CN113315163B - 多端混合直流系统动态响应的评估方法及装置 - Google Patents

多端混合直流系统动态响应的评估方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及直流输电技术领域，公开了一种多端混合直流系统动态响应的评估方法及装置，所述方法包括：获取多端混合直流系统中每一个柔性直流MMC换流站的等效电容；获取多端混合直流系统中直流架空线路对地总电容；根据等效电容和直流架空线路对地总电容获取多端混合直流系统在开环控制时的第一直流电压变化量；根据等效电容和直流架空线路对地总电容获取多端混合直流系统在闭环控制时的第二直流电压变化量；根据第二直流电压变化量和第一直流电压变化量获取多端混合直流系统在闭环控制时反馈环节的评估结果。本发明提供的多端混合直流系统动态响应的评估方法及装置，能够对多端混合直流系统中发生扰动或故障后的动态响应进行评估。

Description

多端混合直流系统动态响应的评估方法及装置
技术领域
本发明涉及直流输电技术领域，特别是涉及一种多端混合直流系统动态响应的评估方法及装置。
背景技术
现有高压直流输电工程控制保护系统严重依赖各个换流站之间的站间通讯，每个换流站都是控制保护系统中不可或缺的一部分，缺少了一个直流换流站或者缺少了换流站之间的通讯，整个控制保护系统就必须停止工作或者切换至专门的预先设定的工作模式。以常规直流为例，往往其逆变站控直流电压，整流站控直流电流。而多端混合直流系统的控制保护系统沿袭了这一做法，多个站在控制保护系统中维持着直流系统中不同的功能。这样的系统架构严重影响了多端混合直流系统的进一步发展，一方面各个换流站实现不同的功能意味着这些换流站缺一不可，另一方面任一换流站的退出都对应不同的控制方式。这两方面导致多端混合直流系统的现有架构难以适应更大规模的多端混合直流。
为了消除上述缺点，需要设计各个换流站角色相同的控制保护系统架构，而这一架构能否实现直流系统中电气参数的稳定，需要有一个科学的评估方法。
发明内容
本发明实施例所要解决的技术问题是：提供一种多端混合直流系统动态响应的评估方法及装置，用于评估多端混合直流系统中发生扰动或故障后的动态响应。
为了解决上述技术问题，第一方面，本发明实施例提供一种多端混合直流系统动态响应的评估方法，多端混合直流系统包括n个MMC柔性直流换流站、m个常规直流换流站，所述评估方法包括：
获取所述多端混合直流系统中每一个柔性直流MMC换流站的换流阀总等效电容；
获取所述多端混合直流系统中直流架空线路对地总电容；
根据所述等效电容和所述直流架空线路对地总电容获取所述多端混合直流系统在开环控制时的第一直流电压变化量；
根据所述等效电容和所述直流架空线路对地总电容获取所述多端混合直流系统在闭环控制时的第二直流电压变化量；
根据所述第二直流电压变化量和所述第一直流电压变化量获取所述多端混合直流系统在闭环控制时反馈环节的评估结果。
作为一个优选方案，所述换流阀总等效电容通过如下公式计算得到：
Ci＝1.5Csm/p；
其中，Ci为所述换流阀总等效电容，p为换流阀桥臂的子模块的个数，Csm为每个子模块的电容。
作为一个优选方案，所述第一直流电压变化量通过如下公式计算得到：
Figure BDA0003058327690000031
其中，ΔU1为所述第一直流电压变化量，Cg为所述直流架空线路对地总电容，Ia为发生故障或者扰动导致退出的柔性直流MMC换流站事故前的端口电流，t为事故发生后经过的时间。
作为一个优选方案，所述第二直流电压变化量通过如下公式计算得到：
Figure BDA0003058327690000032
其中，ΔU2为所述第二直流电压变化量，ΔIi为第i个换流站端口电流随端口电压的变化量。
为了解决上述技术问题，第二方面，本发明实施例提供一种多端混合直流系统动态响应的评估装置，多端混合直流系统包括n个MMC柔性直流换流站、m个常规直流换流站，所述评估装置包括：
第一获取模块，用于获取所述多端混合直流系统中每一个柔性直流MMC换流站的换流阀总等效电容；
第二获取模块，用于获取所述多端混合直流系统中直流架空线路对地总电容；
第一计算模块，用于根据所述等效电容和所述直流架空线路对地总电容获取所述多端混合直流系统在开环控制时的第一直流电压变化量；
第二计算模块，用于根据所述等效电容和所述直流架空线路对地总电容获取所述多端混合直流系统在闭环控制时的第二直流电压变化量；
