CN111049121B - 一种多端直流系统接地极入地电流协调控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多端直流系统接地极入地电流协调控制方法，包括如下步骤：获取各换流站的接地极入地电流IdEi；当换流站j触发接地极入地电流协调控制时，根据其他各换流站i的接地极入地电流之和IdE_sum，计算出其他各换流站i的调制系数Ki；获取多端直流系统接地极入地电流协调控制所需调制量△Ij；根据调制量△Ij得到换流站j的调制量指令△Ij_ord和其他各换流站i的调制量指令△Ii_ord；各换流站根据调制量指令△Ij_ord和△Ii_ord维持各换流站的双极电流一致或者限制接地极入地电流在限定值范围内。本发明的控制方法，可有效减小或消除换流站接地极入地电流，且不会造成新的直流传输功率损失。

Description

一种多端直流系统接地极入地电流协调控制方法

技术领域

本发明涉及多端直流输电技术，具体涉及一种多端直流系统接地极入地电流协调控制方法。

背景技术

接地极是直流输电系统的重要组成部分，正常情况下直流输电系统以双极回线方式平衡运行，当直流系统单极大地回线方式或者双极不平衡运行时，可通过接地极经大地作为电流通路。在直流输电系统中，使用功率控制和电流控制两种模式调整直流传输功率大小，电流控制模式可独立改变直流传输功率，功率控制模式可实现双极功率协调控制任务，当直流系统单极大地回线运行，或者两极均为电流控制模式，或者一极功率控制、另一极电流控制，均可能出现双极不平衡运行工况，接地极出现入地电流。一方面，接地极入地电流会引起油气管道出现管地电位和泄漏电流，可能加速管道腐蚀及造成人员触电，并对(换流)变压器、交流保护、地震观测、通讯等产生影响。另一方面，考虑节约建设成本，大多直流输电工程采用共用接地极方式建设，当一个直流输电系统不平衡运行导致接地极出现入地电流时，另一个直流输电系统在大地与金属回线转换过程中，站内接地网会流入较大电流，从而引起保护动作停运直流系统，并可能威胁人身安全。为此，需要尽量消除直流输电系统接地极出现入地电流。

随着直流输电技术的发展，常规多端直流系统和以常规直流与柔性直流构成的混合多端直流系统不断建设和投运，以达到充分利用发电资源、节约建设成本、满足不同地区用电需求的目的。对比两端直流输电系统的功率或电流指令同步变化，多端直流系统的运行方式和控制模式更为复杂多变。为保护接地极和站内接地网，直流系统检测过压、过流、差流等方式构建保护系统，执行极平衡策略，以尽快消除入地电流，防止对设备和站内接地网造成破坏。其中，极平衡策略可根据功率调制需求采取功率提升或功率回降方式，对此，功率提升指的是升高电流较小的运行极的电流指令，功率回降指的是降低电流较大的运行极的电流指令，所调整的电流指令为两极电流之差。但是，对于多端直流系统，某一换流站触发极平衡策略时，另一换流站按同样的电流指令进行调整，其他换流站双极电流保持不变，由此造成仅触发极平衡策略的换流站实现双极平衡运行，其他换流站仍然存在入地电流。更有甚者，仅两端双极不平衡运行存在入地电流，其中一端换流站触发极平衡策略时，第三站为配合极平衡进行相应电流调整，由此造成第三站接地极出现新的入地电流。

直流系统可配置接地极入地电流限制策略，实现对入地电流进行监视，当入地电流达到门槛值时，发出报警并执行功率提升或功率回降，使接地极入地电流降至安全水平，该策略可以在某一换流站独立投退和设置不同门槛值。对于多端直流系统，除所述多端单极大地回线运行，两极均为电流控制模式，或者一极功率控制、另一极电流控制，均可能出现入地电流，还会出现整流站双极运行，逆变站单极运行，其他换流站另一极或双极运行，对n端直流系统，会形成“n+n-i”、“n-i+n-i”的运行方式，由此某些换流站接地极会出现入地电流。接地极入地电流限制策略监测到本站接地极入地电流达到设定门槛值时，执行功率提升或功率回降，使接地极入地电流降至安全水平，但该策略通常仅负责控制本站接地极入地电流，其他换流站可能会出现入地电流增大现象，有待协调控制。

多端直流系统单极大地回线运行，各换流站接地极必然存在入地电流，若启动另一极运行，处于功率控制的换流站首先会执行极间功率转移，将直流传输功率平均分配至双极，达到双极平衡运行。为简化策略，通常采取其中两个换流站先执行极间功率转移，其他换流站后执行极间功率转移，由此造成后执行极间功率的换流站接地极存在入地电流的时间增加。

发明内容

本发明提供一种多端直流系统接地极入地电流协调控制方法，考虑多端直流系统协调控制，在现有执行策略下，可有效减小或消除换流站接地极入地电流，且不会造成新的直流传输功率损失。

为了实现上述目的，本发明技术方案如下：

一种多端直流系统接地极入地电流协调控制方法，包括如下步骤：

获取各换流站的接地极入地电流IdEi，i＝1，2，j……n，共n端；

换流站j触发接地极入地电流协调控制，计算其他各换流站i的接地极入地电流之和IdE_sum，通过如下公式，计算得到其他各换流站i的调制系数Ki：

获取换流站j保护动作出口极平衡产生的调制量IdEj_bal、接地极入地电流限制功能产生的调制量IdEj_lim、极间功率转移功能产生的调制量IdEj_ppt，三者取最大值得到多端直流系统接地极入地电流协调控制所需调制量△Ij；

