CN112366666A - 一种用于对柔性直流近区单相短路电流进行抑制的方法及系统 - Google Patents

一种用于对柔性直流近区单相短路电流进行抑制的方法及系统 Download PDF

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唐晓骏
马世英
吉平
吕思卓
谢岩
李晓珺
李媛媛
陈萌
李晶
罗红梅
李立新
张恺
陈怡君
张鑫
陈湘
高雯曼
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Abstract

本发明公开了一种用于对柔性直流近区单相短路电流进行抑制的方法及系统，其中方法包括：建立柔性直流换流站近区电磁暂态仿真数据模型；设置柔性直流输电系统站级的控制方式；基于所述电磁暂态仿真数据模型，获取柔性直流换流站近区母线单相短路电流；判断柔性直流换流站母线单相短路电流是否需要控制；当柔性直流换流站母线单相短路电流需要控制时，调整柔性直流换流站正序电流限幅定值，判断调整后的柔性直流换流站母线单相短路电流是否需要控制；当调整后的柔性直流换流站母线单相短路电流需要控制时，对柔性直流换流变站点或超标站点的接地支路配置故障电流限制器，抑制柔性直流换流站近区单相短路电流。

Description

一种用于对柔性直流近区单相短路电流进行抑制的方法及 系统
技术领域
本发明涉及电力系统技术领域，更具体地，涉及一种用于对柔性直流近区单相短路电流进行抑制的方法及系统。
背景技术
在电力系统运行中，单相短路故障是最常见的故障之一，其产生的不对称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，直流系统特别是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。
因此，需要一种技术，以实现对柔性直流近区单相短路电流进行抑制。
发明内容
本发明技术方案提供一种用于对柔性直流近区单相短路电流进行抑制的方法及系统，以解决如何对柔性直流近区单相短路电流进行抑制的问题。
为了解决上述问题，本发明提供了一种用于对柔性直流近区单相短路电流进行抑制的方法，所述方法包括：
建立柔性直流换流站近区电磁暂态仿真数据模型；
设置柔性直流输电系统站级的控制方式；
基于所述电磁暂态仿真数据模型，获取柔性直流换流站近区母线单相短路电流；判断柔性直流换流站母线单相短路电流是否需要控制；
当柔性直流换流站母线单相短路电流需要控制时，调整柔性直流换流站正序电流限幅定值，判断调整后的柔性直流换流站母线单相短路电流是否需要控制；
当调整后的柔性直流换流站母线单相短路电流需要控制时，对柔性直流换流变站点或超标站点的接地支路配置故障电流限制器，抑制柔性直流换流站近区单相短路电流。
优选地，所述设置柔性直流输电系统站级的控制方式为送端或受端；
其中送端为确定直流电压，确定无功功率；
受端为确定有功功率，确定无功功率或确定交流电压。
优选地，所述当柔性直流换流站母线单相短路电流需要控制时，调整柔性直流换流站正序电流限幅定值，包括：
所述当柔性直流换流站母线单相短路电流需要控制时，按预设的倍数调整柔性直流换流站正序电流限幅定值。
基于本发明的另一方面，本发明提供一种用于对柔性直流近区单相短路电流进行抑制的系统，所述系统包括：
初始单元，用于建立柔性直流换流站近区电磁暂态仿真数据模型；
设置单元，用于设置柔性直流输电系统站级的控制方式；
获取单元，用于基于所述电磁暂态仿真数据模型，获取柔性直流换流站近区母线单相短路电流；
第一判断单元，用于判断柔性直流换流站母线单相短路电流是否需要控制；当柔性直流换流站母线单相短路电流需要控制时，调整柔性直流换流站正序电流限幅定值；
第二判断单元，用于判断调整后的柔性直流换流站母线单相短路电流是否需要控制；当调整后的柔性直流换流站母线单相短路电流需要控制时，对柔性直流换流变站点或超标站点的接地支路配置故障电流限制器，抑制柔性直流换流站近区单相短路电流。
优选地，所述设置单元，用于设置柔性直流输电系统站级的控制方式为送端或受端；
其中送端为确定直流电压，确定无功功率；
受端为确定有功功率，确定无功功率或确定交流电压。
优选地，所述第一判断单元用于当柔性直流换流站母线单相短路电流需要控制时，调整柔性直流换流站正序电流限幅定值，包括：
所述当柔性直流换流站母线单相短路电流需要控制时，按预设的倍数调整柔性直流换流站正序电流限幅定值。
本发明技术方案提供一种用于对柔性直流近区单相短路电流进行抑制的方法及系统，其中方法包括：建立柔性直流换流站近区电磁暂态仿真数据模型；设置柔性直流输电系统站级的控制方式；基于电磁暂态仿真数据模型，获取柔性直流换流站近区母线单相短路电流；判断柔性直流换流站母线单相短路电流是否需要控制；当柔性直流换流站母线单相短路电流需要控制时，调整柔性直流换流站正序电流限幅定值，判断调整后的柔性直流换流站母线单相短路电流是否需要控制；当调整后的柔性直流换流站母线单相短路电流需要控制时，对柔性直流换流变站点或超标站点的接地支路配置故障电流限制器，抑制柔性直流换流站近区单相短路电流。由于从运行现场反馈来看，柔性直流近区单相短路电流超标问题较之三相更为突出，本发明技术方案结合工程实际，考虑柔性直流控制保护逻辑对短路电流影响机理，提出抑制柔直向交流系统提供单相短路电流方法，对确保系统安全稳定，具有重要意义。
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一种用于对柔性直流近区单相短路电流进行抑制的方法流程图；
图2为根据本发明优选实施方式的一种用于对柔性直流近区单相短路电流进行抑制的方法流程图；
图3为根据本发明优选实施方式的柔性直流近区网架结构示意图；以及
图4为根据本发明优选实施方式的一种用于对柔性直流近区单相短路电流进行抑制的系统结构图。
