CN113067356B - 抑制lcc-hvdc过电流和暂态电压的无功协调控制方法和系统 - Google Patents

抑制lcc-hvdc过电流和暂态电压的无功协调控制方法和系统 Download PDF

Info

Publication number
CN113067356B
CN113067356B CN202110274045.8A CN202110274045A CN113067356B CN 113067356 B CN113067356 B CN 113067356B CN 202110274045 A CN202110274045 A CN 202110274045A CN 113067356 B CN113067356 B CN 113067356B
Authority
CN
China
Prior art keywords
hvdc
lcc
voltage
value
direct current
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202110274045.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113067356A (zh
Inventor
姚伟
李佳
严才
夏勇军
陈堃
张侃君
胡兴洋
文劲宇
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Huazhong University of Science and Technology
Electric Power Research Institute of State Grid Hubei Electric Power Co Ltd
Original Assignee
Huazhong University of Science and Technology
Electric Power Research Institute of State Grid Hubei Electric Power Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Huazhong University of Science and Technology, Electric Power Research Institute of State Grid Hubei Electric Power Co Ltd filed Critical Huazhong University of Science and Technology
Priority to CN202110274045.8A priority Critical patent/CN113067356B/zh
Publication of CN113067356A publication Critical patent/CN113067356A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113067356B publication Critical patent/CN113067356B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/36—Arrangements for transfer of electric power between ac networks via a high-tension dc link
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/26—Sectionalised protection of cable or line systems, e.g. for disconnecting a section on which a short-circuit, earth fault, or arc discharge has occured
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H9/00—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection
    • H02H9/02—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection responsive to excess current
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H9/00—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection
    • H02H9/04—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection responsive to excess voltage
