CN112018800B - 一种调整柔性直流控制方式的方法和系统 - Google Patents

一种调整柔性直流控制方式的方法和系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种考虑发电机涉网保护的调整柔性直流控制方式的方法和系统。所述方法和系统通过监测柔性直流换流站近区关键发电机组的电流水平，并将和柔性直流换流站位于相同分区的关键发电机的励磁电流与发电机额定励磁电流进行比较，判断所述关键发电机是否过励磁，当所述关键发电机过励磁时，发送过励磁信号至柔性直流换流站，使柔性直流换流站切换控制方式至定交流电压控制，所述方法和系统通过监测柔性直流近区关键发电机励磁电流水平来快速调整柔性直流换流站自身的控制方式以缓解发电机过励磁现象，有效避免了发电机涉网保护动作带来的电压稳定问题，充分保证了基于柔性直流互联的城市分区电网的安全稳定运行。

Description

一种调整柔性直流控制方式的方法和系统
技术领域
本发明涉及电力领域,并且更具体地，涉及一种考虑发电机涉网保护的调整柔性直流控制方式的方法和系统。
背景技术
正常情况下的城市分区电网供电渠道包括主变和本区发电机组，而基于柔性直流互联的城市分区电网则是在原有主变和本区发电机组的基础上新增了柔性直流通道，因此输电能力和稳定水平增多得到了显著提升。但是，城市电网负荷密集且重要程度高，需要防范严重故障下发电机过励限制、过负荷保护等涉网保护误动、抢动带来的电压稳定问题。
因此，需要结合柔性直流灵活的功率控制、快速调节能力，提出一种考虑发电机涉网保护的柔性直流控制方式调整方法就成为一个亟待解决的技术问题。
发明内容
为了解决现有技术中基于柔性直流的城市分区电网在严重故障下因涉网保护误动、抢动造成电压不稳定的技术问题，本发明提供一种考虑发电机涉网保护的调整柔性直流控制方式的方法，所述方法包括：
基于柔性直流互联的城市分区电网拓扑结构，确定柔性直流换流站的近区关键发电机组；
采集分区关键发电机组的发电机励磁电流，其中，所述分区关键发电机组是所述近区关键发电机组中与柔性直流换流站位于相同分区的关键发电机组；
将所述发电机励磁电流值与发电机励磁电流额定值进行比较，当所述发电机励磁电流值大于发电机励磁电流额定值时，生成所述分区关键发电机组过励磁信号；
将所述分区关键发电机组过励磁信号传输至和所述分区关键发电机组位于电网相同分区的柔性直流换流站；
所述柔性直流换流站根据接收的过励磁信号将站级运行方式由定无功功率方式切换至定交流电压方式。
进一步地，所述基于柔性直流互联的城市分区电网拓扑结构，确定柔性直流换流站近区的关键发电机组包括：
对城市分区电网进行严重故障扫描，其中，所述严重故障包括N-1、N-2故障及开关拒动、变电站全停；
将严重故障后出现发电机过励磁的机组进行记录，确定故障后出现过励磁运行的机组集合；
筛选所述机组集合中出现次数多、机组容量大发电机组的作为关键发电机组。
进一步地，采集分区关键发电机组的励磁电流值是指从发电机组实时监控信息中获取实时的分区发电机励磁电流值。
进一步地，将所述分区关键发电机组过励磁信号传输至和所述关键发电机组位于电网相同分区柔性直流换流站是指将所述关键发电机组过励磁信号传输至和所述关键发电机组位于电网同一220KV分区的柔性直流换流站。
进一步地，所述柔性直流换流站根据接收的过励磁信号将站级运行方式由定无功功率方式切换至定交流电压方式是指所述柔性直流换流站接收过励磁信号后，在第8s时切换柔性直流控制方式至定交流电压控制。
根据本发明的另一方面，本发明提供一种考虑发电机涉网保护的调整柔性直流控制方式的系统，所述系统包括：
关键机组单元，其用于基于柔性直流互联的城市分区电网拓扑结构，确定柔性直流换流站的近区关键发电机组；
数据采集单元，其用于采集分区关键发电机组的发电机励磁电流，其中，所述分区关键发电机组是所述近区关键发电机组中与柔性直流换流站位于相同分区的关键发电机组；
数据处理单元，其用于将所述发电机励磁电流值与发电机励磁电流额定值进行比较，当所述发电机励磁电流值大于发电机励磁电流额定值时，生成所述分区关键发电机组过励磁信号；
信号传输单元，其用于将所述分区关键发电机组过励磁信号传输至和所述分区关键发电机组位于电网相同分区的柔性直流换流站；
状态切换单元，其用于所述柔性直流换流站根据接收的过励磁信号将站级运行方式由定无功功率方式切换至定交流电压方式。
进一步地，所述关键机组单元基于柔性直流互联的城市分区电网拓扑结构，确定柔性直流换流站近区的关键发电机组包括：
对城市分区电网进行严重故障扫描，其中，所述严重故障包括N-1、N-2故障及开关拒动、变电站全停；
将严重故障后出现发电机过励磁的机组进行记录，确定故障后出现过励磁运行的机组集合；
