CN111953012B - 一种用于抑制交直流暂时过电压的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于抑制交直流暂时过电压的方法及系统，属于新能源输电技术领域。本发明方法，包括：当确定风电场经柔直送出系统的柔直送端出现单极闭锁故障时，获取闭锁故障后风电场经柔直送出系统的系统第一参数数据；对系统第一参数数据中的数据进行对比，满足预设条件时，调整风电场经柔直送出系统为有功无功控制方式有功无功控制方式或改变输出电压/频率至预设值；获取第二系统参数数据，并检测第二系统参数数据是否超过设定值，当第二系统参数数据超过设定值时，改变有功功率参考值，使输出功率降低为原输出功率的二分之一。本发明为工程应用提供技术支撑，并节约工程建设及运行成本。

Description

一种用于抑制交直流暂时过电压的方法及系统

技术领域

本发明涉及新能源输电技术领域，并且更具体地，涉及一种用于抑制交直流暂时过电压的方法及系统。

背景技术

新能源经柔直送出系统在柔直发生故障情况下，输电能力降低，电源端有功调节缓慢，会导致送端系统电压升高，威胁送端换流器及新能源机组安全运行。

针对传统直流输电系统送端暂时过电压问题，已有较多研究成果，提出多种措施，比如快速切除滤波器、直流控制系统附加控制、采用牺牲型避雷器、采用大容量避雷器、提高设备耐压水平等。

针对新能源经柔直送出系统，目前所实际工程中所采用的措施为：在送端交流侧或直流侧增加与换流变同容量的耗能电阻装置，该措施存在明显缺点，增加一次设备成本及占地，同时增加了日常维护工作。

发明内容

针对上述问题，本发明提出了一种用于抑制交直流暂时过电压的方法，包括：

当确定风电场经柔直送出系统的柔直送端出现单极闭锁故障时，获取闭锁故障后风电场经柔直送出系统的系统第一参数数据；

对系统第一参数数据中的数据进行对比，满足预设条件时，调整风电场经柔直送出系统为有功无功控制方式有功无功控制方式或改变输出电压/频率至预设值；

获取第二系统参数数据，并检测第二系统参数数据是否超过设定值，当第二系统参数数据超过设定值时，改变有功功率参考值，使输出功率降低为原输出功率的二分之一。

可选的，第一参数数据，包括：故障前双极有功功率值、单极短时过负荷限值。

可选的，预设条件为故障前双极有功功率值大于单极短时过负荷限值。

可选的，第二系统参数数据，包括：风机机端电压的有效值和频率变化量。

可选的，方法，还包括：

当确定风电场经柔直送出系统的柔直送端出现双极闭锁故障时，通过降低直流母线电压和电压参考值限幅、降低风机过电压保护定值并减小延时或调整chopper电路参数进行抑制交直流暂时过电压。

本发明还提出了一种用于抑制交直流暂时过电压的系统，包括：

第一数据采集模块，当确定风电场经柔直送出系统的柔直送端出现单极闭锁故障时，获取闭锁故障后风电场经柔直送出系统的系统第一参数数据；

调整模块，对系统第一参数数据中的数据进行对比，满足预设条件时，调整风电场经柔直送出系统为有功无功控制方式或改变输出电压/频率至预设值；

控制模块，获取第二系统参数数据，并检测第二系统参数数据是否超过设定值，当第二系统参数数据超过设定值时，改变有功功率参考值，使输出功率降低为原输出功率的二分之一。

可选的，第一参数数据，包括：故障前双极有功功率值、单极短时过负荷限值。

可选的，预设条件为故障前双极有功功率值大于单极短时过负荷限值。

可选的，第二系统参数数据，包括：风机机端电压的有效值和频率变化量。

可选的，系统，还包括：

双极闭锁故障抑制模块，当确定风电场经柔直送出系统的柔直送端出现双极闭锁故障时，通过降低直流母线电压和电压参考值限幅、降低风机过电压保护定值并减小延时或调整chopper电路参数进行抑制交直流暂时过电压。

本发明充分利用了风电机组及柔直固有的控制灵活、响应速度快的能力及风电机组自身耗能装置，为工程应用提供技术支撑，通过调整风电场经柔直送出系统为有功无功控制方式或改变输出电压/频率至预设值，解决了以往送端交流侧或直流侧增加与换流变同容量的耗能电阻装置，占地大能耗多等问题，节约了工程建设的运行成本。

