CN109361232A - 一种控制特高压直流分层馈入电网电压稳定的方法及系统 - Google Patents

一种控制特高压直流分层馈入电网电压稳定的方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种控制特高压直流分层馈入电网电压稳定的方法及系统，属于电力系统技术领域。本发明方法包括：获取高端逆变器和低端逆变器换流母线电压Uc的低值门槛UcthL、高值门槛UcthH和电压Uc的设定时间门槛△Teth；利用电压采集和测量装置实时监测高端逆变器和低端逆变器换流母线电压Uc和电压Uc持续时间△Te；当高端逆变器和低端逆变器换流母线电压Uc小于设定低值门槛UcthL时，且持续时间△Te大于设定时间△Teth，启动直流功率紧急回降控制，当高端逆变器和低端逆变器换流母线电压Uc恢复提升后大于设定高值门槛UcthH，且持续时间△Tr大于设定时间门槛△Trth，启动直流功率慢速提升控制。本发明实现了控制特高压直流分层馈入受端电网电压稳定，保障了交直流混联系统稳定运行。

Description

一种控制特高压直流分层馈入电网电压稳定的方法及系统
技术领域
本发明涉及电力系统技术领域，并且更具体地，涉及一种控制特高压直流分层馈入电网电压稳定的方法及系统。
背景技术
我国煤炭、水能、风能和太阳能等一次能源富集地域，与中东部经济发达的用能集中地区，具有逆向分布特征。这一特征，客观上要求大力发展大容量远距离高效输电—特高压直流输电技术，以提升资源优化配置能力和效率。在受端电网，随着直流馈入数量和容量的增长，电压支撑能力不足引起的稳定威胁日趋严重。为缓解大容量特高压直流单点馈入的不利影响，我国首创提出了一种具有新型拓扑结构的直流—分层馈入直流。
在国外，由于尚无依托工程，因此少有与直流分层馈入系统相关的研究报道；在国内，随着锡泰、昭沂、吉泉等直流工程的建设和投运，工程界与学术界已逐步开展和深化了对特高压直流分层馈入系统的研究。随着分层馈入特高压直流相继投运，其对电网稳定特性的影响也将更加突出，对于受端电网，其对电压稳定特性的影响尤为突出。在此背景下，迫切需要深入分析大扰动冲击下直流分层馈入系统电压稳定性，并提出相应的稳定控制措施，保障特高压交直流混联系统安全稳定运行。
发明内容
本发明针对特高压直流分层馈入电网大扰动冲击下，特高压直流分层馈入系统因逆变站无功需求增加，成为威胁特高压交直流混联系统稳定运行的重要因素问题，本发明提出了一种控制特高压直流分层馈入电网电压稳定的方法，所述方法包括：
获取高端逆变器和低端逆变器换流母线电压Uc的低值门槛UcthL、高值门槛UcthH和电压Uc的设定时间门槛△Teth；
利用电压采集和测量装置实时监测高端逆变器和低端逆变器换流母线电压Uc和电压Uc持续时间△Te；
当高端逆变器和低端逆变器换流母线电压Uc小于设定低值门槛UcthL时，且持续时间△Te大于设定时间门槛△Teth，启动直流功率紧急回降控制，
当高端逆变器和低端逆变器换流母线电压Uc恢复提升大于设定高值门槛UcthH，且持续时间△Tr大于设定时间门槛△Trth时，启动直流功率慢速提升控制。
可选的，直流功率紧急回降控制，可以由预想故障匹配监测快速直接启动。
可选的，方法还包括：确定特高压直流分层馈入电网已实施控制的标志位Fdec，对未实施控制的高端逆变器和低端逆变器换流母线进行控制。
可选的，方法还包括：预先设定外部约束的直流功率最大可控量△Pdmax和外部约束的直流功率最大实施量△Pd。
本发明还提出一种控制特高压直流分层馈入电网电压稳定的系统，所述系统包括：
参数获取模块，获取高端逆变器和低端逆变器换流母线电压Uc的低值门槛UcthL、高值门槛UcthH和电压Uc的设定时间门槛△Teth；
采集模块，利用电压采集和测量装置实时监测高端逆变器和低端逆变器换流母线电压Uc和电压Uc持续时间△Te；
控制模块，当高端逆变器和低端逆变器换流母线电压Uc小于设定低值门槛UcthL时，且持续时间△Te大于设定时间门槛△Teth，启动直流功率紧急回降控制，
当高端逆变器和低端逆变器换流母线电压Uc恢复提升大于设定高值门槛UcthH，且持续时间△Tr大于设定时间门槛△Trth时，启动直流功率慢速提升控制。
可选的，直流功率紧急回降控制，可以由预想故障匹配监测快速直接启动。
可选的，系统还包括：标志位判断模块，确定特高压直流分层馈入电网已实施控制的标志位Fdec，对未实施控制的高端逆变器和低端逆变器换流母线进行控制。
可选的，系统还包括：约束模块，预先设定外部约束的直流功率最大可控量△Pdmax和外部约束的直流功率最大实施量△Pd。
本发明通过预想故障匹配监测，或直流换流母线电压实时监测，启动对分层馈入特高压直流输送有功功率的控制，通过降低高、低端逆变站动态无功需求，进而实现提升受端电网电压稳定性的目的，保障交直流混联系统稳定运行。
本发明利用直流逆变站无功功率消耗与其送电有功功率强相关的特性，通过预想故障匹配监测，即当监测到电网实际发生了与预想故障一致的故障，则实施控制，或通过实施监测分层馈入特高压直流的高端逆变器和低端逆变器换流母线电压Uc，当其低于设定门槛值且超过设定持续时长，实施分层直流有功功率的快速回降控制，从而减小逆变站无功功率消耗，达到提升交直流受端电网电压稳定性的作用。
