CN112636378B - 基于预测直流电流变化趋势的动态参数控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于预测直流电流变化趋势的动态参数控制方法及系统，其包括：根据直流电流当前值和过去值，预测直流电流的变化趋势；根据直流电流的变化趋势及实测电流与预设电流指令的相对关系，分阶段动态调整电流控制器的比例系数K_p和积分常数T_i。本发明保证了在特高压直流换相失败初期，加快增大触发角，抑制故障电流的上升；在调节过程中，电流控制器的调节更加合理，有效避免了直流电流中断。由此改善了换相失败期间送端系统的低电压和过电压现象，减小了功率冲击，维护了交直流系统的稳定。

Description

基于预测直流电流变化趋势的动态参数控制方法及系统

技术领域

本发明涉及一种特高压直流工程领域，特别是关于一种基于预测直流电流变化趋势的动态参数控制方法及系统。

背景技术

为有效解决能源资源与负荷中心在地理上的逆向分布问题，基于晶闸管的传统直流输电以其大容量远距离输电的优势在世界范围内得到了广泛应用。由于不能控制晶闸管阀的关断，换相失败是不可避免的问题。换相失败发生后，直流电流先迅速上升，然后在控制系统的作用下迅速下降，情况严重时甚至下降至零而导致短暂的功率中断。随着特高压直流工程容量的提升，换相失败带来的功率冲击可能会造成直流近区机组功角振荡甚至失稳。另一方面，随着换相失败期间电流的变化，直流送端换流器消耗的无功会经历先增多后减少的暂态变化过程，造成送端电网先后经历低电压和过电压，给交流系统的电压稳定造成了影响。尤其对于新能源汇集系统，交流电压变化严重时可能引发风电机组脱网，对交流电网的安全稳定运行产生不利影响。

特高压直流电流闭环控制系统采用的是比例-积分(PI)控制器，目前工程中采用了固定控制参数，较大的比例系数(K_p)和较小的积分时间常数(T_i)，以获得较快的响应速度以及稳态时的零误差调节。换相失败发生后，直流电流突增，整流侧电流控制器迅速响应，增大触发角，抑制故障电流。由于直流系统的惯性，触发角增大后，经过一定的延时，直流电流才会下降；电流控制器在积分器的持续作用下，触发角调节较大，且触发角从高位调整的速度偏慢，导致直流电流出现中断，并由此引发了一系列的功率和电压稳定问题。

随着特高压直流工程容量的提升、送端电网新能源汇集容量增大，亟需优化换相失败期间的电流控制，降低换相失败后的电流过冲，避免调节过程中电流中断，从而减弱直流系统换相失败对于交流系统带来的功率冲击及电压稳定方面的影响。

如图1所示，为典型的直流电流控制器逻辑框图，现有技术特高压直流工程中一般采用图1所示的电流控制器逻辑，将实测直流电流(ID)与电流指令(IORD)的差值送入比例-积分(PI)控制器，采用了固定的PI控制参数，较大的比例系数(K_p)和较小的积分时间常数(T_i)，以获得较快的响应速度以及稳态时的零误差调节。比例环节的限制范围为±180°；积分环节和PI控制器的输出都设有上限(MAX)和下限(MIN)，限制了电流控制器在特殊运行环境下的输出范围。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种基于预测直流电流变化趋势的动态参数控制方法及系统，其使得电流控制器能够更加合理的调节，抑制故障电流的增大，同时避免直流电流中断，以减弱特高压直流系统换相失败对电网系统带来的冲击。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种基于预测直流电流变化趋势的动态参数控制方法，其包括以下步骤：根据直流电流当前值和过去值，预测直流电流的变化趋势；根据直流电流的变化趋势及实测电流与预设电流指令的相对关系，分阶段动态调整电流控制器的比例系数K_p和积分常数T_i。

进一步，所述动态调整方法如下：

当实测直流电流大于电流指令，且预测电流变化趋势为上升，则增大K_p，减小T_i，增大换流器触发角，抑制故障电流；

当实测直流电流仍大于电流指令，且预测电流变化趋势为下降，则减小K_p，增大T_i，减慢电流控制器的调节；

当实测直流电流开始小于电流指令，且预测电流变化趋势为下降，则增大K_p，减小T_i，减小换流器触发角；

当实测直流电流小于电流指令，且预测电流变化趋势为上升，则增大K_p，减小T_i，减小换流器触发角，快速恢复直流电流到指令值。

一种基于预测直流电流变化趋势的动态参数控制系统，其包括：预测模块和动态调整模块；所述预测模块根据直流电流当前值和过去值，预测直流电流的变化趋势；所述动态调整模块根据直流电流的变化趋势及实测电流与预设电流指令的相对关系，分阶段动态调整电流控制器的比例系数K_p和积分常数T_i。

进一步，所述动态调整模块中包括：

当实测直流电流大于电流指令，且预测电流变化趋势为上升，则增大K_p，减小T_i，增大换流器触发角，抑制故障电流；

当实测直流电流仍大于电流指令，且预测电流变化趋势为下降，则减小K_p，增大T_i，减慢电流控制器的调节；

当实测直流电流开始小于电流指令，且预测电流变化趋势为下降，则增大K_p，减小T_i，减小换流器触发角；

当实测直流电流小于电流指令，且预测电流变化趋势为上升，则增大K_p，减小T_i，减小换流器触发角，快速恢复直流电流到指令值。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明在换相失败初期，直流电流上升，触发角加快增大，抑制故障电流的上升。2、本发明在换相失败后的调节过程中，电流控制器的调节更加合理，阻止了触发角的过调，加速了触发角从高位往下调整的速度，有效避免了直流电流中断。3、本发明明显改善了换相失败期间送端系统的低电压和过电压现象，减小了功率冲击，维护了交直流系统的稳定。综上，本发明可以广泛用于特高压直流工程中。

