CN110729753A - 适用于高压直流送端孤岛运行的机组频率及电压控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于高压直流送端孤岛运行的机组频率及电压控制方法,特别是一种适用于高压直流输电系统送端孤岛运行时,送端水电厂机组频率及电压优化控制方法。本发明的适用于高压直流送端孤岛运行的机组频率及电压控制方法,是当高压直流输电系统送端主动安排或被动跳进孤岛运行时,对调速系统、励磁系统、PSS装置进行控制逻辑及参数优化。高压直流输电系统送端主动安排或被动跳进孤岛运行时,孤岛系统转动惯量小、短路容量不足,发生直流闭锁等严重故障时存在高频率、过电压或超低频振荡等问题,威胁孤岛系统和设备安全运行。本发明能够兼顾高频、过低压抑制及孤岛系统超低频振荡等稳定问题,有效保障孤岛系统安全稳定运行。
Description
技术领域
本发明涉及一种适用于高压直流送端孤岛运行的机组频率及电压控制方法,特别是一种适用于高压直流送端孤岛运行的水电厂侧机组频率及电压的优化控制方法。
背景技术
近年来直流输电系统以其传输容量大、距离远的优点在我国及全球范围内得到广泛应用。但是,我国西部水电基地近区交流网架往往较为薄弱,直流送端系统与主网联系较弱,为降低直流闭锁对系统影响、提升系统稳定性,大容量直流系统送端存在主动安排孤岛运行或被动跳进孤岛的运行方式。直流送端孤岛方式运行时,因孤岛系统短路容量不足,运行中存在着严重的高频、过电压及稳定等问题,具体如下:
(1)孤岛系统发生直流闭锁、机组跳闸等故障时,孤岛系统频率将大幅上升或下降,需要充分发挥直流及机组快速调节能力以稳定系统频率,对于机组调速系统需尽可能快速调节以减轻孤岛系统有功不平衡问题;
(2)孤岛系统因机组转动惯量少,提供的动态阻尼不足,特别是水轮机因水流惯性时间常数(TW)影响,在超低频段(一般为0.03Hz-0.1Hz)易呈现阻尼不足甚至可能提供负阻尼,而直流本身作为刚性负荷,无法对系统扰动提供阻尼,因此,孤岛系统水电机组易激发出超低频振荡。国内实际直流孤岛调试或运行中,也多次发生超低频振荡问题,威胁孤岛系统安全运行;
(3)孤岛系统过电压问题。直流送端孤岛运行时,直流单极闭锁、机组跳闸等都会引发频率的大幅波动,根据目前国内广泛应用的双输入型PSS2A、PSS2B 装置的基本原理,频率上升将会引发PSS(电力系统稳定器)正向输出,频率下降则会引发PSS反向输出,进而导致孤岛系统内电压大幅波动;同时,孤岛系统一旦发生直流双极闭锁,因大量滤波器过剩,必然会产生严重的过电压,直流侧一般采取快速联切全部滤波器措施以控制过电压水平,但是对于电厂侧机组,频率的大幅快速上升必然也导致PSS装置正向输出,电厂大量发出无功功率,进一步恶化了孤岛系统过电压水平。因此,必须采取合理措施,适当限制或消除PSS 调节对于孤岛系统电压的影响。
发明内容
本发明的目的在于提供一种适用于高压直流送端孤岛运行的机组频率及电压控制方法。本发明充分发挥机组调节能力,改善孤岛系统运行特性及孤岛运行条件,保障设备的安全。
本发明的技术方案是:本发明的适用于高压直流送端孤岛运行的机组频率及电压控制方法,当高压直流输电系统送端主动安排或被动跳进孤岛运行时,对调速系统、励磁系统、PSS装置进行控制逻辑及参数优化。
所述调速系统控制逻辑及参数优化方法是:调速系统控制性能关键参数包括频率死区、PID参数;在送端系统由联网方式跳入孤岛方式后,为实现与直流频率限制控制的协调配合,启动机组一次调频死区的切换,切换后应大于FLC 的控制死区。