附图说明

图1为本发明一种用于抑制交直流暂时过电压的方法流程图；

图2为本发明一种用于抑制交直流暂时过电压的方法实施例风电场经柔直送出系统结构示意图；

图3为本发明一种用于抑制交直流暂时过电压的方法实施例流程图；

图4为本发明一种用于抑制交直流暂时过电压的方法实施例方案一送端单极闭锁过程中送端换流站交流侧电压波形图；

图5为本发明一种用于抑制交直流暂时过电压的方法实施例方案一送端单极闭锁过程中柔直负极两端直流电压和有功功率波形图；

图6为本发明一种用于抑制交直流暂时过电压的方法实施例方案二送端单极闭锁过程中送端换流站交流侧电压波形图；

图7为本发明一种用于抑制交直流暂时过电压的方法实施例方案二送端单极闭锁过程中柔直负极两端直流电压和有功功率波形图；

图8为本发明一种用于抑制交直流暂时过电压的方法实施例方案三送端单极闭锁过程中送端换流站交流侧电压波形图；

图9为本发明一种用于抑制交直流暂时过电压的方法实施例方案三送端单极闭锁过程中柔直负极两端直流电压和有功功率波形图；

图10为本发明一种用于抑制交直流暂时过电压的方法实施例电缆线路开关站侧单相接地故障甩负荷过程中线路开关站侧电压波形图；

图11为本发明一种用于抑制交直流暂时过电压的方法实施例电缆线路开关站侧单相接地故障甩负荷过程中线路开关站侧电压波形图；

图12为本发明一种用于抑制交直流暂时过电压的系统结构图。

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。

本发明提出了一种用于抑制交直流暂时过电压的方法，如图1所示，包括：

当确定风电场经柔直送出系统的柔直送端出现单极闭锁故障时，获取闭锁故障后风电场经柔直送出系统的系统第一参数数据；

对系统第一参数数据中的数据进行对比，满足预设条件时，调整风电场经柔直送出系统为有功无功控制方式有功无功控制方式或改变输出电压/频率至预设值；

获取第二系统参数数据，并检测第二系统参数数据是否超过设定值，当第二系统参数数据超过设定值时，改变有功功率参考值，使输出功率降低为原输出功率的二分之一；

改变有功功率参考值，使输出功率降低为原输出功率的二分之一，即是对交直流暂时过电压进行抑制。

第一参数数据，包括：故障前双极有功功率值、单极短时过负荷限值。

预设条件为故障前双极有功功率值大于单极短时过负荷限值。

第二系统参数数据，包括：风机机端电压的有效值和频率变化量。

当确定风电场经柔直送出系统的柔直送端出现双极闭锁故障时，通过降低直流母线电压和电压参考值限幅、降低风机过电压保护定值并减小延时或调整chopper电路参数进行抑制交直流暂时过电压。

下面结合实施例对本发明进行进一步说明：

风电场经柔直送出系统结构如图2所示，针对风电场经柔直送出系统单极闭锁故障或双极闭锁故障进行交直流暂时过电压的抑制，如图3所示：

方案一，柔直侧发生单极闭锁故障且当故障前双极有功功率P_total超过单极短时过负荷限值P_{lim_onepole}时，柔直送端非故障极由Vf控制切换为PQ控制方式，持续时间t_on，同时风机感受到控制方式转换过程引起的风机机端电压的有效值V_{max_abc}、频率f_V变化超过设定限值(电压设定值为V_{set_max_abc}，频率设定值为f_{V_set})后通过改变有功功率参考值使其功率降低为原输出功率的二分之一；

方案二，柔直侧发生单极闭锁故障且当故障前双极有功功率P_total超过单极短时过负荷限值P_{lim_onepole}时时，柔直送端非故障极通过Vf控制改变输出电压频率至f_set，持续时间t_on，同时风机侧检测到电压频率变化超过设定限值(频率设定值为f_{V_lim})后通过改变有功功率参考值使其功率降低为原输出功率的二分之一；

方案三，柔直侧发生单极闭锁故障且当故障前双极有功功率P_total超过单极短时过负荷限值P_{lim_onepole}时，柔直送端非故障极通过Vf控制改变输出电压频率至f_set，持续时间t_on，同时风机侧检测到电压频率变化超过设定限值(频率设定值为f_{V_lim})后通过改变有功功率参考值及引入Chopper耗能装置控制使其功率降低为原输出功率的二分之一。