评估模块，用于根据所述第二直流电压变化量和所述第一直流电压变化量获取所述多端混合直流系统在闭环控制时反馈环节的评估结果。
作为一个优选方案，所述换流阀总等效电容通过如下公式计算得到：
Ci＝1.5Csm/p；
其中，Ci为所述换流阀总等效电容，p为换流阀桥臂的子模块的个数，Csm为每个子模块的电容。
作为一个优选方案，所述第一直流电压变化量通过如下公式计算得到：
Figure BDA0003058327690000041
其中，ΔU1为所述第一直流电压变化量，Cg为所述直流架空线路对地总电容，Ia为发生故障或者扰动导致退出的柔性直流MMC换流站事故前的端口电流，t为事故发生后经过的时间。
作为一个优选方案，所述第二直流电压变化量通过如下公式计算得到：
Figure BDA0003058327690000042
其中，ΔU2为所述第二直流电压变化量，ΔIi为第i个换流站端口电流随端口电压的变化量。
为了解决上述技术问题，第三方面，本发明实施例提供一种多端混合直流系统动态响应的评估设备，所述评估设备包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序；
其中，所述处理器执行所述计算机程序时实现如第一方面任一项所述的多端混合直流系统动态响应的评估方法。
为了解决上述技术问题，第四方面，本发明实施例提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被执行时实现如第一方面任一项所述的多端混合直流系统动态响应的评估方法。
与现有技术相比，本发明实施例提供的一种多端混合直流系统动态响应的评估方法及装置，其有益效果在于：通过获取所述多端混合直流系统中每一个柔性直流MMC换流站的换流阀总等效电容，以及获取所述多端混合直流系统中直流架空线路对地总电容，并计算所述多端混合直流系统在开环控制时的第一直流电压变化量，以及计算多端混合直流系统在闭环控制时的第二直流电压变化量，然后再比较所述第二直流电压变化量和所述第一直流电压变化量，得到多端混合直流系统在闭环控制时反馈环节的评估结果，能够对多端混合直流系统发生扰动或者故障后的动态响应进行评估。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术特征，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图做简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来说，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是本发明提供的一种多端混合直流系统动态响应的评估方法的一个优选实施例的流程示意图；
图2是本发明提供的一种多端混合直流系统在闭环控制时的动态响应系统流程示意图；
图3是本发明提供的一种多端混合直流系统动态响应的评估装置的一个优选实施例的结构示意图；
图4是本发明提供的一种多端混合直流系统动态响应的评估设备的一个优选实施例的结构示意图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的、效果有更加清楚的理解，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例仅用于说明本发明，但是不用来限制本发明的保护范围。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，都应属于本发明的保护范围。
在本发明的描述中，应当理解的是，本文中的编号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有顺序或者技术含义，不能理解为规定或者暗示所描述的对象的重要性。
图1所示为本发明提供的一种多端混合直流系统动态响应的评估方法的一个优选实施例的流程示意图。
如图1所示，所述评估方法包括如下步骤：
S1：获取所述多端混合直流系统中每一个柔性直流MMC换流站的换流阀总等效电容；
S2：获取所述多端混合直流系统中直流架空线路对地总电容；
S3：根据所述等效电容和所述直流架空线路对地总电容获取所述多端混合直流系统在开环控制时的第一直流电压变化量；
S4：根据所述等效电容和所述直流架空线路对地总电容获取所述多端混合直流系统在闭环控制时的第二直流电压变化量；
S5：根据所述第二直流电压变化量和所述第一直流电压变化量获取所述多端混合直流系统在闭环控制时反馈环节的评估结果。
