区电容器紧急投切方法，其特征在于：所述步骤2中灵敏度，根据式(1)、(2)计算方法如下：

其中，ΔQ_i为节点i投切电容器后无功补偿容量的变化量；ΔU_ji为节点i投切电容器后节点j母线电压的变化量；S_ij为节点i投切电容器对节点j母线电压的灵敏度；

其中，ΔQ_i为节点i投切电容器后无功补偿容量的变化量；ΔU_ii为节点i投切电容器后节点i母线电压的变化量；S_ii为节点i投切电容器对节点i母线电压的灵敏度。

3.根据权利要求1所述的一种抑制直流换相失败的换流站近区电容器紧急投切方法，其特征在于：所述步骤4中投入电容器的定值Uk取0.85～0.90p.u.，即，假设节点i暂态电压跌落至Ui，若Ui>Uk，则不投入电容器，否则投入。

4.根据权利要求1所述的一种抑制直流换相失败的换流站近区电容器紧急投切方法，其特征在于：所述步骤6中切除电容器的定值Us取额定电压1.0p.u.，即，假设节点i暂态电压上升至Ui，若Ui<Us，则不切除电容器，否则切除电容器。

5.根据权利要求1所述的一种抑制直流换相失败的换流站近区电容器紧急投切方法，其特征在于：所述步骤5中计算各节点需要投入的电容器组数，通过以下方法进行计算：

5.1：假设有Nt个节点的母线电压跌落至定值Uk以下，则根据式(3)计算各节点需要投入的无功容量，具体方法如式(3)所示：

其中，Q_pt为第t个控制节点需要投入的无功容量，t＝1,2,3,…,Nt；S_it为第i个节点投入电容器后对节点t母线电压的灵敏度，通过公式(1)、(2)计算得到；U_t为节点t暂态电压；Uk为各控制节点投入电容器的定值；

5.2：按照欠控原则确定各节点紧急投入的无功补偿容量，具体方法如式(4)所示：

Q_t＝min(Q_pt,Q_ptmax) (4)

其中，Q_t为第t个节点紧急投入的无功补偿容量；Q_ptmax为第t个节点最大可投入的无功补偿容量；

5.3：确定各节点紧急控制需要投入的电容器组数，具体方法如式(5)所示：

其中，n_t为第t个节点紧急控制需要投入的电容器组数；Q_vert为第t个节点中每组电容器的容量。

6.根据权利要求1所述的一种抑制直流换相失败的换流站近区电容器紧急投切方法，其特征在于：所述步骤7中计算各节点需要切除的电容器组数及最终确定切除的电容器组数，通过以下的方法进行计算：

7.1：假设有Nw个节点母线电压升高至定值Us以上，则根据式(6)计算各节点需要切除的无功容量，具体方法如式(6)所示：

其中，Q_cw为第w个控制节点需要切除的无功容量，w＝1,2,3,…,Nw；S_iw为第i个节点切除电容器后对节点w母线电压的灵敏度，通过公式(1)、(2)计算得到；U_w为节点w暂态电压；Us为各控制节点切除电容器的定值；

7.2：按照欠控原则确定各节点紧急切除的无功容量，具体方法如式(7)所示：

Q_w＝min(Q_cw,Q_cwmax) (7)

其中，Q_w为第w个节点紧急切除的无功容量；Q_cwmax为第w个节点最大可切除的无功容量；

7.3：确定各节点紧急控制需要切除的电容器组数，具体方法如式(8)所示：

其中，m_w为第w个节点紧急控制需要切除的电容器组数；Q_verw为第w个节点中每组电容器的容量；

7.4：为了防止出现需要切除的电容器组数大于投入的电容器组数，即出现过切引起的低电压问题，将各控制节点需要切除的电容器组数m_w与其投入的电容器组数n_w相比较，取两者小的值作为最终切除电容器的组数，具体方法如式(9)所示：

X_w＝min{n_w,m_w} (9)

其中，X_w为第w个节点紧急控制切除的电容器组数。