CN110994624A - 避免特高压直流换流站故障引起电压越限的电压控制方法 - Google Patents

避免特高压直流换流站故障引起电压越限的电压控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种避免特高压直流换流站故障引起电压越限的电压控制方法，属于电力系统自动电压控制技术领域。该方法在每个自动电压控制周期到来时，根据特高压直流换流站的当前运行方式，模拟计算换流站发生单极闭锁和双极闭锁故障后近区电网的运行方式，在模拟计算潮流过程中模拟了故障时换流极有功、无功调整，以及换流站内控制系统自动投切高压滤波/补偿电容器，从而计算得到故障后近区电网母线电压的变化幅度。该方法进一步根据电压值的变化幅度计算换流站近区电网母线的电压安全域限值，并输入到自动电压控制系统中实现预防控制。采用本方法可避免在换流站发生故障后近区电网电压变化造成电压越限，提高了特高压直流电网的电压稳定性。

Description

避免特高压直流换流站故障引起电压越限的电压控制方法
技术领域
本发明涉及一种避免特高压直流换流站故障引起电压越限的电压控制方法，属于电力系统自动电压控制技术领域。
背景技术
自动电压控制(以下简称AVC，Automatic Voltage Control)系统是实现输电网安全(提高电压稳定裕度)、经济(降低网络损耗)、优质(提高电压合格率)运行的重要手段。AVC系统架构在电网能量管理系统(EMS)之上，能够利用输电网实时运行数据，从输电网全局优化的角度科学决策出最佳的无功电压调整方案，自动下发给电厂、变电站以及下级电网调度机构执行。孙宏斌、张伯明、郭庆来在《基于软分区的全局电压优化控制系统设计》(电力系统自动化,2003年，第27卷第8期，16-20页)中说明了大电网自动电压控制的体系结构。
AVC系统的主站部分是在电力系统控制中心基于软件实现的，其对输电网的电压控制策略主要有对电厂各发电机无功控制策略以及对变电站的无功设备控制策略2类。其中对电厂各发电机的无功控制策略，目前采用的主要方式是：调度中心的AVC主站系统通过无功优化计算得到电厂各机组的无功调节量后，通过数据通信通道向电厂的AVC子站系统发送，电厂的AVC子站接收到发电机无功调整量后，根据当前电厂内各台发电机的运行状态，采用步进方式调整发电机发出的无功功率，直到达到AVC主站下发的调整量。对变电站的无功设备控制策略为对无功补偿设备的投切指令，无功设备主要包括电容器和电抗器，当投入电容器或切除电抗器时，母线电压升高；当切除电容器或投入电抗器时，母线电压降低。AVC主站下发投入或切除无功设备的指令，变电站内的自动化监控系统根据接收的指令，找到无功设备所连接的断路器并合上或断开断路器，以完成无功设备的投入或切除。
随着我国电网特高压直流输电工程的建设，大电网之间越来越多通过特高压直流进行远距离输电。近年来已经有多条±1100kV和±800kV直流输电工程投入运行，单回直流线路可长距离输送的有功容量已经超过10GW，输送距离已经超过3000kM。特高压直流输电在给清洁能源的远距离输送带来便利的同时，也给电网的调度运行带来了挑战。尤其是当换流站发生故障时，换流站传输的有功功率发生剧烈变化，给电网的频率和电压造成严重影响。在单极闭锁故障中，换流站的4个换流极中的2个发生故障闭锁停止运行，其传输的有功变为0，全站的有功输送变为故障前的50％；在双极闭锁故障中，全部4个换流极均故障闭锁停止运行，全站的有功输送变为0。这种有功的变化必然造成换流站所在电网的频率发生较大波动并可能影响电网稳定运行，同时，单级闭锁和双极闭锁也会造成换流站近区电网的电压剧烈波动，这是由特高压直流换流站的运行原理造成的。
在特高压直流换流站站运行中，换流极的运行总是伴随着无功功率的消耗。在稳定运行方式下，整流站吸收的无功功率一般为直流输出功率的30％～50％，逆变站吸收的无功功率则为直流输入功率的40％～60％。因此在换流站运行时，换流极需要大量的无功补偿才能保证正常运行。传统的换流站无功补偿的手段是设置并联电容器和交流滤波器。一般在换流站配置多台滤波器和电容器，接入换流站的高压侧交流母线，每台的无功容量为200～400MVAR，配置总容量应满足换流站最小和最大直流输送容量的要求，并以换流站与外部交流系统的无功交换为尽量接近0作为运行目标。换流站不同的有功输送容量下其所需的无功补偿容量也不同，因此需要在换流站配置无功补偿的自动控制系统(RPC),根据特高压直流输送容量自动投切滤波器和电容器。
