CN110429634B - 一种利用柔直抑制异步送端电网超低频振荡的方法及系统 - Google Patents

一种利用柔直抑制异步送端电网超低频振荡的方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种利用柔直抑制异步送端电网超低频振荡的方法，包括在两个交流站中区分出送端换流站及受端换流站，并采集送端换流站的母线频率信号，且进一步将送端换流站的母线频率信号中提取超低频振荡频率信号；将超低频振荡频率信号作为功率控制指令，使发送给受端换流站的功率幅值同步于超低频振荡频率信号的相位振荡变化，用以实现送端换流站的超低频振荡抑制。实施本发明，利用直流外送的功率具有快速可调的特点，在频率信号上升阶段增大直流功率的外送，在频率信号下降阶段减少直流功率的外送，可以有效抑制超低频振荡问题。

Description

一种利用柔直抑制异步送端电网超低频振荡的方法及系统
技术领域
本发明涉及柔性直流输电系统控制技术领域，尤其涉及一种利用柔直抑制异步送端电网超低频振荡的方法及系统。
背景技术
随着输电网络的不断加强，尤其是特高压、超高压直流的不断建设，很多电网呈现出了交直流混联的结构，这种结构虽然有利于电源集中地功率的输送，但随着直流输送功率的加大，直流闭锁故障引起功率大规模转移到交流输电通道可能引起暂态功角电压失稳的问题，因此对于强直弱交的网络结构，往往通过柔直或常规直流实现异步互联，如图1所示。虽然柔直或常规直流异步互联可以很好的解决联络通道直流故障引起的暂态功角失稳问题，但柔直异步互联运行又引发了新的问题，即大量水电机组送出的异步电网，在直流故障后引起频率为0.05Hz左右的超低频振荡问题。由于超低频振荡持续的时间长，对电网运行构成不利的影响，因此需要采取措施抑制这种超低频振荡问题。
然而，现阶段对于抑制这种超低频振荡问题的处理通常采取退出部分机组的一次调频功能，但处理的效果仍然不明显，抑制的效果十分有限。
发明内容
本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种利用柔直抑制异步送端电网超低频振荡的方法及系统，利用直流外送的功率具有快速可调的特点，在频率上升阶段增大直流功率的外送，在频率下降阶段减少直流功率的外送，可以有效抑制超低频振荡问题。
为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种利用柔直抑制异步送端电网超低频振荡的方法，用于柔直异步互联的两个交流站上，所述方法包括以下步骤：
步骤S1、在所述两个交流站中区分出送端换流站及受端换流站，并采集所述送端换流站的母线频率信号，且进一步在所述送端换流站的母线频率信号中，提取超低频振荡频率信号；
步骤S2、将所述超低频振荡频率信号作为功率控制指令，使发送给所述受端换流站的功率幅值同步于所述超低频振荡频率信号的相位振荡变化，用以实现所述送端换流站的超低频振荡抑制。
其中，所述步骤S1具体包括：
在所述两个交流站中区分出送端换流站及受端换流站，并采集所述送端换流站的母线频率信号，且进一步将所述送端换流站的母线频率信号的频率与额定频率取差运算后，得到取差运算后的母线频率信号；
将取差运算后所得的母线频率信号经惯性环节、隔直环节、比例放大环节、移相环节以及限幅环节形成的传递函数处理后，得到所述超低频振荡频率信号。
其中，所述惯性环节采用公式
Figure BDA0002160308390000021
来实现；其中，T＝0.05，死区定值为0.03Hz，即表示频率振荡的幅度小于0.03Hz时不输出；
所述隔直环节采用公式
Figure BDA0002160308390000022
来实现；其中，Tw＝5；
所述比例放大环节的比例K＝200；
所述移相环节采用公式
Figure BDA0002160308390000023
来实现；其中，T1＝0.1，T2＝5；
所述限幅环节的功率限幅为上限fmax＝200及下限fmin＝-200。
其中，所述额定频率为50HZ。
其中，所述步骤S2中“发送给所述受端换流站的功率幅值同步于所述超低频振荡频率信号的相位振荡变化”具体为：
在所述送端换流站的母线频率信号的频率上升时，增大发送给所述受端换流站的功率幅值，在所述送端换流站的母线频率信号的频率下降时，减少发送给所述受端换流站的功率幅值，使发送给所述受端换流站的功率幅值振荡由等幅逐步变为衰减的。
