CN113507098B - 主动抑制交流短路电流的柔直控制方法、系统及存储介质 - Google Patents

主动抑制交流短路电流的柔直控制方法、系统及存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种主动抑制交流短路电流的柔直控制方法、系统及存储介质，其包括：检测交流系统电压跌落程度，根据检测结果将柔性直流输电系统控制模式由常规控制模式切换为短路电流主动抑制模式；在短路电流主动抑制模式中，确定故障期间运行模式是有功电流优先控制还是无功电流优先控制，并分别确定流入换流器的剩余通流能力和最大通流能力，确定柔直换流器电流内环的dq轴电流指令值；根据所选电流运行模式修改柔直换流器电流内环参数，判断交流系统电压是否恢复，由判断结果确定柔性直流输电系统控制模式。本发明通过主动抑制的方式起到降低系统短路电流的目标，可为实际电网的调度运行提供参考；能在电力系统输配电技术领域中广泛应用。

Description

主动抑制交流短路电流的柔直控制方法、系统及存储介质
技术领域
本发明涉及一种电力系统输配电技术领域，特别是关于一种主动抑制交流短路电流的柔直控制方法、系统及存储介质。
背景技术
短路电流超标是我国部分地区电力系统面临的一个主要问题。目前华东、华北、华中等地部分厂站短路电流超标已经导致交流断路器达到甚至超过了其遮断容量。柔性直流输电技术是一种基于全控电力电子器件的新型直流输电技术，由于其具有有功无功独立调节快速可控、无换相失败问题、运行方式灵活等技术特点，在多馈入受端直流群、多端直流网络构建、异步电网柔性互联等多种场合具有显著的技术优势，是构建未来高比例新能源电力系统和智能化输电网络的关键技术。
相较常规直流，柔性直流在现有控制策略下将向交流系统注入短路电流，当前机电暂态短路电流计算程序的通常做法是主动读取柔直换流器注入电流最大值参数，并按照注入电流最大值在柔直并网点处设置电流源，进行短路电流计算，该方法按照换流器最大通流能力向交流系统注入电流，且柔直换流器注入电流与交流系统提供的短路电流在故障点处直接算术叠加，可能导致计算结果不精确，且完全没有考虑柔性直流本身控制灵活性的技术优势。
柔性直流输电系统具有快速可控的技术特点，现有对于柔性直流短路电流抑制方法的研究，主要通过在交流故障期间修改功率外环限幅值，或将电流内环电流参考值缩小甚至置零等方式，然而现有方法均是通过限制措施降低系统短路电流，未有考虑通过充分利用柔性直流系统的快速控制，在故障期间将柔性直流注入系统的电流由容性改为感性，通过主动抑制的方式起到降低系统短路电流的目标。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种主动抑制交流短路电流的柔直控制方法、系统及存储介质，其能降低系统短路电流，为实际电网的调度运行提供参考。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种柔性直流输电系统控制方法，其包括以下步骤：检测交流系统电压跌落程度，根据检测结果将柔性直流输电系统控制模式由常规控制模式切换为短路电流主动抑制模式；在短路电流主动抑制模式中，确定故障期间运行模式是有功电流优先控制还是无功电流优先控制，并分别确定流入换流器的剩余通流能力和最大通流能力，确定柔直换流器电流内环的dq轴电流指令值；根据所选电流运行模式修改柔直换流器电流内环参数，判断交流系统电压是否恢复，由判断结果确定柔性直流输电系统控制模式。
进一步，所述交流系统电压跌落程度的检测点位于柔直并网PCC点。
进一步，所述检测方法为：判断柔直PCC点电压跌落是否超过预先设定的门槛值，若超过，则柔性直流输电系统控制模式由常规控制模式切换为短路电流主动抑制模式；反之，则柔性直流输电系统控制模式维持原有控制模式。
进一步，所述当柔直故障期间运行于有功电流优先控制方式时，q轴电流参考值iqref为流入换流器的剩余通流能力：
式中，imax为换流器的最大通流能力，idref为d轴内环电流参考值。
进一步，所述当柔直故障期间运行于无功电流优先控制方式时，q轴电流参考值iqref为流入换流器的最大通流能力：
iqref＝-imax；
式中，imax为换流器的最大通流能力。
进一步，所述判断柔直PCC点电压是否恢复，若恢复，则恢复原有控制模式；反之，则维持短路电流主动抑制模式。
进一步，当柔直切换为短路电流主动抑制模式后，根据所选电流控制模式增大电流内环PI控制器的比例系数，减少电流内环PI控制器的积分时间常数，当电压恢复后再重置为原参数值。
一种柔性直流输电系统控制系统，其包括：模式切换模块、电流值给定模块和参数修改模块；
所述模式切换模块，用于检测交流系统电压跌落程度，根据检测结果将柔性直流输电系统控制模式由常规控制模式切换为短路电流主动抑制模式；
