CN109149591B - 特高压直流换流站同步调相机动态无功协控方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种特高压直流换流站同步调相机动态无功协控方法及系统，本发明通过特高压直流控保系统在控制交流滤波器小组投切前的第一指定时长ΔT1时刻向同步调相机发出预投切指令，同步调相机收到预投入指令则按一定比例减小无功出力；收到预切除指令则按一定比例增加无功出力；待交流滤波器（电容器）投切完成后，切换同步调相机运行方式为恒压模式，使电网电压恢复至额定值。本发明能够能保证逆变站仍保持定熄弧角控制，避免电网电压跌落超出下限的风险，提高交流母线电压的稳定性及提供更可靠的无功支撑。

Description

特高压直流换流站同步调相机动态无功协控方法及系统
技术领域
本发明涉及电力系统运行与控制技术，具体涉及一种特高压直流换流站同步调相机动态无功协控方法及系统，用于实现特高压换流站内同步调相机和直流控保系统控交流滤波器小组之间的电压协调控制。
背景技术
±800kV特高压直流输电在远距离、大容量输电方面具有独特优势，但目前大容量直流换流器一般还采用半控型器件，受端换流站消耗着大量无功功率，在交流母线电压跌落时易发生换相失败，此时将从交流系统吸收更多无功功率，威胁母线电压稳定。因此，大扰动后直流受端系统的暂态电压稳定性会面临严峻考验。
定熄弧角控制可以维持熄弧角γ为给定值以保证关断后处于高电位的换流阀不致重燃造成换相失败，熄弧角γ的大小与逆变器的无功消耗有着密切联系。Gamma kick作为一种通过反向控制关断角来平抑母线电压波动的策略，当要切除交流滤波器/无功补偿设备时，事先相对慢速地增大关断角，一旦切除完毕，立即快速减小关断角至正常指令值。这使得切除时吸收无功变多，导致母线电压跌幅加大，容易引起电压不稳定。可见，这种方法对投切电容时电网电压波动的抑制效果有限。
同步调相机在电网无功功率调节方面具有显著优势，主要体现在无功功率输出受母线电压影响较小，短时过载能力强，短时最大无功功率可达到额定容量的两倍左右，并且对于持续时间较长的故障可提供较强的无功支撑；无功补偿容量大，对改善电网稳定性和提高断面输送功率的效果最优；具备进相能力，同步调相机的进相能力约为额定容量的50%左右；运行稳定性好，基本不产生谐波。因此，同步调相机对于特高压直流换流站的动态无功协调控制具有积极意义，但是如何实现特高压直流换流站、同步调相机两者的协调控制，仍然是一项亟待解决的关键技术问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种特高压直流换流站同步调相机动态无功协控方法及系统，本发明通过对同步调相机的控制实现在交流滤波器投切时刻到来之前吸收、发出无功，避免投切时母线电压的变化率超过允许值，这种调控方法能保证逆变侧仍保持定熄弧角控制，避免电网电压跌落超出下限的风险，提高交流母线电压的稳定性，也提供了更为可靠的无功支撑，不但能提供稳定可靠的无功支撑，保证交流母线的电压变化在投切过程中不会跌落超限，能够避免熄弧角变化会造成交流母线电压不稳定的后果。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
本发明提供一种特高压直流换流站同步调相机动态无功协控方法，特高压直流控保系统在控制交流滤波器小组投切前的第一指定时长ΔT1时刻向同步调相机发出预投切指令，同步调相机收到预投切指令后的实施步骤包括：
1）判断是否存在直流闭锁或母线电压过高的情形，若存在直流闭锁或母线电压过高的情形，则不执行后续协调控制步骤直接退出；否则跳转步骤2）以执行后续协调控制步骤；
2）判断收到的预投切指令类型，如果预投切指令是交流滤波器小组投入，则跳转执行步骤3）；如果预投切指令是交流滤波器小组切除，则跳转执行步骤5）；
3）减小同步调相机的母线电压参考值V ref使同步调相机进相运行；
4）在交流滤波器小组投入后，将同步调相机的母线电压参考值V ref调回电网额定电压值U nom，切换同步调相机为定电压模式吸收剩余无功使母线电压快速恢复至电网额定电压值U nom；结束并退出；
5）增大同步调相机的母线电压参考值V ref使同步调相机迟相运行；
6）在交流滤波器小组切除后，将同步调相机的母线电压参考值V ref调回电网额定电压值U nom，切换同步调相机为定电压模式补偿无功缺额使母线电压快速恢复至电网额定电压值U nom。
