CN109659964B - 一种预防直流闭锁的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种预防直流闭锁方法及装置，所述方法包括：获取预先建立的故障集合；根据故障集合控制直流输电系统进行直流回降；其中，所述故障集合利用故障发生后交流电网中接入的所有直流输电系统的换相失败次数信息建立。本发明提供的技术方案，通过回降直流功率的方式，可以降低故障发生时电压的跌落幅度，改善电压恢复特性，减少直流连续换相失败的次数，躲过因直流连续换相失败导致的直流闭锁。

Description

一种预防直流闭锁的方法及装置

技术领域

本发明涉及电力系统规划、运行领域，具体涉及一种预防直流闭锁的方法及装置。

背景技术

高压直流输电是使用电力电子技术实现电能输送的技术，随着直流规模的持续增长，直流连续换相失败出现的概率增加。

《国调中心关于印发特高压直流换相失败保护加速段及接地极不平衡保护逻辑调整讨论会纪要通知》规定了华东在运三大直流根据安排功率大小允许连续换相失败的次数，超过所规定的次数，启动连续换相失败闭锁的保护逻辑，闭锁直流。针对直流连续换相失败导致直流闭锁的逻辑动作，多直流馈入受端电网频率下跌甚至跌破三道防线动作的门槛值，造成严重的负荷损失；

目前，未有针对避免直流闭锁逻辑启动的相关研究，因此，亟需一种避免直流闭锁逻辑启动的相关方法或装置。

发明内容

本发明提供一种预防直流闭锁的方法及装置，其目的是利用故障发生后交流电网中接入的所有直流输电系统的换相失败次数信息获取故障集合，通过安全稳定控制系统根据故障集合控制直流输电系统进行直流回降，抑制交流故障后直流换相失败和连续换相失败导致的直流闭锁。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

一种预防直流闭锁的方法及装置，其改进之处在于，所述方法包括：

获取预先建立的故障集合；

根据故障集合控制直流输电系统进行直流回降；

其中，所述故障集合利用故障发生后交流电网中接入的所有直流输电系统的换相失败次数信息建立。

优选的，利用故障发生后交流电网中接入的所有直流输电系统的换相失败次数信息获取所述故障集合的过程，包括：

获取故障发生后交流电网中接入的所有直流输电系统的换相失败次数信息；

若所述故障导致直流输电系统换相失败3次或3次以上，则将所述故障加入故障集合。

优选的，所述根据故障集合控制直流输电系统进行直流回降，包括：

监测到所述故障集合中任一故障发生后，则控制该故障导致直流输电系统换相失败3次或3次以上的直流输电系统的输送功率回降至故障前的90％；

之后，若监测到交流电网中接入的所有直流输电系统存在换相失败3次或3次以上的直流输电系统，则控制该换相失败3次或3次以上的直流输电系统的输送功率回降至故障前的80％。

优选的，所述根据故障集合控制直流输电系统进行直流回降，包括：

监测到所述故障集合中任一故障发生和交流电网中接入的所有直流输电系统中至少一个直流系统发生2次换相失败，则控制该直流输电系统的输送功率回降至故障前的80％。

一种预防直流闭锁的装置，其改进之处在于，所述装置包括：

采集单元，用于获取预先建立的故障集合；控制单元，用于根据故障集合控制直流输电系统进行直流回降；

构建单元，用于利用故障发生后交流电网中接入的所有直流输电系统的换相失败次数信息建立故障集合。

进一步的，所述构建单元具体用于：

获取故障发生后交流电网中接入的所有直流输电系统的换相失败次数信息；

若所述故障导致直流输电系统换相失败3次或3次以上，则将所述故障加入故障集合。

进一步的，所述控制单元，包括：

第一控制模块，用于监测到所述故障集合中任一故障发生后，则控制该故障导致直流输电系统换相失败3次或3次以上的直流输电系统的输送功率回降至故障前的90％；

第二控制模块，用于监测到若交流电网中接入的所有直流输电系统存在换相失败3次或3次以上的直流输电系统，则控制该换相失败3次或3次以上的直流输电系统的输送功率回降至故障前的80％。

进一步的，所述控制单元，还包括：

第三控制模块，用于监测到所述故障集合中任一故障发生和交流电网中接入的所有直流输电系统中至少一个直流系统发生2次换相失败，则控制该直流输电系统的输送功率回降至故障前的80％。