在直流送端孤岛运行期间,当孤岛系统遭受直流闭锁、机组跳闸大扰动导致频率大幅波动时,为加快孤岛系统频率恢复,机组调速系统PID参数经短延时切换至暂态参数,根据系统频率快速提升或降低机组出力,减少频率波动幅度;在孤岛系统频率恢复正常后,结合孤岛系统可能发生的超低频振荡频率,机组调速系统PID参数经延时后切换至稳态参数,确保机组阻尼为正,防止孤岛系统发生超低频振荡。
所述励磁系统控制逻辑及参数优化方法是:送端系统孤岛运行时,若发生直流双极闭锁严重故障,为抑制孤岛系统内过电压水平,机组侧主动降低励磁系统给定值,即当接收到孤岛直流双极停运信号后,立即切换励磁系统机端电压给定值,主动降低机组输出无功和电压值。
所述PSS装置控制逻辑及参数优化方法是:在送端孤岛系统进入孤岛运行时,动态降低PSS装置输出限幅值,典型值可从10%降低至5%。
电厂机组侧调速系统、励磁系统及PSS装置根据直流送端系统联网/孤岛状态信号,以及孤岛系统内频率变化情况,自适应切换关键控制器参数,基本原则如下:
(1)调速系统孤岛PID控制参数增加自适应策略,当直流送端系统由联网状态转入孤岛状态后,调速系统自动切换至孤岛稳态PID参数,保证稳态运行期间机组全频段阻尼特性满足孤岛系统稳定运行要求;当发生直流闭锁、机组跳闸等大扰动后,针对孤岛系统出现的严重有功不平衡导致的频率大幅上升或下降,调速系统自动切换至孤岛暂态PID参数,快速调整机组有功功率,有效抑制频率上升或下降;
(2)励磁系统增加孤岛直流双极闭锁自适应策略,当直流送端进入孤岛运行时,若发生直流双极闭锁,电厂机组励磁系统电压给定值立即切换,降低双极闭锁后因大量交流滤波器过剩而导致的过电压水平;
(3)PSS装置增加孤岛直流状态自适应策略,当直流送端进入孤岛运行时,自动切换降低PSS调节限幅值;当发生直流双极闭锁后,紧急退出PSS功能,避免频率上升期间PSS装置输出恶化系统电压特性。
本发明为解决大容量直流送端孤岛运行期间严重的过压、高频及系统振荡问题,在直流侧采用联切滤波器等措施的基础上,通过实施高压直流送端孤岛运行的电厂侧机组调速、励磁、PSS装置的自适应优化控制,充分发挥机组调节能力,改善孤岛系统运行特性及运行条件,保障设备安全。本发明适用于高压直流送端孤岛运行的机组频率及电压控制方法方便实用。
附图说明
图1为水轮机调速系统控制模型示意图;
图2为水轮机调速系统控制优化方法原理图;
图3为机组励磁系统电压给定值切换逻辑示意图;
图4为PSS2A模型框图;
图5为应用于孤岛运行的PSS装置切换策略示意图。
具体实施方式
实施例:
本发明的适用于高压直流送端孤岛运行的机组频率及电压控制方法,实施过程中优化调速系统、励磁系统和PSS装置关键控制逻辑和参数,具体方法说明如下:
(一)调速系统控制逻辑及参数优化方法
典型水轮机调速器逻辑如图1所示,调速系统控制性能关键参数包括频率死区(Fband)、PID参数(KP、KI、KD)等。在送端系统由联网方式跳入孤岛方式后,为实现与直流频率限制控制(FLC)的协调配合,启动机组一次调频死区(Fband) 的切换,切换后应大于FLC的控制死区。
直流送端孤岛运行期间,当孤岛系统遭受直流闭锁、机组跳闸等大扰动导致频率大幅波动时,为加快孤岛系统频率恢复,机组调速系统PID参数经短延时切换至暂态参数,根据系统频率快速提升或降低机组出力,减少频率波动幅度。在孤岛系统频率恢复正常后,结合孤岛系统可能发生的超低频振荡频率(需根据实际水电机组特性参数开展仿真计算),机组调速系统PID参数经延时后切换至稳态参数,确保机组阻尼为正,防止孤岛系统发生超低频振荡。具体控制策略优化方案如图2所示。
(二)励磁系统控制逻辑及参数优化方法
送端系统孤岛运行时,若发生直流双极闭锁等严重故障,为抑制孤岛系统内过电压水平,直流侧将采取快速联切滤波器等措施,同时根据理论计算和现场试验实际情况,机组侧主动降低励磁系统给定值可有效降低孤岛系统过电压水平,即当接收到孤岛直流双极停运信号后,立即切换励磁系统机端电压给定值,主动降低机组输出无功和电压值。具体控制策略如图3所示。
