CN110994641B - 一种抑制直流输电工程功率大幅振荡的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种抑制直流输电工程功率大幅振荡的方法，包括：判断逆变侧换流母线交流电压是否持续偏低；若满足电压持续偏低的条件，则修改低压限流环节的控制参数，用以降低低压限流环节中电流的恢复速度；判断逆变侧换流母线交流电压是否稳步恢复；若满足电压稳步恢复的条件，则恢复低压限流环节原有的控制参数据，用以恢复低压限流环节中原有的电流的恢复速度，抑制直流输电工程在交流侧严重故障下功率大幅度振荡，防止对电网安全稳定运行产生巨大威胁。
Description
技术领域
本申请涉及特高压直流输电控制保护领域，具体涉及一种抑制直流输电工程功率大幅振荡的方法，同时涉及一种抑制直流输电工程功率大幅振荡的装置。
背景技术
随着直流输电的快速发展，大规模直流跨区输电，全网一体化交直流混联已成为电网的典型特征。大电网的稳定特性正在发生深刻变化，主要表现在：在传统交流系统运行特性基础上，交直流之间、多回直流之间的相互耦合，直流送受端间的相互影响等新特性逐渐显现，并随着直流输电规模的提升日趋复杂，已成为影响大电网安全稳定的关键因素。
在开展交直流大电网特性研究时，发现在特高压直流落点附近模拟严重故障时，由于逆变侧电网负荷密度大，电动机负荷比例高，交流严重故障后交流电压恢复缓慢，直流功率在故障恢复过程中发生连续大幅度振荡，持续较长时间后恢复稳定。然而，该类型振荡极有可能引起交流联络线功率振荡，对电网安全稳定运行产生巨大威胁。
发明内容
本申请提供一种抑制直流输电工程功率大幅振荡的方法和装置，用于解决上述问题。
本申请提供一种抑制直流输电工程功率大幅振荡的方法，包括：
判断逆变侧换流母线交流电压是否持续偏低；
若满足电压持续偏低的条件，则修改低压限流环节的控制参数，用以降低低压限流环节中电流的恢复速度；
判断逆变侧换流母线交流电压是否稳步恢复；
若满足电压稳步恢复的条件，则恢复低压限流环节原有的控制参数据，用以恢复低压限流环节中原有的电流的恢复速度，抑制直流输电工程功率大幅振荡。
优选的，所述电压持续偏低的条件为，逆变侧换流母线交流电压低于0.8pu，且持续时间达到300ms。
优选的，修改低压限流环节的控制参数，用以降低低压限流环节中电流的恢复速度，具体包括：
增大整流站和逆变站的低压限流功能的电压上限值至0.95pu；
增大整流站和逆变站的电压滤波一阶惯性环节的时间常数，整流站的电压上升时间常数增大为0.08ms，逆变站的电压上升时间常数增大为0.095ms；
逆变站的电压上升时间常数比整流站的电压上升时间常数多出一个时间级差△t＝0.015s。
优选的，所述电压稳步恢复的条件为，逆变侧换流母线交流电压高于0.85pu，且持续时间超过50ms。
优选的，恢复低压限流环节原有的控制参数，用以恢复低压限流环节中原有的电流的恢复速度，具体包括：
整流站和逆变站的低压限流功能的电压上限值均恢复为0.8pu；
整流站的电压上升滤波器时间常数恢复为0.025ms，逆变站的电压上升滤波器时间常数恢复为0.04ms。
本申请同时提供一种抑制直流输电工程功率大幅振荡的装置，其特征在于，包括:
判断单元，判断逆变侧换流母线交流电压是否持续偏低；
修改单元，若满足电压持续偏低的条件，则修改低压限流环节的控制参数，用以降低低压限流环节中电流的恢复速度；
判断单元，判断逆变侧换流母线交流电压是否稳步恢复；
恢复单元，若满足电压稳步恢复的条件，则恢复低压限流环节原有的控制参数，用以恢复低压限流环节中原有的电流的恢复速度，抑制直流输电工程功率大幅振荡。
优选的，所述修改单元，包括：
电压上限值增大子单元，增大整流站和逆变站的低压限流功能的电压上限值至0.95pu；
时间常数增大子单元，增大整流站和逆变站的电压滤波一阶惯性环节的时间常数，整流站的电压上升时间常数增大为0.08ms，逆变站的电压上升时间常数增大为0.095ms；
时间级差确定子单元，逆变站的电压上升时间常数比整流站的电压上升时间常数多出一个时间级差△t＝0.015s。
优选的，所述恢复单元，包括：
