CN112332438A - 一种定分接开关档位的高压直流输电动态控制方法及系统 - Google Patents

一种定分接开关档位的高压直流输电动态控制方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种定分接开关档位的高压直流输电动态控制方法及系统，包括：基于直流系统对于换流阀控制角、整流侧触发角、逆变侧熄弧角的要求，分别确定换流变压器分接开关在整流侧和逆变侧的初始档位；保持分接开关的初始档位不变，基于下发的直流功率指令，进行直流功率的快速控制，得到整流侧触发角和逆变侧触发角指令；同时，基于滤波器投切策略表，匹配当前直流功率指令下的滤波器投切量，构成直流功率的慢速控制。本发明有益效果：本发明通过松弛直流系统的控制角约束，通过适度放宽控制角的工作范围，实现送受两端固定换流变分接开关档位的直流系统全功率调节；避免了分接开关的频繁动作，提高分接开关的使用寿命。

Description

一种定分接开关档位的高压直流输电动态控制方法及系统
技术领域
本发明涉及高压直流输电动态控制技术领域，尤其涉及一种定分接开关档位的高压直流输电动态控制方法及系统。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
目前，由特高压换流变分接开关引发的事故频发，分接开关的设备安全已经成为制约直流系统安全稳定运行的主要瓶颈。换流变分接开关是直流系统的关键组件，负责直流功率和直流电压的调节。
据统计，单个特高压直流输电工程分接开关的动作次数约为20万次/年。分接开关的频繁动作大幅降低了相应设备的使用寿命。因此，通过改进直流控制策略降低分接开关的动作频次，是保障直流系统安全可靠运行的重要手段。
主流的分接开关控制策略通常令换流阀的控制角运行在额定值下，在这种限制条件下，直流系统严重依赖分接开关实现功率和电压的调整。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出了一种定分接开关档位的高压直流输电动态控制方法及系统，通过松弛直流系统的控制角约束，适度放宽控制角的工作范围，实现送受两端固定换流变分接开关档位的直流系统全功率调节。
在一些实施方式中，采用如下技术方案：
一种定分接开关档位的高压直流输电动态控制方法，包括：
基于直流系统对于换流阀控制角、整流侧触发角、逆变侧熄弧角的要求，分别确定换流变压器分接开关在整流侧和逆变侧的初始档位；
保持分接开关的初始档位不变，基于下发的直流功率指令，进行直流功率的快速控制，得到整流侧触发角和逆变侧触发角指令；
同时，基于滤波器投切策略表，匹配当前直流功率指令下的滤波器投切量，构成直流功率的慢速控制。
在另一些实施方式中，采用如下技术方案：
一种定分接开关档位的高压直流输电动态控制系统，包括：
分接开关初始档位确定模块，用于基于直流系统对于换流阀控制角、整流侧触发角、逆变侧熄弧角的要求，分别确定换流变压器分接开关在整流侧和逆变侧的初始档位；
快速控制模块，用于保持分接开关的初始档位不变，基于下发的直流功率指令，进行直流功率的快速控制，得到整流侧触发角和逆变侧触发角指令；
慢速控制模块，用于基于滤波器投切策略表，匹配当前直流功率指令下的滤波器投切量，构成直流功率的慢速控制。
在另一些实施方式中，采用如下技术方案：
一种终端设备，其包括处理器和计算机可读存储介质，处理器用于实现各指令；计算机可读存储介质用于存储多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行上述的定分接开关档位的高压直流输电动态控制方法。
在另一些实施方式中，采用如下技术方案：
一种计算机可读存储介质，其中存储有多条指令，所述指令适于由终端设备的处理器加载并执行上述的定分接开关档位的高压直流输电动态控制方法。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明通过松弛直流系统的控制角约束，通过适度放宽控制角的工作范围，实现送受两端固定换流变分接开关档位的直流系统全功率调节；避免了分接开关的频繁动作，提高分接开关的使用寿命。
本发明的其他特征和附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本方面的实践了解到。
附图说明
图1是本发明实施例中定分接开关档位的高压直流输电动态控制过程示意图；
图2(a)-(b)分别是本发明实施例中不同控制策略下的整流侧和逆变侧换流站无功消耗对比；
图3是本发明实施例中两种控制策略在不同直流功率下的换相失败临界过渡电阻对比。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
实施例一
在一个或多个实施方式中，公开了一种定分接开关档位的高压直流输电动态控制方法，参照图1，具体包括如下过程：
(1)基于直流系统对于换流阀控制角、整流侧触发角、逆变侧熄弧角的要求，分别确定换流变压器分接开关在整流侧和逆变侧的初始档位；