所述电流值给定模块，在短路电流主动抑制模式中，确定故障期间运行模式是有功电流优先控制还是无功电流优先控制，并分别确定流入换流器的剩余通流能力和最大通流能力，确定柔直换流器电流内环的dq轴电流指令值；
所述参数修改模块，根据所选电流运行模式修改柔直换流器电流内环参数，判断交流系统电压是否恢复，由判断结果确定柔性直流输电系统控制模式。
一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行如上述方法中的任一方法。
一种计算设备，其包括：一个或多个处理器、存储器及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在所述存储器中并被配置为所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行如上述方法中的任一方法的指令。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
本发明利用柔直快速控制的技术优势，在故障期间将柔性直流注入系统的电流由容性改为感性，通过主动抑制的方式起到降低系统短路电流的目标，可为实际电网的调度运行提供参考。
附图说明
图1是本发明实施例中的控制方法流程示意图；
图2是本发明实施例中系统短路等效电路示意图；
图3是本发明实施前后系统短路电流电磁暂态仿真结果。
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。
在本发明的第一实施方式中，提供一种抑制交流系统短路电流的柔性直流输电系统控制方法，如图1所示，包括以下步骤：
步骤1、检测交流系统电压跌落程度，根据检测结果将柔性直流输电系统控制模式由常规控制模式切换为短路电流主动抑制模式；
步骤2、在短路电流主动抑制模式中，确定故障期间电流运行模式是有功电流优先控制还是无功电流优先控制，并分别确定流入换流器的剩余通流能力和最大通流能力，进而确定柔直换流器电流内环的dq轴电流指令值；
步骤3、根据所选电流运行模式修改柔直换流器电流内环参数，判断交流系统电压是否恢复，由判断结果确定柔性直流输电系统控制模式。
上述步骤1中，交流系统电压跌落程度的检测点位于柔直并网PCC点，具体检测方法为：判断柔直PCC点电压跌落是否超过预先设定的门槛值，若超过，则柔性直流输电系统控制模式由常规控制模式切换为短路电流主动抑制模式；反之，则柔性直流输电系统控制模式维持原有控制模式，即常规控制模式。
上述步骤2中，当柔直故障期间运行于有功电流优先控制方式时，q轴电流参考值iqref为流入换流器的剩余通流能力，即：
式中，imax为换流器的最大通流能力，idref为d轴内环电流参考值。
上述步骤2中，当柔直故障期间运行于无功电流优先控制方式时，q轴电流参考值iqref为流入换流器的最大通流能力，即：
iqref＝-imax。
上述步骤3中，交流系统电压是否恢复的判断方法为：判断柔直PCC点电压是否恢复，若恢复，则恢复原有控制模式；反之，则维持短路电流主动抑制模式。
上述步骤3中，当柔直切换为短路电流主动抑制模式后，根据所选电流运行模式增大电流内环PI控制器的比例系数，减少电流内环PI控制器的积分时间常数，当电压恢复后再重置为原参数值。
在本发明的第二实施方式中，提供一种抑制交流系统短路电流的柔性直流输电系统控制系统，其包括：模式切换模块、电流值给定模块和参数修改模块；
模式切换模块，用于检测交流系统电压跌落程度，根据检测结果将柔性直流输电系统控制模式由常规控制模式切换为短路电流主动抑制模式；
电流值给定模块，在短路电流主动抑制模式中，确定故障期间运行模式是有功电流优先控制还是无功电流优先控制，并分别确定流入换流器的剩余通流能力、最大通流能力，确定柔直换流器电流内环的dq轴电流指令值；
参数修改模块，根据所选电流运行模式修改柔直换流器电流内环参数，判断交流系统电压是否恢复，由判断结果确定柔性直流输电系统控制模式。
上述实施例中，在模式切换模块中，交流系统电压跌落程度的检测点位于柔直并网PCC点。
在本发明的第三实施方式中，提供一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，一个或多个程序包括指令，指令当由计算设备执行时，使得计算设备执行如第一实施方式中的任一方法。
在本发明的第四实施方式中，提供一种计算设备，其包括：一个或多个处理器、存储器及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在所述存储器中并被配置为一个或多个处理器执行，一个或多个程序包括用于执行如上述实施例中的任一方法的指令。
实施例：
将电压门槛值设为400kV，切换为短路电流主动抑制模式后，进入无功优先控制模式，q轴电流参考值为-0.95，电流内环PI控制器比例环节系数变为20，积分时间常数变为0.003。