(三)PSS装置控制逻辑及参数优化方法
PSS2A或PSS2B型PSS装置的控制逻辑框图如图4所示,在孤岛系统中,若发生直流闭锁等故障导致频率大幅上升时,动态过程中PSS装置将正向输出至限幅值,大幅提升励磁系统输出和机端电压,将进一步加剧孤岛系统过电压问题。一旦孤岛系统发生双极闭锁故障,频率上升幅度和过电压问题均将更加严重,此时PSS装置的正向输出将极大的加剧孤岛系统过电压问题,因此需采取措施降低 PSS装置调节对孤岛系统过电压的影响。
送端系统孤岛运行时,因孤岛系统中电厂电气距离较近或者仅有单一电厂,机组之间发生励磁系统相关的低频振荡风险较小,PSS装置可适当调整限幅值。根据典型孤岛的仿真分析结论,在送端孤岛系统进入孤岛运行时,动态降低PSS 装置输出限幅值,典型值可从10%降低至5%,若经校核各种故障情况下机组无 PSS装置可稳定运行,可直接退出PSS装置。
如发生直流双极闭锁故障,孤岛系统内失去全部负荷,为控制孤岛系统频率及防止无负荷电厂机组进入深度调相运行(机组吸收有功功率的非正常运行工况),实际运行中一般采取全切孤岛系统机组或切除部分电厂机组的控制措施,同时,剩余机组调速系统均将进入空载开度模式(输出机械功率将降低至0),此时孤岛系统内不再存在与励磁系统相关的低频振荡风险,因此可在双极闭锁后紧急退出PSS装置。上述控制方法具体实施策略如图5所示。
(1)调速系统孤岛PID控制参数增加自适应策略,当直流送端系统由联网状态转入孤岛状态后,调速系统自动切换至孤岛稳态PID参数,保证稳态运行期间机组全频段阻尼特性满足孤岛系统稳定运行要求;当发生直流闭锁、机组跳闸等大扰动后,针对孤岛系统出现的严重有功不平衡导致的频率大幅上升(或下降),调速系统自动切换至孤岛暂态PID参数,快速调整机组有功功率,有效抑制频率上升(或下降)。
(2)励磁系统增加孤岛直流双极闭锁自适应策略,当直流送端进入孤岛运行时,若发生直流双极闭锁,电厂机组励磁系统电压给定值立即切换,降低双极闭锁后因大量交流滤波器过剩而导致的过电压水平。
(3)PSS装置增加孤岛直流状态自适应策略,当直流送端进入孤岛运行时,自动切换降低PSS调节限幅值;当发生直流双极闭锁后,紧急退出PSS功能,避免频率上升期间PSS装置输出恶化系统电压特性。
本发明适用于高压直流送端孤岛运行的机组频率及电压控制方法,当高压直流输电系统送端主动安排或被动跳进孤岛(直流换流站及连接的电厂所组成的交直流系统与外部主网仅通过直流系统连接)运行时,孤岛系统转动惯量小、短路容量不足,针对孤岛系统过频、过压和振荡问题,提出调速、励磁、PSS装置控制参数优化方法,可有效降低孤岛设备风险,提升孤岛系统稳定性。此外,电厂机组侧调速、励磁及PSS装置根据直流送端系统联网/孤岛状态信号,以及孤岛系统内频率变化情况,自适应切换关键控制器参数,有效降低孤岛系统发生直流闭锁等严重故障情况下的过频、过压问题,并提升孤岛系统低频稳定性。
本发明适用于高压直流送端孤岛运行的机组频率及电压控制方法,已在多个直流孤岛调速及运行中实际应用,能够有效改善孤岛系统频率、电压等问题。实际直流工程应用中,应结合送端孤岛系统中频率、电压稳定仿真计算情况,根据需要实施送端电厂机组的调速、励磁和PSS装置的自适应切换优化改造,经RTDS 试验和现场调试验证后投入实际运行。
Claims (8)
1.一种适用于高压直流送端孤岛运行的机组频率及电压控制方法,其特征在于当高压直流输电系统送端主动安排或被动跳进孤岛运行时,对调速系统、励磁系统、PSS装置进行控制逻辑及参数优化。