下面以某地风电场经柔直送出系统结合说明：

柔直送端发生单极闭锁故障，包括三种情况：

方案一，200ms时刻柔直送端发生单极闭锁(正极)且当故障前双极有功功率超过750MW(短时过负荷限值)时，由Vf控制转换为PQ控制，同时风电机组检测到风电机组机端电压大于1.05p.u.且频率波动幅度大于4Hz时，风电机组有功功率降至当前功率的二分之一，送端交流网暂时过电压波形如图4所示，风机过电压保护设置为1.35p.u.(基值为标称电压)，延时50ms动作，柔直送端单极闭锁后，风电机组进行有功功率调整，交流暂时过电压水平较低。柔直负极直流电压及有功功率波形如图5所示，柔直送端单极闭锁后，风电机组进行有功功率调整，直流暂时过电压水平较低，200ms内系统恢复稳定；

方案二，200ms时刻柔直送端发生单极闭锁(正极)且当故障前双极有功功率超过750MW(短时过负荷限值)时，送端负极由Vf控制改变输出电压频率至55Hz，持续时间50ms，风电机组机端电压大于1.00p.u.且频率波动幅度大于2.5Hz时，风电机组有功功率降至当前功率的二分之一。送端交流网暂时过电压波形，如图6所示，风机过电压保护设置为1.35p.u.(基值为标称电压)，延时50ms动作。柔直负极直流电压及有功功率波形如图7所示，柔直送端单极闭锁后，风电机组进行有功功率调整，与方案一相比，直流暂时过电压水平低且恢复快，健全极有功功率波动幅度减小，200ms内系统恢复稳定；

方案三，200ms时刻柔直送端发生单极闭锁(正极)且当故障前双极有功功率超过750MW(短时过负荷限值)时，送端负极由Vf控制改变输出电压频率至55Hz，持续时间50ms。风电机组机端电压大于1.00p.u.且频率波动幅度大于2.5Hz时，风电机组有功功率降至当前功率的二分之一，与方案二相比，风电场有功调节期间可短时投入chopper电阻辅助控制策略，即：引入风机输出有功功率变量，采用滞环控制chopper的触发信号，滞环设置中触发值为0.6p.u.，恢复值为0.5p.u.，持续时间100ms。送端交流网暂时过电压波形如图8所示，风机过电压保护设置为1.35p.u.(基值为标称电压)，延时50ms动作。柔直负极直流电压及有功功率波形如图9所示，柔直送端单极闭锁后，风电机组进行有功功率调整，与第一种情况相比，直流暂时过电压暂态恢复略快，健全极有功功率波动幅度有所减小，200ms内系统恢复稳定；

柔直送端发生双极闭锁故障；

以某海上风电场电缆线路开关站(柔直送端)侧发生单相接地甩负荷工况为基础，具体分析如下。

如图10所示，50ms时刻发生单相接地故障，故障后50ms线路开关站侧断路器三相分闸(等同于柔直送端双极闭锁)，线路开关站侧断路器开断后，线路非故障相电压迅速升高，并触发过电压保护动作，随后线路电压逐渐衰减。

图11给出了相同工况下，若风机过电压保护动作延时为100ms时动线路开关站侧三相电压典型波形，线路开关站侧断路器开断后，线路非故障相电压迅速升高，过电压保护启动，延时100ms后动作，在100ms延时过程中，线路上存在持续的高达约1.6p.u.过电压，过电压保护动作后，线路电压逐渐衰减。

另外风电机组过电压保护动作定值越大，线路开关站侧甩负荷过电压越高；风电机组直流母线电压设置值越大，线路开关站侧甩负荷过电压越高。风电送出系统暂时过电压还与chopper电路(参数、保护定值及控制方法)、网侧变流器控制系统中参考值限幅等因素相关。

本发明还提出了一种用于抑制交直流暂时过电压的系统200，如图12所示，包括：

第一数据采集模块201，当确定风电场经柔直送出系统的柔直送端出现单极闭锁故障时，获取闭锁故障后风电场经柔直送出系统的系统第一参数数据；

调整模块202，对系统第一参数数据中的数据进行对比，满足预设条件时，调整风电场经柔直送出系统为有功无功控制方式有功无功控制方式或改变输出电压/频率至预设值；

控制模块203，获取第二系统参数数据，并检测第二系统参数数据是否超过设定值，当第二系统参数数据超过设定值时，改变有功功率参考值，使输出功率降低为原输出功率的二分之一；