本发明实施例还提供了一种利用柔直抑制异步送端电网超低频振荡的系统，用于柔直异步互联的两个交流站上，包括：
超低频振荡信号提取单元，用于在所述两个交流站中区分出送端换流站及受端换流站，并采集所述送端换流站的母线频率信号，且进一步在所述送端换流站的母线频率信号中，提取超低频振荡频率信号；
超低频振荡抑制单元，用于将所述超低频振荡频率信号作为功率控制指令，使发送给所述受端换流站的功率幅值同步于所述超低频振荡频率信号的相位振荡变化，用以实现所述送端换流站的超低频振荡抑制。
其中，所述超低频振荡信号提取单元包括：
信号运算模块，用于在所述两个交流站中区分出送端换流站及受端换流站，并采集所述送端换流站的母线频率信号，且进一步将所述送端换流站的母线频率信号的频率与额定频率取差运算后，得到取差运算后的母线频率信号；
信号处理及提取模块，用于将取差运算后所得的母线频率信号经惯性环节、隔直环节、比例放大环节、移相环节以及限幅环节形成的传递函数处理后，得到所述超低频振荡频率信号。
其中，所述惯性环节采用公式
Figure BDA0002160308390000031
来实现；其中，T＝0.05，死区定值为0.03Hz，即表示频率振荡的幅度小于0.03Hz时不输出；
所述隔直环节采用公式
Figure BDA0002160308390000032
来实现；其中，Tw＝5；
所述比例放大环节的比例K＝200；
所述移相环节采用公式
Figure BDA0002160308390000033
来实现；其中，T1＝0.1，T2＝5；
所述限幅环节的功率限幅为上限fmax＝200及下限fmin＝-200。
其中，所述额定频率为50HZ。
实施本发明实施例，具有如下有益效果：
本发明从送端换流站的母线频率信号中提取超低频振荡频率信号，并将该超低频振荡频率信号作为功率控制指令，利用直流外送的功率具有快速可调的特点，在送端换流站的母线频率信号的频率上升阶段，增大直流功率的外送，在送端换流站的母线频率信号的频率下降阶段，减少直流功率的外送，从而可以有效抑制送端换流站的超低频振荡问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，根据这些附图获得其他的附图仍属于本发明的范畴。
图1为现有技术中柔直或常规直流异步互联的电网结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种利用柔直抑制异步送端电网超低频振荡的方法的流程图；
图3为本发明实施例提供的一种利用柔直抑制异步送端电网超低频振荡的方法中柔直异步互联的电网结构的应用场景图；
图4为本发明实施例提供的一种利用柔直抑制异步送端电网超低频振荡的方法中传递函数的逻辑结构示意图；
图5为本发明实施例提供的一种利用柔直抑制异步送端电网超低频振荡的方法对超低频振荡抑制的效果图；
图6为本发明实施例提供的一种利用柔直抑制异步送端电网超低频振荡的系统的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
如图2所示，为本发明实施例中，提供的一种利用柔直抑制异步送端电网超低频振荡的方法，用于柔直异步互联的两个交流站上，所述方法包括以下步骤：
步骤S1、在所述两个交流站中区分出送端换流站及受端换流站，并采集所述送端换流站的母线频率信号(如500kV母线频率信号)，且进一步在所述送端换流站的母线频率信号中，提取超低频振荡频率信号；
具体过程为，首先，在两个交流站中区分出送端换流站及受端换流站，并采集送端换流站的母线频率信号，且进一步将送端换流站的母线频率信号的频率与额定频率(如50HZ)取差运算后，得到取差运算后的母线频率信号；
其次，将取差运算后所得的母线频率信号经惯性环节、隔直环节、比例放大环节、移相环节以及限幅环节形成的传递函数处理后，得到超低频振荡频率信号。
在一个实施例中，如图3所示，两个交流站S1和S2，通过多电平换流器MMC实现柔直异步互联。若多电平换流器MMC认定交流站S1为送端换流站，交流站S2为受端换流站，则需抑制送端换流站为交流站S1的超低频振荡；反之，则需抑制送端换流站为交流站S2的超低频振荡。
