CN113098063B - 一种新能源孤岛送出交流故障穿越控制方法及其装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种新能源孤岛送出交流故障穿越控制方法及其装置，属于新能源稳定外送应用领域，所述算法的设计步骤包括：新能源站汇集线路等值、新能源站端电压计算、柔直送端站功率连续区域计算、最大功率点提取、数据拟合、添加触发条件，将上述控制方法的输出输入至送端站电压环以实现故障穿越,适用于新能源经柔直孤岛送出时送端并网点的故障穿越问题，可恢复并网点电压可控性、维持功率外送的连续性，在送端交流故障下通过降低并网点以调节新能源站故障特征，从而优化送端站的平衡点位置，实现故障期间的并网点电压可控、维持最大功率外送，与故障清除时的并网点过压抑制。

Description

一种新能源孤岛送出交流故障穿越控制方法及其装置
技术领域
本发明属于新能源稳定外送应用领域，具体涉及一种新能源孤岛送出交流故障穿越控制方法及其装置。
背景技术
随着新能源发电的快速发展，新能源站装机容量大幅上升，分布愈发广泛。然而新能源站大多建设在偏远地区，当地负荷水平低、网架结构薄弱，新能源孤岛稳定外送需求明显。然而，新能源站数量较多、机组类型和容量各异，汇集线路连接复杂，因此送端交流线路发生故障的可能性较大。
当柔直送端站发生交流短路时，送端站功率反向，新能源和柔直均成为恒流源向故障点输送功率，并网点电压失控。加之送端站出口处均装有限流电感、直流线路较长线路阻抗较大，直流侧响应速度较慢，震荡幅度较大、持续时间较长，容易引起送端站调制比饱和。可见，交流故障类型较多，且涉及新能源站和送端站动态特征，故障分析复杂。故障穿越控制而言，现有研究针对特征故障提出了各自的故障穿越算法，但缺乏适用于多类型故障的统一穿越算法。
由上述分析可见，汇流线路连接复杂，交流故障类型较多，同种故障类型下接地电阻变化引起的故障特征不同，且须结合新能源站和送端站动态。因此，如何实现复杂线路下多类型交流故障穿越，如何提高所提算法的通用性和鲁棒性，尚有较多问题亟待解决。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是新能源孤岛外送的送端交流故障穿越问题，及故障穿越算法的鲁棒性和通用性问题。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
本发明提供一种新能源孤岛送出交流故障穿越控制方法，所述算法的设计步骤包括：新能源站汇集线路等值、新能源站端电压计算、柔直送端站功率连续区域计算、最大功率点提取、数据拟合、添加触发条件，将上述控制方法的输出输入至送端站电压环以实现故障穿越。
作为本发明的进一步技术方案，所述的一种基于主动电压降落的新能源孤岛送出交流故障穿越控制方法，其特征在于，所述新能源站汇集线路等值以不改变新能源与送端站的稳态潮流为依据，具体表达式为
Figure BDA0003016833470000021
其中，Lbbline为新能源站至柔直送端的等值阻抗，ubb为新能源站端电压幅值，upccn为PCC额定电压幅值，kQ为新能源站输出无功与有功占比，ωs为同步角速度，Pbb为新能源站容量。
作为本发明的进一步技术方案，所述新能源站端电压计算为在新能源站低电压穿越工况下，计算考虑输出无功补偿的新能源站端电压和并网点电压的数学关系，具体表达式为
Figure BDA0003016833470000022
其中，upcc为并网点电压幅值，ibbon为新能源站额定电流幅值，kbb为新能源站出口变压器变比。
作为本发明的进一步技术方案，所述柔直送端站功率连续区域计算为在忽略送端站控制算法的条件下，推导送端站获得的功率与故障点接地电阻的关系，具体表达式为
Figure BDA0003016833470000031
其中，ibboq为新能源输出无功电流，由低电压穿越国标得到；Rg为接地电阻，Pz为送端站获得有功。
作为本发明的进一步技术方案，所述最大功率点提取和数据拟合为在不同接地电阻工况下，提取送端站获得的最大功率与并网点电压幅值的关系，将其进行拟合并将拟合曲线延长至额定并网点电压。
作为本发明的进一步技术方案，所述触发条件具体为实时检测故障信号和并网点电压幅值，若接收到故障信号且并网电压幅值未出现连续2s低于0.9 p.u.，则启动所提算法；其他情况则不启动所提算法。
进一步地，一种新能源孤岛送出交流故障穿越控制装置，包括故障检测模块、控制模块和储能模块；
故障检测模块：实时检测故障信号和并网点电压幅值，并根据判定条件判定是否启动故障分析模块；
