CN109066762A - 一种柔性直流输电交流化运行方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种柔性直流输电交流化运行方法,在柔性直流输电系统基本控制方式的基础上，提出一种有功功率自适应整定方式。通过采集系统稳定运行时的换流母线处电压、相角和直流线路上的功率，计算柔性直流输电系统等效电抗，进而在线实时计算有功功率自适应整定值。可以根据需要选择手动或者自动切换至有功功率自适应整定方式，将在线实时计算得到的有功功率自适应整定值作为柔性直流输电系统有功功率控制目标。本发明可以使柔性直流输电呈现类似交流线路的运行特性，对改善系统暂态响应特性具有工程意义。

Description

一种柔性直流输电交流化运行方法
技术领域
本发明属于电力系统运行与控制领域，具体地涉及一种柔性直流输电交流化运行方法。
背景技术
柔性直流输电系统常规控制方式是矢量控制策略，各端MMC控制2个物理量。矢量控制策略包含内环电流控制器和外环输出控制器，其中，内环电流控制器通过调节换流器输出电压使DQ轴电流快速跟踪其参考值，外环输出控制器根据有功功率、无功功率、直流电压或交流电压等整定值，计算用于内环电流控制器的DQ轴电流参考值。柔性直流输电系统的控制方式由外环输出控制器决定，外环输出控制器控制的物理量分为有功类物理量和无功类物理量，有功类物理量包括交流系统频率、有功功率和直流电压等，无功类物理量包括无功功率和交流电压等。柔性直流输电系统的各端需要在有功类物理量和无功类物理量中各挑选一个物理量进行控制，同时必须有一端控制直流电压。
当两端连接的交流系统均为有源系统时，双端柔性直流输电系统的典型控制方式是一端控制直流电压和交流侧无功功率，另一端控制有功功率和交流侧无功功率，通常定有功端将有功功率整定为具体数值，此数值不会随交流系统的运行特征而自动变化，从而控制功率的平衡和直流电压的稳定。当使用柔性直流输电连接风电场或者无源网络时，通常连接风电场或者无源网络的VSC站控制交流系统频率和交流电压，连接有源网络的VSC站控制直流电压和交流侧无功功率。
MMC-HVDC互联系统中交流系统发生故障后，发电机组将承受不平衡功率，在MMC-HVDC不调整其输送的功率的情况下，不平衡功率将导致发电机组出现功率振荡现象，同时也将给直流功率的传输带来影响。
发明内容
为解决现有技术中存在的上述问题，本发明提出了一种柔性直流输电交流化运行方法，包括：
采集双端柔性直流输电系统两端换流母线处的交流电压有效值、相角和直流线路上的有功功率，设定相角差裕度范围；
根据柔性直流输电系统稳定运行时两端换流母线处的交流电压有效值、相角和输送的有功功率，计算柔性直流输电系统等效电抗Xeq；根据两端相角、交流电压有效值和Xeq在线实时计算功率自适应整定值；
当测得的相角差在所设定的裕度范围内，则保持当前的功率整定方式不变；当测得的相角差超出所设定的裕度范围内，则将功率整定方式切换为功率自适应整定方式。
当需要解除功率自适应整定方式时，手动切换为其他控制方式。
进一步，裕度范围包括上限和下限，其根据系统稳定运行时的相角差取一定的相角裕度获得。
进一步，切换为功率自适应整定方式可通过手动切换或自动切换实现。
进一步，在定功率运行方式下，自动切换为功率自适应整定方式。
进一步，柔性直流输电系统等效电抗Xeq，其计算公式为
其中，和分别是双端换流母线处的交流电压基波相量，δ是滞后于的角度，P1为输送的直流功率。
进一步，所述在线实时计算功率自适应整定值，其计算公式为
本发明可以使柔性直流输电呈现类似交流线路的运行特性，对改善系统暂态响应特性具有工程意义。
附图说明
图1为本发明的实施例中使用的仿真系统拓扑图；
图2为图1的仿真系统中搭建的等效电抗和功率自适应整定值计算模块图；
图3为图1中的仿真系统中搭建的功率整定方式切换控制逻辑图；
图4为根据图1所示实施的仿真系统拓扑图获得的送端有功功率；
图5为根据图1所示实施的仿真系统拓扑图获得的送端直流电压；
图6为根据图1所示实施的仿真系统拓扑图获得的送端换流母线电压有效值；
图7为根据图1所示实施的仿真系统拓扑图获得的受端换流母线电压有效值；
图8为根据图1所示实施的仿真系统拓扑图获得的两端换流母线相角差。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐述本发明，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
本发明提出一种柔性直流输电交流化运行方法。首选需要采集双端柔性直流输电系统两端换流母线处的交流电压有效值、相角和直流线路上的有功功率，设置相角差裕度范围；之后根据柔性直流输电系统稳定运行时两端换流母线处的交流电压有效值、相角和输送的有功功率，计算柔性直流输电系统等效电抗Xeq；根据两端相角、交流电压有效值和Xeq在线实时计算功率自适应整定值。
柔性直流输电系统等效电抗Xeq的计算公式为
其中，和分别是双端换流母线处的交流电压基波相量，δ是滞后于的角度，P1为输送的直流功率。
功率整定方式是指有功功率控制目标的整定方式，功率自适应整定方式是指有功功率控制目标为根据下面的式(2)在线实时计算出的功率自适应整定值，其计算公式为
接着根据需要进行自适应整定方式的切换。当测得的相角差在所设定的裕度范围内，则保持当前的功率整定方式不变，当测得的相角差超出所设定的裕度范围内，则将功率整定方式切换为功率自适应整定方式。裕度范围包括上限和下限，可以根据系统稳定运行时的相角差取一定的相角裕度获得。根据需要可以手动切换为功率自适应整定方式；也可在定功率运行方式下，自动切换为功率自适应整定方式。自动切换的判断条件是：两端换流母线相角差是否在所设定的相角差裕度范围内。如果超出裕度范围，将控制方式自动切换为功率自适应整定方式，即将有功功率控制目标切换为功率自适应整定值，并锁定控制方式。
当需要解除功率自适应整定方式时，手动切换为其他控制方式。
下面以具体的实施例来说明本发明的方法。图1为本发明的实施例的仿真系统拓扑图，利用PSCAD/EMTDC仿真工具，以图1所示的仿真系统为例，来阐述本发明在改善系统暂态响应特性中的应用。图1的仿真系统为双端两通道MMC-HVDC系统，送端用等值电网模拟，等值电网电压等级为525kV，送端换流母线处连有两回交流线路，受端用无穷大电源模拟，受端换流母线处连有两回线路参数不同的交流线路和一台发电机。送端MMC采用定有功功率和无功功率控制，整定值分别为1250MW和130MVar，受端MMC采用定直流电压和无功功率控制，整定值分别为840kV和455MVar。仿真模拟受端换流母线处断开传输有功功率较多的一回交流线路后，通过本发明所述的方法，检验对系统暂态响应的改善效果。
下面来说明具体的实施步骤。在MMC控制系统中搭建如图2所示的等效电抗和功率自适应整定值计算模块，以及如图3所示的功率整定方式切换控制逻辑。图2和图3中，和分别是送端和受端换流母线的交流电压有效值，δ是滞后于的角度，X1为实时计算的柔性直流输电系统等效电抗，X2为记录的系统稳态运行时某一时刻的等效电抗，P1和P2分别为功率数值整定值和功率自适应整定值，Pref为有功功率控制目标，switch0、switch1、switch2、switch3和switch4为5个开关，稳态运行时状态分别为off、off、off、off、on，其中，switch0、switch2、switch3和switch4为手动开关，th1和th2为设定的相角差阈值范围的上限和下限，分别为30°和20°。
设置仿真系统通过功率数值整定方式启动，平稳运行后在3.0s将开关switch0状态置为on，记录稳态运行时等值电抗的值，此时图2中的X2保持不变，在4s时断开受端两回交流线路中的传输有功功率较多的一回线路，故障后，两端换流母线相角差出现下降，系统在4.03s时切换为功率自适应整定方式。
送端MMC有功功率如图4所示，送端直流电压如图5所示，送端换流母线电压有效值如图6所示，受端换流母线电压有效值如图7所示，两端换流母线相角差如图8所示。
切换为功率自适应整定方式后，图4中的直流功率跟随图8中的两端换流母线电气量而变化，图5中的直流电压出现微小波动，经过约7s的波动阶段后直流系统和交流系统过渡到另一稳定状态，两端换流母线相角差由最初的25.2°过渡到16.2°，图6中的送端换流母线电压的有效值由最初的474kV过渡到498kV，图7中的受端换流母线电压的有效值由最初的512kV过渡到502kV，图4中的MMC有功功率从1250MW过渡到了850MW，图5中的直流电压经过波动后恢复至整定值。
当系统恢复稳定后，需要手动切换回功率数值整定方式，在此可以手动切换回系统故障前的功率整定值或当前时刻的功率整定值，如果需要切换回系统故障前的功率整定值，则保持switch 2和switch 3状态为off，将switch 4开关状态置为off即可；如果需要切换到当前时刻的功率整定值，则依次将switch 3和switch 2状态置为on，再将switch 4开关状态置为off即可。
在交流系统出现故障时，相比于常规的功率数值整定方式，本发明所提出的柔性直流输电交流化运行方法能够根据交流系统电气量的改变动态调整直流功率，可以避免直流系统过调，同时使系统过渡到另一稳态运行点所需的时间更短，换流母线相角差和换流母线电压的改变量更小，避免发电机振荡，具有与交流线路相似的运行特性。
以上所述，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 (6)