需要说明的是，应用本发明的多端混合直流系统包括n(n≥1)个MMC柔性直流换流站、m(m≥1)个常规直流换流站；多端混合直流系统的动态响应，主要指多端混合直流系统的直流电压随扰动或故障的变化情况。
具体而言，本发明中的多端混合直流系统动态响应的评估过程包含两部分：
1、控制系统开环的动态响应评估
多端混合直流系统在开环控制时，多端混合直流系统发生扰动或者故障时控制系统不参与调节，完全通过多端混合直流系统一次主设备的电气特性进行调节。以一个包含n个MMC柔性直流换流站、m个常规直流换流阀换流站的多端混合直流系统为例，令第i个MMC换流站的换流阀总等效电容为Ci，第i个直流换流站的端口电流为Ii，发生故障导致退出的换流站事故前的端口电流为Ia，直流架空线路对地总电容Cg。那么该多端混合直流系统控制系统开关的动态响应评估如下为：
Figure BDA0003058327690000071
其中，ΔU1为多端混合直流系统在开环控制时的第一直流电压变化量，t为事故发生后经过的时间。
一般地，对于使用了换流抑制技术的MMC换流阀，设一个桥臂的子模块个数为p(p≥1)个，每个子模块的电容大小为Csm，那么对于使用了两个阀组串联的特高压柔性直流换流站，其总等效电容可按下式估算：
Figure BDA0003058327690000081
根据上述两式，可得到直流系统中一个换流站退出运行时，整个多端混合直流系统在开环控制时直流电压随时间的变化情况，即为动态响应。
2、控制系统闭环的动态响应评估
对于一个多端混合直流系统中的第i个换流站，其端口电流随端口电压的关系可表征为下式：
ΔIi＝fi(ΔU2) (3)
其中，ΔU2多端混合直流系统在闭环控制时的第二直流电压变化量，ΔIi为第i个换流站端口电流随端口电压的变化量。
那么，对于一个控制系统闭环的多端混合直流系统，一个换流站出现故障或者扰动时，多端混合直流系统的电压变化量为：
Figure BDA0003058327690000082
考虑故障扰动观测的时间t通常很小，上式等号右边可按泰勒公式展开进行简化处理。
对(4)式进行简写，令
Figure BDA0003058327690000083
Figure BDA0003058327690000084
那么，上述多端混合直流系统在闭环控制时的动态响应系统流程示意图如图2所示。
进一步的，步骤S13对多端混合直流系统开环响应进行了评估，评估得到的结果用于进行闭环回路的设计。如步骤13评估得出，故障后1s电压变化量为1kV，那么根据该响应设计闭环回路，确定(3)式中的fi函数，并最终对多端混合直流系统闭环响应进行测试，比如测试得出多端混合直流系统闭环后1s电压变化量为0.1kV，表明多端混合直流系统在闭环控制的反馈环节有一定效果，若1.0kV未满足设计需求，则重新设计闭环回路，并再次测试验证，直至满足设计需求。
本发明提供的多端混合直流系统动态响应的评估方法，通过获取所述多端混合直流系统中每一个柔性直流MMC换流站的换流阀总等效电容，以及获取所述多端混合直流系统中直流架空线路对地总电容，并计算所述多端混合直流系统在开环控制时的第一直流电压变化量，以及计算多端混合直流系统在闭环控制时的第二直流电压变化量，然后再比较所述第二直流电压变化量和所述第一直流电压变化量，得到多端混合直流系统在闭环控制时反馈环节的评估结果，能够对多端混合直流系统发生扰动或者故障后的动态响应进行评估。
应当理解，本发明实现上述多端混合直流系统动态响应的评估方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述多端混合直流系统动态响应的评估方法的步骤。其中，计算机程序包括计算机程序代码，计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random AccessMemory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。
图3所示为本发明提供的一种多端混合直流系统动态响应的评估装置的一个优选实施例的结构示意图，所述装置能够实现上述任一实施例所述的多端混合直流系统动态响应的评估方法的全部流程及达到相应的技术效果。
如图3所示，所述评估装置包括：
第一获取模块31，用于获取所述多端混合直流系统中每一个柔性直流MMC换流站的换流阀总等效电容；
第二获取模块32，用于获取所述多端混合直流系统中直流架空线路对地总电容；
