CN110943470B - 一种特高压交直流电网暂态能量耗散系统控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种特高压交直流电网暂态能量耗散系统控制方法，如果特高压交直流电网中大功率直流发生换相失败或直流闭锁等故障，导致功率大幅跌落，则控制快速开关投退耗能阻抗以消纳系统暂态能量，该控制方法包含下述步骤：(1)确定正常直流调制和直流故障时直流功率变化特性；(2)根据直流功率进行快速耗能控制；(3)在有功冲击控制方法下，根据一定的原则退出暂态耗能负荷；(4)实时判断是否需要切换控制方法；(5)在频率控制方法下，根据交流母线频率进行快速耗能控制。此方法通过快速控制负荷阻抗进行暂态耗能，弱化系统有功波动，防止在特高压交直流电网中大功率直流发生换相失败或者闭锁等故障期间，大功率有功冲击引起交流电网出现局部稳定性问题。

Description

一种特高压交直流电网暂态能量耗散系统控制方法
技术领域
本发明属于电力系统领域，特别涉及一种电力系统暂态能量耗散系统控制方法。
背景技术
我国存在着新能源发电(风力发电、光伏发电)集中区域和用电负荷中心区域相距较远的问题，解决的一种方式为通过多回高压直流输电实现点对点的大功率输送，这种电源结构的变化和交直流混联电网格局的形成，使稳定性问题成文影响电网安全的主要矛盾：当电网发生短路故障时，由于单回或者多回高压直流输电会发生换相失败甚至闭锁等原因，直流传输有功功率出现短时大幅跌落，对交流电网造成有功冲击，在高压直流输电整流侧电网出现暂态能量聚集，而电网无法快速平衡这种暂态能量，进而可能导致电网出现电压崩溃，薄弱断面功率大幅振荡，最终导致电网失稳。另外由于送端送出功率大大减少，送端电网频率可能会快速升高，引起新能源发电脱网等问题。
为避免暂态能量聚集引起的电网稳定性问题，电力系统中传统的方法是配合切机措施，但是这种方法存在弊端，大量的机组切除后系统对电压的控制能力被弱化，电网的稳定性问题可能会更加突出；另外，直流闭锁恢复之后送端电网会出现高低频交替现象。
发明内容
本发明的目的，在于提出一种暂态能量耗散系统控制方法，用于解决特高压交直流电网高压直流输电中出现换相失败或闭锁等故障后的整流侧能量聚集问题。
为了达成上述目的，本发明的解决方案是：
一种特高压交直流电网暂态能量耗散系统控制方法，如果特高压交直流电网中大功率直流发生换相失败或者直流闭锁等故障造成有功功率快速跌落，则通过控制快速开关投退耗能阻抗以消纳系统暂态能量，所述快速开关为机械式快速开关或电力电子快速开关，所述控制方法采用的暂态能量耗散系统包括进线开关和进线CT、电力电子开关或快速机械开关、旁路断路器、取能阻抗和负荷阻抗；该控制方法包含下述步骤：
(1)采集直流线路的电压及电流量，计算直流功率变化量ΔP和变化率dP，判断以下两个条件中的任意一个满足，则顺次执行步骤(2)至(5)：a)当ΔP大于功率变量阈值ΔPhold且dP大于直流功率变化率阈值dPhold；b)接收到直流系统动作信号；
(2)以直流功率变化量ΔP为控制目标，触发电力电子开关，当ΔP大于暂态耗能系统容量时，以暂态能量耗散系统最大功率为控制目标触发电力电子开关；
(3)从暂态能量耗散系统启动开始计时，当暂态能量耗散系统投入功率对时间的积分大于直流功率变化量ΔP的绝对值对时间的积分，或者当前计时时间大于时间定值一Tfreqc1时，则过零退出暂态能量耗散负荷；
(4)当接收到直流控制系统直流闭锁信号或者接收到多次连续换相失败逻辑动作信号时，控制方式切换为频率控制方式；
(5)在频率控制方式下，以频率为控制目标，自动投退暂态能量耗散负荷阻抗。
上述方案中，如果特高压交直流电网中大功率直流发生换相失败或者直流闭锁等故障造成有功功率快速跌落，所述控制方法控制快速开关投退耗能阻抗快速消纳系统暂态能量。
上述方案中，所述步骤(1)中，根据进行正常直流调制和直流故障时直流功率变化特性，确定正常直流调制和直流故障时直流功率变化量ΔP和变化率dP区分定值ΔPhold和dPhold。
上述方案中，所述步骤(1)中，所述直流系统动作信号包括换相失败信号和换相失败预测信号。
上述方案中，所述步骤(5)具体为，在频率控制方式下，当暂态能量控制系统检测到当前的交流系统母线频率高于频率定值一fc1时，自动投入暂态能量耗散负荷；当暂态能量控制系统检测到当前的交流系统母线频率低于频率定值二fc2，或者投入时间大于时间定值二Tfreqc2时，过零退出暂态能量耗散负荷。