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。
图1为根据本发明优选实施方式的一种用于对柔性直流近区单相短路电流进行抑制的方法流程图。单相故障期间柔性直流近区短路电流水平同柔性直流输出电流分量、三序网络阻抗参数、故障类型序网结构密切相关，单相短路电流同柔直容量、限幅倍数、换流变结构、交流网络三序参数相关。已有研究表明，柔性直流输出正序电流与交流系统短路电流分量存在一定相位关系，并不能简单幅值相加，且短路点短路电流同柔性直流系统换流变零序参数关系密切。本发明针对故障距离换流站电气距离较近，故障期间换流站未退出情况，结合柔性直流正序限幅策略和柔直近区单相短路电流计算方法和理论，以及柔性直流接入系统后对交流单相短路电流助增关键影响因素，提出一种基于故障电流限制器的柔性直流近区单相短路电流抑制方法。本发明提出的柔性直流单相短路电流抑制方法，能够在明确柔直提供单相短路电流机理基础上，通过在换流变或单相短路电流超标站点中性点接地支路配置故障电流限制器，故障期间增大零序支路电抗，达到抑制换流站近区单相短路电流水平的目的。
如图1所示，本发明提供一种用于对柔性直流近区单相短路电流进行抑制的方法，方法包括：
步骤101：建立柔性直流换流站近区电磁暂态仿真数据模型；
步骤102：设置柔性直流输电系统站级的控制方式；优选地，设置柔性直流输电系统站级的控制方式为送端或受端；其中送端为确定直流电压，确定无功功率；受端为确定有功功率，确定无功功率或确定交流电压。
步骤103：基于电磁暂态仿真数据模型，获取柔性直流换流站近区母线单相短路电流；判断柔性直流换流站母线单相短路电流是否需要控制；
步骤104：当柔性直流换流站母线单相短路电流需要控制时，调整柔性直流换流站正序电流限幅定值，判断调整后的柔性直流换流站母线单相短路电流是否需要控制；优选地，当柔性直流换流站母线单相短路电流需要控制时，调整柔性直流换流站正序电流限幅定值，包括：当柔性直流换流站母线单相短路电流需要控制时，按预设的倍数调整柔性直流换流站正序电流限幅定值。
步骤105：当调整后的柔性直流换流站母线单相短路电流需要控制时，对柔性直流换流变站点或超标站点的接地支路配置故障电流限制器，抑制柔性直流换流站近区单相短路电流。
本发明能够通过在换流变或单相短路电流超标站点中性点接地支路配置故障电流限制器，故障期间增大零序支路电抗，达到抑制换流站近区单相短路电流水平的目的。
如图2所示，本发明提出的一种基于故障电流限制器的柔性直流近区单相短路电流抑制方法，步骤如下：
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：设置柔直输电系统站级控制方式，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(+50MVar)或定交流电压)；
步骤3：判断近区站点母线单相短路电流Ik是否需要控制，超标转步骤4；
步骤4：调整VSC换流站正序电流限幅定值，并判断调整后近区站点母线短路电流Ik是否需要控制，超标转步骤5，否则转步骤6；
步骤5：在柔性直流换流变接地支路配置故障电流限制器；
步骤6：方法结束。
本发明通过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适用性。柔性直流近区网架结构如图3所示，其中500KV节点南桥站为柔性直流受端。控制方式及定值如下：
柔直运行方式：定有功/无功功率。
柔直运行工况：双极(P＝3000MW；Q＝50MVar)。
本发明实施方式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。通过时域仿真，分析换流站近区节点母线单相短路电流水平。
本发明通过仿真分析可得，上海电网500KV母线单相短路后，柔直近区站点南桥、亭卫、新余单相短路电流分别为44.8kA，54.2kA，39.1kA。以此三个站点为例，研究在短路电流受限站点中性接地支路配置故障限流器对限制单相短路电流效果，证明本发明实施方式具有有效性。
Figure BDA0002737316030000061
通过上表，本发明分别在配置方案1(12Ω)阻值故障限流器和配置方案2(15Ω)阻值故障限流器两种方案下，均能够显著降低柔直接入点近区单相短路电流水平，证明了本发明的有效性。
图4为根据本发明优选实施方式的一种用于对柔性直流近区单相短路电流进行抑制的系统结构图。如图4所示，本发明提供一种用于对柔性直流近区单相短路电流进行抑制的系统，系统包括：
初始单元401，用于建立柔性直流换流站近区电磁暂态仿真数据模型。
设置单元402，用于设置柔性直流输电系统站级的控制方式。
获取单元403，用于基于电磁暂态仿真数据模型，获取柔性直流换流站近区母线单相短路电流。
第一判断单元404，用于判断柔性直流换流站母线单相短路电流是否需要控制；当柔性直流换流站母线单相短路电流需要控制时，调整柔性直流换流站正序电流限幅定值；优选地，第一判断单元404用于当柔性直流换流站母线单相短路电流需要控制时，调整柔性直流换流站正序电流限幅定值，包括：
当柔性直流换流站母线单相短路电流需要控制时，按预设的倍数调整柔性直流换流站正序电流限幅定值。
第二判断单元405，用于判断调整后的柔性直流换流站母线单相短路电流是否需要控制；当调整后的柔性直流换流站母线单相短路电流需要控制时，对柔性直流换流变站点或超标站点的接地支路配置故障电流限制器，抑制柔性直流换流站近区单相短路电流。
优选地，设置单元402，用于设置柔性直流输电系统站级的控制方式为送端或受端；其中送端为确定直流电压，确定无功功率；受端为确定有功功率，确定无功功率或确定交流电压。
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。