本发明实施控制后，当高端逆变器和低端逆变器换流母线电压Uc恢复提升，且其高于设定门槛值和超过设定持续时长，则提升直流送电有功功率，使其恢复至故障前水平，消除直流功率回降对故障后混联系统可能造成的不利影响，如潮流转移引起局部线路过载等。
附图说明
图1为本发明一种控制特高压直流分层馈入电网电压稳定的方法流程图；
图2为本发明一种控制特高压直流分层馈入电网电压稳定的系统结构图；
图3为本发明一种控制特高压直流分层馈入电网电压稳定的方法特高压直流分层馈入系统单极拓扑结构图；
图4为本发明一种控制特高压直流分层馈入电网电压稳定的方法分层馈入特高压直流逆变器控制模型结构图。
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。
本发明提供一种控制特高压直流分层馈入电网电压稳定的方法，如图1所示，包括：
确定特高压直流分层馈入电网已实施控制的标志位Fdec，对未实施控制的高端逆变器和低端逆变器换流母线进行控制，其中，特高压直流分层馈入电网拓扑结构，正负极具有对称结构，以±800kV特高压直流分层馈入系统正极为例，如图3所示，在受端直流侧，额定电压均为400kV的高端和低端12脉动逆变器串联连接；在受端交流侧，高、低端逆变器分别接入交流电压等级不同的换流母线，并配有独立的滤波和无功补偿装置。从拓扑结构上看，特高压直流分层馈入系统，即为串联型3端直流输电系统。从降低换流变压器绝缘要求考虑，高、低端逆变器分别接入交流低电压等级(如500kV)和高电压等级(如1000kV)。
预先设定外部约束的直流功率最大可控量△Pdmax和外部约束的直流功率最大实施量△Pd。
获取高端逆变器和低端逆变器换流母线电压Uc的低值门槛UcthL、高值门槛UcthH和电压Uc的设定时间门槛△Teth；
利用电压采集和测量装置实时监测高端逆变器和低端逆变器换流母线电压Uc和电压Uc持续时间△Te；
直流控制是影响交直流受扰响应行为的重要环节，其中，特高压直流分层馈入电网系统模型，如图4所示，高、低端逆变器馈入2个具有不同系统参数和运行特性的交流电网，因此，高、低端逆变器需采用相对独立的控制器。
面向特高压直流分层馈入电网系统模型，其中，高、低端逆变器具有独立的定熄弧角控制、定电流控制，以及换相失败预测控制、低压限流(Voltage Dependent CurrentOrder Limit,VDCOL)模拟功能，此外，整流器具有定电流控制、定功率控制以及最小触发角限制模拟功能。需要指出的是，通过换流变压器分接头慢速调节实现的高、低端逆变器直流电压平衡控制，在机电暂态仿真中可不予模拟。
当高端逆变器和低端逆变器换流母线电压Uc小于设定低值门槛UcthL时，且持续时间△Te大于设定时间门槛△Teth，启动直流功率紧急回降控制，
当高端逆变器和低端逆变器换流母线电压Uc恢复提升大于设定高值门槛UcthH，且持续时间△Tr大于设定时间门槛△Trth时，启动直流功率慢速提升控制，
其中，直流功率紧急回降控制，可以由预想故障匹配监测快速直接启动。
本发明还提供一种控制特高压直流分层馈入电网电压稳定的系统200，如图2所示，包括：
标志位判断模块201，确定特高压直流分层馈入电网已实施控制的标志位Fdec，对未实施控制的高端逆变器和低端逆变器换流母线进行控制。
约束模块202，预先设定外部约束的直流功率最大可控量△Pdmax和外部约束的直流功率最大实施量△Pd。
参数获取模块203，获取高端逆变器和低端逆变器换流母线电压Uc的低值门槛UcthL、高值门槛UcthH和电压Uc的设定时间门槛△Teth；
采集模块204，利用电压采集和测量装置实时监测高端逆变器和低端逆变器换流母线电压Uc和电压Uc持续时间△Te；
控制模块205，当高端逆变器和低端逆变器换流母线电压Uc小于设定低值门槛UcthL时，且持续时间△Te大于设定时间门槛△Teth，启动直流功率紧急回降控制，
当高端逆变器和低端逆变器换流母线电压Uc恢复提升大于设定高值门槛UcthH，且持续时间△Tr大于设定时间门槛△Trth时，启动直流功率慢速提升控制，
其中，直流功率紧急回降控制，可以由预想故障匹配监测快速直接启动。
本发明通过预想故障匹配监测，或直流换流母线电压实时监测，启动对分层馈入特高压直流输送有功功率的控制，通过降低高、低端逆变站动态无功需求，进而实现提升受端电网电压稳定性的目的，保障交直流混联系统稳定运行。
本发明利用直流逆变站无功功率消耗与其送电有功功率强相关的特性，通过预想故障匹配监测，即当监测到电网实际发生了与预想故障一致的故障，则实施控制，或通过实施监测分层馈入特高压直流的高端逆变器和低端逆变器换流母线电压Uc，当其低于设定门槛值且超过设定持续时长，实施分层直流有功功率的快速回降控制，从而减小逆变站无功功率消耗，达到提升交直流受端电网电压稳定性的作用。
本发明实施控制后，当高端逆变器和低端逆变器换流母线电压Uc恢复提升，且其高于设定门槛值和超过设定持续时长，则提升直流送电有功功率，使其恢复至故障前水平，消除直流功率回降对故障后混联系统可能造成的不利影响，如潮流转移引起局部线路过载等。