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/12—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks for adjusting voltage in ac networks by changing a characteristic of the network load
    • H02J3/16—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks for adjusting voltage in ac networks by changing a characteristic of the network load by adjustment of reactive power
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/18—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2203/00—Indexing scheme relating to details of circuit arrangements for AC mains or AC distribution networks
    • H02J2203/20—Simulating, e g planning, reliability check, modelling or computer assisted design [CAD]
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/30—Reactive power compensation
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/60—Arrangements for transfer of electric power between AC networks or generators via a high voltage DC link [HVCD]

Abstract

本发明公开了一种抑制LCC‑HVDC过电流和暂态电压的无功协调控制方法和系统，属于混合多馈入直流输电系统无功控制技术领域。具体地，本发明在LCC‑HVDC发生换相失败时，根据LCC‑HVDC直流电流实际值和参考值之间的偏差值输出触发角增量附加到定直流电流控制；同时根据LCC‑HVDC消耗的无功功率和VSC‑HVDC补偿的无功功率之间的偏差值计算补偿值附加到VSC‑HVDC定交流电压控制；可快速调整LCC‑HVDC触发角和快速调节VSC‑HVDC系统与交流系统交换的无功功率，有效地抑制LCC‑HVDC换相失败导致的过电流以及暂态低电压和过电压，具有较强的适应性。

Description

抑制LCC-HVDC过电流和暂态电压的无功协调控制方法和系统
技术领域
本发明属于混合多馈入直流输电系统无功控制技术领域，更具体地，涉及一种抑制LCC-HVDC过电流和暂态电压的无功协调控制方法和系统。
背景技术
电网发生故障时，基于电网换相换流器的高压直流输电(Line CommutatedConverter based High Voltage Direct Current，LCC-HVDC)容易发生换相失败，导致直流线路过电流和整流侧换流母线电压波动。LCC-HVDC逆变侧换相失败对整流侧影响大小与交流系统的强度有关，对于弱交流系统，逆变侧发生换相失败后整流侧换流母线电压会发生较大的波动。交流电压过低或过高都会威胁换流站和附近交流电网设备的安全，所以当整流侧电网较弱时，有必要抑制逆变侧发生换相失败引起的整流侧换流母线电压的波动。
目前对于抑制LCC-HVDC整流侧暂态电压的研究，主要集中于增强交流系统强度、优化直流控制系统、配置无功装置等方面。2019年渝鄂背靠背联网工程的投运，在龙政直流的整流站形成了混合多馈直流系统，可以通过调节柔性直流背靠背系统受端发出的无功来满足龙泉站的无功需求变化。然而现有研究较少涉及抑制混合多馈直流输电系统中LCC-HVDC换相失败导致的送端电网暂态低电压和过电压。曾雪洋等人在“换相失败下柔性直流与传统直流互联输电系统的暂态无功协调控制策略”提出基于触发角α的斜率计算无功功率补偿值，利用基于电网换相换流器的柔性直流输电VSC-HVDC(Voltage SourceConverter based High Voltage Direct Current)给故障工况下LCC-HVDC系统快速提供无功支撑。然而，上述现有研究均未考虑抑制LCC-HVDC直流线路的过电流，且没有提及故障判断方法。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种抑制LCC-HVDC过电流和暂态电压的无功协调控制方法和系统，其目的在于快速抑制LCC-HVDC换相失败导致的过电流以及暂态低电压和过电压的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种抑制LCC-HVDC过电流和暂态电压的无功协调控制方法，包括：