优选地，步骤3）中减小同步调相机的母线电压参考值V ref使同步调相机进相运行时，减小同步调相机的母线电压参考值V ref需保证母线电压小幅下降且不低于第一指定阈值。
优选地，所述第一指定阈值为0.98 U nom ，其中U nom为电网额定电压值。
优选地，步骤5）中增大同步调相机的母线电压参考值V ref使同步调相机迟相运行时，增大同步调相机的母线电压参考值V ref需保证母线电压小幅升高且不超过第二指定阈值。
优选地，所述第二指定阈值为1.02U nom，其中U nom为电网额定电压值。
优选地，步骤4）中在交流滤波器小组投入后具体是指延时第二指定时长ΔT2，且第二指定时长ΔT2大于第一指定时长ΔT1。或者优选地，步骤4）中在交流滤波器小组投入后具体是指同步调相机和特高压直流控保系统通讯检测到交流滤波器小组状态为投入状态以后。
优选地，步骤6）中在交流滤波器小组切除后具体是指延时第三指定时长ΔT3，且第三指定时长ΔT3大于第一指定时长ΔT1。或者优选地，步骤6）中在交流滤波器小组切除后具体是指同步调相机和特高压直流控保系统通讯检测到交流滤波器小组状态为切除状态以后。
本发明还提供一种特高压直流换流站同步调相机动态无功协控系统，包括相互连接的特高压直流控保系统和同步调相机，所述特高压直流控保系统在控制交流滤波器小组投切前的第一指定时长ΔT1时刻向同步调相机发出预投切指令，同步调相机收到预投切指令后执行本发明前述特高压直流换流站同步调相机动态无功协控方法的步骤。
和现有技术相比，本发明具有下述优点：
1）本发明通过对同步调相机的控制实现在交流滤波器投切时刻到来之前吸收、发出无功，不通过改变熄弧角来调节无功，变流器仍可采用定熄弧角控制方式，更有利于母线电压稳定；
2）本发明的同步调相机可以在系统投切滤波器/电容器的变化过程中提供连续可调的动态无功支撑，避免存在电网电压跌落超限的风险，提高交流母线电压的稳定性。
附图说明
图1为本发明实施例动态无功协调控制方法的基本流程示意图。
图2为投入/切除交流滤波器/电容器时的控制框图。
图3为投入交流滤波器小组时母线电压参考值V ref的变化曲线。
图4为投入交流滤波器小组时母线电压的变化曲线。
图5为切除交流滤波器小组时母线电压参考值V ref的变化曲线。
图6为切除交流滤波器小组时母线电压的变化曲线。
图7为本发明实施例动态无功协调控制系统的拓扑结构示意图。
具体实施方式
本实施例特高压直流换流站同步调相机动态无功协控方法在特高压直流控保系统在控制交流滤波器小组投切前的第一指定时长ΔT1时刻向同步调相机发出预投切指令，如图1所示，同步调相机收到预投切指令后的实施步骤包括：
1）判断是否存在直流闭锁或母线电压过高的情形，若存在直流闭锁或母线电压过高的情形，则不执行后续协调控制步骤直接退出；否则跳转步骤2）以执行后续协调控制步骤；
2）判断收到的预投切指令类型，如果预投切指令是交流滤波器小组投入，则跳转执行步骤3）；如果预投切指令是交流滤波器小组切除，则跳转执行步骤5）；
3）减小同步调相机的母线电压参考值V ref使同步调相机进相运行；
4）在交流滤波器小组投入后，将同步调相机的母线电压参考值V ref调回电网额定电压值U nom，切换同步调相机为定电压模式吸收剩余无功使母线电压快速恢复至电网额定电压值U nom；结束并退出；
5）增大同步调相机的母线电压参考值V ref使同步调相机迟相运行；
6）在交流滤波器小组切除后，将同步调相机的母线电压参考值V ref调回电网额定电压值U nom，切换同步调相机为定电压模式补偿无功缺额使母线电压快速恢复至电网额定电压值U nom。
本实施例中，步骤3）中减小同步调相机的母线电压参考值V ref使同步调相机进相运行时，减小同步调相机的母线电压参考值V ref需保证母线电压小幅下降且不低于第一指定阈值，从而能够避免直接投入滤波器时易出现的暂态电压高于允许上限。
本实施例中，第一指定阈值为0.98 U nom ，其中U nom为电网额定电压值。假设投入交流滤波器前电网电压为U 1，电网额定电压为U nom，电网短路阻抗为X，则投入交流滤波器时同步调相机的无功增量ΔQ=(0.98U nom-U 1)U nom/X。如果预投切指令是交流滤波器小组投入，则减小同步调相机的母线电压参考值V ref使同步调相机迟相运行，最大可减小无功出力ΔQ。
本实施例中，步骤5）中增大同步调相机的母线电压参考值V ref使同步调相机迟相运行时，增大同步调相机的母线电压参考值V ref需保证母线电压小幅升高且不超过第二指定阈值，从而能够避免直接切除滤波器时易出现的暂态电压低于允许下限。