第一计算模块33，用于根据所述等效电容和所述直流架空线路对地总电容获取所述多端混合直流系统在开环控制时的第一直流电压变化量；
第二计算模块34，用于根据所述等效电容和所述直流架空线路对地总电容获取所述多端混合直流系统在闭环控制时的第二直流电压变化量；
评估模块35，用于根据所述第二直流电压变化量和所述第一直流电压变化量获取所述多端混合直流系统在闭环控制时反馈环节的评估结果。
其中，多端混合直流系统包括n(n≥1)个MMC柔性直流换流站、m(m≥1)个常规直流换流站。
在一个优选实施例中，所述换流阀总等效电容通过如下公式计算得到：
Ci＝1.5Csm/p；
其中，Ci为所述换流阀总等效电容，p(p≥1)为换流阀桥臂的子模块的个数，Csm为每个子模块的电容。
在一个优选实施例中，所述第一直流电压变化量通过如下公式计算得到：
Figure BDA0003058327690000111
其中，ΔU1为所述第一直流电压变化量，Cg为所述直流架空线路对地总电容，Ia为发生故障或者扰动导致退出的柔性直流MMC换流站事故前的端口电流，t为事故发生后经过的时间。
在一个优选实施例中，所述第二直流电压变化量通过如下公式计算得到：
Figure BDA0003058327690000112
其中，ΔU2为所述第二直流电压变化量，ΔIi为第i个换流站端口电流随端口电压的变化量。
图4所示为本发明提供的一种多端混合直流系统动态响应的评估设备的一个优选实施例的结构示意图，所述设备能够实现上述任一实施例所述的多端混合直流系统动态响应的评估方法的全部流程及达到相应的技术效果。
如图3所示，所述评估设备包括：
存储器41，用于存储计算机程序；
处理器42，用于执行所述计算机程序；
其中，所述处理器42执行所述计算机程序时实现如上述任一实施例所述的多端混合直流系统动态响应的评估方法。
示例性的，所述计算机程序可以被分割成一个或多个模块/单元，所述一个或者多个模块/单元被存储在所述存储器41中，并由所述处理器42执行，以完成本发明。所述一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述所述计算机程序在所述评估设备中的执行过程。
所称处理器42可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，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。
所述存储器41可用于存储所述计算机程序和/或模块，所述处理器42通过运行或执行存储在所述存储器41内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在所述存储器41内的数据，实现所述评估设备的各种功能。所述存储器41可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序(比如声音播放功能、图像播放功能等)等；存储数据区可存储根据手机的使用所创建的数据(比如音频数据、电话本等)等。此外，所述存储器41可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card,SMC)，安全数字(SecureDigital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。
需要说明的是，上述评估设备可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备，上述评估设备包括，但不仅限于，处理器、存储器，本领域技术人员可以理解，图3结构示意图仅仅是上述评估设备的示例，并不构成对评估设备的限定，可以包括比图示更多部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。
以上所述，仅是本发明的优选实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，应当指出，对于本领域技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干等效的明显变型方式和/或等同替换方式，这些明显变型方式和/或等同替换方式也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种多端混合直流系统动态响应的评估方法，其特征在于，多端混合直流系统包括n个MMC柔性直流换流站、m个常规直流换流站，所述评估方法包括：