故障分析模块：用于计算新能源站汇集线路等值、新能源站端电压、柔直送端站功率连续区域、最大功率点提取、数据拟合；
控制模块：根据故障分析模块的计算结果控制方法通过更改送端站电压环电压参考值实现故障穿越。
进一步地，一种存储装置，其特征在于，所述存储装置包含上述所述一种新能源孤岛送出交流故障穿越控制方法。
进一步地，一种新能源孤岛柔直送出控制器，其特征在于，所述控制器用于执行含上述一种新能源孤岛送出交流故障穿越控制方法。
有益效果：
(1)简化了分布式线路模型和网络连接关系给故障分析带来的额外工作量；
(2)可在柔直送端交流故障期间恢复并网点电压可控性、维持最大功率外送；
(3)可在柔直送端交流故障清除后抑制并网点过压。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的整体系统基本框图；
图2是本发明的送端站框图；
图3是本发明的故障穿越算法设计流程图；
图4是电流参考值仿真波形；
图5是送端站有功和无功仿真波形。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合图1至图3对本实施例提供的系统进行详细说明；
如图1所示，整体系统基本框图主要包括：新能源站、汇集线路、公共汇集点(Pointof Common Coupling,PCC)、滤波支路、送端站、限流电感、线路阻抗、受端站、交流电网。其中，新能源站主要包括新能源机组、静止同步补偿器(Static Synchronous Compensator,STATCOM)、星三角型出口变压器。
所述新能源机组与STATCOM、DY型出口变压器依次电连接。所述新能源站与所述汇集线路、PCC、滤波支路、送端站、限流电感、线路阻抗、限流电感、受端站、交流电网依次电连接。
如图2所示，其中ufi、ifi、Rfi为故障点i(i＝a,b,c)相电压、电流、接地电阻，uz为送端站电压相量、iz为送端站输入电流相量，uzref和uzd为送端 d轴电压参考值和反馈值，uzq为q轴电压反馈值。本发明以对称故障为例进行说明，即Rfa＝Rfb＝Rfc＝Rf。
送端站主要包括：正极阀侧电压器、正极变换器、中性电感、负极阀侧电压器、负极变换器、主控信号、正极控制、负极控制构成。其中，正极阀侧变压器、正极变换器、正极直流母线电连接，负极阀侧变压器、负极变换器、负极直流母线电连接，正极变换器、中性电感、中性线、中性电感、负极变换器电连接，主控信号、正极控制、正极变换器电连接，主控信号、负极控制、负极变换器电连接。主控信号由：uzref减去uzd并经过PI环节、0减去uzq并经过PI环节、负序电压控制组成。
本发明所提算法通过更改主控信号中的uzref实现故障穿越。
如图3所示，故障穿越算法设计流程主要由以下步骤组成：
1)计算汇集线路等值阻抗。
新能源站汇集线路等值以不改变新能源与送端站的稳态潮流为依据，具体表达式为
Figure BDA0003016833470000051
2)计算新能源站端电压。
根据等式(4)所得等值阻抗，结合新能源低穿国标，在新能源站低电压穿越工况下，计算考虑输出无功补偿的新能源站端电压和并网点电压的数学关系，具体表达式为：
Figure BDA0003016833470000052
3)计算送端站功率连续区域。
根据等式(5)所示新能源站输出电压，在忽略送端站控制算法的条件下，推导送端站获得的功率与故障点接地电阻的关系，具体表达式为
Figure BDA0003016833470000053
根据等式(6)大于等于0求解送端站功率连续区域。
4)提取送端站最大功率点。
在不同接地电阻工况下，提取等式(7)的最大值与并网点电压幅值的关系。
5)拟合所得数据。
根据第4)步所得数据，采用拟合方法求解最大功率曲线，并将拟合曲线延长至额定并网点电压。
6)添加触发条件。
为防止新能源低功率运行下所提算法的误触发、并网点持续欠压运行而导致并网点母线切除，加入如下所示触发条件，
实时检测故障信号和并网点电压幅值，若接收到故障信号且并网电压幅值未出现连续2s低于0.9p.u.，则启动所提算法；其他情况则不启动所提算法。
如图4-5所示，以故障期间送端站反向满功率传输为例进行说明，0.6s 时发生故障，1s故障清除，故障期间及故障清除时原算法的电压环饱和，PCC 电压失控，故障期间原算法导致送端站反向满功率运行，采用本发明所提方法后电压环退饱和，PCC电压可控；故障期间本发明所提方法将送端站功率抬升至0.042pu，可实现故障期间的功率连续外送。