当与所述暂态能量耗散装置所在系统出现大幅有功跌落导致送端电网暂态能量积蓄时，暂态能量耗散装置控制系统闭合快速开关，将负荷阻抗与所述系统相连，通过负荷阻抗快速消耗系统暂态能量；
当上述步骤(3)条件满足时，断开快速开关，将负荷阻抗与系统分离；
当频率控制条件满足时，控制系统自动切换为频率控制方式，并根据频率的大小自动断开或者闭合快速开关；
如果快速开关采用电力电子快速开关，其结构可以由多级反并联晶闸管组成；同时可以给电力电子开关并联一个旁路支路，旁路支路由电抗器和旁路开关组成；当暂态能量耗散装置所在系统出现大幅有功跌落时，电力电子开关快速导通，将负荷阻抗与系统相连，快速响应消耗暂态能量，同时控制系统延时发指令闭合旁路开关，旁路开关闭合后，闭锁断开电力电子开关，电流转移到旁路开关；
当上述步骤(3)条件满足时，断开旁路开关，同时闭锁电力电子快速开关，将负荷阻抗与所述系统断开；
当频率控制条件满足时，暂态能量控制系统自动切换为频率控制方式，断开旁路开关，根据频率的大小自动断开或者闭合电力电子快速开关；
采用上述方案后，可以消耗高压直流输电由于换相失败或闭锁产生的暂态能量，防止电网出现电压、功角和频率稳定性问题。
本发明和现有技术相比，具有以下技术优点和有益效果：
1)、本方案采用快速开关方案，在特高压交直流系统换相失败或者闭锁等故障时，进行快速控制，进行暂态能量耗散，满足高压直流换相失败或闭锁等直流故障对暂态能量耗散响应速度的要求；
2)、可以实现直流换相失败控制和直流闭锁控制两种模式自动切换，解决交直流互联电网功角稳定性问题和频率稳定性问题。
附图说明
图1是暂态能量耗散系统结构图；
图2是本发明的特高压交直流电网暂态能量耗散系统控制方法流程图；
其中：1.机械开关；2.阀组；3.取能电抗器；4.并联机械开关；5.耗能电阻；6.安装母线。
具体实施方式
以下将结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。本发明提供一种特高压交直流电网暂态能量耗散系统控制方法，如果特高压交直流电网中大功率直流发生换相失败或直流闭锁等故障，导致直流功率出现大幅跌落，对系统造成有功冲击，则通过控制快速开关投退耗能阻抗以消纳系统暂态能量，所述快速开关为机械式快速开关或电力电子快速开关，所述控制方法采用的暂态能量耗散系统包括进线开关和进线CT、电力电子开关或快速机械开关、旁路断路器、取能阻抗和负荷阻抗，图1所示是暂态能量耗散系统结构图；图2所示是本发明的特高压交直流电网暂态能量耗散系统控制方法流程图，该控制方法包含下述步骤：
(1)采集直流线路的电压及电流量，计算直流功率变化量ΔP和变化率dP，判断以下两个条件中的任意一个满足，则顺次执行步骤(2)至(5)：a)当ΔP大于功率变量阈值ΔPhold且dP大于直流功率变化率阈值dPhold；b)接收到直流系统动作信号；
(2)以直流功率变化量ΔP为控制目标，触发电力电子开关，当ΔP大于暂态耗能系统容量时，以暂态能量耗散系统最大功率为控制目标触发电力电子开关；
(3)从暂态能量耗散系统启动开始计时，当暂态能量耗散系统投入功率对时间的积分大于直流功率变化量ΔP的绝对值对时间的积分，或者当前计时时间大于时间定值一Tfreqc1时，则过零退出暂态能量耗散负荷；
(4)当接收到直流控制系统直流闭锁信号或者接收到多次连续换相失败逻辑动作信号时，控制方式切换为频率控制方式；本实施例中设定为接收到三次及三次以上连续换相失败逻辑动作信号；
(5)在频率控制方式下，以频率为控制目标，自动投退暂态能量耗散负荷阻抗。
其中，如果特高压交直流电网中大功率直流发生换相失败或者直流闭锁等故障造成有功功率快速跌落，所述控制方法控制快速开关投退耗能阻抗快速消纳系统暂态能量。
其中，所述步骤(1)中，根据进行正常直流调制和直流故障时直流功率变化特性，确定正常直流调制和直流故障时直流功率变化量ΔP和变化率dP区分定值ΔPhold和dPhold。
其中，所述步骤(1)中，所述直流系统动作信号包括换相失败信号和换相失败预测信号。
其中，所述步骤(5)具体为，在频率控制方式下，当暂态能量控制系统检测到当前的交流系统母线频率高于频率定值一fc1时，自动投入暂态能量耗散负荷；当暂态能量控制系统检测到当前的交流系统母线频率低于频率定值二fc2，或者投入时间大于时间定值二Tfreqc2时，过零退出暂态能量耗散负荷。