具体地，对于固定的变比，换流变分接开关的初始档位直接决定了极端情况下的换流阀控制角。为了保障换流阀的可靠触发或者关断，控制角应不小于某个最小值；为了避免过大的无功消耗并减小阀应力，控制角也不应无限制的增大。考虑到控制角不能取得过大，显然分接开关的档位应当取得尽量小，但是必须在满发时满足最小控制角要求。
直流系统在稳态运行时为了保证整流侧可靠触发，对于50Hz系统要求实际触发角α在动态过程中不小于5°，对于正常的稳态运行还需要额外留出一定的裕度，使触发角不小于αmin，同理，为了保证逆变侧可靠触发，熄弧角也会留出裕度，使熄弧角不小于γmin。
假设直流电流范围为[Idmin,Idmax]，则将最小触发角αmin、最小熄弧角γmin、最大直流电流Idmax带入下述方程，分别求解得到换流变整流侧和逆变侧变比Kr和Ki，分别作为换流变整流侧和逆变侧分接开关的初始档位。
Figure BDA0002763049050000041
Figure BDA0002763049050000042
其中，Udr为整流侧直流电压，Udi为逆变侧直流电压，ULr为整流侧换流母线电压，ULi为逆变侧换流母线电压，Rcr为整流侧等效换相电阻，Rci为逆变侧等效换相电阻。
(2)保持分接开关的初始档位不变，基于下发的直流功率指令，进行直流功率的快速控制，得到整流侧触发角和逆变侧触发角；
具体地，当下发直流功率指令Pd后，直流系统的动态控制首先启动，构成直流功率的快速控制。其中，整流侧采用定功率控制，逆变侧采用定直流电压Ud控制。
(3)同时，基于滤波器投切策略表，匹配当前直流功率指令下的滤波器投切量，构成直流功率的慢速控制。
滤波器的投切将驱动快速控制再次动作，最终使直流系统到达直流功率Pd对应的新的运行工况。
为了维持换流母线的交流电压，直流控制系统需要通过投切站内滤波器实现换流站的无功控制。一般情况下，直流系统应使换流母线处的无功交换为0(一般规定小于一组滤波器容量)。其策略表整定方法如下：
整流侧功率因数可以近似表达为：
Figure BDA0002763049050000051
同理，逆变侧功率因数可以近似表达为：
Figure BDA0002763049050000052
根据功率因数角可推算此时换流站消耗的无功功率，如公式(5)、(6)所示。
Qdr＝Pdrtanφr(5)
Qdi＝Pditanφi(6)
其中，Qdr、Qdi分别为整流侧和逆变侧换流站消耗的无功功率，φr、φi分别为整流侧和逆变侧功率因数角，Pdr、Pdi分别为整流侧和逆变侧的有功功率。
本实施例中，以CIGRE标准直流模型为例，计算验证固定换流变分接开关档位的直流系统功率调节能力及其影响。在本文中，令换流变变压器的工作档位为19档，每个档位为1.25％，其中第12档为额定变比，分接开关的电压调节范围为-8.75％-13.75％。
为保证直流系统的可靠触发或关断，令整流侧触发角αmin＝17°，逆变侧熄弧角γmin＝17°，结合该系统满发直流功率Idmax＝1000MW。代入公式(1)、(2)计算可得：整流侧选择第7档，工作变比为1.0625；逆变侧选择第7档，工作变比同样为1.0625。
以测试系统为例，将直流功率指令代入式(5)、(6)，计算直流功率从100MW到1000MW下的无功功率消耗，如图2(a)、图2(b)中的实线所示；此外，再基于传统额定角度的功率控制方法(以下简称为原控制)，依次计算从100MW到1000MW下的无功功率消耗，如图2(a)、图2(b)中的点划线所示。
以逆变侧换流母线单相接地故障引发换相失败的临界过渡电阻Rc量化表征不同直流功率下两种控制策略抵御换相失败的能力。该故障发生于1.5s，持续0.05s后切除。通过本发明所述方法与传统控制方法的电磁暂态仿真结果比较固定换流变分接开关档位和传统定熄弧角控制的直流系统抵御换相失败的能力。
图3对比展示了两种控制策略在不同直流功率下的换相失败临界过渡电阻。固定换流变分接开关档位后，随着直流功率下降，逆变侧熄弧角增大，换相失败的临界过渡电阻显著降低。电磁暂态仿真的结果表明，固定换流变分接开关的直流功率控制策略有利于抑制大多数功率指令下的直流换相失败。
实施例二
在一个或多个实施方式中，公开了一种定分接开关档位的高压直流输电动态控制系统，包括：
分接开关初始档位确定模块，用于基于直流系统对于换流阀控制角、整流侧触发角、逆变侧熄弧角的要求，分别确定换流变压器分接开关在整流侧和逆变侧的初始档位；
快速控制模块，用于保持分接开关的初始档位不变，基于下发的直流功率指令，进行直流功率的快速控制，得到整流侧触发角和逆变侧触发角；
慢速控制模块，用于基于滤波器投切策略表，匹配当前直流功率指令下的滤波器投切量，构成直流功率的慢速控制。
需要说明的是，上述各模块的具体实现方式采用实施例一中公开的方法实现，不再赘述。
实施例三
在一个或多个实施方式中，公开了一种终端设备，包括服务器，所述服务器包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现实施例一中的定分接开关档位的高压直流输电动态控制方法。为了简洁，在此不再赘述。
