CN111509753A - 一种换流站近区短路电流的控制方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种换流站近区短路电流的控制方法及系统,包括:建立柔性直流换流站VSC接入电网近区的电磁暂态仿真模型,并初始化设置柔性直流输电系统的站级控制方式;判断在当前的控制方式下,柔性直流换流站近区站点的母线短路电流是否大于预设的短路电流阈值,并获取第一判断结果;当第一判断结果指示大于预设的短路电流阈值时,切换所述柔性直流换流站近区的无功功率的控制方式为定无功功率0Mvar。本发明通过调整柔性直流换流站的无功控制方式,改变柔性直流换流站短路故障期间贡献电流幅值/相位,通过柔性直流贡献电流分量同交流短路电流分量矢量叠加关系的改变,抑制换流站近区短路电流水平,改善了柔性直接入电网后换流站近区短路电流超标的问题。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统技术领域,并且更具体地,涉及一种换流站近区短路电流的控制方法及系统。
背景技术
在电力系统运行中,短路是最常见的故障之一,其产生的短路电流会对电力系统的安全稳定运行造成严重影响和后果。柔性直流输电技术具有有功无功独立控制,无源系统供电及直流组网能力,在世界范围内工程应用越来越广泛,为无源网络供电和异步电网互联等新型输电方式和构建坚强电网提供了解决方案。迄今为止,全世界有近30条柔性直流输电工程和近百条常规直流输电工程投入运行。
但柔性直流输电系统接入受端电网后的短路电流问题目前尚缺研究,柔性直流系统接入对交流系统短路电流水平的影响逐渐成为业界关注的焦点。
发明内容
本发明提出一种换流站近区短路电流的控制方法及系统,以解决如何对换流站近区短路电流进行控制的问题。
为了解决上述问题,根据本发明的一个方面,提供了一种换流站近区短路电流的控制方法,所述方法包括:
建立柔性直流换流站(voltage sourcedconverter,VSC)接入电网近区的电磁暂态仿真模型,并初始化设置柔性直流输电系统的站级控制方式;
判断在当前的控制方式下,柔性直流换流站近区站点的母线短路电流是否大于预设的短路电流阈值,并获取第一判断结果;
当所述第一判断结果指示所述柔性直流换流站近区站点的母线短路电流大于预设的短路电流阈值时,切换所述柔性直流换流站近区的无功功率的控制方式为定无功功率0Mvar。
优选地,其中所述方法还包括:
判断在定无功功率为0Mvar的控制方式下,所述柔性直流换流站近区站点的母线短路电流是否大于预设的短路电流阈值,并获取第二判断结果。
优选地,其中所述方法还包括:
当所述第一判断结果指示所述柔性直流换流站近区站点的母线短路电流大于预设的短路电流阈值时,切换所述柔性直流换流站近区的控制方式的定无功功率为负的预设功率阈值。
优选地,其中所述预设功率阈值为10MVar。
优选地,其中所述初始化设置柔性直流输电系统的站级控制方式,包括:
设置送端的控制方式为:(定直流电压;定无功功率);受端的控制方式为:(定有功功率;定无功功率或定交流电压)。
根据本发明的另一个方面,提供了一种换流站近区短路电流的控制系统,所述系统包括:
模型建立单元,用于建立柔性直流换流站VSC接入电网近区的电磁暂态仿真模型,并初始化设置柔性直流输电系统的站级控制方式;
第一判断单元,用于判断在当前的控制方式下,柔性直流换流站近区站点的母线短路电流是否大于预设的短路电流阈值,并获取第一判断结果;
第一控制方式切换单元,用于当所述第一判断结果指示所述柔性直流换流站近区站点的母线短路电流大于预设的短路电流阈值时,切换所述柔性直流换流站近区的无功功率的控制方式为定无功功率0Mvar。
优选地,其中所述系统还包括:
第二判断单元,用于判断在定无功功率为0Mvar的控制方式下,所述柔性直流换流站近区站点的母线短路电流是否大于预设的短路电流阈值,并获取第二判断结果。
优选地,其中所述系统还包括:
第二控制方式切换单元,用于当所述第一判断结果指示所述柔性直流换流站近区站点的母线短路电流大于预设的短路电流阈值时,切换所述柔性直流换流站近区的控制方式的定无功功率为负的预设功率阈值。
优选地,其中所述预设功率阈值为10MVar。
优选地,其中所述模型建立单元,初始化设置柔性直流输电系统的站级控制方式,包括:
