CN108988373B - 一种用于对混合直流输电系统受端交流故障进行控制的方法及系统 - Google Patents

一种用于对混合直流输电系统受端交流故障进行控制的方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于对混合直流输电系统受端交流故障进行控制的方法，所述方法包括：测量线路整流转换器LCC侧直流电压，获取直流电压值；当所述线路整流转换器LCC侧直流电压高于1.05pu时，将混合直流输电系统的控制策略从定电流控制转为最大触发角控制；测量线路整流转换器LCC侧直流电流，获取直流电流值；判断所述直流电流值是否大于直流电流断续整定值；当所述直流电流值大于所述直流电流断续整定值时，保持最大触发解控制的控制策略；当接收到电压源变换器VSC侧交流系统动作信号后，根据所述电压源变换器VSC侧的瞬时功率调整所述线路整流转换器LCC侧的触发角度；当接收到所述电压源变换器VSC侧交流系统故障切除信号后，转为定电流控制的控制策略。

Description

一种用于对混合直流输电系统受端交流故障进行控制的方法 及系统
技术领域
本发明涉及电气技术领域，更具体地，涉及一种用于对混合直流输电系统受端交流故障进行控制的方法及系统。
背景技术
基于晶闸管技术的电网换相换流器型高压直流输电系统(Line CommutatedConverter,LCC-HVDC)已广泛应用于远距离大容量输电、异步联网等场合，但是它存在逆变侧换相失败的问题。基于电压源型换流器的高压直流输电系统(Voltage SourceConverter,VSC-HVDC)以其独立控制有功功率、无功功率，能够工作于无源系统，不受换相失败的影响等优势得到了快速发展，但是它存在造价昂贵、运行损耗大的缺点。混合直流输电系统(LCC-VSC)是一种新型的直流输电拓扑结构，它结合了LCC和VSC两者的优势，在受端采用VSC时可以改善受端交流系统的运行特性，因此适用于接入多馈入直流电网特高压直流工程的建设，以及LCC-HVDC受端换流站的改造，具有良好的工程应用前景。
对于LCC-VSC的混合直流输电系统，一般情况下送端采用LCC-HVDC，受端采用VSC-HVDC，由于逆变侧VSC具备电容环节，一旦直流侧输入功率与交流侧输出功率不匹配，其不平衡功率会引起VSC子模块电容电压的变化，进一步引起直流电压的改变。特别是当受端交流电网发生故障时，虽然不会引起换相失败问题，但由于VSC交流侧输出功率受限，无法送出的不平衡功率将引起直流系统的过压，在严重时甚至可能导致整个直流系统停运。目前，一般通过在整流站采取电压裕度控制策略，通过过电压调节器的输出，对整流站输出的触发角进行调节，从而达到限制直流电压过高的目的。但是由于采用电压裕度控制策略会带来直流断续的风险，并可能导致更高的过电压。
因此，需要一种技术，以实现对混合直流输电系统受端交流故障进行控制。
发明内容
本发明技术方案提供了一种用于对混合直流输电系统受端交流故障进行控制的方法及系统
为了解决上述问题，本发明提供了一种用于对混合直流输电系统受端交流故障进行控制的方法，所述方法包括：
测量线路整流转换器LCC侧直流电压，获取直流电压值；
当所述线路整流转换器LCC侧直流电压高于1.05pu时，将混合直流输电系统的控制策略从定电流控制转为最大触发角控制；
测量线路整流转换器LCC侧直流电流，获取直流电流值；
判断所述直流电流值是否大于直流电流断续整定值；
当所述直流电流值大于所述直流电流断续整定值时，保持最大触发解控制的控制策略；
当接收到电压源变换器VSC侧交流系统动作信号后，根据所述电压源变换器VSC侧的瞬时功率调整所述线路整流转换器LCC侧的触发角度；
当接收到所述电压源变换器VSC侧交流系统故障切除信号后，转为定电流控制的控制策略。
优选地，所述判断所述直流电流值是否大于直流电流断续整定值，还包括：当所述直流电流值不大于所述直流电流断续整定值时，转为定电流控制的控制策略。
优选地，所述当所述线路整流转换器LCC侧直流电压高于1.05pu时，将混合直流输电系统的控制策略从定电流控制转为最大触发角控制，还包括：
当所述线路整流转换器LCC侧直流电压高于1.05pu且保持至少1毫秒时，将混合直流输电系统的控制策略从定电流控制转为最大触发角控制。
