CN111641225A - 一种利用多功能储能装置调节能力的直流连续换相失败抑制方法 - Google Patents

一种利用多功能储能装置调节能力的直流连续换相失败抑制方法 Download PDF

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张三洪
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Abstract

本发明提供了一种利用多功能储能装置调节能力的直流连续换相失败抑制方法。该方法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，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。本发明充分利用多功能储能装置的调节能力，在直流系统换相失败恢复过程中，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，提高交直流系统的安全稳定，具有较好的工程应用价值。

Description

一种利用多功能储能装置调节能力的直流连续换相失败抑制 方法
技术领域
本发明属于电力技术领域，涉及直流连续换相失败抑制策略，特别是一种利用多功能储能装置调节能力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，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。
发明内容
为解决上述问题，本发明提出一种利用多功能储能装置调节能力的直流连续换相失败抑制方法，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，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，提高交直流系统的安全稳定。
为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种利用多功能储能装置调节能力的直流连续换相失败抑制方法，包括如下步骤：
(1)实时监测直流系统换流阀熄弧角γ的变化，判断直流系统是否发生换相失败故障；
(2)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)；
(3)基于直流系统的运行特性，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；
(4)减小换流器无功损耗并提供动态无功支撑，抑制直流系统进一步的连续换相失败的发生。
进一步的，所述步骤(1)中换相失败故障通过以下方式判断：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，则认为发生换相失败故障。
进一步的，所述换相失败故障是指：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。
进一步的，所述步骤(3)中直流系统的运行特性如下式：
Figure BDA0002571847700000021
Figure BDA0002571847700000022
式中，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；
由此可得换流器消耗的无功功率：
Figure BDA0002571847700000023
进一步的，所述步骤(3)中多功能储能装置运行状态的切换，通过空间矢量脉宽调制技术实现，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可以实现任意电压矢量的输出。
进一步的，所述多功能储能装置的运行状态用储能装置内部电压矢量
Figure BDA0002571847700000024
交流电网电压矢量
Figure BDA0002571847700000025
储能装置输出电流矢量
Figure BDA0002571847700000026
来表示：
Figure BDA0002571847700000027
其中Xi表示将储能装置作为等效电压源的内部等值电抗。
进一步的，根据
Figure BDA0002571847700000028
与
Figure BDA0002571847700000029
之间的夹角θ的取值范围，多功能储能装置能够运行在以下状态：
多功能储能装置运行在第一象限：此时0≤θ＜90°，多功能储能装置发出有功、吸收无功；
多功能储能装置运行在第二象限：此时90°≤θ＜180°，多功能储能装置吸收有功、无功；
多功能储能装置运行在第三象限：此时180°≤θ＜270°，多功能储能装置吸收有功、发出无功；
多功能储能装置运行在第四象限：此时270°≤θ＜360°，多功能储能装置发出有功、无功。
进一步的，所述步骤(4)中减小换流器无功损耗并提供动态无功支撑的步骤，具体实现过程为：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，减小直流系统的有功传输，进而降低无功损耗；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。
进一步的，所述步骤(4)中抑制直流系统进一步的连续换相失败的发生步骤，具体实现过程为：在直流换相失败恢复过程中提供动态无功支撑：
ΔQ＝KΔU
式中，ΔU为换流母线电压的变化量，K为储能无功下垂系数，根据实际经验进行整定。
与现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果：
本发明方法充分利用多功能储能装置的调节能力，在直流系统换相失败恢复过程中，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，提高交直流系统的安全稳定，具有较好的工程应用价值。
附图说明
图1为本发明提供的利用多功能储能装置调节能力的直流连续换相失败抑制方法流程示意图。
具体实施方式
以下将结合具体实施例对本发明提供的技术方案进行详细说明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
本发明提供的利用多功能储能装置调节能力的直流连续换相失败抑制方法，其流程如图1所示，包括：
步骤S1：实时监测直流系统换流阀熄弧角γ的变化，判断直流系统是否发生换相失败故障；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；
换相失败故障的描述为：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。
步骤S2：若系统发生换相失败故障，则进入步骤S3，否则继续返回步骤S1；
步骤S3：基于直流系统的运行特性，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；
其中，直流系统的运行特性，可以表示为：