筛选所述机组集合中出现次数多、机组容量大发电机组的作为关键发电机组。
进一步地，所述数据采集单元采集分区关键发电机组的励磁电流值是指从发电机组实时监控信息中获取实时的分区发电机励磁电流值。
进一步地，所述信号传输单元将所述分区关键发电机组过励磁信号传输至和所述关键发电机组位于电网相同分区柔性直流换流站是指将所述关键发电机组过励磁信号传输至和所述关键发电机组位于电网同一220KV分区的柔性直流换流站。
进一步地，所述状态切换单元用于柔性直流换流站根据接收的过励磁信号将站级运行方式由定无功功率方式切换至定交流电压方式是指所述柔性直流换流站接收过励磁信号后，在第8s时切换柔性直流控制方式至定交流电压控制。
本发明技术方案提供的考虑发电机涉网保护的调整柔性直流控制方式的方法和系统通过监测柔性直流换流站近区关键发电机组的电流水平，并将和柔性直流换流站位于相同分区的关键发电机的励磁电流与发电机额定励磁电流进行比较，判断所述关键发电机是否过励磁，当所述关键发电机过励磁时，发送过励磁信号至柔性直流换流站，使柔性直流换流站切换控制方式至定交流电压控制，所述方法和系统通过监测柔性直流近区关键发电机励磁电流水平来快速调整柔性直流换流站自身的控制方式以缓解发电机过励磁现象，有效避免了发电机涉网保护动作带来的电压稳定问题，充分保证了基于柔性直流互联的城市分区电网的安全稳定运行。
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为根据本发明优选实施方式的考虑发电机涉网保护的调整柔性直流控制方式的方法的流程图；
图2为根据本发明优选实施方式的基于柔性直流互联的城市分区电网采用柔性直流控制方式调节后的发电机励磁电流曲线；
图3为根据本发明优选实施方式的基于柔性直流互联的城市分区电网的电功功率-电压曲线；
图4为根据本发明优选实施方式的考虑发电机涉网保护的调整柔性直流控制方式的系统的结构示意图。
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为根据本发明优选实施方式的考虑发电机涉网保护的调整柔性直流控制方式的方法的流程图。如图1所示，本优选实施方式所述的考虑发电机涉网保护的调整柔性直流控制方式的方法100从步骤101开始。
在步骤101，基于柔性直流互联的城市分区电网拓扑结构，确定柔性直流换流站的近区关键发电机组。
在步骤102，采集分区关键发电机组的发电机励磁电流，其中，所述分区关键发电机组是所述近区关键发电机组中与柔性直流换流站位于相同分区的关键发电机组。利用电网已有的广域检测系统可实时采集发电机励磁电流。
在步骤103，将所述发电机励磁电流值与发电机励磁电流额定值进行比较，当所述发电机励磁电流值大于发电机励磁电流额定值时，生成所述分区关键发电机组过励磁信号。利用电网已有的能量管理系统，可对发电机励磁电流进行数据分析，并将数据分析后的处理结果通过通信网络传输至和所述分区关键发电机组位于电网相同分区的柔性直流换流站。
在步骤104，将所述分区关键发电机组过励磁信号传输至和所述分区关键发电机组位于电网相同分区的柔性直流换流站。
在步骤105，所述柔性直流换流站根据接收的过励磁信号将站级运行方式由定无功功率方式切换至定交流电压方式。
优选地，所述基于柔性直流互联的城市分区电网拓扑结构，确定柔性直流换流站近区的关键发电机组包括：
对城市分区电网进行严重故障扫描，其中，所述严重故障包括N-1、N-2故障及开关拒动、变电站全停；
将严重故障后出现发电机过励磁的机组进行记录，确定故障后出现过励磁运行的机组集合；
筛选所述机组集合中出现次数多、机组容量大发电机组的作为关键发电机组。
实践中，关键发电机组数量不一定只有一个，主要依据柔性直流近区交流电网电源、网架结构确定，一般来说，发电机组容量越大，电压调节灵敏度越高，越可能成为关键机组，确定关键机组可由实际情况计算确定，也可依经验确定。
优选地，采集分区关键发电机组的励磁电流值是指从发电机组实时监控信息中获取实时的分区发电机励磁电流值。
优选地，将所述分区关键发电机组过励磁信号传输至和所述关键发电机组位于电网相同分区柔性直流换流站是指将所述关键发电机组过励磁信号传输至和所述关键发电机组位于电网同一220KV分区的柔性直流换流站。
优选地，所述柔性直流换流站根据接收的过励磁信号将站级运行方式由定无功功率方式切换至定交流电压方式是指所述柔性直流换流站接收过励磁信号后，在第8s时切换柔性直流控制方式至定交流电压控制。对于接入城市电网220KV电压分区的柔性直流换流站，所述将站级运行方式由定无功功率方式切换至定交流电压方式即为切换至220KV交流电压。当柔性直流换流站监测到发电机过励磁后，考虑到一定延时可防止柔性直流控制方式频繁切换对电网稳定性带来的不良影响，而且国家标准对发电机过励磁运行的要求为2倍过励磁安全运行10s，因此确定8s延时作为推荐值，应用时可根据实际电网中发电机控制保护装置实际配置进行修正。