获取所述多端混合直流系统中每一个MMC柔性直流换流站的换流阀总等效电容；
获取所述多端混合直流系统中直流架空线路对地总电容；
根据所述换流阀总等效电容和所述直流架空线路对地总电容获取所述多端混合直流系统在开环控制时的第一直流电压变化量；
根据所述换流阀总等效电容和所述直流架空线路对地总电容获取所述多端混合直流系统在闭环控制时的第二直流电压变化量；
根据所述第二直流电压变化量和所述第一直流电压变化量获取所述多端混合直流系统在闭环控制时反馈环节的评估结果；包括：比较所述第二直流电压变化量和所述第一直流电压变化量，得到多端混合直流系统在闭环控制时反馈环节的评估结果。
2.根据权利要求1所述的多端混合直流系统动态响应的评估方法，其特征在于，所述换流阀总等效电容通过如下公式计算得到：
Ci＝1.5Csm/p；
其中，Ci为所述换流阀总等效电容，p为换流阀桥臂的子模块的个数，Csm为每个子模块的电容。
3.根据权利要求2所述的多端混合直流系统动态响应的评估方法，其特征在于，所述第一直流电压变化量通过如下公式计算得到：
Figure FDA0003341890950000021
其中，ΔU1为所述第一直流电压变化量，Cg为所述直流架空线路对地总电容，Ia为发生故障或者扰动导致退出的MMC柔性直流换流站事故前的端口电流，t为事故发生后经过的时间。
4.根据权利要求3所述的多端混合直流系统动态响应的评估方法，其特征在于，所述第二直流电压变化量通过如下公式计算得到：
Figure FDA0003341890950000022
其中，ΔU2为所述第二直流电压变化量，ΔIi为第i个换流站端口电流随端口电压的变化量。
5.一种多端混合直流系统动态响应的评估装置，其特征在于，多端混合直流系统包括n个MMC柔性直流换流站、m个常规直流换流站，所述评估装置包括：
第一获取模块，用于获取所述多端混合直流系统中每一个MMC柔性直流换流站的换流阀总等效电容；
第二获取模块，用于获取所述多端混合直流系统中直流架空线路对地总电容；
第一计算模块，用于根据所述换流阀总等效电容和所述直流架空线路对地总电容获取所述多端混合直流系统在开环控制时的第一直流电压变化量；
第二计算模块，用于根据所述换流阀总等效电容和所述直流架空线路对地总电容获取所述多端混合直流系统在闭环控制时的第二直流电压变化量；
评估模块，用于根据所述第二直流电压变化量和所述第一直流电压变化量获取所述多端混合直流系统在闭环控制时反馈环节的评估结果；包括：比较所述第二直流电压变化量和所述第一直流电压变化量，得到多端混合直流系统在闭环控制时反馈环节的评估结果。
6.根据权利要求5所述的多端混合直流系统动态响应的评估装置，其特征在于，所述换流阀总等效电容通过如下公式计算得到：
Ci＝1.5Csm/p；
其中，Ci为所述换流阀总等效电容，p为换流阀桥臂的子模块的个数，Csm为每个子模块的电容。
7.根据权利要求6所述的多端混合直流系统动态响应的评估装置，其特征在于，所述第一直流电压变化量通过如下公式计算得到：
Figure FDA0003341890950000031
其中，ΔU1为所述第一直流电压变化量，Cg为所述直流架空线路对地总电容，Ia为发生故障或者扰动导致退出的MMC柔性直流换流站事故前的端口电流，t为事故发生后经过的时间。
8.根据权利要求7所述的多端混合直流系统动态响应的评估装置，其特征在于，所述第二直流电压变化量通过如下公式计算得到：
Figure FDA0003341890950000041
其中，ΔU2为所述第二直流电压变化量，ΔIi为第i个换流站端口电流随端口电压的变化量。
9.一种多端混合直流系统动态响应的评估设备，其特征在于，所述评估设备包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序；
其中，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至4任一项所述的多端混合直流系统动态响应的评估方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被执行时实现如权利要求1至4任一项所述的多端混合直流系统动态响应的评估方法。
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