电压上限值恢复子单元，整流站和逆变站的低压限流功能的电压上限值均恢复为0.8pu；
时间常数恢复子单元，整流站的电压上升滤波器时间常数恢复为0.025ms，逆变站的电压上升滤波器时间常数恢复为0.04ms。
本申请提供一种抑制直流输电工程功率大幅振荡的方法和装置，针对受端电网发生严重交流系统故障后，通过调节低压限流环节的控制参数,在受端交流电压持续偏低的情况下，降低低压限流环节中电流的恢复速度，将电流的恢复速度限制在低压限流环节内，在直流电压恢复到一定水平后，再退出低压限流环节，同时在交流电压恢复到一定水平后，将低压限流环节的参数恢复至原来的参数，抑制直流输电工程在交流侧严重故障下功率大幅度振荡，防止对电网安全稳定运行产生巨大威胁。
附图说明
图1是本申请实施例提供的一种抑制直流输电工程功率大幅振荡的方法的流程示意图；
图2是本申请实施例涉及的抑制直流输电工程功率大幅振荡的方法的逻辑示意图；
图3是本申请实施例涉及的未采取抑制振荡方法时的整流侧振荡波形图；
图4是本申请实施例涉及的采取抑制振荡方法后的逆变侧波形图；
图5是本申请实施例涉及的有无采用抑制振荡方法的双极功率比对图；
图6是本申请实施例提供的一种抑制直流输电工程功率大幅振荡的方装置示意图。
具体实施方式
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似推广，因此本申请不受下面公开的具体实施的限制。
图1为本申请实施例提供的一种抑制直流输电工程功率大幅振荡的方法的流程示意图，下面结合图1对本申请实施例提供的方法进行详细说明。
步骤S101，判断逆变侧换流母线交流电压是否持续偏低。
直流输电工程的交流侧发生故障时，由于网电特性导致交流电压恢复过程缓慢，从而引起直流功率振荡，同时，逆变侧换流母线交流电压也会持续偏低，所以，首先判断逆变侧换流母线交流电压是否持续偏低，电压持续偏低的条件为，逆变侧换流母线交流电压低于0.8pu，且持续时间达到300ms。
步骤S102，若满足电压持续偏低的条件，则修改低压限流环节的控制参数，用以降低低压限流环节中电流的恢复速度。
在满足电压持续偏低的条件时，通过修改低压限流环节的控制参数，用以降低低压限流环节(VDCOL)中电流的恢复速度，具体的，增大整流站、逆变站的低压限流功能的电压上限值(UD_HIGH)至0.95pu；增大整流站和逆变站的电压滤波一阶惯性环节的时间常数，整流站的电压上升时间常数TC_Up_Rec增大为0.08ms，逆变站的电压上升时间常数TC_Up_Inv增大为0.095ms。为了保持逆变侧交流系统故障后恢复期间整流站的主控，逆变站的电压上升时间常数(UD_TC_UP_INV)比整流站的电压上升时间常数(UD_TC_UP_RE)多出一个时间级差△t＝0.015s。
步骤S103，判断逆变侧换流母线交流电压是否稳步恢复。
通过修改低压限流环节的控制参数，降低低压限流环节中电流的恢复速度，逆变侧换流母线交流电压会稳步恢复，电压稳步恢复的条件为，逆变侧换流母线交流电压高于0.85pu，且持续时间超过50ms。
步骤S104，若满足电压稳步恢复的条件，则恢复低压限流环节原有的控制参数，用以恢复低压限流环节中原有的电流的恢复速度。
在满足电压稳步恢复的条件时，通过恢复低电限流环节还有的控制参数，恢复低压限流环节中原有的电流的恢复速度。具体的，整流站和逆变站的低压限流功能的电压上限值均恢复为0.8pu；整流站的电压上升滤波器时间常数TC_Up_Rec恢复为0.025ms，逆变站的电压上升滤波器时间常数TC_Up_Inv恢复为0.04ms。
抑制直流输电工程功率大幅振荡的方法的逻辑示意图如图2所示，当逆变站附近发生交流故障时，判断逆变站换流母线交流电压是否持续偏低，若满足电压持续偏低的条件，则执行抑制振荡措施：即修改低压限流(VDCOL)环节的控制参数，降低低压限流环节中电流恢复速度；若不满足电压持续偏低的条件，整流站和逆变站仍旧按照原低压限流环节的控制参数进行控制。在降低低压限流环节中电流恢复速度后，判断逆变侧换流母线交流电压是否稳步恢复，若满足电压稳步恢复的条件，整流站和逆变站仍旧按照原低压限流环节的控制参数进行控制；若不满足电压稳步恢复的条件，则继续执行抑制振荡的措施，及下面的操作步骤，使逆变侧换流母线交流电压稳定恢复，整流站和逆变站仍旧按照原低压限流环节的控制参数进行控制。