优选地，所述根据所述电压源变换器VSC侧的瞬时功率调整所述线路整流转换器LCC侧的触发角度，包括：
根据功率平衡方程计算出受端交流系统在最严重的故障情况下所述线路整流转换器LCC侧需要调整的触发角，作为过压定触发角的输入。
优选地，所述功率平衡方程为：
Figure BDA0001702999890000031
中E为交流侧线电压有效值，I为交流侧基波线电流有效值，
Figure BDA0001702999890000032
为功率因数角，∝为触发角，μ为换相重叠角，Usd和Ivd分别为系统侧电压和阀侧电流的d轴分量，P为瞬时功率，Pout为输出功率。
基于本发明的另一方面，提供一种用于对混合直流输电系统受端交流故障进行控制的系统，所述系统包括：
第一测量单元，用于测量线路整流转换器LCC侧直流电压，获取直流电压值；
第一控制单元，用于当所述线路整流转换器LCC侧直流电压高于1.05pu时，将混合直流输电系统的控制策略从定电流控制转为最大触发角控制；
第二测量单元，用于测量线路整流转换器LCC侧直流电流，获取直流电流值；
判断单元，用于判断所述直流电流值是否大于直流电流断续整定值；
第二控制单元，用于当所述直流电流值大于所述直流电流断续整定值时，保持最大触发解控制的控制策略；
第三控制单元，用于当接收到电压源变换器VSC侧交流系统动作信号后，根据所述电压源变换器VSC侧的瞬时功率调整所述线路整流转换器LCC侧的触发角度；
第四控制单元，用于当接收到所述电压源变换器VSC侧交流系统故障切除信号后，转为定电流控制的控制策略。
优选地，所述第二控制单元用于判断所述直流电流值是否大于直流电流断续整定值，还包括：当所述直流电流值不大于所述直流电流断续整定值时，转为定电流控制的控制策略。
优选地，所述第一控制单元用于当所述线路整流转换器LCC侧直流电压高于1.05pu时，将混合直流输电系统的控制策略从定电流控制转为最大触发角控制，还包括：
当所述线路整流转换器LCC侧直流电压高于1.05pu且保持至少1毫秒时，将混合直流输电系统的控制策略从定电流控制转为最大触发角控制。
优选地，所述第三控制单元用于根据所述电压源变换器VSC侧的瞬时功率调整所述线路整流转换器LCC侧的触发角度，包括：
根据功率平衡方程计算出受端交流系统在最严重的故障情况下所述线路整流转换器LCC侧需要调整的触发角，作为过压定触发角的输入。
优选地，所述功率平衡方程为：
Figure BDA0001702999890000041
中E为交流侧线电压有效值，I为交流侧基波线电流有效值，
Figure BDA0001702999890000042
为功率因数角，∝为触发角，μ为换相重叠角，Usd和Ivd分别为系统侧电压和阀侧电流的d轴分量，P为瞬时功率，Pout为输出功率。
本发明技术方案提供一种用于对混合直流输电系统受端交流故障进行控制的方法及系统，其中方法包括：测量线路整流转换器LCC侧直流电压，获取直流电压值；当线路整流转换器LCC侧直流电压高于1.05pu时，将混合直流输电系统的控制策略从定电流控制转为最大触发角控制；测量线路整流转换器LCC侧直流电流，获取直流电流值；判断直流电流值是否大于直流电流断续整定值；当直流电流值大于直流电流断续整定值时，保持最大触发解控制的控制策略；当接收到电压源变换器VSC侧交流系统动作信号后，根据电压源变换器VSC侧的瞬时功率调整线路整流转换器LCC侧的触发角度；当接收到电压源变换器VSC侧交流系统故障切除信号后，转为定电流控制的控制策略。本发明技术方案通过过压定触发角控制策略能够很快的将线路整流转换器LCC触发角增大，从而减小输送功率。而电压裕度控制策略从本质上讲只是稳定电压策略，在减小输送功率的速度和力度上都相对较小。同时过压定触发角基于功率平衡方法，根据VSC侧输出的功率实时调整LCC的触发角，有利于保持功率的平衡和电压的稳定。
附图说明
通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：
图1为根据本发明优选实施方式的用于对混合直流输电系统受端交流故障进行控制的方法流程图；
图2为根据本发明优选实施方式的过压定触发角控制策略流程图；以及
图3为根据本发明优选实施方式的用于对混合直流输电系统受端交流故障进行控制的系统结构图。
具体实施方式