Figure BDA0002571847700000041
Figure BDA0002571847700000042
式中，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。
由此可得换流器消耗的无功功率：
Figure BDA0002571847700000043
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；
多功能储能装置运行状态的切换，具体可通过空间矢量脉宽调制技术实现，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可以实现任意电压矢量的输出。
多功能储能装置的运行状态可用储能装置内部电压矢量
Figure BDA0002571847700000044
交流电网电压矢量
Figure BDA0002571847700000045
储能装置输出电流矢量
Figure BDA0002571847700000046
来表示：
Figure BDA0002571847700000047
其中Xi表示将储能装置作为等效电压源的内部等值电抗。
根据
Figure BDA0002571847700000048
与
Figure BDA0002571847700000049
之间的夹角θ的取值范围，多功能储能装置可运行在以下状态：
多功能储能装置运行在第一象限：此时0≤θ＜90°，多功能储能装置发出有功、吸收无功；
多功能储能装置运行在第二象限：此时90°≤θ＜180°，多功能储能装置吸收有功、无功；
多功能储能装置运行在第三象限：此时180°≤θ＜270°，多功能储能装置吸收有功、发出无功；
多功能储能装置运行在第四象限：此时270°≤θ＜360°，多功能储能装置发出有功、无功；
步骤S4：减小换流器无功损耗并提供动态无功支撑，抑制直流系统进一步的连续换相失败的发生。
前述的减小换流器无功损耗并提供动态无功支撑步骤具体内容为：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，减小直流系统的有功传输，进而降低无功损耗；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。
前述的抑制直流系统进一步的连续换相失败的发生步骤，具体实现方法为在直流换相失败恢复过程中提供动态无功支撑：
ΔQ＝KΔU
式中，ΔU为换流母线电压的变化量，K为储能无功下垂系数，根据实际经验进行整定。
本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种利用多功能储能装置调节能力的直流连续换相失败抑制方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)实时监测直流系统换流阀熄弧角γ的变化，判断直流系统是否发生换相失败故障；
(2)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)；
(3)基于直流系统的运行特性，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；
(4)减小换流器无功损耗并提供动态无功支撑，抑制直流系统进一步的连续换相失败的发生。
2.根据权利要求1所述的利用多功能储能装置调节能力的直流连续换相失败抑制方法，其特征在于，包括如下步骤：所述步骤(1)中换相失败故障通过以下方式判断：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，则认为发生换相失败故障。
3.根据权利要求1或2所述的利用多功能储能装置调节能力的直流连续换相失败抑制方法，其特征在于，所述换相失败故障是指：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。
4.根据权利要求1所述的利用多功能储能装置调节能力的直流连续换相失败抑制方法，其特征在于，所述步骤(3)中直流系统的运行特性如下式：
Figure FDA0002571847690000011
Figure FDA0002571847690000012
式中，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；
由此得换流器消耗的无功功率：
Figure FDA0002571847690000013
5.根据权利要求1所述的利用多功能储能装置调节能力的直流连续换相失败抑制方法，其特征在于，所述步骤(3)中多功能储能装置运行状态的切换，通过空间矢量脉宽调制技术实现，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可以实现任意电压矢量的输出。
6.根据权利要求1或5所述的利用多功能储能装置调节能力的直流连续换相失败抑制方法，其特征在于，所述多功能储能装置的运行状态用储能装置内部电压矢量
Figure FDA0002571847690000021
交流电网电压矢量
Figure FDA0002571847690000022
储能装置输出电流矢量
Figure FDA0002571847690000023
来表示：
Figure FDA0002571847690000024
其中Xi表示将储能装置作为等效电压源的内部等值电抗。
7.根据权利要求6所述的利用多功能储能装置调节能力的直流连续换相失败抑制方法，其特征在于，根据
Figure FDA0002571847690000025
与
Figure FDA0002571847690000026
之间的夹角θ的取值范围，多功能储能装置能够运行在以下状态：
多功能储能装置运行在第一象限：此时0≤θ＜90°，多功能储能装置发出有功、吸收无功；
多功能储能装置运行在第二象限：此时90°≤θ＜180°，多功能储能装置吸收有功、无功；
多功能储能装置运行在第三象限：此时180°≤θ＜270°，多功能储能装置吸收有功、发出无功；
多功能储能装置运行在第四象限：此时270°≤θ＜360°，多功能储能装置发出有功、无功。
8.根据权利要求1所述的利用多功能储能装置调节能力的直流连续换相失败抑制方法，其特征在于，所述步骤(4)中减小换流器无功损耗并提供动态无功支撑的步骤，具体实现过程为：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，减小直流系统的有功传输，进而降低无功损耗；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。
9.根据权利要求1或8所述的利用多功能储能装置调节能力的直流连续换相失败抑制方法，其特征在于，所述步骤(4)中抑制直流系统进一步的连续换相失败的发生步骤，具体实现过程为：在直流换相失败恢复过程中提供动态无功支撑：
ΔQ＝KΔU
式中，ΔU为换流母线电压的变化量，K为储能无功下垂系数，根据实际经验进行整定。
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