以华东电网为例，对本发明的实施方法进行详细阐述。利用新一代数模混合仿真平台，搭建了华东电网2018年夏低极限方式全电磁暂态数模仿真模型，涵盖了华东电网220kV及以上电压等级的网架，及送电华东地区的9回直流工程。其中直流工程模型严格按照实际工程参数建模并接入了与实际工程一致的9套直流输电控制保护装置。对于研究多直流落点地区交直流相互影响特性来说，该仿真方法是目前最为准确的。
在进行锦苏落点附近三相接地短路故障的仿真试验时，锦苏受端出现了非换相失败性质的功率振荡。未采取抑制振荡方法时的整流侧振荡波形图如图3所示，图中从上至下为：极2直流电压、直流电流、触发角、极2直流功率。从附图3可以看出，锦苏直流整流站直流电压、直流电流、触发角指令值以及直流功率以同样的频率进行振荡，直流电流IDNC跟随电流指令IO_LIM进行变化，但会出现超调现象。
为达到抑制功率振荡的最有效果，在同一工况下，针对同一种故障，通过改变不同的策略参数，查看对于振荡的抑制效果，从中确定出最优的抑制震荡策略：整流站逆变站的UD_HIGH均为0.95pu，整流站的电压上升滤波器时间常数TC_Up_Rec变为0.08ms，逆变站的电压上升滤波器时间常数TC_Up_Inv变为0.095ms。
图4为采取抑制振荡方法后的逆变侧波形图，从上至下，极1直流电流，直流电压，极1和极2功率，交流线电压有效值，双极功率。从附图4可以看出，采用抑制振荡策略后，在锦苏落点附近模拟三永单相拒动故障，可以有效抑制功率振荡，直流功率、直流电压恢复平稳且速度最快，交直流交互影响后，交流电压的恢复也最快，使得抑制振荡策略退出的最早。
图5为有无采用抑制振荡方法的双极功率比对图，从附图5可以看出，当采用抑制振荡策略后，在交流故障发生后双极功率平稳恢复，未产生功率振荡，而且与未采用抑制振荡策略时相比，双极功率以较短时间恢复到满功率稳定运行。
对各种交流系统故障开展有效性验证试验。试验结果表明，对于单瞬、单永以及直流线路瞬时故障等轻微故障，由于交流电压恢复较快，不会启动抑制振荡措施。对于单永单相拒动、三永、三永单相拒动故障，该策略可以有效抑制功率振荡。且验证了抑制振荡策略的判据及判据进入、退出时间(300ms、50ms)设置合理，可以根据故障后电压跌落及恢复情况，让直流原有控制策略先动作，再对直流振荡进行抑制。
对各类直流扰动及直流系统故障进行仿真验证试验。结果表明直流系统发生扰动或故障时，由于对于交流系统的影响较轻微，未达到启动抑制振荡策略的条件，因此仍按照原控制、保护策略进行控制。抑制振荡措施的采用，对直流控制、保护系统的功能未产生影响。
以受端换流母线交流电压为判据，检测到逆变侧交流电压低于0.8pu后，延时300ms启动策略，检测到受端交流电压高于0.85pu后，延时50ms退出策略。延时300ms启动执行抑制振荡控制策略，可以保证优先执行原有既定的直流控制保护策略，又能发挥新的控制策略的作用，使控制效果最优。
判据采用受端换流母线电压有效值UAC_MAX_HOLD以及交流相电压UAC_MIN_HOLD作为目标变量，从而能够覆盖单相故障和三相故障。
与本申请提供的一种抑制直流输电工程功率大幅振荡的方法，相对应的，本申请同时提供一种抑制直流输电工程功率大幅振荡的装置600，包括：
判断单元610，判断逆变侧换流母线交流电压是否持续偏低；
修改单元620，若满足电压持续偏低的条件，则修改低压限流环节的控制参数，用以降低低压限流环节中电流的恢复速度；
判断单元630，判断逆变侧换流母线交流电压是否稳步恢复；
恢复单元640，若满足电压稳步恢复的条件，则恢复低压限流环节原有的控制参数，用以恢复低压限流环节中原有的电流的恢复速度，抑制直流输电工程功率大幅振荡。
优选的，所述修改单元，包括：
电压上限值增大子单元，增大整流站和逆变站的低压限流功能的电压上限值至0.95pu；
时间常数增大子单元，增大整流站和逆变站的电压滤波一阶惯性环节的时间常数，整流站的电压上升时间常数增大为0.08ms，逆变站的电压上升时间常数增大为0.095ms；