改变有功功率参考值，使输出功率降低为原输出功率的二分之一，即是对交直流暂时过电压进行抑制。

第一参数数据，包括：故障前双极有功功率值、单极短时过负荷限值。

预设条件为故障前双极有功功率值大于单极短时过负荷限值。

第二系统参数数据，包括：风机机端电压的有效值和频率变化量。

双极闭锁故障抑制模块204，当确定风电场经柔直送出系统的柔直送端出现双极闭锁故障时，通过降低直流母线电压和电压参考值限幅、降低风机过电压保护定值并减小延时或调整chopper电路参数进行抑制交直流暂时过电压。

本发明充分利用了风电机组及柔直固有的控制灵活、响应速度快的能力及风电机组自身耗能装置，为工程应用提供技术支撑，并节约工程建设及运行成本。

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。本申请实施例中的方案可以采用各种计算机语言实现，例如，面向对象的程序设计语言Java和直译式脚本语言JavaScript等。

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。

尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (2)

1.一种用于抑制交直流暂时过电压的方法，所述方法包括：

当确定风电场经柔直送出系统的柔直送端出现单极闭锁故障时，获取闭锁故障后风电场经柔直送出系统的系统第一参数数据；

对系统第一参数数据中的数据进行对比，满足预设条件时，将柔直送端非故障极由Vf控制切换为PQ控制方式或输出电压频率至f_set；

获取第二系统参数数据，并检测第二系统参数数据是否超过设定值，当第二系统参数数据超过设定值时，改变有功功率参考值，使输出功率降低为原输出功率的二分之一；

具体为，当柔直侧发生单极闭锁故障且故障前双极有功功率Ptotal超过单极短时过负荷限值Plim_onepole时，柔直送端非故障极由Vf控制切换为PQ控制方式，持续时间ton，风机感受到控制方式转换过程引起的风机机端电压的有效值Vmax_abc、频率fV变化超过设定限值后，通过改变有功功率参考值使所述有功功率降低为原输出功率的二分之一；或

当柔直侧发生单极闭锁故障且当故障前双极有功功率Ptotal超过单极短时过负荷限值Plim_onepole时，柔直送端非故障极通过Vf控制改变输出电压频率至fset，持续时间ton，风机侧检测到电压频率变化超过设定限值后，通过改变有功功率参考值使所述有功功率降低为原输出功率的二分之一；

当确定风电场经柔直送出系统的柔直送端出现双极闭锁故障时，通过降低直流母线电压和电压参考值限幅、降低风机过电压保护定值并减小延时或调整chopper电路参数进行抑制交直流暂时过电压。

2.一种用于抑制交直流暂时过电压的系统，所述系统包括：

第一数据采集模块，当确定风电场经柔直送出系统的柔直送端出现单极闭锁故障时，获取闭锁故障后风电场经柔直送出系统的系统第一参数数据；

调整模块，对系统第一参数数据中的数据进行对比，满足预设条件时，将柔直送端非故障极由Vf控制切换为PQ控制方式或输出电压频率至f_set；

控制模块，获取第二系统参数数据，并检测第二系统参数数据是否超过设定值，当第二系统参数数据超过设定值时，改变有功功率参考值，使输出功率降低为原输出功率的二分之一；

具体为，当柔直侧发生单极闭锁故障且故障前双极有功功率P_total超过单极短时过负荷限值P_{lim_onepole}时，柔直送端非故障极由Vf控制切换为PQ控制方式，持续时间ton，风机感受到控制方式转换过程引起的风机机端电压的有效值V_{max_abc}、频率f_V变化超过设定限值后，通过改变有功功率参考值使所述有功功率降低为原输出有功功率的二分之一；或

当柔直侧发生单极闭锁故障且当故障前双极有功功率P_total超过单极短时过负荷限值P_{lim_onepole}时，柔直送端非故障极通过Vf控制改变输出电压频率至f_set，持续时间t_on，风机侧检测到电压频率变化超过设定限值后，通过改变有功功率参考值使所述有功功率降低为原输出有功功率的二分之一；

双极闭锁故障抑制模块，当确定风电场经柔直送出系统的柔直送端出现双极闭锁故障时，通过降低直流母线电压和电压参考值限幅、降低风机过电压保护定值并减小延时或调整chopper电路参数进行抑制交直流暂时过电压。

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