S1.判断LCC-HVDC是否发生换相失败，若是，进入步骤S2，否则，回到步骤S1；
S2.根据LCC-HVDC直流电流实际值和参考值之间的偏差值ΔI输出触发角增量Δα附加到定直流电流控制，并根据LCC-HVDC消耗的无功功率和VSC-HVDC补偿的无功功率之间的偏差值经过PI控制器计算补偿值附加到VSC-HVDC定交流电压控制；延时设定时间后进入步骤S3；
S3.实时测量LCC-HVDC整流侧的直流电流实际值，当直流电流实际值等于故障发生前的直流电流参考值时，切除快速触发角响应模块和快速无功响应模块。
进一步地，偏差值越大ΔI，触发角增量Δα越大，当偏差值增大到设定值时，触发角增量维持在设定的最大值。
进一步地，
Figure BDA0002975811880000021
其中，k是比例系数，ΔIset是电流偏差设定值，Δαmax是触发角增量最大值。
进一步地，判断LCC-HVDC是否发生换相失败，具体包括：
实时测量LCC-HVDC整流侧的直流电流实际值、直流电流参考值和直流电压实际值；
从整流侧计算得到LCC-HVDC逆变侧的直流电压；
判断是否同时满足条件①-②：
③LCC-HVDC逆变侧直流电压计算值小于设置的电压阈值；
④LCC-HVDC整流侧直流电流实际值与直流电流参考值的差值大于设置的电流阈值；
若是，判断为发生换相失败。
进一步地，利用公式U′dr＝Udr-LrdId/dt-RdId-LidId/dt计算LCC-HVDC逆变侧的直流电压，其中U′di为计算得到的LCC-HVDC逆变侧直流电压，Udr为实测的LCC-HVDC整流侧直流电压，Id为LCC-HVDC直流电流，Lr和Li分别为LCC-HVDC整流侧和逆变侧平波电抗器电感值；Rd为LCC-HVDC直流线路电阻。
进一步地，PI控制器的限幅为：iqmax＝Qmax/Sn,iqmin＝-Qmax/Sn，其中，iqmax是PI控制器的最大限幅值，iqmin是PI控制器的最小限幅值，Qmax是VSC-HVDC的无功调节最大值，
Figure BDA0002975811880000031
Sn是VSC-HVDC的额定满载功率，Pn是VSC-HVDC的运行功率。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果。
本发明在LCC-HVDC发生换相失败时根据直流电流实际值和参考值之间的偏差值输出触发角增量附加到定直流电流控制，偏差值越大，触发角增量越大，当偏差值增大到一定值，触发角增量维持在最大值。这样在换相失败发生期间提高整流侧触发角的响应速度，抑制过电流；同时根据LCC-HVDC消耗的无功功率和VSC-HVDC补偿的无功功率之间的偏差值经过PI控制器计算补偿值附加到VSC-HVDC定交流电压控制，提高了VSC-HVDC系统的无功响应速度，抑制暂态低电压和暂态过电压。
本发明根据LCC-HVDC发生换相失败时逆变侧直流电压骤降和直流电流迅速增加的特点，利用LCC-HVDC整流侧直流电流实际值与直流电流参考值的差值以及从整流侧计算得到的逆变侧直流电压作为依据进行换相失败的故障判断，避免了逆变侧和整流侧之间的通信延时，有利于快速抑制LCC-HVDC过电流和暂态电压。
附图说明
图1为本发明提供的一种抑制LCC-HVDC过电流和暂态电压的无功协调控制过程示意图；
图2为本发明实施例提供的混合多馈直流系统示意图；
图3为本发明提供的LCC-HVDC整流侧定直流电流控制逻辑框图；
图4为本发明提供的VSC-HVDC受端定交流电压控制逻辑框图；
图5为本发明提供的LCC-HVDC逆变侧三相短路故障下的特性对比图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
如图1所示，本发明提供一种抑制LCC-HVDC过电流和暂态电压的无功协调控制方法，该方法包括以下步骤：
步骤S1.故障判断模块实时测量LCC-HVDC整流侧的直流电流实际值、直流电流参考值和直流电压实际值。
步骤S2.计算出LCC-HVDC逆变侧的直流电压。
目前实际工程中LCC-HVDC系统整流侧和逆变侧之间的通信时延大多处于8～20ms，而换相失败发生的持续时间仅20ms左右，从LCC-HVDC逆变侧考虑形成故障触发信号不能实现触发角的快速调整，所以从LCC-HVDC整流侧电气量变化来考虑形成触发信号。在LCC-HVDC整流侧和逆变侧平波电抗器电感值和直流线路电阻已知的前提下，逆变侧的直流电压可以表示为U′di＝Udr-LrdId/dt-RdId-LidId/dt，其中U′di为计算得到的LCC-HVDC逆变侧直流电压，Udr为实测的LCC-HVDC整流侧直流电压，Id为LCC-HVDC直流电流，Lr和Li分别为LCC-HVDC整流侧和逆变侧平波电抗器电感值；Rd为LCC-HVDC直流线路电阻。