李辉、徐浩在《±800kV湘潭换流站交流滤波器投切策略及优化》(电力电容器与无功补偿，2017年第3期，36-42页)中提出了一种比较典型的换流站RPC系统的控制策略，其按照优先级从高到低顺序，一般主要包括交流过电压控制、绝对最小滤波器控制、最高/最低电压限制、最大无功交换限制、最小滤波器容量要求、无功交换控制/电压控制要求等。在换流站正常运行情况下，在直流有功输送按照计划调整的过程中起到主要作用是无功交换控制/电压控制，而目前所有的换流站基本都采用了无功交换控制规则，即根据交直流两侧的无功交换量ΔQ来确定控制需求，ΔQ的计算方法如下：
ΔQ＝QDC-Qfilter.sum (1)
式中：QDC为流入全部换流极的无功，在实际运行中可以根据换流极无功量测数据计算得到：Qfilter.sum为当前全部投入的滤波电容和补偿电容器总无功。ΔQ的物理意义是交直流两侧的无功交换量，也就是当前换流站的交流系统向直流系统输送的总无功量。
当交直流两侧的无功交换量超过限值时，RPC发出指令以控制滤波器/并联电容器组的投切，即当满足式(2)时，发出切除交流滤波器/并联电容器组的命令；当满足式(3)时，发出投入交流滤波器/并联电容器组的命令。
ΔQ＞Qref+Qband (2)
ΔQ＜Qref-Qband (3)
式中：Qref为运行人员设定的参考值，单位Mvar；一般情况下为0，即表示交直流两侧的无功交换量尽量接近0；Qband为运行人员设定的动作死区，单位Mvar，应满足
Figure BDA0002272392400000031
Qfiler.max为换流站配置的交流滤波器/并联电容器的最大容量。
可见，在前述的换流站发生单级闭锁和双极闭锁故障中，由于50％或全部换流极故障停止运行，其消耗的大量无功在瞬间变为故障前的50％或0，而此时故障前已经投入的高压滤波/补偿电容器仍然在运行，因此必然造成直流系统向交流系统输送大量无功，前述的无功交换控制规则会被触发，RPC会快速切除高压滤波/补偿电容器，以使得换流站交直流系统间的无功交换在设定的范围内。同时需要注意的是，RPC在切除高压滤波/补偿电容器时，也要考虑另外一个“最小滤波器容量要求”的控制规则，也就是为了保证换流站直流系统的正常运行，在任何情况下都要保留一定的“最小滤波器容量”，一般是设置保留2台高压滤波电容器。在切除滤波电容器的过程中，如果当前投入的滤波器容量已经达到最小滤波器容量的要求，则不能继续切除。
可见，当特高压直流换流站发生单极闭锁或双极闭锁后，其无功电压运行情况将发生一系列变化，首先是换流极消耗的无功剧烈变化，其次换流站RPC系统快速切除高压滤波/补偿电容器,这些变化一般在10秒的时间内完成。由于滤波电容器的容量较大(100-400MVAR)，以及前述的“最小滤波器容量要求”，在这些变化完成后，换流站交流系统和直流系统交换的无功相比故障前可能发生较大变化，造成换流站近区电网的电压剧烈上升或下降。
因此，为了避免特高压换流站发生故障后造成近区电网电压剧烈变化导致电压越限的情况，在进行自动电压控制时，需要根据当前换流站的运行方式，预测可能出现故障后近区母线电压的变化幅度，并根据需要对近区电网进行电压预防控制，以避免直流换流站故障后近区电网出现电压越限的情况。
综上所述，随着特高压直流输电工程的快速建设，以及电网自动电压控制系统的广泛应用，迫切需要实现避免特高压直流换流站故障引起电压越限的预防控制方法，以保证特高压直流输电的稳定可靠运行。
发明内容
本发明的目的是提出一种避免特高压直流换流站故障引起电压越限的电压控制方法，在每个自动电压控制周期到来时，根据特高压直流换流站的当前运行方式，模拟计算换流站发生单极闭锁和双极闭锁故障后近区电网的运行方式，在模拟计算潮流过程中模拟故障时换流极有功、无功调整，以及换流站内控制系统自动投切高压滤波/补偿电容器，以保证特高压直流输电的稳定可靠运行。
本发明提出的避免特高压直流换流站故障引起电压越限的电压控制方法，包括以下步骤：
(1)从电网调度中心获取电网网络结构数据，设定特高压直流近区含有I条母线、J台当前投入运行的换流极和L台高压滤波/补偿电容器；
(2)从电网调度中心获取当前电网潮流计算模型，并记录特高压直流换流站近区母线电压值为：
VP,curr＝{VP,i,curr,i＝1,...,I}
其中VP,i,curr表示母线i的当前电压量测值；
(3)将特高压直流换流站发生直流单极闭锁故障记为f1，利用当前电网潮流计算模型，计算特高压直流换流站发生直流单极闭锁故障时母线的电压值VP,f1，计算过程包括如下步骤：
VP,f1＝{VP,i,f1,i＝1,...,I}
其中VP,i,f1表示计算得到的单级闭锁故障后母线i的电压预测值；
(3-1)从电网调度中心获取电网潮流计算模型，并获取特高压直流换流站中各换流极的当前有功功率和无功功率，记为PF,.l和QF,.l，下标F表示换流极；