Claims (6)

1.一种用于对柔性直流近区单相短路电流进行抑制的方法，所述方法包括：
建立柔性直流换流站近区电磁暂态仿真数据模型；
设置柔性直流输电系统站级的控制方式；
基于所述电磁暂态仿真数据模型，获取柔性直流换流站近区母线单相短路电流；判断柔性直流换流站母线单相短路电流是否需要控制；
当柔性直流换流站母线单相短路电流需要控制时，调整柔性直流换流站正序电流限幅定值，判断调整后的柔性直流换流站母线单相短路电流是否需要控制；
当调整后的柔性直流换流站母线单相短路电流需要控制时，对柔性直流换流变站点或超标站点的接地支路配置故障电流限制器，抑制柔性直流换流站近区单相短路电流。
2.根据权利要求1所述的方法，所述设置柔性直流输电系统站级的控制方式为送端或受端；
其中送端为确定直流电压，确定无功功率；
受端为确定有功功率，确定无功功率或确定交流电压。
3.根据权利要求1所述的方法，所述当柔性直流换流站母线单相短路电流需要控制时，调整柔性直流换流站正序电流限幅定值，包括：
所述当柔性直流换流站母线单相短路电流需要控制时，按预设的倍数调整柔性直流换流站正序电流限幅定值。
4.一种用于对柔性直流近区单相短路电流进行抑制的系统，所述系统包括：
初始单元，用于建立柔性直流换流站近区电磁暂态仿真数据模型；
设置单元，用于设置柔性直流输电系统站级的控制方式；
获取单元，用于基于所述电磁暂态仿真数据模型，获取柔性直流换流站近区母线单相短路电流；
第一判断单元，用于判断柔性直流换流站母线单相短路电流是否需要控制；当柔性直流换流站母线单相短路电流需要控制时，调整柔性直流换流站正序电流限幅定值；
第二判断单元，用于判断调整后的柔性直流换流站母线单相短路电流是否需要控制；当调整后的柔性直流换流站母线单相短路电流需要控制时，对柔性直流换流变站点或超标站点的接地支路配置故障电流限制器，抑制柔性直流换流站近区单相短路电流。
5.根据权利要求4所述的系统，所述设置单元，用于设置柔性直流输电系统站级的控制方式为送端或受端；
其中送端为确定直流电压，确定无功功率；
受端为确定有功功率，确定无功功率或确定交流电压。
6.根据权利要求4所述的系统，所述第一判断单元用于当柔性直流换流站母线单相短路电流需要控制时，调整柔性直流换流站正序电流限幅定值，包括：
所述当柔性直流换流站母线单相短路电流需要控制时，按预设的倍数调整柔性直流换流站正序电流限幅定值。
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