Claims (8)

1.一种控制特高压直流分层馈入电网电压稳定的方法，所述方法包括：
获取高端逆变器和低端逆变器换流母线电压Uc的低值门槛UcthL、高值门槛UcthH和电压Uc的设定时间门槛△Teth；
利用电压采集和测量装置实时监测高端逆变器和低端逆变器换流母线电压Uc和电压Uc持续时间△Te；
当高端逆变器和低端逆变器换流母线电压Uc小于设定低值门槛UcthL时，且持续时间△Te大于设定时间门槛△Teth，启动直流功率紧急回降控制，
当高端逆变器和低端逆变器换流母线电压Uc恢复提升后大于设定高值门槛UcthH，且持续时间△Tr大于设定时间门槛△Trth时，启动直流功率慢速提升控制。
2.根据权利要求1所述的方法，所述的直流功率紧急回降控制，可以由预想故障匹配监测快速直接启动。
3.根据权利要求1所述的方法，所述的方法还包括：确定特高压直流分层馈入电网已实施控制的标志位Fdec，对未实施控制的高端逆变器和低端逆变器换流母线进行控制。
4.根据权利要求1所述的方法，所述的方法还包括：预先设定外部约束的直流功率最大可控量△Pdmax和外部约束的直流功率最大实施量△Pd。
5.一种控制特高压直流分层馈入电网电压稳定的系统，所述系统包括：
参数获取模块，获取高端逆变器和低端逆变器换流母线电压Uc的低值门槛UcthL、高值门槛UcthH和电压Uc的设定时间门槛△Teth；
采集模块，利用电压采集和测量装置实时监测高端逆变器和低端逆变器换流母线电压Uc和电压Uc持续时间△Te；
控制模块，当高端逆变器和低端逆变器换流母线电压Uc小于设定低值门槛UcthL时，且持续时间△Te大于设定时间门槛△Teth，启动直流功率紧急回降控制，
当高端逆变器和低端逆变器换流母线电压Uc恢复提升后大于设定高值门槛UcthH，且持续时间△Tr大于设定时间门槛△Trth时，启动直流功率慢速提升控制。
6.根据权利要求5所述的系统，所述的直流功率紧急回降控制，可以由预想故障匹配监测快速直接启动。
7.根据权利要求5所述的系统，所述的系统还包括：标志位判断模块，确定特高压直流分层馈入电网已实施控制的标志位Fdec，对未实施控制的高端逆变器和低端逆变器换流母线进行控制。
8.根据权利要求5所述的系统，所述的系统还包括：约束模块，预先设定外部约束的直流功率最大可控量△Pdmax和外部约束的直流功率最大实施量△Pd。
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