设置送端的控制方式为:(定直流电压;定无功功率);受端的控制方式为:(定有功功率;定无功功率或定交流电压)。
本发明提供了一种换流站近区短路电流的控制方法及系统,通过调整柔性直流换流站的无功控制方式,改变柔性直流换流站短路故障期间贡献电流幅值/相位,通过柔性直流贡献电流分量同交流短路电流分量矢量叠加关系的改变,抑制换流站近区短路电流水平,改善了柔性直接入电网后换流站近区短路电流超标的问题。
附图说明
通过参考下面的附图,可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式:
图1为根据本发明实施方式的换流站近区短路电流的控制方法100的流程图;
图2为根据本发明实施方式的换流站近区短路电流的控制方法200的流程图;
图3为根据本发明实施方式的某柔性直流近区的网架结构示意图;以及
图4为根据本发明实施方式的换流站近区短路电流的控制系统400的结构示意图。
具体实施方式
现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式,然而,本发明可以用许多不同的形式来实施,并且不局限于此处描述的实施例,提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明,并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中,相同的单元/元件使用相同的附图标记。
除非另有说明,此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外,可以理解的是,以通常使用的词典限定的术语,应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义,而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。
图1为根据本发明实施方式的换流站近区短路电流的控制方法100的流程图。如图1所示,本发明实施方式提供的换流站近区短路电流的控制方法,通过调整柔性直流换流站的无功控制方式,改变柔性直流换流站短路故障期间贡献电流幅值/相位,通过柔性直流贡献电流分量同交流短路电流分量矢量叠加关系的改变,抑制换流站近区短路电流水平,改善了柔性直接入电网后换流站近区短路电流超标的问题。本发明实施方式提供的换流站近区短路电流的控制方法100,从步骤101处才开始,在步骤101建立柔性直流换流站VSC接入电网近区的电磁暂态仿真模型,并初始化设置柔性直流输电系统的站级控制方式。
优选地,其中所述初始化设置柔性直流输电系统的站级控制方式,包括:
设置送端的控制方式为:(定直流电压;定无功功率);受端的控制方式为:(定有功功率;定无功功率或定交流电压)。
在步骤102,判断在当前的控制方式下,柔性直流换流站近区站点的母线短路电流是否大于预设的短路电流阈值,并获取第一判断结果。
在步骤103,当所述第一判断结果指示所述柔性直流换流站近区站点的母线短路电流大于预设的短路电流阈值时,切换所述柔性直流换流站近区的无功功率的控制方式为定无功功率0Mvar。
在本发明的实施方式中,故障期间柔直换流站输出电流分为有功(id)和无功(iq)电流两部分,当换流站无功控制方式为定交流电压控制或定无功功率(无功功率设定值大于零)时,输出无功电流为正向,iq的相角同交流短路电流相角接近0度,矢量加和最大。当无功定值为零时,故障期间理论上不输出无功电流。当无功定值为负时,故障后无功电流iq角度同交流短路电流接近180度。因此,通过切换无功功率,能够在一定程度上抑制短路电流。
优选地,其中所述方法还包括:
判断在定无功功率为0Mvar的控制方式下,所述柔性直流换流站近区站点的母线短路电流是否大于预设的短路电流阈值,并获取第二判断结果。
优选地,其中所述方法还包括:
当所述第一判断结果指示所述柔性直流换流站近区站点的母线短路电流大于预设的短路电流阈值时,切换所述柔性直流换流站近区的控制方式的定无功功率为负的预设功率阈值。
优选地,其中所述预设功率阈值为10MVar。
