CN111009916B - 一种对直流连续换相失败进行抑制的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种对直流连续换相失败进行抑制的方法，包括步骤：步骤S1，在直流输电系统的换流器两个阀进行换相过程中，实时监测换流阀熄弧角γ的变化，判断直流输电系统是否发生换相失败故障；步骤S2，在判断结果为直流输电系统发生换相失败故障时，基于直流输电系统的运行特性，切换调节多功能储能装置运行状态，使其运行在第四象限，发出有功功率及无功功率；步骤S3，减小换流器无功损耗并提供动态无功支撑，并抑制直流输电系统进一步的连续换相失败的发生。实施本发明，提高直流输电系统安全稳定性，具有较好的工程应用价值。
Description
技术领域
本发明涉及直流输电技术领域，特别是一种利用多功能储能装置调节能力对直流连续换相失败进行抑制的方法。
背景技术
基于晶闸管的直流输电技术由于其大容量、远距离输电的优点在实际工程中得到了广泛的应用。我国华东、华南等负荷中心地区形成了典型的多馈入直流输电系统，直流的密集接入在有效缓解用电压力的同时，也给电力系统的安全稳定运行也带来了新的挑战，其中直流换相失败就是一个重要的挑战，若直流换相失败后处理不当，容易引发后续的直流连续换相失败甚至直流闭锁事件的发生。
目前，针对抑制直流连续换相失败的策略，国内外一般从提升系统的动态无功支撑角度出发，但尚没有非常完善的方案。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种对直流连续换相失败进行抑制的方法。可以充分利用多功能储能装置的调节能力，改善换流器在换相失败故障恢复过程中的动态无功需求，抑制系统连续换相失败的发生，提高直流输电系统的安全稳定。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：
本发明提供一种对直流连续换相失败进行抑制的方法，用于利用多功能储能装置调节能力对直流输电系统中直流连续换相失败进行抑制，其包括如下步骤：
步骤S1，在直流输电系统的换流器两个阀进行换相过程中，实时监测换流阀熄弧角γ的变化，判断直流输电系统是否发生换相失败故障；
步骤S2，在判断结果为直流输电系统发生换相失败故障时，基于直流输电系统的运行特性，切换调节多功能储能装置运行状态，使其运行在第四象限，发出有功功率及无功功率；
步骤S3，减小换流器无功损耗并提供动态无功支撑，并抑制直流输电系统进一步的连续换相失败的发生。
优选地，所述步骤S1中进一步包括：
比较换流阀熄弧角γ与阀固有极限熄弧角γmin之间的关系，若γ≤γmin，则判定系统发生换相失败故障。
优选地，进一步包括：
在判断结果为直流输电系统未发生换相失败故障时，则流程进一步回至步骤S1，继续监测的换流阀熄弧角γ的变化。
优选地，所述步骤S2进一步包括：
步骤S20，根据直流输电系统换流器的稳态方程获得直流输电系统的运行特性，所述直流输电系统换流器的稳态方程如下式(1)所示：
其中，Vd和Id分别为直流电压和电流，Pd和Qd分别为有功功率和无功功率，Vd0为理想空载直流电压，B为串联的桥数，k为换流变压器变比，Xc为换相电抗，Uac表示高压侧母线线电压有效值，γ表示逆变侧熄弧角，φ表示换流器的功率因数；
步骤S21，根据下式(2)获得换流器消耗的无功功率：
其中，当换流器无功补偿不足时，γ将会减小，增加换相失败的风险。
优选地，所述步骤S2进一步包括：
步骤S22，通过空间矢量脉宽调制技术(SVPWM)实现多功能储能装置运行状态的切换，其中，多功能储能装置通过变流器装置与交流电网连接，改变变流器装置中各器件的导通时间实现任意电压矢量的输出；具体地，包括：
步骤S220，采用下式(3)获得多功能储能装置的运行状态：
其中，为储能装置内部电压矢量，/>为交流电网电压矢量、/>为储能装置输出电流矢量，Xi为将储能装置作为等效电压源的内部等值电抗；
步骤S221，控制与/>之间的夹角为储能装置的功率因素角θ的取值范围，从而控制多功能储能装置运行于第四象限，具体地，控制270°≤θ<360°，使多功能储能装置运行在第四象限，多功能储能装置发出有功功率及无功功率。
优选地，所述步骤S3中减小换流器无功损耗并提供动态无功支撑的步骤具体为：
步骤S30，将多功能储能装置放置在逆变侧换流站，利用其发出的有功功率实现就地有功补偿，减小直流输电系统的有功传输，进而降低无功损耗；
步骤S31，通过其发出无功功率来提高逆变侧换流站的动态无功支撑。