步骤S3.判断是否同时满足条件①-②：
①LCC-HVDC逆变侧直流电压计算值小于设置的电压阈值；
②LCC-HVDC整流侧直流电流实际值与直流电流参考值的差值大于设置的电流阈值；
若是，判断为换相失败，进入步骤S4，否则，回到步骤S1。
当LCC-HVDC逆变侧发生换相失败后，逆变侧直流电压降为0甚至为负，直流电流迅速增大，此时从整流侧计算得到的逆变侧直流电压U′di迅速减小，同时测量的直流电流Id迅速增大，考虑一定裕度，设置电压阈值Ulevel＝0.2pu，电流阈值Ilevel＝0.2pu。
通过以上步骤判断LCC-HVDC是否发生换相失败，是本发明为了避免逆变侧和整流侧之间的通信延时所提出，在本发明方法实际实施过程中，也可采用其他方法判断LCC-HVDC换相失败是否发生。
步骤S4.投入快速触发角响应模块和快速无功响应模块，延时一段时间(即换相失败发生时间，本发明实施例设置为50ms)后，进入步骤S5。
快速触发角响应模块的功能是根据LCC-HVDC直流电流实际值和参考值之间的偏差值ΔI输出触发角增量Δα附加到定直流电流控制，偏差值越大，触发角增量越大，当偏差值增大到一定值，触发角增量维持在最大值；快速无功响应模块的功能是根据LCC-HVDC消耗的无功功率和VSC-HVDC补偿的无功功率之间的偏差值经过PI控制器计算补偿值附加到VSC-HVDC定交流电压控制；
当发生换相失败后，LCC-HVDC系统直流电流迅速增大，直流电流实际值大于直流电流参考值时，投入快速触发角响应模块后，根据它们之间的偏差值ΔI输出一个触发角增量Δα附加给定直流电流控制，偏差值越大，触发角增量越大，当偏差值增大到一定值，触发角增量维持在最大值。在本实施例中，当直流电流实际值与直流电流参考值时的偏差值超过0.1pu时，触发角增量维持最大值为15°。
当发生换相失败后，LCC-HVDC整流侧消耗的无功迅速QLCC增大，投入快速无功响应模块后，因为定交流电压控制以电压为参考间接补偿无功，所以VSC-HVDC受端发出的无功QVSC不能马上跟随LCC-HVDC整流侧无功QLCC需求变化，此时QLCC-QVSC＞0，经PI控制器计算的补偿值大于0，提高了输送到内环控制器的无功电流参考值iqref增大速率，加快了VSC-HVDC发出无功的响应速度；在暂态高电压刚开始阶段，LCC-HVDC整流侧向电网注入无功功率，受PI控制器输出的积分分量的影响，iqref＞0，VSC-HVDC受端继续发出无功功率，此时QLCC-QVSC＜0，经PI控制器计算的补偿值小于0，减小在此阶段正的积分分量的影响，加快了VSC-HVDC受端从发出无功转变为吸收无功的响应速度。其中，考虑VSC-HVDC承受过负荷能力有限，VSC-HVDC无功调节限值按满载功率计算，在本实施例中，VSC-HVDC额定满载功率为1250MW，VSC-HVDC受端运行输送有功功率为1000MW，计算得到VSC-HVDC的无功调节限值为750Mvar，所以，设置本模块中PI控制器的限幅iqmax＝0.6pu，iqmin＝-0.6pu。
另外，通过一阶惯性环节和延时模块来模拟QLCC和触发信号在LCC-HVDC整流侧和VSC-HVDC受端之间通讯带来的延时。在本实施例中，混合多馈入直流系统中LCC-HVDC整流侧和VSC-HVDC受端的距离约为20km，而光纤通信的传播速度不超过300km/ms，信号延时可以限制在1ms之内，设置触发延时为1ms，一阶惯性环节的比例常数G＝1.0，时间常数T＝0.001s。
S5.实时测量LCC-HVDC整流侧的直流电流实际值，若直流电流实际值等于换相失败发生前的直流电流参考值，切除快速触发角响应模块和快速无功响应模块；否则，快速触发角响应模块和快速无功响应模块不进行切除。
下面对LCC-HVDC整流侧不同电网强度下暂态无功协调控制方法进行有效性评估。
通过LCC-HVDC直流线路过电流最大值、LCC-HVDC整流侧换流母线暂态压降和暂态压升进行有效性评估。
本实施例中以LCC-HVDC整流侧和VSC-HVDC受端并联的混合多馈入直流系统为研究对象，首先分析了LCC-HVDC逆变侧换相失败后混合多馈入直流系统的暂态特性；然后分别分析了LCC-HVDC整流侧的定直流电流控制特性和VSC-HVDC受端的定交流电压控制特性的影响；基于控制特性分析，提出本发明方法；最后，在PSCAD/EMTDC中搭建混合多馈入直流系统的仿真模型，仿真验证本发明方法的有效性和适应性。
本实施例仿真模型采用如图2所示的混合多馈入直流系统，其中，VSC-HVDC受端和LCC-HVDC整流侧通过一条20km联络线相联。由于VSC-HVDC受端和LCC-HVDC整流侧之间的电气距离近，可以通过调节VSC-HVDC受端补偿无功功率来满足LCC-HVDC整流侧的无功需求变化。
LCC-HVDC换相失败后混合多馈入直流系统特性分析如下所示：
混合多馈入直流系统中的LCC-HVDC逆变侧发生换相失败后，可以分为直流电流增大阶段、直流电流减小阶段、直流电流恢复阶段。具体如下：
