CN111245001B - 一种基于附加电流控制的直流连续换相失败抑制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明针对交直流互联系统提出了一种基于附加电流控制的直流连续换相失败抑制方法，该方法首先在检测到系统换相失败后，通过收集包括逆变侧换流母线电压有效值、整流侧电流给定值等系统运行数据，在考虑系统无功供需状态的基础上计算附加电流给定值；最后通过与低电压线电流环节给出的电流给定值作比较，得到最终的整流侧电流给定值。该方法能在保障抑制连续换相失败故障的基础上最大程度加快故障恢复速度，有助于电网的安全稳定高效运行。

Description

一种基于附加电流控制的直流连续换相失败抑制方法
技术领域
本发明涉及直流换相失败抑制方法研究领域，特别是一种基于附加电流控制的直流连续换相失败抑制方法。
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系统，其中华东电网截至2018年底共馈入11回直流，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。换相失败会引起直流传输功率的降低，在故障严重的情况下甚至会引起连续换相失败导致直流闭锁等更加严重的故障。
首次换相失败通常不可避免，而通过一定的控制方法可以改善直流系统在故障恢复过程中的动态无功需求情况，进而抑制连续换相失败的发生。现有的包括最小触发角控制、定熄弧角控制、低电压限电流控制环节均有助于抑制直流连续换相失败的发生，但是上述控制方法没有充分根据系统的无功储备来实时调节控制指令，起到最优控制效果。
发明内容
发明目的：针对以上问题，本发明的目的是提出一种基于附加电流控制的直流换相失败抑制方法。该方法首先在检测到系统换相失败后，通过收集包括逆变侧换流母线电压有效值、整流侧电流给定值等系统运行数据；然后在考虑系统无功供需状态的基础上计算附加电流给定值；最后通过与低电压线电流环节给出的电流给定值作比较，得到最终的整流侧电流给定值。该方法能在保障抑制连续换相失败故障的基础上最大程度加快故障恢复速度，有助于电网的安全稳定高效运行。
技术方案：为实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：一种基于附加电流控制的直流连续换相失败抑制方法，该方法包括如下步骤：
(1)实时监测直流系统逆变侧换流站的运行状态，判断直流系统是否发生换相失败故障；
(2)若直流系统发生换相失败故障，则进入步骤(3)，否则继续返回步骤(1)；
(3)收集直流系统运行状态数据，并计算附加电流给定值；
(4)基于步骤(3)的附加电流给定值，结合低压限流环节的输出值，计算得到最终的整流侧电流给定值。
进一步的，所述步骤(1)中判断直流系统是否发生换相失败故障，具体实现方法为:比较换流阀熄弧角γ与换流阀固有极限熄弧角γmin之间的关系，若γ≤γmin，则认为发生换相失败故障。
进一步的，换相失败具体表现为如下现象：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，从而使本该关断的阀在正向电压作用下重新导通。
进一步的，所述步骤(3)中收集系统运行状态数据，具体包括整流侧直流电流给定值Id_order(t)、逆变侧换流母线电压有效值E(t)，其中，t表示当前采样时刻。
进一步的，所述步骤(3)中计算附加电流给定值，具体可通过下式实现：
Figure BDA0002391433680000021
其中，△T表示两次电流指令更新的时间间隔，vcons表示一个恒定的电流指令上升斜率，其取值原则为：在无附加电流控制(即Kp＝0)，且保证直流系统故障恢复过程中不发生换相失败前提下，取最大值。在实际工程中vcons可采用经验值，一般为5pu/s； Eref表示换流母线电压有效值的参考值，一般取1.0；Kp为比例系数，具体值根据系统参数及专家经验给出。附加电流控制考虑了直流系统的无功裕度，可以缓解故障恢复过程中的动态无功需求，有利于抑制直流连续换相失败的发生。
进一步的，所述步骤(4)中得到计及附加电流给定值的整流侧电流给定值，具体可通过下式实现：
Id_order(t+△T)＝min(Id_add(t+△T),Id_VDCL)
式中，min表示取两者数值中较小的函数，Id_VDCL表示直流逆变侧低电压限电流环节得到的电流给定值。
进一步的，低电压限电流环节具体表现为：当直流电压低至一定门槛值时，根据电压下降值按一定比例降低整流侧电流给定值。
有益效果：与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益技术效果：
该方法首先在检测到系统换相失败后，通过收集包括逆变侧换流母线电压有效值、整流侧电流给定值等系统运行数据；然后在考虑系统无功供需状态的基础上计算附加电流给定值；最后通过与低电压线电流环节给出的电流给定值作比较，得到最终的整流侧电流给定值。该方法能在保障抑制连续换相失败故障的基础上最大程度加快故障恢复速度，有助于电网的安全稳定高效运行。
附图说明
图1为本发明实施例的方法流程示意图；
图2为本发明实施例的CIGRE高压直流输电基准模型示意图；
图3为本发明实施例的换相失败恢复过程母线电压对比图；
图4为本发明实施例的换相失败恢复过程熄弧角对比图；
图5为本发明实施例的换相失败恢复过程传输功率对比图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。
如图1所示，本发明实施例提供的一种基于附加电流控制的直流换相失败抑制方法，包括：
步骤S1：实时监测系统的运行状态，判断直流系统是否发生换相失败故障；
步骤S2：若系统发生换相失败故障，则进入步骤(3)，否则继续返回步骤(1)；
步骤S3：收集系统运行状态数据，并计算附加电流给定值；
步骤S4：得到计及附加电流指令的整流侧电流给定值。
本实施例以CIGRE高压直流输电基准模型为例进行分析，其模型结构如图2所示。该测试系统在PSCAD/EMTDC中搭建，直流侧电压500kV，直流容量为1000MW，故障设置在逆变侧换流母线处，1.0s发生a相短路，故障持续时间为0.1s，接地电阻为10Ω。
进一步的，所述步骤(1)中判断直流系统是否发生换相失败故障，具体实现方法为:比较换流阀熄弧角γ与换流阀固有极限熄弧角γmin之间的关系，若γ≤γmin，则认为发生换相失败故障。
进一步的，换相失败具体表现为如下现象：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，从而使本该关断的阀在正向电压作用下重新导通。
进一步的，所述步骤(3)中收集系统运行状态数据，具体包括整流侧直流电流给定值Id_order(t)、逆变侧换流母线电压有效值E(t)，其中，t表示当前采样时刻。
进一步的，所述步骤(3)中计算附加电流给定值，具体可通过下式实现：
Figure BDA0002391433680000041
其中，△T表示两次电流指令更新的时间间隔，vcons表示一个恒定的电流指令上升斜率，其取值原则为：在无附加电流控制(即Kp＝0)，且保证直流系统故障恢复过程中不发生换相失败前提下，取最大值。在实际工程中vcons可采用经验值，一般为5pu/s； Eref表示换流母线电压有效值的参考值，一般取1.0；Kp为比例系数，具体值根据系统参数及专家经验给出。附加电流控制考虑了直流系统的无功裕度，可以缓解故障恢复过程中的动态无功需求，有利于抑制直流连续换相失败的发生。
进一步的，所述步骤(4)中得到计及附加电流给定值的整流侧电流给定值，具体可通过下式实现：
Id_order(t+△T)＝min(Id_add(t+△T),Id_VDCL)
式中，min表示取两者数值中较小的函数，Id_VDCL表示直流逆变侧低电压限电流环节得到的电流给定值。
进一步的，低电压限电流环节具体表现为：当直流电压低至一定门槛值时，根据电压下降值按一定比例降低整流侧电流给定值。
图3-图5给出了采用本发明方法与传统控制方法在换相失败恢复过程中换流母线电压、熄弧角以及直流传输功率等。由图可知，本发明方法能在快速恢复直流传输功率的同时有效抑制连续换相失败的发生，有助于保证电网安全稳定高效运行。