本发明的有益效果：

本发明提供的技术方案，利用故障发生后交流电网中接入的所有直流输电系统的换相失败次数信息获取故障集合，通过安全稳定控制系统根据故障集合控制直流输电系统进行直流回降，抑制交流故障后直流换相失败和连续换相失败导致的直流闭锁，从而降低故障发生时电压跌落的幅度，改善电压恢复特性，减少直流连续换相失败次数，避免直流连续换相失败导致闭锁的逻辑判据发生，基于本发明提供的技术方案，能够有效抑制交流故障后直流连续换相失败导致直流闭锁的发生，且涉及的方法简单、实用、操作性强。

附图说明

图1是本发明提供的一种预防直流闭锁的方法的流程图；

图2是本发明实施例中采取基于故障的直流功率回降方案措施前后直流有功功率传输对比示意图；

图3是本发明实施例中采取基于故障的直流功率回降方案措施前后逆变换流站母线电压对比示意图；

图4是本发明实施例中采取基于故障的直流功率回降方案措施前后逆变换流站换相角对比示意图；

图5是本发明实施例中采取基于故障和两次连续换相失败的直流功率回降方案措施前后直流有功功率传输对比示意图；

图6是本发明实施例中采取基于故障和两次连续换相失败的直流功率回降方案措施前后逆变换流站母线电压对比示意图；

图7是本发明实施例中采取基于故障和两次连续换相失败的直流功率回降方案措施前后逆变换流站换相角对比示意图；

图8本发明提供的一种预防直流闭锁装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

现阶段，受线路潮流重载、直流馈入规模大等影响，特高压直流落点地区电网静态电压支撑能力不足、稳定裕度呈逐年下降趋势，且动态无功支撑及电压调节能力不足，交流系统严重故障容易导致多回直流连续换相失败，可能引起送受端电网稳定破坏直流连续换相失败风险增大；

其中，直流连续换相失败闭锁逻辑为《国调中心关于印发特高压直流换相失败保护加速段及接地极不平衡保护逻辑调整讨论会纪要的通知》中规定的相关执行方案，例如，对宾金、锦苏、复奉和天中特高压直流换相失败保护策略作出了调整建议。调整后的宾金、锦苏、复奉直流根据输送功率和连续换相失败的有效次数确定是否闭锁直流，其逻辑如下表1所示：

表1华东电网三大水电直流换相失败有效次数导致直流闭锁逻辑

P＞6400	3	3	——
				6400≥P＞4000	4	4	4
4000≥P＞2500	5	5	5

有效次数指检测到桥换相失败(0时刻)，计数器计1并自保持200ms；计数器记1后200ms～400ms期间检测到任一桥换相失败，计数器计2并自保持200ms；计数器计2后200ms～400/500ms(若)期间检测到任一桥换相失败，计数器计3；计数器计3后闭锁直流/直到直流功率与连续换相失败有效次数配合合适后，闭锁直流，因此，本发明提供的一种预防直流闭锁的方法，如图1所示，包括：

101.获取预先建立的故障集合；

102.根据故障集合控制直流输电系统进行直流回降；

利用故障发生后交流电网中接入的所有直流输电系统的换相失败次数信息建立故障集合。

具体的，所述步骤101，包括：

例如：将下列故障设为预先建立的故障集合:

1)在交流电网中，电压等级为500kV或1000kV的交流线路发生三相永久性接地，三相永久性接地100ms后接地路双侧开关跳闸；

2)在交流电网中，电压等级为500kV或1000kV的交流线路发生三相永久性接地，三相永久性接地线路接地100ms后接地线路双侧开关跳闸，三相永久性接地线路的一回并联线路双侧开关跳闸。

进一步的，获取预先建立的故障集合后，需根据故障集合控制直流输电系统进行直流回降，其中，所述故障集合利用故障发生后交流电网中接入的所有直流输电系统的换相失败次数信息获取，本发明实施例中提供两种直流回降方案，包括基于故障的直流功率回降方案和基于故障和两次连续换相失败的直流功率回降方案，因此，所述步骤102，可以为基于故障的直流功率回降方案，具体过程为：安全稳定控制系统监测到所述故障集合中任一故障发生后，则控制该故障导致直流输电系统换相失败3次或3次以上的直流输电系统的输送功率回降至故障前的90％；

监测到交流电网中接入的所有直流输电系统存在换相失败3次或3次以上的直流输电系统，则控制该换相失败3次或3次以上的直流输电系统的输送功率回降至故障前的80％。

其中，根据《中华人民共和国国家标准GB/T-20电力系统安全稳定控制技术导则》，安全稳定控制装置的定义为：“为保证电力系统在遇到大扰动时的稳定性而在电厂或变电站内装设的控制装置，实现切机、切负荷、快速减出力、直流功率紧急提升或回降等功能，是保持电力系统安全稳定运行的第二道防线的重要措施。”