现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。
除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。
图1为根据本发明优选实施方式的用于对混合直流输电系统受端交流故障进行控制的方法流程图。如图1所示，一种用于对混合直流输电系统受端交流故障进行控制的方法，方法包括：
优选地，在步骤101：测量线路整流转换器LCC侧直流电压，获取直流电压值。
优选地，在步骤102：当线路整流转换器LCC侧直流电压高于1.05pu时，将混合直流输电系统的控制策略从定电流控制转为最大触发角控制。本申请中，过压定触发角控制策略启动判据：LCC侧直流电压Udc>1.05pu。
优选地，当线路整流转换器LCC侧直流电压高于1.05pu时，将混合直流输电系统的控制策略从定电流控制转为最大触发角控制，还包括：
当线路整流转换器LCC侧直流电压高于1.05pu且保持至少1毫秒时，将混合直流输电系统的控制策略从定电流控制转为最大触发角控制。
优选地，在步骤103：测量线路整流转换器LCC侧直流电流，获取直流电流值。
优选地，在步骤104：判断直流电流值是否大于直流电流断续整定值。
优选地，在步骤105：当直流电流值大于直流电流断续整定值时，保持最大触发解控制的控制策略。
优选地，在步骤106：当接收到电压源变换器VSC侧交流系统动作信号后，根据电压源变换器VSC侧的瞬时功率调整线路整流转换器LCC侧的触发角度。
优选地，根据电压源变换器VSC侧的瞬时功率调整线路整流转换器LCC侧的触发角度，包括：
根据功率平衡方程计算出受端交流系统在最严重的故障情况下线路整流转换器LCC侧需要调整的触发角，作为过压定触发角的输入。
优选地，功率平衡方程为：
Figure BDA0001702999890000071
中E为交流侧线电压有效值，I为交流侧基波线电流有效值，
Figure BDA0001702999890000072
为功率因数角，∝为触发角，μ为换相重叠角，Usd和Ivd分别为系统侧电压和阀侧电流的d轴分量，P为瞬时功率，Pout为输出功率。
本申请中，过压定触发角控制逻辑：根据功率平衡方程计算出受端交流系统在最严重的故障情况下LCC侧需要调整的触发角，作为过压定触发角的输入。功率平衡方程为
Figure BDA0001702999890000073
式中E为交流侧线电压有效值，I为交流侧基波线电流有效值，
Figure BDA0001702999890000074
为功率因数角，∝为触发角，μ为换相重叠角，Usd和Ivd分别为系统侧电压和阀侧电流的d轴分量。
优选地，在步骤107：当接收到电压源变换器VSC侧交流系统故障切除信号后，转为定电流控制的控制策略。
优选地，判断直流电流值是否大于直流电流断续整定值，还包括：当直流电流值不大于直流电流断续整定值时，转为定电流控制的控制策略。本申请中，直流电流断续判别逻辑：Idc＜Iset，式中，Iset为直流电流断续整定值
本申请实施方式为了能够快速的实现对触发角的控制，根据功率平衡方程事先计算出受端交流系统在最严重的故障情况下LCC侧需要调整的触发角，作为过压定触发角的输入。由于雷击过压一般在几十us内即可消失，为了避免雷击过电压造成的误启动，LCC站在检测到直流电压超过设定值，判断过电压保持1ms后才将控制策略由定电流控制转为过压定触发角控制。LCC侧实时测量直流电流，如果发现直流电流断续将控制策略转为定电流控制策略，保持直流电流在一个系统允许的水平。如果直流电流没发生断续，那么VSC侧根据瞬时功率理论计算出输出有功功率并传给LCC侧，LCC侧根据功率平衡方法实时调整触发角，考虑到通讯延时，对于1000km的线路，LCC侧在转为定触发角控制策略后3ms就可以自适应进行调整触发角度，有利于系统的稳定。LCC侧在收到VSC侧交流保护切除故障信号后重切换为定电流控制策略，过压定触发角控制策略流程图见附图2。
如图2所示，正常情况下，LCC侧直流电压Udc<1.05pu，过压定触发角控制策略不启动。
若LCC侧直流电压Udc>1.05pu，则控制策略根据直流电压是否能够保持1ms，来判断是否为雷电过压扰动，如果非雷电过压则快速启动。