在本发明的实施方式中,以10MVAR为例,来进行无功功率的切换。但是,在实际工程上,不同容量柔直换流站采用的运行定值通常都有区别。因此,预设功率阈值根据实际情况设定,并不限于本申请所提出的10MVAR,其他大于零的定值或选定为定交流电压控制的结果也可以达到抑制短路电流的目的。
在本发明的实施方式中,当无功定值为大于零的值时,若短路电流超标,可以通过改变无功功率的控制定值为0,甚至更改为负,以不同程度地减小短路电流。
图2为根据本发明实施方式的换流站近区短路电流的控制方法200的流程图。如图2所示,本发明实施方式的换流站近区短路电流的控制方法200,包括:
步骤1:建立VSC接入电网近区电磁暂态仿真数据模型;
步骤2:设置柔直输电系统的站级控制方式;其中,典型控制方式为送端(定直流电压;定无功功率),受端(定有功功率;定无功功率(+10MVar)或定交流电压);
步骤3:分析柔性直流换流站近区的母线短路电流水平;
步骤4,判断近区站点母线短路电流Ik是否需要控制;其中,如果超标,则进入步骤5;反之,则进入步骤8;
步骤5:切换VSC换流站近区的控制方式至定无功功率0MVar;
步骤6,判断近区站点母线短路电流Ik是否需要控制;其中,如果超标,则进入步骤7,否则转步骤8;
步骤7:切换VSC换流站近区的控制方式至定无功功率-10MVar。
步骤8:结束。
以下具体举例说明本发明的实施方式
以国内某柔性直流工程近区母线交流短路电流计算场景为例,分析本发明提出方法的适用性。图3为根据本发明实施方式的某柔性直流近区的网架结构示意图。如图3所示,节点18为柔性直流送端,换流站采用定直流电压、定交流电压控制;节点19为受端,换流站采用定有功功率、定交流电压控制。
首先建立柔性直流换流站近区电磁暂态仿真模型,为提高计算效率,交流系统采用简化等值网络处理。通过电磁暂态仿真,分析换流站近区节点母线短路电流水平。以同柔性直流换流站有一定电气距离的节点32为例,验证所提方法对于降低母线短路电流水平的适用性。
首先在典型控制方式,送端定直流电压、定无功功率,受端定有功功率、定交流电压控制方式下,节点32短路电流为35.10kA;判断母线短路电流水平较高,需采取措施控制。
转换柔性直换流站的控制方式,以降低节点32短路电流较高问题。首先将送受端无功控制方式转换为定无功功率控制,控制定值设定为0MVar(无功流出交流系统0MVar)。
仿真分析此时节点32短路电流水平,计算得31.67kA;判断母线短路电流水平较高,需采取措施控制。
继续调整换流站的控制方式,将换流站控制方式调整为定无功功率控制-10MVar(无功流出交流系统10MVar),以抑制节点32短路电流水平。此时,计算得短路电流为27.29kA。不同控制方式下,换流站近区母线短路电流水平如表1所示。因此,本发明实施方所提供的方法能够有效降低VSC换流站近区母线短路电流水平。
表1短路电流计算结果对比
图4为根据本发明实施方式的换流站近区短路电流的控制系统400的结构示意图。如图4所示,本发明实施方式提供的换流站近区短路电流的控制系统400,包括:模型建立单元401、第一判断单元402和第一控制方式切换单元403。
优选地,所述模型建立单元401,用于建立柔性直流换流站VSC接入电网近区的电磁暂态仿真模型,并初始化设置柔性直流输电系统的站级控制方式。
优选地,其中所述模型建立单元,初始化设置柔性直流输电系统的站级控制方式,包括:
设置送端的控制方式为:(定直流电压;定无功功率);受端的控制方式为:(定有功功率;定无功功率或定交流电压)。
优选地,所述第一判断单元402,用于判断在当前的控制方式下,柔性直流换流站近区站点的母线短路电流是否大于预设的短路电流阈值,并获取第一判断结果。
优选地,所述第一控制方式切换单元403,用于当所述第一判断结果指示所述柔性直流换流站近区站点的母线短路电流大于预设的短路电流阈值时,切换所述柔性直流换流站近区的无功功率的控制方式为定无功功率0Mvar。
优选地,其中所述系统还包括:
第二判断单元,用于判断在定无功功率为0Mvar的控制方式下,所述柔性直流换流站近区站点的母线短路电流是否大于预设的短路电流阈值,并获取第二判断结果。
优选地,其中所述系统还包括:
第二控制方式切换单元,用于当所述第一判断结果指示所述柔性直流换流站近区站点的母线短路电流大于预设的短路电流阈值时,切换所述柔性直流换流站近区的控制方式的定无功功率为负的预设功率阈值。