工作原理
通过更改送端站电压环电压参考值实现故障穿越，可恢复并网点电压可控性、维持功率外送的连续性，在送端交流故障下通过降低并网点以调节新能源站故障特征，从而优化送端站的平衡点位置，实现故障期间的并网点电压可控、维持最大功率外送，与故障清除时的并网点过压抑制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示方位或者位置关系为为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造或操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外。术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。在本发明的描述中，“若干”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
对于本领域技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型。因此，从任意一处来说，都应将实施例看作是指导性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，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，所有的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种新能源孤岛送出交流故障穿越控制方法，其特征在于，所述控制方法的设计步骤包括：新能源站汇集线路等值、新能源站端电压计算、柔直送端站功率连续区域计算、最大功率点提取、数据拟合、添加触发条件，将上述控制方法的输出输入至送端站电压环以实现故障穿越；
所述新能源站汇集线路等值以不改变新能源站与送端站的稳态潮流为依据，具体表达式为
Figure FDA0003643571810000011
其中，Lbbline为新能源站至柔直送端的等值阻抗，ubb为新能源站端电压幅值，upccn为并网点额定电压幅值，kQ为新能源站输出无功与有功占比，ωs为同步角速度，Pbb为新能源站容量，p.u.为标幺值；
所述新能源站端电压计算为在新能源站低电压穿越工况下，计算考虑输出无功补偿的新能源站端电压和并网点电压的数学关系，具体表达式为
Figure FDA0003643571810000012
Figure FDA0003643571810000013
其中，upcc为并网点电压幅值，ibbon为新能源站额定电流幅值，kbb为新能源站出口变压器变比；Lbbline为新能源站至柔直送端的等值阻抗，ubb为新能源站端电压幅值，ωs为同步角速度，Pbb为新能源站容量，p.u.为标幺值；
所述柔直送端站功率连续区域计算为在忽略送端站控制算法的条件下，推导送端站获得的功率与故障点接地电阻的关系，具体表达式为
Figure FDA0003643571810000014
其中，ibboq为新能源输出无功电流，由该类型新能源站的低电压穿越国标得到；Rf为故障点接地电阻，Pz为送端站获得有功，ibbon为新能源站额定电流幅值，upcc为并网点电压幅值，ubb为新能源站端电压幅值；
所述最大功率点提取和数据拟合为在不同接地电阻工况下，提取送端站获得的最大功率与并网点电压幅值的关系，将其进行拟合并将拟合曲线延长至额定并网点电压；
所述触发条件具体为实时检测故障信号和并网点电压幅值，若接收到故障信号且并网电压幅值未出现连续2s低于0.9p.u.，则启动所提算法；其他情况则不启动所提算法。
2.一种新能源孤岛送出交流故障穿越控制装置，其特征在于，包含权利要求1所述一种新能源孤岛送出交流故障穿越控制方法，还包括：故障检测模块、故障分析模块、控制模块；
故障检测模块：实时检测故障信号和并网点电压幅值，并根据判定条件判定是否启动故障分析模块；
故障分析模块：用于计算新能源站汇集线路等值、新能源站端电压、柔直送端站功率连续区域、最大功率点提取、数据拟合；
控制模块：根据故障分析模块的计算结果添加触发条件，并输送至送端站电压环。
3.一种存储装置，其特征在于，所述存储装置包含权利要求1所述一种新能源孤岛送出交流故障穿越控制方法。
4.一种新能源孤岛柔直送出控制器，其特征在于，所述控制器用于执行权利要求1所述一种新能源孤岛送出交流故障穿越控制方法。
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