1.一种柔性直流输电交流化运行方法，包括：
采集双端柔性直流输电系统两端换流母线处的交流电压有效值、相角和直流线路上的有功功率，设定相角差裕度范围；
根据柔性直流输电系统稳定运行时两端换流母线处的交流电压有效值、相角和输送的有功功率，计算柔性直流输电系统等效电抗Xeq；根据两端相角、交流电压有效值和Xeq在线实时计算功率自适应整定值；
当测得的相角差在所设定的裕度范围内，则保持当前的功率整定方式不变；当测得的相角差超出所设定的裕度范围内，则将功率整定方式切换为功率自适应整定方式；
当需要解除功率自适应整定方式时，手动切换为其他控制方式。
2.根据权利要求1所述的一种柔性直流输电交流化运行方法，其特征在于：所述裕度范围包括上限和下限，其根据系统稳定运行时的相角差取一定的相角裕度获得。
3.根据权利要求1所述的一种柔性直流输电交流化运行方法，其特征在于：切换为功率自适应整定方式可通过手动切换或自动切换实现。
4.根据权利要求3所述的一种柔性直流输电交流化运行方法，其特征在于：在定功率运行方式下，自动切换为功率自适应整定方式。
5.根据权利要求1所述的一种柔性直流输电交流化运行方法，其特征在于：所述柔性直流输电系统等效电抗Xeq，其计算公式为
其中，和分别是双端换流母线处的交流电压基波相量，δ是滞后于的角度，P1为输送的直流功率。
6.根据权利要求5所述的一种柔性直流输电交流化运行方法，其特征在于：所述在线实时计算功率自适应整定值，其计算公式为
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