(3-2)在电网潮流计算模型中，设定在特高压直流换流站直流极在单极闭锁情况下，将J台当前投入运行的换流极中的J/2个换流极的有功功率和无功功率设为0，使另外J/2个换流极的有功功率和无功功率为电网潮流计算模型中的原始数据，并记该原始数据之和为QDC.f1；
(3-3)根据步骤(3-2)的QDC.f1，计算特高压直流换流站投入或切除的高压滤波/补偿电容器的数量，包括以下步骤：
(3-3-1)设定特高压直流换流站所有L台高压滤波/补偿电容器中投入运行的高压滤波/补偿电容器的总容量为Qfilter.sum,f1，当特高压直流换流站发生直流单极闭锁故障后，特高压直流换流站交流系统向直流系统的输送功率为ΔQx：
ΔQx＝QDC.f1-Qfilter.sum,f1；
(3-3-2)设定一个特高压直流换流站的无功功率控制阈值Qmaxdoor，并设定滤波/补偿电容器的最小投入量，对步骤(3-2-1)的ΔQx进行判断，若ΔQx大于Qmaxdoor，且对当前投入的滤波/补偿电容器数量进行判断，若当前投入的滤波/补偿电容器数量大于设置的最小投入数量，则使电网潮流计算模型中的第l组滤波/补偿电容器所连接的开关刀闸为分位，并将特高压直流换流站中的第l组滤波/补偿电容器的状态记为切除，并对Qfilter.sum,f1进行修正：Qfilter.sum,f1＝Qfilter.sum,f1-Qfilter,l，Qfilter,l为切除的第l组滤波/补偿电容器的当前的无功功率量测值，并返回(3-3-1)，若ΔQx小于或等于Qmaxdoor，则得到电网潮流计算模型，并进行(3-4)；
(3-4)利用步骤(3-3-2)的电网潮流计算模型，进行潮流计算，得到特高压直流换流站单极闭锁后的电网所以母线的电压值Vi,flow，将该Vi,flow置为近区母线的电压值VP,i：
{VP,i＝Vi,flow,i＝1,...,I}
其中，Vi,flow为当前潮流计算结果中母线i的电压幅值；
(4)将特高压直流换流站发生直流单极闭锁故障记为f2，利用当前电网潮流计算模型，计算特高压直流换流站发生直流双极闭锁故障时母线的电压值VP,f2，计算过程包括如下步骤：特高压换流站发生直流双极闭锁故障情况下，特高压换流站近区母线电压值，结果记为：
VP,f2＝{VP,i,f2,i＝1,...,I}
其中VP,i,f2表示计算得到的单极闭锁故障后母线i的电压预测值；
(4-1)从电网调度中心获取电网潮流计算模型，并获取特高压直流换流站中各换流极的当前有功功率和无功功率，分别记为PF,.l和QF,.l，将当前运行的换流极的数量记为j；
(4-2)设定在特高压直流换流站直流极发生双极闭锁时，特高压直流换流站的所有换流极的有功功率和无功功率均设置为0；
(4-3)设定换流站投入的高压滤波/补偿电容器总容量为Qfilter.sum,f2，计算特高压直流换流站投入或切除的高压滤波/补偿电容器的数量，包括以下步骤：
(4-3-1)利用下式，计算特高压直流换流站的高压滤波/补偿电容器发生双极闭锁后换流站交流系统向直流系统输送功率ΔQ2：ΔQx＝-Qfilter.sum,f2,Qfilter.sum,f2为投入的高压滤波/补偿电容器总容量；
(4-3-2)设定一个交流系统向直流系统输送功率的阈值Qmindoor，并设定滤波/补偿电最小投入数量，将步骤(4-3-1)的ΔQ2与Qmindoor进行比较，若ΔQ2小于Qmindoor，则进一步对当前投入的滤波/补偿电容器数量进行判断，若当前投入的滤波/补偿电容器数量大于设置的最小投入数量，则使电网潮流计算模型中的第l组滤波/补偿电容器所连接的开关刀闸为分位，并将特高压直流换流站中的第l组滤波/补偿电容器的状态记为切除，并对Qfilter.sum,f2进行修正：Qfilter.sum,f2＝Qfilter.sum,f2-Qfilter,l，Qfilter,l为切除的第l组滤波/补偿电容器的当前的无功功率量测值，并返回(4-3-1)，若ΔQx小于或等于Qmaxdoor，则得到电网潮流计算模型，并进行(4-4)；
(4-4)利用步骤(3-3-2)的电网潮流计算模型，进行潮流计算，记录模拟特高压直流换流站双极闭锁后的特高压直流换流站近区母线电压值：
VP,f2:{VP,i,f2＝Vi,flow,i＝1,...,I}
其中Vi,flow为当前潮流计算结果中母线i的电压幅值。
(5)根据步骤(3)特高压直流换流站发生直流单极闭锁故障时母线的电压值VP,f1、步骤(4)特高压换流站发生直流双极闭锁故障时母线电压值VP,f2，计算特高压换流站近区母线i的电压安全域上限
Figure BDA0002272392400000061
和电压安全域下限
Figure BDA0002272392400000062
计算方法为：