图2为根据本发明优选实施方式的基于柔性直流互联的城市分区电网采用柔性直流控制方式调节后的发电机励磁电流曲线。如图2所示，采用PSD-FDS全过程仿真程序分析经柔性直流分区互联的北京电网昌平-海淀三相短路单相开关拒动故障，配置柔性直流后受端换流站初始方式下采用定无功功率控制，故障后西直#1变电站220kV母线电压长时间低于0.6p.u.，区内主力发电机组励磁电流长时间超过额定值。监测到励磁电流超标后，在第8s时切换柔性直流控制方式至定交流电压控制。此时柔性直流换流站向交流系统增发无功功率，优化母线电压恢复状况，发电机励磁电流水平相应降低至额定值以下。
图3为根据本发明优选实施方式的基于柔性直流互联的城市分区电网的电功功率-电压曲线。对于图2所示变化过程，选取柔性直流接入点电压V作为纵轴，分区无功负荷量Q作为横轴，在有功-无功负荷等比例增长条件下，绘制柔性直流控制方式调整前后的分区Q-V曲线。如图3所示，柔性直流无功控制方式的调整将使得其对应的Q-V曲线发生迁移。将柔性直流控制方式由定无功功率控制调整为定交流电压控制后，系统运行QV曲线由柔直调整功率前曲线迁移至柔直调整功率后曲线，即对应同样的区域无功负荷消耗，由于柔性直流提供了额外的无功功率支撑，系统电压水平更高。以定无功功率QV曲线上运行点A为例分析，切换柔性直流控制方式后，运行点迁移至定交流电压QV曲线B，柔性直流接入点近区电压水平得到提升，分区内发电机机端电压相应得到提高，励磁电流水平得到降低。同时，由于柔性直流提供的动态电压无功支撑，分区系统极限运行功率也有明显提高。
图4为根据本发明优选实施方式的考虑发电机涉网保护的调整柔性直流控制方式的系统的结构示意图。如图4所示，本优选实施方式所述的考虑发电机涉网保护的调整柔性直流控制方式的系统400包括：
关键机组单元401，其用于基于柔性直流互联的城市分区电网拓扑结构，确定柔性直流换流站的近区关键发电机组；
数据采集单元402，其用于采集分区关键发电机组的发电机励磁电流，其中，所述分区关键发电机组是所述近区关键发电机组中与柔性直流换流站位于相同分区的关键发电机组；
数据处理单元403，其用于将所述发电机励磁电流值与发电机励磁电流额定值进行比较，当所述发电机励磁电流值大于发电机励磁电流额定值时，生成所述分区关键发电机组过励磁信号；
信号传输单元404，其用于将所述分区关键发电机组过励磁信号传输至和所述分区关键发电机组位于电网相同分区的柔性直流换流站；
状态切换单元405，其用于所述柔性直流换流站根据接收的过励磁信号将站级运行方式由定无功功率方式切换至定交流电压方式。
优选地，所述关键机组单元401基于柔性直流互联的城市分区电网拓扑结构，确定柔性直流换流站近区的关键发电机组包括：
对城市分区电网进行严重故障扫描，其中，所述严重故障包括N-1、N-2故障及开关拒动、变电站全停；
将严重故障后出现发电机过励磁的机组进行记录，确定故障后出现过励磁运行的机组集合；
筛选所述机组集合中出现次数多、机组容量大发电机组的作为关键发电机组。
优选地，所述数据采集单元402采集分区关键发电机组的励磁电流值是指从发电机组实时监控信息中获取实时的分区发电机励磁电流值。
优选地，所述信号传输单元404将所述分区关键发电机组过励磁信号传输至和所述关键发电机组位于电网相同分区柔性直流换流站是指将所述关键发电机组过励磁信号传输至和所述关键发电机组位于电网同一220KV分区的柔性直流换流站。
优选地，所述状态切换单元405用于柔性直流换流站根据接收的过励磁信号将站级运行方式由定无功功率方式切换至定交流电压方式是指所述柔性直流换流站接收过励磁信号后，在第8s时切换柔性直流控制方式至定交流电压控制。
本发明所述考虑发电机涉网保护的调整柔性直流控制方式的系统对调整城市分区电网中的柔性直流换流站控制方式的方法与本发明所述考虑发电机涉网保护的调整柔性直流控制方式的方法采取的步骤相同，并且达到的技术效果也相同，此处不再赘述。
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)

1.一种考虑发电机涉网保护的调整柔性直流控制方式的方法，其特征在于，所述方法包括：
基于柔性直流互联的城市分区电网拓扑结构，确定柔性直流换流站的近区关键发电机组；
采集分区关键发电机组的发电机励磁电流，其中，所述分区关键发电机组是所述近区关键发电机组中与柔性直流换流站位于相同分区的关键发电机组；
将所述发电机励磁电流与发电机励磁电流额定值进行比较，当所述发电机励磁电流大于发电机励磁电流额定值时，生成所述分区关键发电机组过励磁信号；