调制量△Ij经限幅处理后得到换流站j的调制量指令△Ij_ord，调制量△Ij乘以调制系数Ki得到其他各换流站i的调制量指令△Ii_ord；

各换流站的控制系统根据调制量指令△Ij_ord和△Ii_ord对电流较大的运行极执行功率回降，或者对电流较小的运行极执行功率提升，维持各换流站的双极电流一致或者限制接地极入地电流在限定值范围内。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1、其中一个换流站启动极平衡控制时，多端直流系统接地极入地电流按比例协调控制，达到同步平衡控制，实现多端同时减小或消除入地电流。

2、与传统极平衡策略采取功率回降策略不同，本申请的极平衡策略可采取功率提升策略，通过升高电流较小的运行极的电流指令达到双极平衡运行目的，保证直流传输功率。

3、一个换流站启动极平衡控制或接地极入地电流限制，或者停运极重新解锁运行进行极间功率转移时，多端直流系统接地极入地电流协调控制实现多端同步减小或消除入地电流，不会新增直流传输功率损失。

附图说明

图1为本发明的多端直流系统接地极入地电流协调控制调制系数计算回路。

图2为本发明的多端直流系统接地极入地电流协调控制回路。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

一种多端直流系统接地极入地电流协调控制方法，包括如下步骤：

(1)获取各换流站的接地极入地电流：

多端直流系统具有n个换流站，换流站i(i＝1，2，j……n)的极1直流电流为Ii1，极2直流电流为Ii2，接地极入地电流为IdEi，三者之间关系为IdEi＝|Ii1-Ii2|，IdEi方向以流入大地为正方向，各换流站接地极入地电流之和

(2)当换流站j触发接地极入地电流协调控制时，先计算出其他各换流站i的接地极入地电流之和IdE_sum，然后结合图1，通过如下公式，计算得到其他各换流站i的调制系数Ki：

若初始状态某换流站i的接地极入地电流IdEi为0，表明该换流站双极已平衡运行，此时调制系数Ki为0，不再参与多端直流系统接地极入地电流协调控制。

(3)结合图2，第j个换流站触发接地极入地电流协调控制，其他换流站i配合换流站j进行相应的电流调整，具体的：

IdEj_bal为换流站j由于保护动作出口极平衡产生的调制量，IdEj_bal＝|Ij1-Ij2|；IdEj_lim为接地极入地电流限制功能产生的调制量，IdEj_lim＝|IdEj|-IdEj_set(|IdEj|>IdEj_set)，即换流站j当前接地极入地电流IdEj与接地极入地电流限制门槛值IdEj_set之差；IdEj_ppt为极间功率转移功能产生的调制量，IdEj_ppt＝IdEj。三者取最大值得到多端直流系统接地极入地电流协调控制所需调制量△Ij。

调制量△Ij经限幅处理后得到换流站j的调制量指令△Ij_ord，调制量△Ij乘以调制系数Ki得到其他换流站i的调制量指令△Ii_ord。

各换流站的控制系统根据预先制定的策略对电流较大的运行极执行功率回降，或者对电流较小的运行极执行功率提升，所调整的调制量指令为△Ij_ord和△Ii_ord，维持各换流站双极电流一致或者限制接地极入地电流在限定值范围内。

本发明的多端直流系统接地极入地电流协调控制方法，因多端直流系统接地极入地电流之和为0，因此，按调制系数Ki计算得到的调制量指令进行功率提升或功率回降策略，多端协调控制后均不会超过各换流站运行电流极限。

上列详细说明是针对本发明可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。

Claims (1)

1.一种多端直流系统接地极入地电流协调控制方法，其特征在于：包括如下步骤：

获取各换流站的接地极入地电流IdEi，i＝1，2，j……n，共n个换流站；

换流站j触发接地极入地电流协调控制，计算其他各换流站i的接地极入地电流之和IdE_sum，通过如下公式，计算得到其他各换流站i的调制系数Ki：

获取换流站j保护动作出口极平衡产生的调制量IdEj_bal、接地极入地电流限制功能产生的调制量IdEj_lim、极间功率转移功能产生的调制量IdEj_ppt，三者取最大值得到多端直流系统接地极入地电流协调控制所需调制量△Ij；

其中，IdEj_bal＝|Ij1-Ij2|，IdEj_lim＝|IdEj|-IdEj_set，IdEj_ppt＝IdEj；式中，Ij1为换流站j的极1直流电流，Ij2为换流站j的极2直流电流，IdEj为换流站j接地极入地电流，IdEj_set为换流站j接地极入地电流限制门槛值；

调制量△Ij经限幅处理后得到换流站j的调制量指令△Ij_ord，调制量△Ij乘以调制系数Ki得到其他各换流站i的调制量指令△Ii_ord；

各换流站的控制系统根据调制量指令△Ij_ord和△Ii_ord对电流较大的运行极执行功率回降，或者对电流较小的运行极执行功率提升，维持各换流站的双极电流一致或者限制接地极入地电流在限定值范围内。

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