启动后若直流电流断续判别逻辑：Idc＜Iset满足条件，则会将控制策略切换为定电流控制策略，以维持直流电流在系统允许水平，同时继续检测直流电压。
根据VSC侧传送过来的瞬时输出功率，实时调整LCC侧触发角。
根据VSC侧交流系统保护动作信号来判断是否为VSC侧交流系统发生故障，如果不是VSC侧交流系统发生故障，则将控制策略切换为定电流控制策略。
收到VSC侧交流系统故障切除信息后，控制策略重新切换为定电流控制策略。
综上，正常运行及雷击过压时，该控制策略不启动。因系统故障及扰动引起直流系统过压时，LCC侧会迅速增大触发角来降低直流电压，经过约3ms通讯延时后即可以根据VSC侧输出功率值实现自适应调整LCC侧触发角，如果不是因为VSC侧交流系统故障引起的直流过压，则在30ms后将控制策略切换为过压定电流控制策略。
相比单纯的电压裕度控制策略，本申请提出的过压定触发角控制策略能够很快的将LCC触发角增大，从而减小输送功率。而电压裕度控制策略从本质上讲只是稳定电压策略，在减小输送功率的速度和力度上都相对较小。同时过压定触发角基于功率平衡方法，根据VSC侧输出的功率实时调整LCC的触发角，有利于保持功率的平衡和电压的稳定。
本申请实施方式具体说明如下：
本申请提出的一种基于功率平衡方法的混合直流输电系统受端交流电网故障穿越控制策略，具体步骤如下：
(1)采集LCC侧直流电压Udc，并判断其是否大于1.05pu；
(2)若Udc>1.05pu。则判断1ms内是否一直大于1.05pu；
(3)若Udc>1.05pu能够保持1ms，则将控制策略切换为过压定触发角控制策略；
(4)采集LCC侧直流电流Idc，并比较Idc与Iset大小，若Idc＞Iset；继续保持当前控制策略，否则切换为定电流控制策略。
(5)根据VSC侧输出的瞬时功率
Figure BDA0001702999890000091
实时计算需要调整的触发角。
(6)采集VSC侧交流保护动作信息，若收到VSC侧交流保护动作信息，则继续保持当前控制策略，否则切换为定电流控制策略。
(7)采集到VSC侧交流故障切除信息后，将控制策略切换为定电流控制策略。
图3为根据本发明优选实施方式的用于对混合直流输电系统受端交流故障进行控制的系统结构图。如图3所示，一种用于对混合直流输电系统受端交流故障进行控制的系统，系统包括：
第一测量单元301，用于测量线路整流转换器LCC侧直流电压，获取直流电压值。
第一控制单元302，用于当线路整流转换器LCC侧直流电压高于1.05pu时，将混合直流输电系统的控制策略从定电流控制转为最大触发角控制。优选地，第一控制单元302用于当线路整流转换器LCC侧直流电压高于1.05pu时，将混合直流输电系统的控制策略从定电流控制转为最大触发角控制，还包括：
当线路整流转换器LCC侧直流电压高于1.05pu且保持至少1毫秒时，将混合直流输电系统的控制策略从定电流控制转为最大触发角控制。
第二测量单元303，用于测量线路整流转换器LCC侧直流电流，获取直流电流值；
判断单元304，用于判断直流电流值是否大于直流电流断续整定值；
第二控制单元305，用于当直流电流值大于直流电流断续整定值时，保持最大触发解控制的控制策略。优选地，第二控制单元305用于判断直流电流值是否大于直流电流断续整定值，还包括：当直流电流值不大于直流电流断续整定值时，转为定电流控制的控制策略。
第三控制单元306，用于当接收到电压源变换器VSC侧交流系统动作信号后，根据电压源变换器VSC侧的瞬时功率调整线路整流转换器LCC侧的触发角度。优选地，第三控制单元306用于根据电压源变换器VSC侧的瞬时功率调整线路整流转换器LCC侧的触发角度，包括：
根据功率平衡方程计算出受端交流系统在最严重的故障情况下线路整流转换器LCC侧需要调整的触发角，作为过压定触发角的输入。
优选地，功率平衡方程为：
Figure BDA0001702999890000101
中E为交流侧线电压有效值，I为交流侧基波线电流有效值，
Figure BDA0001702999890000102
为功率因数角，∝为触发角，μ为换相重叠角，Usd和Ivd分别为系统侧电压和阀侧电流的d轴分量，P为瞬时功率，Pout为输出功率。
第四控制单元307，用于当接收到电压源变换器VSC侧交流系统故障切除信号后，转为定电流控制的控制策略。