根据《中华人民共和国国家标准GB/T-20电力系统安全稳定控制技术导则》，安全稳定控制系统的定义为：“由两个及以上厂站的安全稳定控制装置通过通信设备联络构成的系统，实现区域或更大范围的电力系统的稳定控制。”

具体的，所述步骤102，包括：

利用PSD电力系统软件工具包仿真故障发生情况，获取故障发生后交流电网中接入的所有直流输电系统的换相失败次数信息；

若所述故障导致直流输电系统换相失败3次或3次以上，则将所述故障加入故障集合。

PSD电力系统软件工具包作为仿真工具，该工具能够输出交流系统发生故障后直流输电系统的换相失败信息。利用PSD电力系统软件工具包仿真预想故障，获取该故障发生后交流电网中接入的所有直流输电系统的换相失败次数信息，针对预想故障集合中的每一个故障，如果PSD电力系统软件工具包给出的该故障发生后在交流电网中接入的直流输电系统中存在至少一个直流输电系统发生3次及以上换相失败，那么该故障属于故障集合。

例如某实际电网丰水期，符合当前闭锁逻辑的交流系统N-1故障，将这些故障作为预想故障集，检测到预想故障发生后，回降直流装置接收回降直流命令后回降其对应的直流输电系统的输送功率为故障前直流输电系统所输送功率的90％，直流换相失败情况明显好转，并且大部分线路不会N-1故障将不再触发直流闭锁逻辑。

利用PSD电力系统软件工具获取交流电网中接入的所有直流输电系统的换相失败次数信息；

若交流电网中接入的所有直流输电系统存在换相失败3次或3次以上的直流输电系统，则所述安全稳定控制系统向所述对应关系中所述故障对应的直流输电系统的回降直流装置发送回降直流命令；

所述回降直流装置接收所述回降直流命令后回降其对应的直流输电系统的输送功率为故障前直流输电系统所输送功率的80％。

例如上述实施例，对于依然存在3次及以上换相失败的故障线路，回降直流装置接收回降直流命令后回降其对应的直流输电系统的输送功率为故障前直流输电系统所输送功率的80％，对于所有线路最多只引起3次换相失败，而功率降为80％后，直流可允许承受3次连续换相失败而不触发换相失败逻辑。如图2、图3和图4所示，当直流输电系统功率调整到位后，换相失败情况明显好转，降低了发生换相失败的风险。

进一步所述步骤102，还可以为基于故障和两次连续换相失败的直流功率回降方案，具体过程为：

监测到所述故障集合中任一故障发生和交流电网中接入的所有直流输电系统中至少一个直流系统发生2次换相失败，则控制该直流输电系统的输送功率回降至故障前的80％。

安全稳定控制系统监测到所述故障集合中任一故障发生和交流电网中接入的所有直流输电系统中至少一个直流系统发生2次换相失败，则所述安全稳定控制系统向所述直流输电系统的回降直流装置发送回降直流命令；

所述回降直流装置接收所述回降直流命令后回降其对应的直流输电系统的输送功率为故障前直流输电系统所输送功率的80％。

检测到预想故障连续两次换相失败后，在10个周波后开启直流功率回降操作，5个周波后执行完成，直流输电系统的输送功率回降20.1％，后续至多再发生1次换相失败，但是此时的直流功率已经下降到6400MW以下，不再触发换相失败逻辑。如图5、图6和图7所示，在直流功率、母线电压和换相角对比中，在直流功率、母线电压和换相失败的对比中，可以发现减少直流输电系统功率的传输，可以提前晶闸管触发时刻，还可以提升换流站交流母线电压水平，从而降低逆变器换相角，加速换相过程的发生，减少发生连续换相失败的风险。在功率调制后，在原方式发生第4次换相失败时，电压不再随之下降，而是平稳过渡，达到稳定状态。

其中，直流回降技术属于现有技术，直流功率调制技术主要是利用换流器的短时过负荷能力和快速变功率的能力(约为1.1倍的长期过载能力和3s的1.5倍短时过载能力)，改善交直流混联系统的暂态稳定性和小扰动稳定性。当电力系统在受到扰动时，直流输电系统快速改变其注入交流系统的有功功率，以保证系统稳定。直流功率调制根据调制有功功率幅度的多少分为小方式调制和大方式调制。前者一般调制有功功率占直流额定功率的3％～10％；后者一般调制有功功率达直流额定功率的20％～50％。直流调制根据调制有功功率的方向可分为直流功率提升与直流功率回降技术，目前，直流功率紧急提升技术使用范围较为广泛，如：利用直流小方式的功率提升提高系统阻尼，抑制系统低频振荡，从而提高系统的小扰动稳定性；利用直流大方式调制，进行紧急直流功率支援，此方式可以保证系统的暂态稳定性，与此同时提高系统阻尼，改善系统的动态稳定性。直流功率回降目前主要用于缓解送电通道、变压器等故障下的的热稳定问题以及送端损失机组问题。如在交流故障期间主动参与直流功率调制，减少逆变器功率输出的参考值，会相应地将晶闸管触发时刻提前；同时，在受端交流电网无功支撑能力不变的情况下，换流站较少的有功输出能得到更高的交流流侧母线电压，进一步减少了逆变器换相角；逆变器触发时刻的提前与换相角的减小能改善熄弧超前角的裕度，加速逆变器的换相过程，减少逆变站连续换相失败风险。