Claims (6)

1.一种基于附加电流控制的直流连续换相失败抑制方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
(1)实时监测直流系统逆变侧换流站的运行状态，判断直流系统是否发生换相失败故障；
(2)若直流系统发生换相失败故障，则进入步骤(3)，否则继续返回步骤(1)；
(3)收集直流系统运行状态数据，并计算附加电流给定值；
(4)基于步骤(3)的附加电流给定值，结合低压限流环节的输出值，计算得到最终的整流侧电流给定值；
所述步骤(3)中收集系统运行状态数据具体包括：整流侧直流电流给定值Id_order(t)、逆变侧换流母线电压有效值E(t)，其中，t表示当前采样时刻；
所述步骤(3)中计算附加电流给定值，具体可通过下式计算：
Figure FDA0003607258200000011
其中，ΔT表示两次电流指令更新的时间间隔，vcons表示一个恒定的电流指令上升斜率，Eref表示换流母线电压有效值的参考值，Kp为比例系数。
2.根据权利要求1所述的一种基于附加电流控制的直流连续换相失败抑制方法，其特征在于，所述步骤(1)中判断直流系统是否发生换相失败故障，具体实现方法为:比较换流阀熄弧角γ与换流阀固有极限熄弧角γmin之间的关系，若γ≤γmin，则认为发生换相失败故障。
3.根据权利要求2中所述的一种基于附加电流控制的直流连续换相失败抑制方法，其特征在于，换相失败具体表现为如下现象：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，从而使本该关断的阀在正向电压作用下重新导通。
4.根据权利要求1所述的一种基于附加电流控制的直流连续换相失败抑制方法，其特征在于，vcons取值原则为：在无附加电流控制时，即Kp＝0，且保证直流系统故障恢复过程中不发生换相失败前提下取最大值。
5.根据权利要求1所述的一种基于附加电流控制的直流连续换相失败抑制方法，其特征在于，所述步骤(4)中得到计及附加电流给定值的整流侧电流给定值，具体可通过下式实现：
Id_order(t+ΔT)＝min(Id_add(t+ΔT),Id_VDCL)
式中，min表示取两者数值中较小的函数，Id_VDCL表示直流逆变侧低电压限电流环节得到的电流给定值。
6.根据权利要求4中所述的一种基于附加电流控制的直流连续换相失败抑制方法，其特征在于，低电压限电流环节具体表现为：当直流电压低至一定门槛值时，根据电压下降值按一定比例降低整流侧电流给定值。
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