2.根据权利要求1所述的适用于高压直流送端孤岛运行的机组频率及电压控制方法,其特征在于调速系统控制逻辑及参数优化方法是:调速系统控制性能关键参数包括频率死区、PID参数;在送端系统由联网方式跳入孤岛方式后,为实现与直流频率限制控制的协调配合,启动机组一次调频死区的切换,切换后应大于FLC的控制死区。
3.根据权利要求2所述的适用于高压直流送端孤岛运行的机组频率及电压控制方法,其特征在于直流送端孤岛运行期间,当孤岛系统遭受直流闭锁、机组跳闸大扰动导致频率大幅波动时,为加快孤岛系统频率恢复,机组调速系统PID参数经短延时切换至暂态参数,根据系统频率快速提升或降低机组出力,减少频率波动幅度;在孤岛系统频率恢复正常后,结合孤岛系统可能发生的超低频振荡频率,机组调速系统PID参数经延时后切换至稳态参数,确保机组阻尼为正,防止孤岛系统发生超低频振荡。
4.根据权利要求1所述的适用于高压直流送端孤岛运行的机组频率及电压控制方法,其特征在于励磁系统控制逻辑及参数优化方法是:送端系统孤岛运行时,若发生直流双极闭锁严重故障,为抑制孤岛系统内过电压水平,机组侧主动降低励磁系统给定值,即当接收到孤岛直流双极停运信号后,立即切换励磁系统机端电压给定值,主动降低机组输出无功和电压值。
5.根据权利要求1所述的适用于高压直流送端孤岛运行的机组频率及电压控制方法,其特征在于PSS装置控制逻辑及参数优化方法是:在送端孤岛系统进入孤岛运行时,动态降低PSS装置输出限幅值,典型值可从10%降低至5%。
6.根据权利要求5所述的适用于高压直流送端孤岛运行的机组频率及电压控制方法,其特征在于若经校核各种故障情况下机组无PSS装置可稳定运行,可直接退出PSS装置。
7.根据权利要求6所述的适用于高压直流送端孤岛运行的机组频率及电压控制方法,其特征在于如发生直流双极闭锁故障,孤岛系统内失去全部负荷,为控制孤岛系统频率及防止无负荷电厂机组进入深度调相运行,运行中采取全切孤岛系统机组或切除部分电厂机组的控制措施,同时,剩余机组调速系统均将进入空载开度模式,此时孤岛系统内不再存在与励磁系统相关的低频振荡风险,因此在双极闭锁后紧急退出PSS装置。
8.根据权利要求1所述的适用于高压直流送端孤岛运行的机组频率及电压控制方法,其特征在于:电厂机组侧调速系统、励磁系统及PSS装置根据直流送端系统联网/孤岛状态信号,以及孤岛系统内频率变化情况,自适应切换关键控制器参数,基本原则如下:
(1)调速系统孤岛PID控制参数增加自适应策略,当直流送端系统由联网状态转入孤岛状态后,调速系统自动切换至孤岛稳态PID参数,保证稳态运行期间机组全频段阻尼特性满足孤岛系统稳定运行要求;当发生直流闭锁、机组跳闸等大扰动后,针对孤岛系统出现的严重有功不平衡导致的频率大幅上升或下降,调速系统自动切换至孤岛暂态PID参数,快速调整机组有功功率,有效抑制频率上升或下降;
(2)励磁系统增加孤岛直流双极闭锁自适应策略,当直流送端进入孤岛运行时,若发生直流双极闭锁,电厂机组励磁系统电压给定值立即切换,降低双极闭锁后因大量交流滤波器过剩而导致的过电压水平;
(3)PSS装置增加孤岛直流状态自适应策略,当直流送端进入孤岛运行时,自动切换降低PSS调节限幅值;当发生直流双极闭锁后,紧急退出PSS功能,避免频率上升期间PSS装置输出恶化系统电压特性。
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Legal Events
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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