如图2所示，柔直稳态运行有功功率为750MW，无功功率为150Mvar，其所连交流系统的条件如下：交流等值系统电压Us1为525kV，系统等值阻抗R1和X1分别为2.1Ω和15.7Ω，MMC与系统连接的等值阻抗R2和X2分别为1.5Ω和31.4Ω。
如图3所示，为电磁暂态仿真结果，可以看出，相较于原有和现有控制方法，本发明所提控制方法可以分别降低柔直接入系统短路电流约3.1kA和1.6kA，验证了本发明的有效性。
综上所述，本发明通过充分利用柔直快速控制的技术优势，快速降低柔直接入系统的短路电流，可为实际电网的调度运行提供参考，具有较高的实用价值。
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 (6)

1.一种主动抑制交流短路电流的柔直控制方法，其特征在于，包括：
检测交流系统电压跌落程度，根据检测结果将柔性直流输电系统控制模式由常规控制模式切换为短路电流主动抑制模式；
在短路电流主动抑制模式中，确定故障期间电流运行模式是有功电流优先控制还是无功电流优先控制，并分别确定流入换流器的剩余通流能力和最大通流能力，确定柔直换流器电流内环的q轴电流指令值；
根据所选电流运行模式修改柔直换流器电流内环参数，判断交流系统电压是否恢复，由判断结果确定柔性直流输电系统控制模式；
所述交流系统电压跌落程度的检测点位于柔直并网PCC点；
当柔直故障期间运行于有功电流优先控制方式时，q轴电流参考值iqref为流入换流器的剩余通流能力：
式中，imax为换流器的最大通流能力，idref为d轴内环电流参考值；
当柔直故障期间运行于无功电流优先控制方式时，q轴电流参考值iqref为流入换流器的最大通流能力：
iqref＝-imax；
式中，imax为换流器的最大通流能力；
当柔直切换为短路电流主动抑制模式后，根据所选电流控制模式增大电流内环PI控制器的比例系数，减少电流内环PI控制器的积分时间常数，当电压恢复后再重置为原参数值；
在故障期间将柔性直流注入系统的电流由容性改为感性，通过主动抑制的方式起到降低系统短路电流的目标。
2.如权利要求1所述控制方法，其特征在于，所述检测交流系统电压跌落程度，根据检测结果将柔性直流输电系统控制模式由常规控制模式切换为短路电流主动抑制模式，为：判断柔直PCC点电压跌落是否超过预先设定的门槛值，若超过，则柔性直流输电系统控制模式由常规控制模式切换为短路电流主动抑制模式；反之，则柔性直流输电系统控制模式维持原有控制模式。
3.如权利要求1所述控制方法，其特征在于，判断柔直PCC点电压是否恢复，若恢复，则恢复原有控制模式；反之，则维持短路电流主动抑制模式。
4.一种主动抑制交流短路电流的柔直控制系统，其特征在于，包括：模式切换模块、电流值给定模块和参数修改模块；
所述模式切换模块，用于检测交流系统电压跌落程度，根据检测结果将柔性直流输电系统控制模式由常规控制模式切换为短路电流主动抑制模式；
所述电流值给定模块，在短路电流主动抑制模式中，确定故障期间电流运行模式是有功电流优先控制还是无功电流优先控制，并分别确定流入换流器的剩余通流能力和最大通流能力，确定柔直换流器电流内环的dq轴电流指令值；
所述参数修改模块，根据所选电流运行模式修改柔直换流器电流内环参数，判断交流系统电压是否恢复，由判断结果确定柔性直流输电系统控制模式；
所述交流系统电压跌落程度的检测点位于柔直并网PCC点；
当柔直故障期间运行于有功电流优先控制方式时，q轴电流参考值iqref为流入换流器的剩余通流能力：
式中，imax为换流器的最大通流能力，idref为d轴内环电流参考值；
当柔直故障期间运行于无功电流优先控制方式时，q轴电流参考值iqref为流入换流器的最大通流能力：
iqref＝-imax；
式中，imax为换流器的最大通流能力；
当柔直切换为短路电流主动抑制模式后，根据所选电流控制模式增大电流内环PI控制器的比例系数，减少电流内环PI控制器的积分时间常数，当电压恢复后再重置为原参数值；
在故障期间将柔性直流注入系统的电流由容性改为感性，通过主动抑制的方式起到降低系统短路电流的目标。
5.一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，其特征在于，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行如权利要求1至3所述方法中的任一方法。
6.一种计算设备，其特征在于，包括：一个或多个处理器、存储器及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在所述存储器中并被配置为所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行如权利要求1至3所述方法中的任一方法的指令。
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