Figure BDA0002272392400000063
Figure BDA0002272392400000064
其中：
Figure BDA0002272392400000065
为母线i的电压计划限值，也就是电压运行合格的上下限值；
(6)将(5)计算特高压换流站近区母线i的电压安全域上限
Figure BDA0002272392400000066
和电压安全域下限
Figure BDA0002272392400000067
输入到电网电网调度中心调度监控系统的自动电压控制模块中，AVC根据特高压直流近区电网母线电压进行判断，若越上限
Figure BDA0002272392400000071
或下限
Figure BDA0002272392400000072
计算生成消除电压越限的控制策略，并下发近区电厂和变电站执行；从而实现避免特高压直流换流站故障引起电压越限的电压控制。
本发明提出的避免特高压直流换流站故障引起电压越限的电压控制方法，其优点是：
本发明方法在每个自动电压控制周期到来时，根据特高压直流换流站的当前运行方式，模拟计算换流站发生单极闭锁和双极闭锁故障后近区电网的运行方式，在模拟计算潮流过程中模拟了故障时换流极有功、无功调整，以及换流站内控制系统自动投切高压滤波/补偿电容器，从而计算得到故障后近区电网母线电压的变化幅度。该方法进一步根据电压值的变化幅度计算换流站近区电网母线的电压安全域限值，并输入到自动电压控制系统中实现预防控制。从而计算得到故障后近区电网母线电压的变化幅度，并根据电压值的变化幅度计算换流站近区电网母线的电压安全域限值，输入到自动电压控制系统中实现预防控制。采用本方法可避免在换流站发生故障后近区电网电压变化造成电压越限，提高了特高压直流电网的电压稳定性，保证了特高压直流输电的稳定可靠运行。
附图说明
图1是本发明方法涉及的电网模型中特高压直流换流站接线图。
图2是本发明方法的整体流程框图。
具体实施方式
本发明提出的避免特高压直流换流站故障引起电压越限的电压控制方法，其流程框图如图2所示，包括以下步骤：
(1)从电网调度中心获取电网网络结构数据，设定特高压直流近区含有I条母线、J台当前投入运行的换流极和L台高压滤波/补偿电容器；
(2)从电网调度中心获取当前电网潮流计算模型，并记录特高压直流换流站近区母线电压值为：
VP,curr＝{VP,i,curr,i＝1,...,I}
其中VP,i,curr表示母线i的当前电压量测值；
(3)将特高压直流换流站发生直流单极闭锁故障记为f1，利用当前电网潮流计算模型，计算特高压直流换流站发生直流单极闭锁故障时母线的电压值VP,f1，计算过程包括如下步骤：
VP,f1＝{VP,i,f1,i＝1,...,I}
其中VP,i,f1表示计算得到的单级闭锁故障后母线i的电压预测值；
(3-1)从电网调度中心获取电网潮流计算模型，并获取特高压直流换流站中各换流极的当前有功功率和无功功率，记为PF,.l和QF,.l，下标F表示换流极，下标l表示换流极的序号；
(3-2)在电网潮流计算模型中，设定在特高压直流换流站直流极在单极闭锁情况下，将J台当前投入运行的换流极中的J/2个换流极的有功功率和无功功率设为0，使另外J/2个换流极的有功功率和无功功率为电网潮流计算模型中的原始数据，并记该原始数据之和为QDC.f1；
(3-3)根据步骤(3-2)的QDC.f1，计算特高压直流换流站投入或切除的高压滤波/补偿电容器的数量，包括以下步骤：
(3-3-1)设定特高压直流换流站所有L台高压滤波/补偿电容器中投入运行的高压滤波/补偿电容器的总容量为Qfilter.sum,f1，当特高压直流换流站发生直流单极闭锁故障后，特高压直流换流站交流系统向直流系统的输送功率为ΔQx：
ΔQx＝QDC.f1-Qfilter.sum,f1；
(3-3-2)设定一个特高压直流换流站的无功功率控制阈值Qmaxdoor，并设定滤波/补偿电容器的最小投入量，对步骤(3-2-1)的ΔQx进行判断，若ΔQx大于Qmaxdoor，且对当前投入的滤波/补偿电容器数量进行判断，若当前投入的滤波/补偿电容器数量大于设置的最小投入数量，则使电网潮流计算模型中的第l组滤波/补偿电容器所连接的开关刀闸为分位，并将特高压直流换流站中的第l组滤波/补偿电容器的状态记为切除，并对Qfilter.sum,f1进行修正：使Qfilter.sum,f1＝Qfilter.sum,f1-Qfilter,l，Qfilter,l为切除的第l组滤波/补偿电容器的当前无功功率量测值，并返回(3-3-1)，若ΔQx小于或等于Qmaxdoor，则得到电网潮流计算模型，并进行(3-4)；