将所述分区关键发电机组过励磁信号传输至和所述分区关键发电机组位于电网相同分区的柔性直流换流站；
所述柔性直流换流站根据接收的过励磁信号将站级运行方式由定无功功率方式切换至定交流电压方式。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于柔性直流互联的城市分区电网拓扑结构，确定柔性直流换流站近区的关键发电机组包括：
对城市分区电网进行严重故障扫描，其中，所述严重故障包括N-1、N-2故障及开关拒动、变电站全停；
将严重故障后出现发电机过励磁的机组进行记录，确定故障后出现过励磁运行的机组集合；
筛选所述机组集合中出现次数多、机组容量大的发电机组作为关键发电机组。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，采集分区关键发电机组的励磁电流值是指从发电机组实时监控信息中获取实时的分区发电机励磁电流值。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述分区关键发电机组过励磁信号传输至和所述关键发电机组位于电网相同分区柔性直流换流站是指将所述关键发电机组过励磁信号传输至和所述关键发电机组位于电网同一220KV分区的柔性直流换流站。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述柔性直流换流站根据接收的过励磁信号将站级运行方式由定无功功率方式切换至定交流电压方式是指所述柔性直流换流站接收过励磁信号后，在第8s时切换柔性直流控制方式至定交流电压控制。
6.一种考虑发电机涉网保护的调整柔性直流控制方式的系统，其特征在于，所述系统包括：
关键机组单元，其用于基于柔性直流互联的城市分区电网拓扑结构，确定柔性直流换流站的近区关键发电机组；
数据采集单元，其用于采集分区关键发电机组的发电机励磁电流，其中，所述分区关键发电机组是所述近区关键发电机组中与柔性直流换流站位于相同分区的关键发电机组；
数据处理单元，其用于将所述发电机励磁电流与发电机励磁电流额定值进行比较，当所述发电机励磁电流大于发电机励磁电流额定值时，生成所述分区关键发电机组过励磁信号；
信号传输单元，其用于将所述分区关键发电机组过励磁信号传输至和所述分区关键发电机组位于电网相同分区的柔性直流换流站；
状态切换单元，其用于所述柔性直流换流站根据接收的过励磁信号将站级运行方式由定无功功率方式切换至定交流电压方式。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述关键机组单元基于柔性直流互联的城市分区电网拓扑结构，确定柔性直流换流站近区的关键发电机组包括：
对城市分区电网进行严重故障扫描，其中，所述严重故障包括N-1、N-2故障及开关拒动、变电站全停；
将严重故障后出现发电机过励磁的机组进行记录，确定故障后出现过励磁运行的机组集合；
筛选所述机组集合中出现次数多、机组容量大的发电机组作为关键发电机组。
8.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述数据采集单元采集分区关键发电机组的励磁电流值是指从发电机组实时监控信息中获取实时的分区发电机励磁电流值。
9.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述信号传输单元将所述分区关键发电机组过励磁信号传输至和所述关键发电机组位于电网相同分区柔性直流换流站是指将所述关键发电机组过励磁信号传输至和所述关键发电机组位于电网同一220KV分区的柔性直流换流站。
10.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述状态切换单元用于柔性直流换流站根据接收的过励磁信号将站级运行方式由定无功功率方式切换至定交流电压方式是指所述柔性直流换流站接收过励磁信号后，在第8s时切换柔性直流控制方式至定交流电压控制。
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EP2722955A2 (en) * 2012-10-18 2014-04-23 Regal Beloit America, Inc. Voltage regulator and methods for simulating reactive power in parallel power generation systems
CN105591392A (zh) * 2016-01-26 2016-05-18 沈阳工业大学 提高风电场经济运行的风机无功优化方法

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