优选地，所述步骤S3中抑制直流输电系统进一步的连续换相失败的发生的步骤具体为：
步骤S32，在直流换相失败恢复过程中采用下式(4)提供动态无功支撑：
ΔQ＝KΔU (4)
其中，ΔU为换流母线电压的变化量，K为预先整定的储能无功下垂系数。
实施本发明实施例，具有如下的有益效果：
本发明提出一种对直流连续换相失败进行抑制的方法，该方法充分利用多功能储能装置的调节能力，通过空间矢量脉宽调制技术(SVPWM)实现储能装置的四象限运行，在检测到交直流输电系统换相失败故障后快速切换至第四象限运行方式，输出有功功率及无功功率，为系统提供动态无功支撑，从而抑制系统连续换相失败的发生，能提高直流输电系统的安全稳定，具有较好的工程应用价值。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。
图1为本发明所提供的一种对直流连续换相失败进行抑制的方法的一个实施例的流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
如图1所示，为本发明所提供的一种对直流连续换相失败进行抑制的方法的一个实施例的流程示意图。本发明用于利用多功能储能装置调节能力对直流输电系统中直流连续换相失败进行抑制，在本实施例中，所述方法包括如下的步骤：
步骤S1，在直流输电系统的换流器两个阀进行换相过程中，实时监测换流阀熄弧角γ的变化，判断直流输电系统是否发生换相失败故障；
步骤S2，在判断结果为直流输电系统发生换相失败故障时，基于直流输电系统的运行特性，切换调节多功能储能装置运行状态，使其运行在第四象限，发出有功功率及无功功率；
步骤S3，减小换流器无功损耗并提供动态无功支撑，并抑制直流输电系统进一步的连续换相失败的发生。
可以理解的是，在本文中，所述换相失败故障，指当换流器两个阀进行换相时，在换相过程中退出导通的阀在反向电压的作用下未能及时恢复阻断能力，或者在反向电压作用期间换相过程未能结束，使本该关断的阀在正向电压作用下重新导通的现象。
在一个具体的例子中，所述步骤S1中进一步包括：
比较换流阀熄弧角γ与阀固有极限熄弧角γmin之间的关系，若γ≤γmin，则判定系统发生换相失败故障。
在一个具体的例子中，所述步骤S2进一步包括：
步骤S20，根据直流输电系统换流器的稳态方程获得直流输电系统的运行特性，所述直流输电系统换流器的稳态方程如下式(1)所示：
其中，Vd和Id分别为直流电压和电流，Pd和Qd分别为有功功率和无功功率，Vd0为理想空载直流电压，B为串联的桥数，k为换流变压器变比，Xc为换相电抗，Uac表示高压侧母线线电压有效值，γ表示逆变侧熄弧角，φ表示换流器的功率因数；
步骤S21，根据下式(2)获得换流器消耗的无功功率：
其中，当换流器无功补偿不足时，γ将会减小，增加换相失败的风险。
在一个具体的例子中，所述步骤S2进一步包括：
步骤S22，通过空间矢量脉宽调制技术(SVPWM)实现多功能储能装置运行状态的切换，其中，多功能储能装置通过变流器装置与交流电网连接，改变变流器装置中各器件的导通时间实现任意电压矢量的输出；具体地，包括：
步骤S220，采用下式(3)获得多功能储能装置的运行状态：
其中，为储能装置内部电压矢量，/>为交流电网电压矢量、/>为储能装置输出电流矢量，Xi为将储能装置作为等效电压源的内部等值电抗；
步骤S221，控制与/>之间的夹角为储能装置的功率因素角θ的取值范围，从而控制多功能储能装置运行于第四象限，具体地，控制270°≤θ<360°，使多功能储能装置运行在第四象限，多功能储能装置发出有功功率及无功功率。
可以理解的是，在其他工作状态下，还可以改变功率因素角θ的取值范围，从而控制多功能储能装置运行在其他象限，具体地：
当0≤θ<90°时，多功能储能装置运行在第一象限，此时，多功能储能装置发出有功功率、吸收无功功率；
当90°≤θ<180°时，多功能储能装置运行在第二象限，此时，多功能储能装置吸收有功功率、无功功率；
当180°≤θ<270°时，多功能储能装置运行在第三象限，此时，多功能储能装置吸收有功功率、发出无功功率。
在一个具体的例子中，所述步骤S3中减小换流器无功损耗并提供动态无功支撑的步骤具体为：
步骤S30，将多功能储能装置放置在逆变侧换流站，利用其发出的有功功率实现就地有功补偿，减小直流输电系统的有功传输，进而降低无功损耗；
步骤S31，通过其发出无功功率来提高逆变侧换流站的动态无功支撑。
在一个具体的例子中，所述步骤S3中抑制直流输电系统进一步的连续换相失败的发生的步骤具体为：