(3-4)利用步骤(3-3-2)的电网潮流计算模型，进行潮流计算，得到特高压直流换流站单极闭锁后的电网所以母线的电压值Vi,flow，将该Vi,flow置为近区母线的电压值VP,i：
{VP,i＝Vi,flow,i＝1,...,I}
其中，Vi,flow为当前潮流计算结果中母线i的电压幅值；
(4)将特高压直流换流站发生直流双极闭锁故障记为f2，利用当前电网潮流计算模型，计算特高压直流换流站发生直流双极闭锁故障时母线的电压值VP,f2，包括如下步骤：特高压换流站发生直流双极闭锁故障情况下，特高压换流站近区母线电压值，结果记为：
VP,f2＝{VP,i,f2,i＝1,...,I}
其中VP,i,f2表示计算得到的单极闭锁故障后母线i的电压预测值；
(4-1)从电网调度中心获取电网潮流计算模型，并获取特高压直流换流站中各换流极的当前有功功率和无功功率，分别记为PF,.l和QF,.l，将当前运行的换流极的数量记为j；
(4-2)设定在特高压直流换流站直流极发生双极闭锁时，特高压直流换流站的所有换流极的有功功率和无功功率均设置为0；
(4-3)设定换流站投入的高压滤波/补偿电容器总容量为Qfilter.sum,f2，计算特高压直流换流站投入或切除的高压滤波/补偿电容器的数量，包括以下步骤：
(4-3-1)利用下式，计算特高压直流换流站的高压滤波/补偿电容器发生双极闭锁后换流站交流系统向直流系统输送功率ΔQx：ΔQx＝-Qfilter.sum,f2,Qfilter.sum,f2为投入的高压滤波/补偿电容器总容量；
(4-3-2)设定一个交流系统向直流系统输送功率的阈值Qmindoor，并设定滤波/补偿电最小投入数量，将步骤(4-3-1)的ΔQx与Qmindoor进行比较，若ΔQx小于Qmindoor，则进一步对当前投入的滤波/补偿电容器数量进行判断，若当前投入的滤波/补偿电容器数量大于设置的最小投入数量，则使电网潮流计算模型中的第l组滤波/补偿电容器所连接的开关刀闸为分位，并将特高压直流换流站中的第l组滤波/补偿电容器的状态记为切除，并对Qfilter.sum,f2进行修正，使Qfilter.sum,f2＝Qfilter.sum,f2-Qfilter,l，Qfilter,l为切除的第l组滤波/补偿电容器的当前无功功率量测值，并返回(4-3-1)，若ΔQx小于或等于Qmaxdoor，则得到电网潮流计算模型，并进行(4-4)；
(4-4)利用步骤(4-3-2)的电网潮流计算模型，进行潮流计算，得到特高压直流换流站双极闭锁后的特高压直流换流站近区母线电压值：
VP,f2:{VP,i,f2＝Vi,flow,i＝1,...,I}
其中Vi,flow为当前潮流计算结果中母线i的电压幅值；
(5)根据步骤(3)的特高压直流换流站发生直流单极闭锁故障时母线的电压值VP,f1和步骤(4)的特高压换流站发生直流双极闭锁故障时母线电压值VP,f2，计算特高压换流站近区母线i的电压安全域上限
Figure BDA0002272392400000101
和电压安全域下限
Figure BDA0002272392400000102
计算方法为：
Figure BDA0002272392400000103
Figure BDA0002272392400000104
其中，
Figure BDA0002272392400000105
为母线i的电压计划限值，即电网电压运行合格的上限值和下限值；
(6)将步骤(5)的特高压换流站近区母线的电压安全域上限和电压安全域下限输入到电网电网调度中心调度监控系统的自动电压控制模块中，自动电压控制模块将相应控制指令下发至近区电厂和变电站执行，从而实现避免特高压直流换流站故障引起的电压越限控制。
下面结合附图和具体实施例，进一步详细说明本发明内容如下。
本发明方法涉及的电网模型中，特高压直流换流站电网连接关系如图1所示，在电网模型中包含特高压直流换流站A。A包含设备有Bp1换流站高压750母线，Cf1～Cf20 20组高压滤波电容器，容量为305，Cd1～Cd4 4组低压电抗器，容量-90，换流极Pd1、Pd2、Pd3、Pd4,都在运行模式；基态下模拟特高压换流站外送有功为5700MW，当前电压为780.6576，计划限值为758～788，高压滤波电容器配置20组，投入12组，低压电抗器配置4组，投入2组。D包含高压母线Dbs1，当前电压为780.27。
1)从电网调度中心获取电网网络结构数据，设定特高压直流近区含有2条母线、4台当前投入运行的换流极和20台高压滤波/补偿电容器；
(2)从电网调度中心获取当前电网潮流计算模型，并记录特高压直流换流站近区母线电压值：
获取近区母线电压如下：
Figure BDA0002272392400000106
Figure BDA0002272392400000111