直流电流增大阶段：LCC-HVDC逆变侧发生三相短路故障后，换流母线电压降低，换相裕度不足，逆变侧换流阀发生换相失败，导致逆变侧换流阀形成旁通，这相当于逆变侧换流阀直流侧发生了短路，逆变侧直流电压降为0甚至为负，直流电流迅速增大，整流侧控制环节检测到直流电流增大从而增大整流侧触发角，整流侧换流器消耗的无功迅速增大，整流侧从交流系统吸收大量无功，从而导致整流侧换流母线电压下降。
直流电流减小阶段：在换相失败持续期间，在整流侧控制环节和低压限流环节(VDCOL)的共同作用下，整流侧触发角继续增大，直流电流迅速减小甚至到0，整流侧吸收的无功也随之减少，整流侧换流母线电压也随之上升；由于VDCOL的作用，直流电流在最小值维持一段时间，在此期间换流器消耗的无功很少甚至为0，但交流滤波器仍然发出大量的无功功率，导致过剩的无功功率逆向注入到交流电网中，从而引起暂态高电压。
直流电流恢复阶段：故障清除后，逆变侧交流电压上升，逆变侧直流电压也随之上升，在VDCOL的作用下，直流电流跟随限流曲线线性增大，整流侧换流器消耗的无功增加，减少注入到交流电网的无功功率，换流母线电压下降；最后整流侧换流器消耗的无功增长到故障前的无功消耗水平，整流站于交流电网无功交换逐渐平衡。
LCC-HVDC系统发生换相失败后，VSC-HVDC系统受端采用定交流电压控制时，可分为2个阶段：
暂态低电压阶段：当LCC-HVDC整流侧换流母线电压下降时，VSC-HVDC受端定交流电压控制检测到交流电压偏差后控制受端发出无功功率，抑制换流母线电压的下降；当LCC-HVDC整流侧换流母线电压从最小值逐渐上升至额定值时，VSC-HVDC系统发出的无功达到最大值。
暂态高电压阶段：当LCC-HVDC整流侧换流母线电压高于额定值时，VSC-HVDC受端发出的无功开始减小，由于控制系统具有一定延时，在暂态高电压刚开始阶段，VSC-HVDC受端继续发出无功功率，一段时间后才转变为吸收无功功率，抑制换流母线电压的下降。最后LCC-HVDC整流侧换流母线电压恢复到故障前水平，VSC-HVDC受端吸收的无功逐渐为0。LCC-HVDC整流侧定直流电流控制影响分析如下所示：
LCC-HVDC系统中的换流站在运行中的无功功率消耗与其传输的有功功率近似成正比关系，一般认为，正常运行中换流器消耗的无功是直流输电线路传输的有功功率值的40％-60％。LCC-HVDC系统采用十二脉动换流阀，整流站消耗的无功功率可以表示为:
Figure BDA0002975811880000091
式(1)中，Qdc是LCC-HVDC整流侧消耗的无功功率，单位为MW；μ是换相角，单位为rad/s；α是整流侧触发角，单位为rad/s；Id为直流输电线路上的电流，单位为kA；Ud0是换流器理想空载直流电压，单位为kV。
正常运行时，直流线路流过的电流等于线路两端的电位差除以线路等效电阻，即:
Figure BDA0002975811880000092
式(2)中，β是逆变侧超前触发角，单位为rad/s；Er、Ei分别为整流侧和逆变侧换流变压器阀侧空载线电压有效值，单位为kV；Xr、Xi分别为整流侧和逆变侧等值换相电抗，单位为Ω；Ra为直流线路等值电阻，单位为Ω。
在LCC-HVDC系统逆变站发生换相失败期间，导致逆变侧换流阀形成旁通，这相当于逆变侧换流阀交流侧发生开路，直流侧发生短路，逆变侧直流电压降为0，根据式(2)，在此期间直流线路流过的电流可以表示为：
Figure BDA0002975811880000093
从式(3)可以看出，当系统参数及整流侧换流母线电压固定时，逆变侧发生换相失败后，直流线路流过的电流大小仅与整流侧触发角α有关。
如图3为LCC-HVDC整流侧定直流电流控制逻辑框图，在换相失败发生后，逆变侧相当于短路，导致直流线路流过的电流Id迅速增大，为抑制直流电流的持续增加，根据式(3)，定电流控制增大整流侧触发角α，减小直流电流Id，其中图中的PI控制器直接影响触发角的响应速度。
综上所述，在LCC-HVDC系统逆变侧换相失败后，提高整流侧触发角的响应速度，可以抑制过电流，根据式(1)，过电流的减小可以减少换流器在此期间吸收的无功功率，进而减小低电压的大小。
VSC-HVDC受端定交流电压控制影响分析如下所示：
VSC-HVDC采用双闭环电流矢量控制，可以实现有功电流和无功电流的解耦控制，独立灵活调节有功功率和无功功率。如图4为VSC-HVDC受端定交流电压控制逻辑框图，其作用是当交流电压偏离参考值时，根据电压差调节受端发出的无功功率，抑制电压的波动。其中iqref是输送到内环控制器的无功电流参考值，可以表示为：
Figure BDA0002975811880000101
Figure BDA0002975811880000102
式(4)和式(5)中，Uac_ref是VSC-HVDC受端换流母线电压参考值；Uac是VSC-HVDC受端换流母线电压实际值；Kp是PI控制器的比例系数；Ki是PI控制器的积分时间常数；Xp是PI控制器输出的比例分量；Xi是PI控制器输出的积分分量。