获取送端换流站S1(或S2)的母线频率信号的频率f，额定功率为50HZ，将母线频率信号的频率f与额定功率为50HZ取差运算后，送入图4中的传递函数进行处理，得到超低频振荡频率信号。其中，惯性环节采用公式
Figure BDA0002160308390000051
来实现，T＝0.05，死区定值为0.03Hz，即表示频率振荡的幅度小于0.03Hz时不输出；隔直环节采用公式/>
Figure BDA0002160308390000052
来实现，Tw＝5；比例放大环节的比例K＝200；移相环节采用公式/>
Figure BDA0002160308390000053
来实现，T1＝0.1，T2＝5；限幅环节的功率限幅为上限fmax＝200及下限fmin＝-200。
步骤S2、将所述超低频振荡频率信号作为功率控制指令，使发送给所述受端换流站的功率幅值同步于所述超低频振荡频率信号的相位振荡变化，用以实现所述送端换流站的超低频振荡抑制。
具体过程为，将超低频振荡频率信号作为功率控制指令，在送端换流站的母线频率信号的频率上升时，增大发送给受端换流站的功率幅值，在送端换流站的母线频率信号的频率下降时，减少发送给受端换流站的功率幅值，使发送给受端换流站的功率幅值振荡由等幅逐步变为衰减的，即保证柔直外送的功率幅值变化与超低频振荡信号的频率在同一相位。
在本发明实施例中，以某省异步联网为例，该省网有大量的水电送出，与外网的连接都是通过多回常规直流输电系统和一回柔性直流输电系统外送，在发生直流双极闭锁故障后，发生了幅值为100MW的超低频等幅功率振荡。
如图5所示的虚线表示采用本发明实施例中的一种利用柔直抑制异步送端电网超低频振荡的方法后的频率抑制效果，可以看到功率振荡由等幅的振荡变为幅值逐步衰减的振荡，反映了本发明实施例中的一种利用柔直抑制异步送端电网超低频振荡的方法对超低频振荡的具有很好的抑制效果。
如图6所示，为本发明实施例中，提供的一种利用柔直抑制异步送端电网超低频振荡的系统，用于柔直异步互联的两个交流站上，包括：
超低频振荡信号提取单元110，用于在所述两个交流站中区分出送端换流站及受端换流站，并采集所述送端换流站的母线频率信号，且进一步在所述送端换流站的母线频率信号中，提取超低频振荡频率信号；
超低频振荡抑制单元120，用于将所述超低频振荡频率信号作为功率控制指令，使发送给所述受端换流站的功率幅值同步于所述超低频振荡频率信号的相位振荡变化，用以实现所述送端换流站的超低频振荡抑制。
其中，所述超低频振荡信号提取单元110包括：
信号运算模块1101，用于在所述两个交流站中区分出送端换流站及受端换流站，并采集所述送端换流站的母线频率信号，且进一步将所述送端换流站的母线频率信号的频率与额定频率取差运算后，得到取差运算后的母线频率信号；
信号处理及提取模块1102，用于将取差运算后所得的母线频率信号经惯性环节、隔直环节、比例放大环节、移相环节以及限幅环节形成的传递函数处理后，得到所述超低频振荡频率信号。
其中，所述惯性环节采用公式
Figure BDA0002160308390000061
来实现；其中，T＝0.05，死区定值为0.03Hz，即表示频率振荡的幅度小于0.03Hz时不输出；
所述隔直环节采用公式
Figure BDA0002160308390000062
来实现；其中，Tw＝5；
所述比例放大环节的比例K＝200；
所述移相环节采用公式
Figure BDA0002160308390000071
来实现；其中，T1＝0.1，T2＝5；
所述限幅环节的功率限幅为上限fmax＝200及下限fmin＝-200。
其中，所述额定频率为50HZ。
实施本发明实施例，具有如下有益效果：
本发明从送端换流站的母线频率信号中提取超低频振荡频率信号，并将该超低频振荡频率信号作为功率控制指令，利用直流外送的功率具有快速可调的特点，在送端换流站的母线频率信号的频率上升阶段，增大直流功率的外送，在送端换流站的母线频率信号的频率下降阶段，减少直流功率的外送，从而可以有效抑制送端换流站的超低频振荡问题。
值得注意的是，上述系统实施例中，所包括的各个单元只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能单元的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，所述的存储介质，如ROM/RAM、磁盘、光盘等。