回降直流装置是可以实现直流功率回降功能的安全稳定控制装置。在我国已投运的直流输电工程中，均已配置直流回降装置。安全稳定控制系统向回降直流装置发送回降直流命令以及相应回降功率值，可将直流输电系统输送功率按照回降功率值进行调制。

本发明还提供一种预防直流闭锁的装置，如图8所示，装置包括：

采集单元，用于获取预先建立的故障集合；

控制单元，用于根据故障集合控制直流输电系统进行直流回降；

构建单元，用于利用故障发生后交流电网中接入的所有直流输电系统的换相失败次数信息建立故障集合。

进一步的，所述装置还包括：所述构建单元具体用于：

获取故障发生后交流电网中接入的所有直流输电系统的换相失败次数信息；

若所述故障导致直流输电系统换相失败3次或3次以上，则将所述故障加入故障集合。

进一步的，所述控制单元，包括：

第一控制模块，用于监测到所述故障集合中任一故障发生后，则控制该故障导致直流输电系统换相失败3次或3次以上的直流输电系统的输送功率回降至故障前的90％；

第二控制模块，用于监测到交流电网中接入的所有直流输电系统存在换相失败3次或3次以上的直流输电系统，则控制该换相失败3次或3次以上的直流输电系统的输送功率回降至故障前的80％。

进一步的，所述控制单元，还包括：

第三控制模块，用于监测到所述故障集合中任一故障发生和交流电网中接入的所有直流输电系统中至少一个直流系统发生2次换相失败，则控制该直流输电系统的输送功率回降至故障前的80％。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (2)

1.一种预防直流闭锁的方法，其特征在于,所述方法包括：

获取预先建立的故障集合；

根据故障集合控制直流输电系统进行直流回降；

其中，所述故障集合利用故障发生后交流电网中接入的所有直流输电系统的换相失败次数信息建立；

利用故障发生后交流电网中接入的所有直流输电系统的换相失败次数信息获取所述故障集合的过程，包括：

获取故障发生后交流电网中接入的所有直流输电系统的换相失败次数信息；

若所述故障导致直流输电系统换相失败3次或3次以上，则将所述故障加入故障集合；

所述根据故障集合控制直流输电系统进行直流回降，包括：

监测到所述故障集合中任一故障发生后，则控制该故障导致直流输电系统换相失败3次或3次以上的直流输电系统的输送功率回降至故障前的90％；

监测到交流电网中接入的所有直流输电系统存在换相失败3次或3次以上的直流输电系统，则控制该换相失败3次或3次以上的直流输电系统的输送功率回降至故障前的80％；

所述根据故障集合控制直流输电系统进行直流回降，包括：

监测到所述故障集合中任一故障发生和交流电网中接入的所有直流输电系统中至少一个直流系统发生2次换相失败，则控制该直流输电系统的输送功率回降至故障前的80％。

2.一种预防直流闭锁的装置，其特征在于,所述装置包括：

采集单元，用于获取预先建立的故障集合；

控制单元，用于根据故障集合控制直流输电系统进行直流回降；

构建单元，用于利用故障发生后交流电网中接入的所有直流输电系统的换相失败次数信息建立故障集合；

所述构建单元具体用于：

获取故障发生后交流电网中接入的所有直流输电系统的换相失败次数信息；

若所述故障导致直流输电系统换相失败3次或3次以上，则将所述故障加入故障集合；

所述控制单元，包括：

第一控制模块，用于监测到所述故障集合中任一故障发生后，则控制该故障导致直流输电系统换相失败3次或3次以上的直流输电系统的输送功率回降至故障前的90％；

第二控制模块，用于若监测到交流电网中接入的所有直流输电系统存在换相失败3次或3次以上的直流输电系统，则控制该换相失败3次或3次以上的直流输电系统的输送功率回降至故障前的80％；

所述控制单元，还包括：

第三控制模块，用于监测到所述故障集合中任一故障发生和交流电网中接入的所有直流输电系统中至少一个直流系统发生2次换相失败，则控制该直流输电系统的输送功率回降至故障前的80％。