LCC-HVDC逆变侧发生换相失败后，整流侧的换流母线电压呈现出“先降低后升高”的特性。当发生换相失败后，LCC-HVDC直流电流迅速增大，整流侧换流器消耗的无功功率也迅速增大，换流母线电压迅速降低，此阶段Uac_ref-Uac＞0且单调递增，PI控制器输出的分量Xp和Xi大于0，无功电流参考值iqref大于0，VSC-HVDC受端发出无功功率，抑制电压的下降；当LCC-HVDC系统直流电流减小至0，整流侧换流器消耗的无功功率也随之减小，换流母线电压随之升高到额定值，此阶段Uac_ref-Uac＞0且单调递减，PI控制器输出的比例分量Xp随之减小，但积分分量Xi继续增大，无功电流参考值iqref大于0，VSC-HVDC受端继续发出无功功率；当LCC-HVDC系统直流电流维持在0，整流侧换流器消耗的无功功率为0，滤波器无功逆向注入交流系统，换流母线电压继续升高且高于额定值，此阶段Uac_ref-Uac＜0且单调递减，PI控制器输出的比例分量Xp小于0，但积分分量Xi由最大值开始减小，刚开始Xi大于0，也就是说Xp+Xi仍然大于0，无功电流参考值iqref大于0，VSC-HVDC受端仍然发出无功功率，导致电压进一步升高，该阶段的时间长短与PI控制器比例系数和积分时间常数的设置有关；只有当电压上升到一定程度，Xp+Xi小于0，无功电流参考值iqref小于0，VSC-HVDC受端才吸收无功功率，抑制电压的上升。
综上所述，在暂态高电压刚开始阶段，受PI控制器输出的积分分量的影响，VSC-HVDC受端继续发出无功功率，进一步抬升换流母线电压。
为了验证本发明方法的有效性，在PSCAD/EMTDC中搭建如图2所示的混合多馈直流系统的仿真模型，其中，VSC-HVDC受端和LCC-HVDC整流侧通过一条长度为20km的联络线相联。
VSC-HVDC与LCC-HVDC系统的主要参数如表1所示。
Figure BDA0002975811880000111
表1
本发明方法的作用效果分析：
a)LCC-HVDC逆变侧换相失败
在LCC-HVDC系统逆变侧换流母线设置三相短路故障，短路故障开始时间为2.0s，持续时间为0.1s，接地电感为0.1H。分析分析VSC-HVDC受端分别采用定无功功率控制、定交流电压控制和本发明的暂态无功协调控制时LCC-HVDC的直流电流、LCC-HVDC整流侧触发角、LCC-HVDC整流侧吸收的无功功率、VSC-HVDC受端发出的无功功率和LCC-HVDC整流侧换流母线电压，仿真结果如图5所示。
如图5所示，从响应时间来看，在直流电流增大阶段，在相同时刻，本发明的暂态无功协调控制下的触发角比定无功功率控制和定交流电压控制下的稍大，说明本发明的暂态无功协调控制下的触发角响应速度较快；在暂态低电压阶段，本发明的暂态无功协调控制先于定交流电压控制发出无功功率；在暂态高电压阶段，本发明的暂态无功协调控制明显比定交流电压更快从发出无功功率向吸收无功功率转变。可以看出，在暂态低电压和暂态高电压阶段，本发明的暂态无功协调控制下的无功响应速度明显比定交流电压控制的快。
从控制效果来看，定无功功率控制下过电流最大为7.52kA；定交流电压控制下过电流最大为7.62kA；本发明所提策略控制下过电流最大为7.04kA；定无功功率控制下暂态电压最低为355kV，暂态电压最高为660kV；定交流电压控制下暂态电压最低为367kV，暂态电压最高为655kV；本发明的暂态无功协调控制控制下暂态电压最低为401kV，暂态电压最高为598kV。可以看出，在抑制过电流和暂态电压方面，本发明的暂态无功协调控制优于定无功功率和定交流电压控制。
b)不同电网强度下的有效性验证
改变LCC-HVDC系统整流侧电网的短路比SCR，采用LCC-HVDC直流线路过电流最大值、LCC-HVDC整流侧换流母线暂态压降和暂态压升作为评估指标，仿真结果如表2所示，其中“无功”、“电压”、“协调”分别表示定无功功率控制、定交流电压控制和本发明的暂态无功协调控制。
Figure BDA0002975811880000131
表2
仿真结果表明，当电网强度较弱时，相对定无功功率控制和定交流电压控制，本发明的暂态无功协调控制能更有效地抑制LCC-HVDC逆变侧换相失败引起直流线路过电流以及整流侧换流母线暂态低电压和过电压，具有较强的适应性。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种抑制LCC-HVDC过电流和暂态电压的无功协调控制方法，其特征在于，包括：
S1.判断LCC-HVDC是否发生换相失败，若是，进入步骤S2，否则，回到步骤S1；
S2.投入快速触发角响应模块和快速无功响应模块，延时设定时间后进入步骤S3；
其中，快速触发角响应模块的功能是根据LCC-HVDC直流电流实际值和参考值之间的偏差值ΔI输出触发角增量Δα附加到定直流电流控制，偏差值越大，触发角增量越大，当偏差值增大到一定值，触发角增量维持在最大值；
Figure FDA0003575547390000011
其中，k是比例系数，ΔIset是电流偏差设定值，Δαmax是触发角增量最大值；
快速无功响应模块的功能是根据LCC-HVDC消耗的无功功率和VSC-HVDC补偿的无功功率之间的偏差值经过PI控制器计算补偿值附加到VSC-HVDC定交流电压控制；