(3)将特高压直流换流站发生直流单极闭锁故障记为f1，利用当前电网潮流计算模型，计算特高压直流换流站发生直流单极闭锁故障时母线的电压值VP,f1，计算过程包括如下步骤：
VP,f1＝{VP,i,f1,i＝1,...,I}
其中VP,i,f1表示计算得到的单级闭锁故障后母线i的电压预测值；
(3-1)从电网调度中心获取电网潮流计算模型，并获取特高压直流换流站中各换流极的当前有功功率和无功功率，记为PF,.l和QF,.l，下标F表示换流极；
当前换流极有功无功值：
序号 换流极名称 有功 无功
1 Pd1 1425 940
2 Pd2 1425 940
3 Pd3 1425 940
4 Pd4 1425 940
4组都在运行，则进行步骤(4)
(3-2)在电网潮流计算模型中，设定在特高压直流换流站直流极在单极闭锁情况下，将J台当前投入运行的换流极中的J/2个换流极的有功功率和无功功率设为0，使另外J/2个换流极的有功功率和无功功率为电网潮流计算模型中的原始数据，并记该原始数据之和为QDC.f1；
(3-3)根据步骤(3-2)的QDC.f1，计算特高压直流换流站投入或切除的高压滤波/补偿电容器的数量，包括以下步骤：
QDC.f1＝1880
(3-3-1)设定特高压直流换流站所有L台高压滤波/补偿电容器中投入运行的高压滤波/补偿电容器的总容量为Qfilter.sum,f1，当特高压直流换流站发生直流单极闭锁故障后，特高压直流换流站交流系统向直流系统的输送功率为ΔQx：
ΔQx＝QDC.f1-Qfilter.sum,f1；
根据系统运行情况，当前投入为，Qfilter.sum,f1＝3760
(3-3-2)设定一个特高压直流换流站的无功功率控制阈值Qmaxdoor，设定Qmaxdoor为200，并设定滤波/补偿电容器的最小投入量，对步骤(3-2-1)的ΔQx进行判断，若ΔQx大于Qmaxdoor，且对当前投入的滤波/补偿电容器数量进行判断，若当前投入的滤波/补偿电容器数量大于设置的最小投入数量，则使电网潮流计算模型中的第l组滤波/补偿电容器所连接的开关刀闸为分位，并将特高压直流换流站中的第l组滤波/补偿电容器的状态记为切除，并对Qfilter.sum,f1进行修正：Qfilter.sum,f1＝Qfilter.sum,f1-Qfilter,l，Qfilter,l为切除的第l组滤波/补偿电容器的当前的无功功率量测值，并返回(3-3-1)，若ΔQx小于或等于Qmaxdoor，则得到电网潮流计算模型，并进行(3-4)；
(3-4)利用步骤(3-3-2)的电网潮流计算模型，进行潮流计算，得到特高压直流换流站单极闭锁后的电网所以母线的电压值Vi,flow，将该Vi,flow置为近区母线的电压值VP,i：
{VP,i＝Vi,flow,i＝1,...,I}
其中，Vi,flow为当前潮流计算结果中母线i的电压幅值；
通过上述模拟计算可得模拟计算特高压换流站发生直流单极闭锁后，特高压换流站近区电网母线电压值如下:
序号 母线名称 电压
1 Cbs1 783.74
2 Dbs1 783.38
3 Bp1 784.36
(4)将特高压直流换流站发生直流单极闭锁故障记为f2，利用当前电网潮流计算模型，计算特高压直流换流站发生直流双极闭锁故障时母线的电压值VP,f2，计算过程包括如下步骤：特高压换流站发生直流双极闭锁故障情况下，特高压换流站近区母线电压值，结果记为：
VP,f2＝{VP,i,f2,i＝1,...,I}
其中VP,i,f2表示计算得到的单极闭锁故障后母线i的电压预测值；
(4-1)从电网调度中心获取电网潮流计算模型，并获取特高压直流换流站中各换流极的当前有功功率和无功功率，分别记为PF,.l和QF,.l，将当前运行的换流极的数量记为j；
当前换流极有功无功值：
序号 换流极名称 有功 无功
1 Pd1 1425 940
2 Pd2 1425 940
3 Pd3 1425 940
4 Pd4 1425 940
(4-2)设定在特高压直流换流站直流极发生双极闭锁时，特高压直流换流站的所有换流极的有功功率和无功功率均设置为0；
(4-3)设定换流站投入的高压滤波/补偿电容器总容量为Qfilter.sum,f2，计算特高压直流换流站投入或切除的高压滤波/补偿电容器的数量，包括以下步骤：
(4-3-1)利用下式，计算特高压直流换流站的高压滤波/补偿电容器发生双极闭锁后换流站交流系统向直流系统输送功率ΔQ2：ΔQx＝-Qfilter.sum,f2,Qfilter.sum,f2为投入的高压滤波/补偿电容器总容量；
Qfilter.sum,f2＝3760