时间级差确定子单元，逆变站的电压上升时间常数比整流站的电压上升时间常数多出一个时间级差△t＝0.015s。
优选的，所述恢复单元，包括：
电压上限值恢复子单元，整流站和逆变站的低压限流功能的电压上限值均恢复为0.8pu；
时间常数恢复子单元，整流站的电压上升滤波器时间常数恢复为0.025ms，逆变站的电压上升滤波器时间常数恢复为0.04ms。
本申请提供一种抑制直流输电工程功率大幅振荡的方法和装置，针对受端电网发生严重交流系统故障后，通过调节低压限流环节的控制参数,在受端交流电压持续偏低的情况下，降低低压限流环节中电流的恢复速度，将电流的恢复速度限制在低压限流环节内，在直流电压恢复到一定水平后，再退出低压限流环节，同时在交流电压恢复到一定水平后，将低压限流环节的参数恢复至原来的参数，抑制直流输电工程在交流侧严重故障下功率大幅度振荡，防止对电网安全稳定运行产生巨大威胁。
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。
最后应该说明的是：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，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (3)
1.一种抑制直流输电工程功率大幅振荡的方法，其特征在于，包括：
判断逆变侧换流母线交流电压是否持续偏低；
若满足电压持续偏低的条件，则修改低压限流环节的控制参数，用以降低低压限流环节中电流的恢复速度，具体包括：增大整流站和逆变站的低压限流功能的电压上限值至0.95pu；增大整流站和逆变站的电压滤波一阶惯性环节的时间常数，整流站的电压上升时间常数增大为0.08ms，逆变站的电压上升时间常数增大为0.095ms；逆变站的电压上升时间常数比整流站的电压上升时间常数多出一个时间级差△t＝0.015s；
判断逆变侧换流母线交流电压是否稳步恢复；所述电压稳步恢复的条件为，逆变侧换流母线交流电压高于0.85pu，且持续时间超过50ms；
若满足电压稳步恢复的条件，则恢复低压限流环节原有的控制参数据，用以恢复低压限流环节中原有的电流的恢复速度，抑制直流输电工程功率大幅振荡，具体包括：整流站和逆变站的低压限流功能的电压上限值均恢复为0.8pu；整流站的电压上升滤波器时间常数恢复为0.025ms，逆变站的电压上升滤波器时间常数恢复为0.04ms。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电压持续偏低的条件为，逆变侧换流母线交流电压低于0.8pu，且持续时间达到300ms。
3.一种抑制直流输电工程功率大幅振荡的装置，其特征在于，包括:
判断单元，判断逆变侧换流母线交流电压是否持续偏低；
修改单元，若满足电压持续偏低的条件，则修改低压限流环节的控制参数，用以降低低压限流环节中电流的恢复速度，包括：电压上限值增大子单元，增大整流站和逆变站的低压限流功能的电压上限值至0.95pu；时间常数增大子单元，增大整流站和逆变站的电压滤波一阶惯性环节的时间常数，整流站的电压上升时间常数增大为0.08ms，逆变站的电压上升时间常数增大为0.095ms；时间级差确定子单元，逆变站的电压上升时间常数比整流站的电压上升时间常数多出一个时间级差△t＝0.015s；
判断单元，判断逆变侧换流母线交流电压是否稳步恢复；所述电压稳步恢复的条件为，逆变侧换流母线交流电压高于0.85pu，且持续时间超过50ms；
恢复单元，若满足电压稳步恢复的条件，则恢复低压限流环节原有的控制参数，用以恢复低压限流环节中原有的电流的恢复速度，抑制直流输电工程功率大幅振荡，包括：电压上限值恢复子单元，整流站和逆变站的低压限流功能的电压上限值均恢复为0.8pu；时间常数恢复子单元，整流站的电压上升滤波器时间常数恢复为0.025ms，逆变站的电压上升滤波器时间常数恢复为0.04ms。
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