优选地,其中所述预设功率阈值为10MVar。
本发明的实施例的换流站近区短路电流的控制系统400与本发明的另一个实施例的换流站近区短路电流的控制方法100相对应,在此不再赘述。
已经通过参考少量实施方式描述了本发明。然而,本领域技术人员所公知的,正如附带的专利权利要求所限定的,除了本发明以上公开的其他的实施例等同地落在本发明的范围内。
通常地,在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解释,除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个/所述/该[装置、组件等]”都被开放地解释为所述装置、组件等中的至少一个实例,除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行,除非明确地说明。
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 (10)
1.一种换流站近区短路电流的控制方法,其特征在于,所述方法包括:
建立柔性直流换流站VSC接入电网近区的电磁暂态仿真模型,并初始化设置柔性直流输电系统的站级控制方式;
判断在当前的控制方式下,柔性直流换流站近区站点的母线短路电流是否大于预设的短路电流阈值,并获取第一判断结果;
当所述第一判断结果指示所述柔性直流换流站近区站点的母线短路电流大于预设的短路电流阈值时,切换所述柔性直流换流站近区的无功功率的控制方式为定无功功率0Mvar。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述方法还包括:
判断在定无功功率为0Mvar的控制方式下,所述柔性直流换流站近区站点的母线短路电流是否大于预设的短路电流阈值,并获取第二判断结果。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所述方法还包括:
当所述第一判断结果指示所述柔性直流换流站近区站点的母线短路电流大于预设的短路电流阈值时,切换所述柔性直流换流站近区的控制方式的定无功功率为负的预设功率阈值。
4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,所述预设功率阈值为10MVar。
5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述初始化设置柔性直流输电系统的站级控制方式,包括:
设置送端的控制方式为:(定直流电压;定无功功率);受端的控制方式为:(定有功功率;定无功功率或定交流电压)。
6.一种换流站近区短路电流的控制系统,其特征在于,所述系统包括:
模型建立单元,用于建立柔性直流换流站VSC接入电网近区的电磁暂态仿真模型,并初始化设置柔性直流输电系统的站级控制方式;
第一判断单元,用于判断在当前的控制方式下,柔性直流换流站近区站点的母线短路电流是否大于预设的短路电流阈值,并获取第一判断结果;
第一控制方式切换单元,用于当所述第一判断结果指示所述柔性直流换流站近区站点的母线短路电流大于预设的短路电流阈值时,切换所述柔性直流换流站近区的无功功率的控制方式为定无功功率0Mvar。
7.根据权利要求6所述的系统,其特征在于,所述系统还包括:
第二判断单元,用于判断在定无功功率为0Mvar的控制方式下,所述柔性直流换流站近区站点的母线短路电流是否大于预设的短路电流阈值,并获取第二判断结果。
8.根据权利要求7所述的系统,其特征在于,所述系统还包括:
第二控制方式切换单元,用于当所述第一判断结果指示所述柔性直流换流站近区站点的母线短路电流大于预设的短路电流阈值时,切换所述柔性直流换流站近区的控制方式的定无功功率为负的预设功率阈值。
9.根据权利要求8所述的系统,其特征在于,所述预设功率阈值为10MVar。
10.根据权利要求6所述的系统,其特征在于,所述模型建立单元,初始化设置柔性直流输电系统的站级控制方式,包括:
设置送端的控制方式为:(定直流电压;定无功功率);受端的控制方式为:(定有功功率;定无功功率或定交流电压)。
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