S3.实时测量LCC-HVDC整流侧的直流电流实际值，当直流电流实际值等于故障发生前的直流电流参考值时，切除快速触发角响应模块和快速无功响应模块。
2.根据权利要求1所述的一种抑制LCC-HVDC过电流和暂态电压的无功协调控制方法，其特征在于，判断LCC-HVDC是否发生换相失败，具体包括：
实时测量LCC-HVDC整流侧的直流电流实际值、直流电流参考值和直流电压实际值；
从整流侧计算得到LCC-HVDC逆变侧的直流电压；
判断是否同时满足条件①-②：
①LCC-HVDC逆变侧直流电压计算值小于设置的电压阈值；
②LCC-HVDC整流侧直流电流实际值与直流电流参考值的差值大于设置的电流阈值；
若是，判断为发生换相失败。
3.根据权利要求2所述的一种抑制LCC-HVDC过电流和暂态电压的无功协调控制方法，其特征在于，利用公式U′di＝Udr-LrdId/dt-RdId-LidId/dt计算LCC-HVDC逆变侧的直流电压，其中U′di为计算得到的LCC-HVDC逆变侧直流电压，Udr为实测的LCC-HVDC整流侧直流电压，Id为LCC-HVDC直流电流，Lr和Li分别为LCC-HVDC整流侧和逆变侧平波电抗器电感值；Rd为LCC-HVDC直流线路电阻。
4.根据权利要求1所述的一种抑制LCC-HVDC过电流和暂态电压的无功协调控制方法，其特征在于，PI控制器的限幅为：iqmax＝Qmax/Sn,iqmin＝-Qmax/Sn，其中，iqmax是PI控制器的最大限幅值，iqmin是PI控制器的最小限幅值，Qmax是VSC-HVDC的无功调节最大值，
Figure FDA0003575547390000021
Sn是VSC-HVDC的额定满载功率，Pn是VSC-HVDC的运行功率。
5.一种抑制LCC-HVDC过电流和暂态电压的无功协调控制系统，其特征在于，包括：计算机可读存储介质和处理器；
所述计算机可读存储介质用于存储可执行指令；
所述处理器用于读取所述计算机可读存储介质中存储的可执行指令，执行权利要求1至4任一项所述的抑制LCC-HVDC过电流和暂态电压的无功协调控制方法。
CN202110274045.8A 2021-03-15 2021-03-15 抑制lcc-hvdc过电流和暂态电压的无功协调控制方法和系统 Active CN113067356B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110274045.8A CN113067356B (zh) 2021-03-15 2021-03-15 抑制lcc-hvdc过电流和暂态电压的无功协调控制方法和系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110274045.8A CN113067356B (zh) 2021-03-15 2021-03-15 抑制lcc-hvdc过电流和暂态电压的无功协调控制方法和系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113067356A CN113067356A (zh) 2021-07-02
CN113067356B true CN113067356B (zh) 2022-05-24

Family

ID=76560539

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110274045.8A Active CN113067356B (zh) 2021-03-15 2021-03-15 抑制lcc-hvdc过电流和暂态电压的无功协调控制方法和系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113067356B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113507098B (zh) * 2021-07-15 2024-04-30 国网经济技术研究院有限公司 主动抑制交流短路电流的柔直控制方法、系统及存储介质
CN115133505B (zh) * 2022-06-29 2023-03-28 国网经济技术研究院有限公司 柔直换流阀馈入交流系统短路电流快速抑制方法及系统
CN116937654B (zh) * 2023-09-14 2023-11-28 四川大学 一种混合多馈入直流输电系统的反馈功率协调控制方法

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20140146582A1 (en) * 2012-11-29 2014-05-29 General Electric Company High voltage direct current (hvdc) converter system and method of operating the same