附图说明

图1是直流系统基于比例-积分原理的典型电流控制器。

图2是本发明基于预测直流电流变化趋势的动态参数控制方法示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图和实施例对本发明做进一步介绍。

在本发明的第一实施方式中，提供一种基于预测直流电流变化趋势的动态参数控制方法，通过预测直流电流的变化趋势，并根据实测电流与电流指令的相对关系，分阶段动态调整电流控制器的比例和积分参数，包括以下步骤：

1)根据直流电流当前值和过去值，预测直流电流的变化趋势；

2)如图2所示，根据直流电流的变化趋势及实测电流与预设电流指令的相对关系，分阶段动态调整电流控制器的PI参数，比例系数K_p和积分常数T_i；

具体的，动态调整方法如下：

2.1)在故障初期，实测直流电流增大。当检测到实测直流电流大于电流指令，且预测电流变化趋势为上升，则增大K_p，减小T_i，加快电流控制器的调节速度，加速增大换流器触发角，抑制故障电流，如图2中A段曲线所示；

2.2)实测直流电流已经开始下降，但实测直流电流仍大于电流指令，且预测电流变化趋势为下降，则减小K_p，增大T_i，减慢电流控制器的调节，避免触发角增长过大，防止换流器触发角过调导致的电流中断，如图2中B段曲线所示；

2.3)实测直流电流继续下降，实测直流电流开始小于电流指令，且预测电流变化趋势为下降，此时电流控制器的调节目标是减小触发角，以提高并恢复电流。则增大K_p，减小T_i，加快电流控制器的调节速度，加速减小换流器触发角，使得触发角快速减小，进一步防止电流中断，如图2中C段曲线所示；

2.4)故障消失，电流开始向指令值恢复，实测直流电流上升，但实测直流电流仍小于电流指令，且预测电流变化趋势为上升，则增大K_p，减小T_i，加快电流控制器的调节速度，加速减小换流器触发角，使得触发角快速减小，快速恢复直流电流到指令值，如图2中D段曲线所示。

在本发明的第二实施方式中，提供一种基于预测直流电流变化趋势的动态参数控制系统，其包括：预测模块和动态调整模块；

预测模块根据直流电流当前值和过去值，预测直流电流的变化趋势；

动态调整模块根据直流电流的变化趋势及实测电流与预设电流指令的相对关系，分阶段动态调整电流控制器的比例系数K_p和积分常数T_i。

上述实施例中，动态调整模块中包括：

当实测直流电流大于电流指令，且电流变化趋势为上升，则增大K_p，减小T_i，增大换流器触发角，抑制故障电流；

当实测直流电流仍大于电流指令，且电流变化趋势为下降，则减小K_p，增大T_i，减慢电流控制器的调节；

当实测直流电流开始小于电流指令，且电流变化趋势为下降，则增大K_p，减小T_i，减小换流器触发角；

当实测直流电流小于电流指令，且电流变化趋势为上升，则增大K_p，减小T_i，减小换流器触发角，快速恢复直流电流到指令值。

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。

Claims (2)

1.一种基于预测直流电流变化趋势的动态参数控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

根据直流电流当前值和过去值，预测直流电流的变化趋势；

根据直流电流的变化趋势及实测电流与预设电流指令的相对关系，分阶段动态调整电流控制器的比例系数K_p和积分常数T_i；

所述动态调整方法如下：

在换相失败初期，当实测直流电流大于电流指令，且预测电流变化趋势为上升，则增大K_p，减小T_i，增大换流器触发角，抑制故障电流；

在换相失败后的调节过程中，实测直流电流已经开始下降，当实测直流电流仍大于电流指令，且预测电流变化趋势为下降，则减小K_p，增大T_i，减慢电流控制器的调节，避免触发角增长过大，防止换流器触发角过调导致的电流中断；

实测直流电流继续下降，当实测直流电流开始小于电流指令，且预测电流变化趋势为下降，则增大K_p，减小T_i，减小换流器触发角，加快电流控制器的调节速度，加速减小换流器触发角，使得触发角快速减小，进一步防止电流中断；

故障消失，电流开始向指令值恢复，实测直流电流上升，当实测直流电流小于电流指令，且预测电流变化趋势为上升，则增大K_p，减小T_i，减小换流器触发角，快速恢复直流电流到指令值。

2.一种基于预测直流电流变化趋势的动态参数控制系统，其特征在于，包括：预测模块和动态调整模块；

所述预测模块根据直流电流当前值和过去值，预测直流电流的变化趋势；

所述动态调整模块根据直流电流的变化趋势及实测电流与预设电流指令的相对关系，分阶段动态调整电流控制器的比例系数K_p和积分常数T_i；

所述动态调整模块中包括：

在换相失败初期，当实测直流电流大于电流指令，且预测电流变化趋势为上升，则增大K_p，减小T_i，增大换流器触发角，抑制故障电流；

在换相失败后的调节过程中，实测直流电流已经开始下降，当实测直流电流仍大于电流指令，且预测电流变化趋势为下降，则减小K_p，增大T_i，减慢电流控制器的调节，避免触发角增长过大，防止换流器触发角过调导致的电流中断；

实测直流电流继续下降，当实测直流电流开始小于电流指令，且预测电流变化趋势为下降，则增大K_p，减小T_i，减小换流器触发角，加快电流控制器的调节速度，加速减小换流器触发角，使得触发角快速减小，进一步防止电流中断；

当实测直流电流小于电流指令，且预测电流变化趋势为上升，则增大K_p，减小T_i，减小换流器触发角，快速恢复直流电流到指令值。