本实施例中，第二指定阈值为1.02U nom，其中U nom为电网额定电压值。假设切除交流滤波器前电网电压为U 1，电网额定电压为U nom，电网短路阻抗为X，则切除交流滤波器时同步调相机的无功增量ΔQ=(1.02U nom-U 1)U nom/X。如果预投切指令是交流滤波器小组切除，则增大同步调相机的母线电压参考值V ref使同步调相机进相运行，最大可增加无功出力ΔQ。
本实施例中，步骤4）中在交流滤波器小组投入后具体是指延时第二指定时长ΔT2，且第二指定时长ΔT2大于第一指定时长ΔT1。通过延时的方式，能够方便地确保步骤4）中在交流滤波器小组投入后才将同步调相机的母线电压参考值V ref调回电网额定电压值U nom。
本实施例中，步骤6）中在交流滤波器小组切除后具体是指延时第三指定时长ΔT3，且第三指定时长ΔT3大于第一指定时长ΔT1。通过延时的方式，能够方便地确保步骤6）中在交流滤波器小组切除后才将同步调相机的母线电压参考值V ref调回电网额定电压值U nom。
本实施例中，第二指定时长ΔT2和第三指定时长ΔT3取值相同，且均为ΔT；毫无疑问，第二指定时长ΔT2和第三指定时长ΔT3也可以根据需要分别取不同的值，只要其能够大于第一指定时长ΔT1即可确保在交流滤波器小组投入/切除后将同步调相机的母线电压参考值V ref调回电网额定电压值U nom。图2为投入(切除)交流滤波器时的控制原理示意图，其中U nom表示电网额定电压值，ΔU 1表示滤波器投切时调相机电压指令增量。投入时，电压指令增量ΔU 1为-0.02U nom；切除时，电压指令增量ΔU 1为+0.02U nom，V ref表示母线电压参考值，U T表示调相机机端电压反馈量，ΔU表示计算的调相机控制电压指令值。特高压直流控保系统根据当前直流系统的运行模式和工况，在控制交流滤波器小组投入/切除前的第一指定时长ΔT1时刻向同步调相机发出预投切指令（预投入指令或预切除指令），同步调相机迟相/进相运行，此时电压为U nom+ΔU 1,其中投入时ΔU 1＜0，切除时ΔU 1＞0。延时ΔT，电压变为电网额定电压值U nom，交流滤波器小组投入/切除的同时，改同步调相机为定电压模式运行，吸收剩余无功/补偿无功缺额，使母线电压快速恢复至额定值。
图3为投入交流滤波器小组时母线电压参考值V ref变化曲线。2s前母线电压参考值V ref等同于调相机不出力的情形，2s时降低母线电压参考值V ref，3s时投入260Mvar电容器，同时修改母线电压参考值V ref至电网额定电压值U nom（额定值取500kV，下同）。图4为投入交流滤波器小组时的母线电压（系统电压/电网电压）变化曲线。2s时，母线电压参考值V ref减小使得母线电压小幅下降且不会跌落0.98U nom，3s时投入电容器，母线电压上升，暂态电压最高不会超过1.02U nom，稳态电压能快速恢复到电网额定电压值U nom（500kV）。
图5为切除交流滤波器小组时母线电压参考值V ref变化曲线。2s前母线电压参考值V ref等同于调相机不出力的情形，2s时增加母线电压参考值，3s时切除260Mvar电容器，同时修改母线电压参考值V ref至电网额定电压值U nom。图6为切除交流滤波器小组时的母线电压（系统电压/电网电压）变化图。2s时，母线电压参考值V ref增大使得母线电压小幅升高且不会超过1.02 U nom ，3s时切除电容器，母线电压下降，暂态电压最低不会低于0.98 U nom ，稳态电压能快速恢复到500KV左右。
综上所述，本实施例特高压直流换流站同步调相机动态无功协控方法通过对同步调相机的控制实现在交流滤波器投切时刻到来之前吸收、发出无功，避免投切时母线电压的变化率超过允许值，这种调控方法能保证逆变侧仍保持定熄弧角控制，避免电网电压跌落超出下限的风险，提高交流母线电压的稳定性，也提供了更为可靠的无功支撑，不但能提供稳定可靠的无功支撑，保证交流母线的电压变化在投切过程中不会跌落超限，同时能够避免熄弧角变化会造成交流母线电压不稳定的后果。
此外，本实施例还提供一种特高压直流换流站同步调相机动态无功协控系统，包括相互连接的特高压直流控保系统和同步调相机，如图7所示，特高压直流控保系统在控制交流滤波器小组投切前的第一指定时长ΔT1时刻向同步调相机发出预投切指令，同步调相机收到预投切指令后执行本实施例前述特高压直流换流站同步调相机动态无功协控方法的步骤。
实施例二：