步骤S32，在直流换相失败恢复过程中采用下式(4)提供动态无功支撑：
ΔQ＝KΔU (4)
其中，ΔU为换流母线电压的变化量，K为预先整定的储能无功下垂系数，具体地，在一些例子中，可以通过实验预整定获得所述K。
实施本发明实施例，具有如下的有益效果：
本发明提出一种对直流连续换相失败进行抑制的方法，该方法充分利用多功能储能装置的调节能力，通过空间矢量脉宽调制技术(SVPWM)实现储能装置的四象限运行，在检测到交直流输电系统换相失败故障后快速切换至第四象限运行方式，输出有功功率及无功功率，为系统提供动态无功支撑，从而抑制系统连续换相失败的发生，能提高直流输电系统的安全稳定，具有较好的工程应用价值。
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。
最后应当说明的是：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换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (5)
1.一种对直流连续换相失败进行抑制的方法，用于利用多功能储能装置调节能力对直流输电系统中直流连续换相失败进行抑制，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1，在直流输电系统的换流器两个阀进行换相过程中，实时监测换流阀熄弧角的变化，判断直流输电系统是否发生换相失败故障；
步骤S2，在判断结果为直流输电系统发生换相失败故障时，基于直流输电系统的运行特性，切换调节多功能储能装置运行状态，使其运行在第四象限，发出有功功率及无功功率；
步骤S3，减小换流器无功损耗并提供动态无功支撑，并抑制直流输电系统进一步的连续换相失败的发生；
其中，所述步骤S2进一步包括：
步骤S20，根据直流输电系统换流器的稳态方程获得直流输电系统的运行特性，所述直流输电系统换流器的稳态方程如下式（1）所示：
（1）
其中，V d 和I d 分别为直流电压和电流，P d 和Q d 分别为有功功率和无功功率，V d0 为理想空载直流电压，B为串联的桥数，k为换流变压器变比，X c 为换相电抗，U ac 表示高压侧母线线电压有效值，表示逆变侧熄弧角，/>表示换流器的功率因数；
步骤S21，根据下式（2）获得换流器消耗的无功功率：
（2）
其中，当换流器无功补偿不足时，将会减小，增加换相失败的风险；
所述步骤S2进一步包括：
步骤S22，通过空间矢量脉宽调制技术实现多功能储能装置运行状态的切换，其中，多功能储能装置通过变流器装置与交流电网连接，改变变流器装置中各器件的导通时间实现任意电压矢量的输出；具体地，包括：
步骤S220，采用下式（3）获得多功能储能装置的运行状态：
（3）
其中，为储能装置内部电压矢量，/>为交流电网电压矢量、/>为储能装置输出电流矢量，/>为将储能装置作为等效电压源的内部等值电抗；
步骤S221，控制与/>之间的夹角为储能装置的功率因素角/>的取值范围，从而控制多功能储能装置运行于第四象限，具体地，控制/>，使多功能储能装置运行在第四象限，多功能储能装置发出有功功率及无功功率。
2.如权利要求1中所述的方法，其特征在于，所述步骤S1中进一步包括：
比较换流阀熄弧角与阀固有极限熄弧角/>之间的关系，若/>，则判定系统发生换相失败故障。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，进一步包括：
在判断结果为直流输电系统未发生换相失败故障时，则流程进一步回至步骤S1，继续监测的换流阀熄弧角的变化。
4.如权利要求3中所述的方法，其特征在于，所述步骤S3中减小换流器无功损耗并提供动态无功支撑的步骤具体为：
步骤S30，将多功能储能装置放置在逆变侧换流站，利用其发出的有功功率实现就地有功补偿，减小直流输电系统的有功传输，进而降低无功损耗；
步骤S31，通过其发出无功功率来提高逆变侧换流站的动态无功支撑。
5.如权利要求3中所述的方法，其特征在于，所述步骤S3中抑制直流输电系统进一步的连续换相失败的发生的步骤具体为：
步骤S32，在直流换相失败恢复过程中采用下式（4）提供动态无功支撑：
（4）
其中，为换流母线电压的变化量，K为预先整定的储能无功下垂系数。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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