(4-3-2)设定一个交流系统向直流系统输送功率的阈值Qmindoor，设定Qmindoor为-200，并设定滤波/补偿电最小投入数量，将步骤(4-3-1)的ΔQ2与Qmindoor进行比较，若ΔQ2小于Qmindoor，则进一步对当前投入的滤波/补偿电容器数量进行判断，若当前投入的滤波/补偿电容器数量大于设置的最小投入数量，则使电网潮流计算模型中的第l组滤波/补偿电容器所连接的开关刀闸为分位，并将特高压直流换流站中的第l组滤波/补偿电容器的状态记为切除，并对Qfilter.sum,f2进行修正：Qfilter.sum,f2＝Qfilter.sum,f2-Qfilter,l，Qfilter,l为切除的第l组滤波/补偿电容器的当前的无功功率量测值，并返回(4-3-1)，若ΔQx小于或等于Qmaxdoor，则得到电网潮流计算模型，并进行(4-4)；
(4-4)利用步骤(3-3-2)的电网潮流计算模型，进行潮流计算，记录模拟特高压直流换流站双极闭锁后的特高压直流换流站近区母线电压值：
VP,f2:{VP,i,f2＝Vi,flow,i＝1,...,I}
其中Vi,flow为当前潮流计算结果中母线i的电压幅值。
通过上述计算可得，模拟计算特高压换流站发生直流双极闭锁后，特高压换流站近区电网母线电压值如下:
序号 母线名称 当前电压
1 Cbs1 785.80
2 Dbs1 785.29
3 Bp1 791.12
(5)根据步骤(3)特高压直流换流站发生直流单极闭锁故障时母线的电压值VP,f1、步骤(4)特高压换流站发生直流双极闭锁故障时母线电压值VP,f2，计算特高压换流站近区母线i的电压安全域上限
Figure BDA0002272392400000141
和电压安全域下限
Figure BDA0002272392400000142
计算方法为：
Figure BDA0002272392400000143
Figure BDA0002272392400000144
其中：
Figure BDA0002272392400000145
为母线i的电压计划限值，也就是电压运行合格的上下限值；为为788、758，计算安全域限值如下：
序号 母线名称 安全域上限电压 安全域下限电压
1 Cbs1 784.56 750
2 Dbs1 784.98 750
3 Bp1 779.54 750
(6)将(5)计算特高压换流站近区母线i的电压安全域上限
Figure BDA0002272392400000147
和电压安全域下限
Figure BDA0002272392400000148
输入到电网电网调度中心调度监控系统的自动电压控制模块中，AVC根据特高压直流近区电网母线电压进行判断，若越上限
Figure BDA0002272392400000149
或下限
Figure BDA00022723924000001410
计算生成消除电压越限的控制策略，并下发近区电厂和变电站执行，从而实现避免特高压直流换流站故障引起电压越限的电压控制。

Claims (1)

1.一种避免特高压直流换流站故障引起电压越限的电压控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)从电网调度中心获取电网网络结构数据，设定特高压直流近区含有I条母线、J台当前投入运行的换流极和L台高压滤波/补偿电容器；
(2)从电网调度中心获取当前电网潮流计算模型，并记录特高压直流换流站近区母线电压值为：
VP,curr＝{VP,i,curr,i＝1,...,I}
其中VP,i,curr表示母线i的当前电压量测值；
(3)将特高压直流换流站发生直流单极闭锁故障记为f1，利用当前电网潮流计算模型，计算特高压直流换流站发生直流单极闭锁故障时母线的电压值VP,f1，计算过程包括如下步骤：
VP,f1＝{VP,i,f1,i＝1,...,I}
其中VP,i,f1表示计算得到的单级闭锁故障后母线i的电压预测值；
(3-1)从电网调度中心获取电网潮流计算模型，并获取特高压直流换流站中各换流极的当前有功功率和无功功率，记为PF,.l和QF,.l，下标F表示换流极，下标l表示换流极的序号；
(3-2)在电网潮流计算模型中，设定在特高压直流换流站直流极在单极闭锁情况下，将J台当前投入运行的换流极中的J/2个换流极的有功功率和无功功率设为0，使另外J/2个换流极的有功功率和无功功率为电网潮流计算模型中的原始数据，并记该原始数据之和为QDC.f1；
(3-3)根据步骤(3-2)的QDC.f1，计算特高压直流换流站投入或切除的高压滤波/补偿电容器的数量，包括以下步骤：
(3-3-1)设定特高压直流换流站所有L台高压滤波/补偿电容器中投入运行的高压滤波/补偿电容器的总容量为Qfilter.sum,f1，当特高压直流换流站发生直流单极闭锁故障后，特高压直流换流站交流系统向直流系统的输送功率为ΔQx：