本实施例与实施例一基本相同，其主要区别点为：步骤4）中在交流滤波器小组投入后的判断条件不同，本实施例步骤4）中在交流滤波器小组投入后具体是指同步调相机和特高压直流控保系统通讯检测到交流滤波器小组状态为投入状态以后。通过通讯获取状态的方式，相对实施例一而言能够更加精确地确保步骤4）中在交流滤波器小组投入后才将同步调相机的母线电压参考值V ref调回电网额定电压值U nom，提高对交流滤波器小组投切故障的容错性。
实施例三：
本实施例与实施例一基本相同，其主要区别点为：步骤6）中在交流滤波器小组切除后的判断条件不同，本实施例步骤6）中在交流滤波器小组切除后具体是指同步调相机和特高压直流控保系统通讯检测到交流滤波器小组状态为切除状态以后。通过通讯获取状态的方式，相对实施例一而言能够更加精确地确保步骤6）中在交流滤波器小组切除后才将同步调相机的母线电压参考值V ref调回电网额定电压值U nom，提高对交流滤波器小组投切故障的容错性。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。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前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种特高压直流换流站同步调相机动态无功协控方法，其特征在于，特高压直流控保系统在控制交流滤波器小组投切前的第一指定时长ΔT1时刻向同步调相机发出预投切指令，同步调相机收到预投切指令后的实施步骤包括：
1）判断是否存在直流闭锁或母线电压过高的情形，若存在直流闭锁或母线电压过高的情形，则不执行后续协调控制步骤直接退出；否则跳转步骤2）以执行后续协调控制步骤；
2）判断收到的预投切指令类型，如果预投切指令是交流滤波器小组投入，则跳转执行步骤3）；如果预投切指令是交流滤波器小组切除，则跳转执行步骤5）；
3）减小同步调相机的母线电压参考值V ref使同步调相机进相运行，且减小同步调相机的母线电压参考值V ref需保证母线电压小幅下降且不低于第一指定阈值；
4）在交流滤波器小组投入后，将同步调相机的母线电压参考值V ref调回电网额定电压值U nom，切换同步调相机为定电压模式吸收剩余无功使母线电压快速恢复至电网额定电压值U nom；结束并退出；
5）增大同步调相机的母线电压参考值V ref使同步调相机迟相运行，且增大同步调相机的母线电压参考值V ref需保证母线电压小幅升高且不超过第二指定阈值；
6）在交流滤波器小组切除后，将同步调相机的母线电压参考值V ref调回电网额定电压值U nom，切换同步调相机为定电压模式补偿无功缺额使母线电压快速恢复至电网额定电压值U nom。
2.根据权利要求1所述的特高压直流换流站同步调相机动态无功协控方法，其特征在于，所述第一指定阈值为0.98 U nom ，其中U nom为电网额定电压值。
3.根据权利要求1所述的特高压直流换流站同步调相机动态无功协控方法，其特征在于，所述第二指定阈值为1.02U nom，其中U nom为电网额定电压值。
4.根据权利要求1所述的特高压直流换流站同步调相机动态无功协控方法，其特征在于，步骤4）中在交流滤波器小组投入后具体是指延时第二指定时长ΔT2，且第二指定时长ΔT2大于第一指定时长ΔT1。
5.根据权利要求1所述的特高压直流换流站同步调相机动态无功协控方法，其特征在于，步骤4）中在交流滤波器小组投入后具体是指同步调相机和特高压直流控保系统通讯检测到交流滤波器小组状态为投入状态以后。
6.根据权利要求1所述的特高压直流换流站同步调相机动态无功协控方法，其特征在于，步骤6）中在交流滤波器小组切除后具体是指延时第三指定时长ΔT3，且第三指定时长ΔT3大于第一指定时长ΔT1。
7.根据权利要求1所述的特高压直流换流站同步调相机动态无功协控方法，其特征在于，步骤6）中在交流滤波器小组切除后具体是指同步调相机和特高压直流控保系统通讯检测到交流滤波器小组状态为切除状态以后。
8.一种特高压直流换流站同步调相机动态无功协控系统，包括相互连接的特高压直流控保系统和同步调相机，所述特高压直流控保系统在控制交流滤波器小组投切前的第一指定时长ΔT1时刻向同步调相机发出预投切指令，同步调相机收到预投切指令后执行权利要求1～7中任意一项所述特高压直流换流站同步调相机动态无功协控方法的步骤。
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