应理解，本实施例中，处理器可以是中央处理单元CPU，处理器还可以是其他通用处理器、数字信号处理器DSP、专用集成电路ASIC，现成可编程门阵列FPGA或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
存储器可以包括只读存储器和随机存取存储器，并向处理器提供指令和数据、存储器的一部分还可以包括非易失性随机存储器。例如，存储器还可以存储设备类型的信息。
在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。
实施例一中的定分接开关档位的高压直流输电动态控制方法可以直接体现为硬件处理器执行完成，或者用处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器、闪存、只读存储器、可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器，处理器读取存储器中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。为避免重复，这里不再详细描述。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本实施例描述的各示例的单元即算法步骤，能够以电子硬件或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。
实施例四
在一个或多个实施方式中，公开了一种计算机可读存储介质，其中存储有多条指令，所述指令适于由终端设备的处理器加载并实施例一中所述的定分接开关档位的高压直流输电动态控制方法。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种定分接开关档位的高压直流输电动态控制方法，其特征在于，包括：
基于直流系统对于换流阀控制角、整流侧触发角、逆变侧熄弧角的要求，分别确定换流变压器分接开关在整流侧和逆变侧的初始档位；
保持分接开关的初始档位不变，基于下发的直流功率指令，进行直流功率的快速控制，得到整流侧触发角和逆变侧触发角指令；
同时，基于滤波器投切策略表，匹配当前直流功率指令下的滤波器投切量，构成直流功率的慢速控制。
2.如权利要求1所述的一种定分接开关档位的高压直流输电动态控制方法，其特征在于，还包括：所述滤波器投切量将驱动快速控制再次动作，最终使直流系统到达直流功率指令对应的新的运行工况。
3.如权利要求1所述的一种定分接开关档位的高压直流输电动态控制方法，其特征在于，换流变压器分接开关在整流侧的初始档位具体为：
Figure FDA0002763049040000011
其中，Kr为换流变压器分接开关在整流侧的变比，Udr为整流侧直流电压，ULr为整流侧换流母线电压，Rcr为整流侧等效换相电阻，Idmax为最大直流电流，αmin为最小触发角。
4.如权利要求1所述的一种定分接开关档位的高压直流输电动态控制方法，其特征在于，换流变压器分接开关在逆变侧的初始档位具体为：
Figure FDA0002763049040000012
其中，Ki为换流变压器分接开关在逆变侧的变比，Udi为逆变侧直流电压，ULi为逆变侧换流母线电压，Rci为逆变侧等效换相电阻，Idmax为最大直流电流，γmin表示最小熄弧角。
5.如权利要求1所述的一种定分接开关档位的高压直流输电动态控制方法，其特征在于，基于下发的直流功率指令，进行直流功率的快速控制，具体包括：整流侧采用定功率控制，逆变侧采用定直流电压控制。
6.如权利要求1所述的一种定分接开关档位的高压直流输电动态控制方法，其特征在于，所述滤波器投切策略表表征功率因数角与换流站消耗的无功功率之间的匹配关系。
7.如权利要求1所述的一种定分接开关档位的高压直流输电动态控制方法，其特征在于，所述滤波器投切策略表具体为：
Qdr＝Pdrtanφr
Qdi＝Pditanφi
其中，Qdr、Qdi分别为整流侧和逆变侧换流站消耗的无功功率，φr、φi分别为整流侧和逆变侧功率因数角，Pdr、Pdi分别为整流侧和逆变侧的有功功率。
8.一种定分接开关档位的高压直流输电动态控制系统，其特征在于，包括：
分接开关初始档位确定模块，用于基于直流系统对于换流阀控制角、整流侧触发角、逆变侧熄弧角的要求，分别确定换流变压器分接开关在整流侧和逆变侧的初始档位；
快速控制模块，用于保持分接开关的初始档位不变，基于下发的直流功率指令，进行直流功率的快速控制，得到整流侧触发角和逆变侧触发角指令；
慢速控制模块，用于基于滤波器投切策略表，匹配当前直流功率指令下的滤波器投切量，构成直流功率的慢速控制。
9.一种终端设备，其包括处理器和计算机可读存储介质，处理器用于实现各指令；计算机可读存储介质用于存储多条指令，其特征在于，所述指令适于由处理器加载并执行权利要求1-7任一项所述的定分接开关档位的高压直流输电动态控制方法。
10.一种计算机可读存储介质，其中存储有多条指令，其特征在于，所述指令适于由终端设备的处理器加载并执行权利要求1-7任一项所述的定分接开关档位的高压直流输电动态控制方法。
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