ΔQx＝QDC.f1-Qfilter.sum,f1；
(3-3-2)设定一个特高压直流换流站的无功功率控制阈值Qmaxdoor，并设定滤波/补偿电容器的最小投入量，对步骤(3-2-1)的ΔQx进行判断，若ΔQx大于Qmaxdoor，且对当前投入的滤波/补偿电容器数量进行判断，若当前投入的滤波/补偿电容器数量大于设置的最小投入数量，则使电网潮流计算模型中的第l组滤波/补偿电容器所连接的开关刀闸为分位，并将特高压直流换流站中的第l组滤波/补偿电容器的状态记为切除，并对Qfilter.sum,f1进行修正：使Qfilter.sum,f1＝Qfilter.sum,f1-Qfilter,l，Qfilter,l为切除的第l组滤波/补偿电容器的当前无功功率量测值，并返回(3-3-1)，若ΔQx小于或等于Qmaxdoor，则得到电网潮流计算模型，并进行(3-4)；
(3-4)利用步骤(3-3-2)的电网潮流计算模型，进行潮流计算，得到特高压直流换流站单极闭锁后的电网所以母线的电压值Vi,flow，将该Vi,flow置为近区母线的电压值VP,i：
{VP,i＝Vi,flow,i＝1,...,I}
其中，Vi,flow为当前潮流计算结果中母线i的电压幅值；
(4)将特高压直流换流站发生直流双极闭锁故障记为f2，利用当前电网潮流计算模型，计算特高压直流换流站发生直流双极闭锁故障时母线的电压值VP,f2，包括如下步骤：特高压换流站发生直流双极闭锁故障情况下，特高压换流站近区母线电压值，结果记为：
VP,f2＝{VP,i,f2,i＝1,...,I}
其中VP,i,f2表示计算得到的单极闭锁故障后母线i的电压预测值；
(4-1)从电网调度中心获取电网潮流计算模型，并获取特高压直流换流站中各换流极的当前有功功率和无功功率，分别记为PF,.l和QF,.l，将当前运行的换流极的数量记为j；
(4-2)设定在特高压直流换流站直流极发生双极闭锁时，特高压直流换流站的所有换流极的有功功率和无功功率均设置为0；
(4-3)设定换流站投入的高压滤波/补偿电容器总容量为Qfilter.sum,f2，计算特高压直流换流站投入或切除的高压滤波/补偿电容器的数量，包括以下步骤：
(4-3-1)利用下式，计算特高压直流换流站的高压滤波/补偿电容器发生双极闭锁后换流站交流系统向直流系统输送功率ΔQx：ΔQx＝-Qfilter.sum,f2,Qfilter.sum,f2为投入的高压滤波/补偿电容器总容量；
(4-3-2)设定一个交流系统向直流系统输送功率的阈值Qmindoor，并设定滤波/补偿电最小投入数量，将步骤(4-3-1)的ΔQx与Qmindoor进行比较，若ΔQx小于Qmindoor，则进一步对当前投入的滤波/补偿电容器数量进行判断，若当前投入的滤波/补偿电容器数量大于设置的最小投入数量，则使电网潮流计算模型中的第l组滤波/补偿电容器所连接的开关刀闸为分位，并将特高压直流换流站中的第l组滤波/补偿电容器的状态记为切除，并对Qfilter.sum,f2进行修正，使Qfilter.sum,f2＝Qfilter.sum,f2-Qfilter,l，Qfilter,l为切除的第l组滤波/补偿电容器的当前无功功率量测值，并返回(4-3-1)，若ΔQx小于或等于Qmaxdoor，则得到电网潮流计算模型，并进行(4-4)；
(4-4)利用步骤(4-3-2)的电网潮流计算模型，进行潮流计算，得到特高压直流换流站双极闭锁后的特高压直流换流站近区母线电压值：
VP,f2:{VP,i,f2＝Vi,flow,i＝1,...,I}
其中Vi,flow为当前潮流计算结果中母线i的电压幅值；
(5)根据步骤(3)的特高压直流换流站发生直流单极闭锁故障时母线的电压值VP,f1和步骤(4)的特高压换流站发生直流双极闭锁故障时母线电压值VP,f2，计算特高压换流站近区母线i的电压安全域上限
Figure FDA0002272392390000031
和电压安全域下限
Figure FDA0002272392390000032
计算方法为：
Figure FDA0002272392390000033
Figure FDA0002272392390000034
其中，
Figure FDA0002272392390000035
为母线i的电压计划限值，即电网电压运行合格的上限值和下限值；
(6)将步骤(5)的特高压换流站近区母线的电压安全域上限和电压安全域下限输入到电网电网调度中心调度监控系统的自动电压控制模块中，自动电压控制模块将相应控制指令下发至近区电厂和变电站执行，从而实现避免特高压直流换流站故障引起的电压越限控制。
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