当与所述暂态能量耗散装置所在系统出现大幅有功跌落导致送端电网暂态能量积蓄时，暂态能量耗散装置控制系统闭合快速开关，将负荷阻抗与所述系统相连，通过负荷阻抗快速消耗系统暂态能量；
当上述步骤(3)条件满足时，断开快速开关，将负荷阻抗与系统分离；
当频率控制条件满足时，控制系统自动切换为频率控制方式，并根据频率的大小自动断开或者闭合快速开关；
如果快速开关采用电力电子快速开关，其结构可以由多级反并联晶闸管组成；同时可以给电力电子开关并联一个旁路支路，旁路支路由电抗器和旁路开关组成；当暂态能量耗散装置所在系统出现大幅有功跌落时，电力电子开关快速导通，将负荷阻抗与系统相连，快速响应消耗暂态能量，同时控制系统延时发指令闭合旁路开关，旁路开关闭合后，闭锁断开电力电子开关，电流转移到旁路开关；
当上述步骤(3)条件满足时，断开旁路开关，同时闭锁电力电子快速开关，将负荷阻抗与所述系统断开；
当频率控制条件满足时，暂态能量控制系统自动切换为频率控制方式，断开旁路开关，根据频率的大小自动断开或者闭合电力电子快速开关；
采用上述方案后，可以消耗掉高压直流输电由于换相失败或闭锁产生的暂态能量聚集，防止电网出现电压、功角和频率稳定性问题。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (7)

1.一种特高压交直流电网暂态能量耗散系统控制方法，其特征在于：如果特高压交直流电网中大功率直流发生换相失败或直流闭锁故障，导致直流功率出现大幅跌落，则通过控制电力电子开关投退耗能阻抗，消纳系统暂态能量，所述控制方法具体包含下述步骤：
(1)采集直流线路的电压及电流量，计算直流功率变化量ΔP和变化率dP，判断以下两个条件中的任意一个满足，则顺次执行步骤(2)至(5)：a)当ΔP大于功率变量阈值ΔPhold且dP大于直流功率变化率阈值dPhold；b)接收到直流系统动作信号；
(2)以直流功率变化量ΔP为控制目标，触发电力电子开关，当ΔP大于暂态耗能系统容量时，以暂态能量耗散系统最大功率为控制目标触发电力电子开关；
(3)从暂态能量耗散系统启动开始计时，当暂态能量耗散系统投入功率对时间的积分大于直流功率变化量ΔP的绝对值对时间的积分，或者当前计时时间大于时间定值一Tfreqc1时，则过零退出暂态能量耗散负荷；
(4)当接收到直流控制系统直流闭锁信号或者接收到多次连续换相失败逻辑动作信号时，控制方式切换为频率控制方式；
(5)在频率控制方式下，以频率为控制目标，自动投退暂态能量耗散负荷阻抗。
2.如权利要求1所述的一种特高压交直流电网暂态能量耗散系统控制方法，其特征在于：如果特高压交直流电网中大功率直流发生换相失败或者直流闭锁故障造成有功功率快速跌落，所述控制方法控制快速开关投退耗能阻抗快速消纳系统暂态能量。
3.如权利要求1所述的一种特高压交直流电网暂态能量耗散系统控制方法，其特征在于：所述步骤(1)中，根据进行正常直流调制和直流故障时直流功率变化特性，确定正常直流调制和直流故障时直流功率变化量ΔP和变化率dP区分定值ΔPhold和dPhold。
4.如权利要求1所述的一种特高压交直流电网暂态能量耗散系统控制方法，其特征在于：所述步骤(1)中，所述直流系统动作信号包括换相失败信号和换相失败预测信号。
5.如权利要求1所述的一种特高压交直流电网暂态能量耗散系统控制方法，其特征在于：所述步骤(5)具体为，在频率控制方式下，当暂态能量控制系统检测到当前的交流系统母线频率高于频率定值一fc1时，自动投入暂态能量耗散负荷；当暂态能量控制系统检测到当前的交流系统母线频率低于频率定值二fc2，或者投入时间大于时间定值二Tfreqc2时，过零退出暂态能量耗散负荷。
6.如权利要求1所述的一种特高压交直流电网暂态能量耗散系统控制方法，其特征在于：所述步骤(3)条件满足时，断开快速开关，将负荷阻抗与系统分离。
7.如权利要求1所述的一种特高压交直流电网暂态能量耗散系统控制方法，其特征在于：当能量耗散系统中的快速开关采用电力电子快速开关时，所述步骤(3)条件满足时，断开旁路开关，同时闭锁电力电子快速开关，将负荷阻抗与所述系统断开。
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