以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (7)

1.一种利用柔直抑制异步送端电网超低频振荡的方法，其特征在于，用于柔直异步互联的两个交流站上，所述方法包括以下步骤：
步骤S1、在所述两个交流站中区分出送端换流站及受端换流站，并采集所述送端换流站的母线频率信号，且进一步在所述送端换流站的母线频率信号中，提取超低频振荡频率信号；
步骤S2、将所述超低频振荡频率信号作为功率控制指令，使发送给所述受端换流站的功率幅值同步于所述超低频振荡频率信号的相位振荡变化，用以实现所述送端换流站的超低频振荡抑制；
其中，所述步骤S1具体包括：
在所述两个交流站中区分出送端换流站及受端换流站，并采集所述送端换流站的母线频率信号，且进一步将所述送端换流站的母线频率信号的频率与额定频率取差运算后，得到取差运算后的母线频率信号；
将取差运算后所得的母线频率信号经惯性环节、隔直环节、比例放大环节、移相环节以及限幅环节形成的传递函数处理后，得到所述超低频振荡频率信号。
2.如权利要求1所述的利用柔直抑制异步送端电网超低频振荡的方法，其特征在于，所述惯性环节采用公式
Figure FDA0004124111500000011
来实现；其中，T＝0.05，死区定值为0.03Hz，即表示频率振荡的幅度小于0.03Hz时不输出；
所述隔直环节采用公式
Figure FDA0004124111500000012
来实现；其中，Tw＝5；
所述比例放大环节的比例K＝200；
所述移相环节采用公式
Figure FDA0004124111500000013
来实现；其中，T1＝0.1，T2＝5；
所述限幅环节的功率限幅为上限fmax＝200及下限fmin＝-200。
3.如权利要求1所述的利用柔直抑制异步送端电网超低频振荡的方法，其特征在于，所述额定频率为50HZ。
4.如权利要求1所述的利用柔直抑制异步送端电网超低频振荡的方法，其特征在于，所述步骤S2中“发送给所述受端换流站的功率幅值同步于所述超低频振荡频率信号的相位振荡变化”具体为：
在所述送端换流站的母线频率信号的频率上升时，增大发送给所述受端换流站的功率幅值，在所述送端换流站的母线频率信号的频率下降时，减少发送给所述受端换流站的功率幅值，使发送给所述受端换流站的功率幅值振荡由等幅逐步变为衰减的。
5.一种利用柔直抑制异步送端电网超低频振荡的系统，其特征在于，用于柔直异步互联的两个交流站上，包括：
超低频振荡信号提取单元，用于在所述两个交流站中区分出送端换流站及受端换流站，并采集所述送端换流站的母线频率信号，且进一步在所述送端换流站的母线频率信号中，提取超低频振荡频率信号；
超低频振荡抑制单元，用于将所述超低频振荡频率信号作为功率控制指令，使发送给所述受端换流站的功率幅值同步于所述超低频振荡频率信号的相位振荡变化，用以实现所述送端换流站的超低频振荡抑制；
其中，所述超低频振荡信号提取单元包括：
信号运算模块，用于在所述两个交流站中区分出送端换流站及受端换流站，并采集所述送端换流站的母线频率信号，且进一步将所述送端换流站的母线频率信号的频率与额定频率取差运算后，得到取差运算后的母线频率信号；
信号处理及提取模块，用于将取差运算后所得的母线频率信号经惯性环节、隔直环节、比例放大环节、移相环节以及限幅环节形成的传递函数处理后，得到所述超低频振荡频率信号。
6.如权利要求5所述的利用柔直抑制异步送端电网超低频振荡的系统，其特征在于，所述惯性环节采用公式
Figure FDA0004124111500000021
来实现；其中，T＝0.05，死区定值为0.03Hz，即表示频率振荡的幅度小于0.03Hz时不输出；
所述隔直环节采用公式
Figure FDA0004124111500000022
来实现；其中，Tw＝5；
所述比例放大环节的比例K＝200；
所述移相环节采用公式
Figure FDA0004124111500000031
来实现；其中，T1＝0.1，T2＝5；
所述限幅环节的功率限幅为上限fmax＝200及下限fmin＝-200。
7.如权利要求5所述的利用柔直抑制异步送端电网超低频振荡的系统，其特征在于，所述额定频率为50HZ。
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