本发明实施方式的一种用于对混合直流输电系统受端交流故障进行控制的系统300与本发明另一实施方式的一种用于对混合直流输电系统受端交流故障进行控制的方法100相对应，在此不再进行赘述。
已经通过参考少量实施方式描述了本发明。然而，本领域技术人员所公知的，正如附带的专利权利要求所限定的，除了本发明以上公开的其他的实施例等同地落在本发明的范围内。
通常地，在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解释，除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个/所述/该[装置、组件等]”都被开放地解释为所述装置、组件等中的至少一个实例，除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行，除非明确地说明。

Claims (4)

1.一种用于对混合直流输电系统受端交流故障进行控制的方法，所述方法包括：
测量线路整流转换器LCC侧直流电压，获取直流电压值；
当所述线路整流转换器LCC侧直流电压高于1.05pu时，将混合直流输电系统的控制策略从定电流控制转为最大触发角控制；或者
当所述线路整流转换器LCC侧直流电压高于1.05pu且保持至少1毫秒时，将混合直流输电系统的控制策略从定电流控制转为最大触发角控制；
测量线路整流转换器LCC侧直流电流，获取直流电流值；
判断所述直流电流值是否大于直流电流断续整定值；
当所述直流电流值大于所述直流电流断续整定值时，保持最大触发解控制的控制策略；
当所述直流电流值不大于所述直流电流断续整定值时，转为定电流控制的控制策略；
当接收到电压源变换器VSC侧交流系统动作信号后，根据所述电压源变换器VSC侧的瞬时功率调整所述线路整流转换器LCC侧的触发角度，包括：
根据功率平衡方程计算出受端交流系统在最严重的故障情况下所述线路整流转换器LCC侧需要调整的触发角，作为过压定触发角的输入；
当接收到所述电压源变换器VSC侧交流系统故障切除信号后，转为定电流控制的控制策略。
2.根据权利要求1所述的方法，所述功率平衡方程为：
Figure FDA0003437047940000012
中E为交流侧线电压有效值，I为交流侧基波线电流有效值，
Figure FDA0003437047940000011
为功率因数角，∝为触发角，μ为换相重叠角，Usd和Ivd分别为系统侧电压和阀侧电流的d轴分量，P为瞬时功率，Pout为输出功率。
3.一种用于对混合直流输电系统受端交流故障进行控制的系统，所述系统包括：
第一测量单元，用于测量线路整流转换器LCC侧直流电压，获取直流电压值；
第一控制单元，用于当所述线路整流转换器LCC侧直流电压高于1.05pu时，将混合直流输电系统的控制策略从定电流控制转为最大触发角控制，或者：
当所述线路整流转换器LCC侧直流电压高于1.05pu且保持至少1毫秒时，将混合直流输电系统的控制策略从定电流控制转为最大触发角控制；
第二测量单元，用于测量线路整流转换器LCC侧直流电流，获取直流电流值；
判断单元，用于判断所述直流电流值是否大于直流电流断续整定值；
第二控制单元，用于当所述直流电流值大于所述直流电流断续整定值时，保持最大触发解控制的控制策略；当所述直流电流值不大于所述直流电流断续整定值时，转为定电流控制的控制策略；
第三控制单元，用于当接收到电压源变换器VSC侧交流系统动作信号后，根据所述电压源变换器VSC侧的瞬时功率调整所述线路整流转换器LCC侧的触发角度，包括：
根据功率平衡方程计算出受端交流系统在最严重的故障情况下所述线路整流转换器LCC侧需要调整的触发角，作为过压定触发角的输入；
第四控制单元，用于当接收到所述电压源变换器VSC侧交流系统故障切除信号后，转为定电流控制的控制策略。
4.根据权利要求3所述的系统，所述功率平衡方程为：
Figure FDA0003437047940000031
中E为交流侧线电压有效值，I为交流侧基波线电流有效值，
Figure FDA0003437047940000032
为功率因数角，∝为触发角，μ为换相重叠角，Usd和Ivd分别为系统侧电压和阀侧电流的d轴分量，P为瞬时功率，Pout为输出功率。
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