CN103337870A (zh) * 2013-06-07 2013-10-02 华北电力大学 一种高压直流输电换相失败的防御方法
CN105186539A (zh) * 2015-10-16 2015-12-23 南方电网科学研究院有限责任公司 一种直流系统动态无功幅值的评估方法
CN105914751B (zh) * 2016-05-24 2018-06-19 国网江苏省电力公司电力科学研究院 一种适用于强直弱交混联电网的无功电压协调控制方法
CN105977956B (zh) * 2016-06-20 2018-06-29 南方电网科学研究院有限责任公司 一种直流输电系统暂态恢复的协调控制方法及系统
GB201711298D0 (en) * 2017-07-13 2017-08-30 Univ Birmingham Elimination of commutation failure of LCC HVDC system
CN110635502B (zh) * 2019-10-15 2023-07-07 云南电网有限责任公司电力科学研究院 一种抑制lcc-hvdc系统换相失败的方法
CN110783943B (zh) * 2019-10-30 2021-06-11 华中科技大学 一种基于多馈入直流系统的连续换相失败抑制方法及装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN113067356A (zh) 2021-07-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN113067356B (zh) 抑制lcc-hvdc过电流和暂态电压的无功协调控制方法和系统
CN108808718B (zh) 交流故障时高压直流输电系统直流电流运行范围确定方法
CN108493977B (zh) 一种串联混合直流输电系统的暂态无功协调控制方法
CN110661274B (zh) 一种复合型动态功率支撑系统及其协调控制方法
CN109768582B (zh) 一种多约束条件下的虚拟同步发电机控制方法
CN111431206B (zh) 大规模双馈风电场经柔性直流外送的协同故障穿越方法
CN110718909A (zh) 分析高压直流输电系统换相失败对送端电压影响的方法
CN106599341B (zh) 含柔性直流输电系统的安稳控制策略表生成方法
CN113517719B (zh) 一种全功率变流的风电机组高电压穿越控制方法
CN113675897A (zh) 一种有功优先lvrt控制方法及gsc控制方法
CN110620396B (zh) 一种lcc直流输电系统自适应低压限流控制方法
CN110854899A (zh) 一种用于hvdc的储能-调相机功率支撑系统及其功率分配方法
CN111884230B (zh) 降低交流滤波器组投切过程母线电压波动的方法和装置
CN111864762B (zh) 减少滤波器投切的混合多馈入直流系统无功协调控制方法
CN114447927A (zh) 抑制换相失败期间送端过电压的vdcol控制改进方法
CN113765107A (zh) 高压直流故障对直流送端电网电压影响的分析方法
CN114465224A (zh) 一种适用于直流配电网的lcc与mmc协调控制策略
Hiremath et al. Transient Analysis of LCC based HVDC Offshore Wind Farms using DIgSILENT PowerFactory
Wang et al. Study on AC Transient Overvoltage Suppression of LCC-HVDC Sending End System Based on DC Current Control Optimization
Xie et al. Coordinate control and fautl ride through strategies for multi-terminal dc grid with offshore wind farm integration based on diode rectifier
CN114665475A (zh) 换相失败期间风机虚拟惯性对送端过电压影响的分析方法
CN114006395B (zh) 混合多馈入直流系统及其无功协调控制方法和控制器
CN115833276B (zh) 一种双馈风机故障穿越控制方法及设备
Dong et al. Transient voltage mechanism and influencing factors of wind power HVDC transmission system
Lu et al. Simulation study of transient overvoltage at HVDC transmission terminal

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant