CN113507132B - 一种缓解直流再启动控制参数优化方法及系统 - Google Patents

一种缓解直流再启动控制参数优化方法及系统 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种缓解直流再启动控制参数优化方法及系统。其中，该方法包括：根据预先采集的交直流电网参数，建立电网仿真计算模型；对直流再启动初始触发角进行初始化，确定直流再启动初始触发角的初值；进行直流单极两次再启动过程仿真；根据风机机端电压暂态响应，结合风电机组低电压穿越控制保护整定参数，评估风电机组是否进入低电压穿越控制过程；当风机出口电压低于预定值时，风电机组进入低电压穿越；当风电机组进入低电压穿越后，增大直流再启动初始触发角档位，将直流再启动初始触发角增加，并再次进行直流单极两次再启动过程仿真，直至风机不会进入低电压穿越，或者触发角已调节至最大值，确定直流再启动初始触发角参数优化取值。

Description

一种缓解直流再启动控制参数优化方法及系统
技术领域
本申请涉及电力系统技术领域，特别是涉及一种缓解直流再启动控制参数优化方法及系统。
背景技术
在我国，能源资源与负荷中心呈逆向分布，一次能源主要分布于西部和北部地区，负荷中心主要分布在华东、华南以及华中地区。为实现能源资源的优化配置，适用于远距离大容量输电的特高压直流输电技术已在我国推广应用，投入实际运行的特高压工程日益增多。于此同时，在能源转型、节能减排战略的推动下，西北等富集风能、太阳能资源的地区已实现风力发电、光伏发电的集中开发，如甘肃酒泉和新疆哈密千万千瓦级风电基地等，风光新能源电源汇集后经特高压直流外送，已成为我国交直流混联电网中的一类典型场景。
当交流电网或直流系统出现故障扰动时，以由半控型晶闸管构成的换流器为核心部件的特高压直流输电系统，其换流站与交流电网交换的有功和无功功率均会出现大幅波动，进而对换流站近区的风电与光伏等新能源发电基地的并网安全构成威胁。在特高压直流输电系统中，直流线路发生故障的概率较高，针对于此，与交流线路重合闸功能类似且能够有效提升直流系统运行可靠性的直流再启动功能被广泛应用。
但在实际运行中，直流系统故障及再启动过程将导致直流有功功率快速大幅变化，并因此造成换流站无功功率发生显著波动，进而使送受端交流电网受到冲击。在新能源大规模并网后经特高压直流外送的场景中，直流故障及再启动过程引发的换流站无功波动，会导致整流侧近区风机低电压穿越连锁反应进而威胁送端电网运行安全。
发明内容
本公开的实施例提供了一种缓解直流再启动控制参数优化方法及系统，以至少解决现有技术中存在的直流系统故障及再启动过程将导致直流有功功率快速大幅变化，并因此造成换流站无功功率发生显著波动，进而使送受端交流电网受到冲击。在新能源大规模并网后经特高压直流外送的场景中，直流故障及再启动过程引发的换流站无功波动，会导致整流侧近区风机低电压穿越连锁反应进而威胁送端电网运行安全的技术问题。
根据本公开实施例的一个方面，提供了一种缓解直流再启动控制参数优化方法，包括：根据预先采集的交直流电网参数，建立电网仿真计算模型；对直流再启动初始触发角进行初始化，确定直流再启动初始触发角的初值；根据所述初值，进行直流单极两次再启动过程仿真，确定直流单极两次再启动过程仿真后的风机机端电压暂态响应；根据所述风机机端电压暂态响应，结合风电机组低电压穿越控制保护整定参数，评估风电机组是否进入低电压穿越控制过程；当风机出口电压低于预定值时，启动扰动过程，风电机组进入低电压穿越；当风电机组进入低电压穿越后，增大直流再启动初始触发角档位k，将直流再启动初始触发角增加Δα0，并再次进行直流单极两次再启动过程仿真，直至风机不会进入低电压穿越，或者触发角已调节至最大值，确定直流再启动初始触发角参数优化取值。
根据本公开实施例的另一方面，还提供了一种缓解直流再启动控制参数优化系统，包括：建立模型模块，用于根据预先采集的交直流电网参数，建立电网仿真计算模型；确定初值模块，对直流再启动初始触发角进行初始化，确定直流再启动初始触发角的初值；确定暂态响应模块，用于根据所述初值，进行直流单极两次再启动过程仿真，确定直流单极两次再启动过程仿真后的风机机端电压暂态响应；评估风电机组模块，用于根据所述风机机端电压暂态响应，结合风电机组低电压穿越控制保护整定参数，评估风电机组是否进入低电压穿越控制过程；进入低电压穿越模块，用于当风机出口电压低于预定值时，启动扰动过程，风电机组进入低电压穿越；确定初始触发角参数优化取值模块，用于当风电机组进入低电压穿越后，增大直流再启动初始触发角档位k，将直流再启动初始触发角增加Δα0，并再次进行直流单极两次再启动过程仿真，直至风机不会进入低电压穿越，或者触发角已调节至最大值，确定直流再启动初始触发角参数优化取值。
在本发明中，通过增大直流再启动初始触发角抑制直流再启动过程引发换流站无功功率波动导致的送端电网电压大幅变化，缓解风机进入低电压穿越控制过程对送受端电网的冲击性影响，在保证电网安全性的基础下提升新能源的消纳水平。可抑制直流线路故障未清除期间进行再启动过程所产生的直流电流冲击，减小换流站母线电压的下降幅度，缓解风机因进入低电压穿越对系统安全造成的威胁。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本公开的进一步理解，构成本申请的一部分，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。在附图中：
图1是根据本公开实施例所述的一种缓解直流再启动控制参数优化方法的流程示意图；
图2是根据本公开实施例所述的种缓解风机进入低电压穿越影响的直流再启动控制参数优化方法的流程示意图；
图3是根据本公开实施例所述的直流再启动过程的仿真模拟的示意图；
图4是根据本公开实施例所述的再启动过程整流器触发滞后角响应曲线的示意图；
图5是根据本公开实施例所述的参数优化前后祁韶直流再启动交流电压曲线图的示意图；
图6是根据本公开实施例所述的参数优化前后祁韶直流再启动风机有功出力曲线图的示意图；
图7是根据本公开实施例所述的一种缓解直流再启动控制参数优化系统的示意图。
具体实施方式
现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。
除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。
根据本实施例的第一个方面，提供了一种缓解直流再启动控制参数优化方法100。参考图1所示，该方法包括：
S102:根据预先采集的交直流电网参数，建立电网仿真计算模型；
S104:对直流再启动初始触发角进行初始化，确定直流再启动初始触发角的初值；
S106:根据所述初值，进行直流单极两次再启动过程仿真，确定直流单极两次再启动过程仿真后的风机机端电压暂态响应；
S108:根据所述风机机端电压暂态响应，结合风电机组低电压穿越控制保护整定参数，评估风电机组是否进入低电压穿越控制过程；
S110:当风机出口电压低于预定值时，启动扰动过程，风电机组进入低电压穿越；
S112:当风电机组进入低电压穿越后，增大直流再启动初始触发角档位k，将直流再启动初始触发角增加Δα0，并再次进行直流单极两次再启动过程仿真，直至风机不会进入低电压穿越，或者触发角已调节至最大值，确定直流再启动初始触发角参数优化取值。
参考图2所示，该方法包括以下步骤：
(1)收集交直流电网参数，建立电网仿真计算模型；
收集高压直流输电系统和风机并网系统中输变电元件的静态和动态参数，包括发电机及其励磁和调速系统数据、交流输电线路参数、变压器参数、网络互联拓扑结构、直流输电系统控制方式和控制器参数、风机低电压穿越控制保护参数、以及区域发电功率、负荷功率、关键断面交换功率运行数据。仿真计算模型包括电网潮流计算模型和稳定计算模型，依据以及静态和动态参数，在电力大系统仿真软件PSD-BPA中建立电网稳态和暂态仿真模型。
(2)设置直流再启动初始触发角；
对直流再启动初始触发角进行初始化，直流再启动初始触发角初值设置为α0，直流再启动初始触发角档位k设置为0，直流再启动初始触发角调整幅值为Δα0，直流再启动初始触发角最大值为α0max。
(3)直流单极两次再启动过程仿真；
直流单极两次再启动过程仿真如图3所示。具体步骤如下：
步骤(3-1)：在tf时刻直流线路发生短路故障，整流器触发滞后角α增至大于90°的再启动移相角αf并持续ΔT1时间，直流电压与电流受控减小以便进行线路去游离，进而完成对于短路故障的清除。
步骤(3-2)：在tr1时刻系统进行第1次再启动，整流器触发滞后角α由αf下调至再启动初始触发角α0，整流器进入定功率控制模式，直流系统准备重新投入运行；由于仿真程序设定，短路故障此时未被清除，因此再启动无法成功，整流器触发滞后角α持续ΔT2时间后由α0再次增至αf进行线路去游离，为使第2次再启动成功几率增大，此次去游离的时间ΔT3要大于ΔT1。
步骤(3-3)：在tfc时刻直流线路故障清除，系统控制整流器触发滞后角α维持在αf的状态并持续ΔT3时间后，于tr2时刻进行第2次再启动过程，此次直流启动成功进行，直流功率经过ΔT4时间后爬升并恢复至原送电功率Pd。
(4)评估直流再启动过程中是否触发风机进入低电压穿越；
根据直流单极两次再启动过程仿真后风机机端电压暂态响应，并结合风电机组低电压穿越控制保护整定参数，评估风电机组是否进入低电压穿越控制过程，即当风机出口电压低于0.9pu时，则再启动扰动过程中会风机会进入低电压穿越导致有功出力大幅降低，否则风机不会进入低电压穿越。若直流再启动扰动过程中风机进入低电压穿越，执行步骤(5)。
(5)优化调整再启动初始触发角档位
增大直流再启动初始触发角档位k，将直流再启动初始触发角增加Δα0，并再次执行步骤(3)，直至风机不会进入低电压穿越，或者触发角已调节至最大值α0max，则优化过程结束，直流再启动初始触发角参数优化取值为α0+kΔα0，通过优化调整再启动初始触发角档位，缓解直流再启动扰动对于换流站母线电压产生的不良影响。
以实际电网为例，说明一种缓解风机进入低电压穿越影响的直流再启动控制参数优化方法的实现步骤：
(1)收集交直流电网参数，建立电网仿真计算模型
甘肃酒泉千万千瓦级风电基地经祁韶特高压直流系统电能外送的实际新能源并网系统为例，收集高压直流输电系统和风机并网系统中输变电元件的静态和动态参数，包括发电机及其励磁和调速系统数据、交流输电线路参数、变压器参数、网络互联拓扑结构、直流输电系统控制方式和控制器参数、风机低电压穿越控制保护参数、以及区域发电功率、负荷功率、关键断面交换功率运行数据。建立电网稳态潮流和机电暂态仿真计算模型。
(2)设置直流再启动初始触发角
将祁韶直流再启动初始触发角初值α0设置为15°，直流再启动初始触发角档位k设置为0，直流再启动初始触发角调整幅值Δα0设置为5°，直流再启动初始触发角最大值α0max设置为60°。
(3)直流单极两次再启动过程仿真
在tf＝0.1s时刻直流线路发生短路故障，故障过程持续0.6s，故障发生后α增至αf＝164°，送端直流电压受控降至零，相应的直流电流亦随之下降至零，系统进行持续0.15s的第一次线路去游离，并于tr1＝0.25s时刻执行第1次再启动，初始触发角α0被设置为15°，期间直流电压作用于短路故障仍然存在的直流线路将使直流电流瞬间大幅提升，产生了较大的功率冲击；持续ΔT2＝0.15s后，系统检测到再启动未能成功，遂将α上调至164°并再次进行故障线路去游离；经ΔT3＝0.55s后，于tr2＝0.95s时刻执行第2次再启动，由于线路故障于tf＝0.7s时刻已被清除，直流系统成功启动；经ΔT4＝0.05s后直流功率快速爬升并恢复至故障前水平。对应上述直流故障及再启动过程，整流器触发滞后角的暂态响应如图4所示。
(4)评估直流再启动扰动过程中是否触发风机进入低电压穿越
在第1次再启动过程中直流电流快速增长并超过稳态值，使得整流器的无功需求大幅增加，因此整流站从交流电网吸收大量的无功功率，导致换流站母线电压显著下降，祁韶直流整流侧换流母线电压跌落至0.82pu，桥八风电场双馈风机出口电压跌落至0.88pu，风机因进入低电压穿越而使得有功功率快速跌落并经过约1s的爬坡过程才能恢复至初始功率。
(5)优化调整再启动初始触发角档位
直流再启动初始触发角档位k增大一档，依次将直流再启动初始触发角增加5°，并再次执行步骤(3)，直至风机不会进入低电压穿越，或者触发角已调节至最大值，则优化过程结束，直流再启动初始触发角参数优化取值为60°，祁韶直流再启动初始触发角参数优化前后的风机机端电压响应曲线图如图5所示。将α0取值优化调整至60°，则整流侧换流母线电压和风机出口电压均能提升至0.9pu以上，不会触发风机进入低电压穿越控制过程。祁韶直流再启动初始触发角参数优化前后的风机有功出力响应曲线图如图6所示，采用优化参数后风机有功功率在直流再启动过程结束后快速恢复至初始功率，有效缓解了祁韶直流再启动过程引发的风机连锁反应对系统的冲击威胁。
从而，通过增大直流再启动初始触发角抑制直流再启动过程引发换流站无功功率波动导致的送端电网电压大幅变化，缓解风机进入低电压穿越控制过程对送受端电网的冲击性影响，在保证电网安全性的基础下提升新能源的消纳水平。
可选地，根据预先采集的交直流电网参数，建立电网仿真计算模型，包括：采集高压直流输电系统和风机并网系统中输变电元件的静态和动态参数；根据所述静态和动态参数以及输变电元件的拓扑结构，在电力系统仿真软件PSD-BPA中建立电网稳态和暂态仿真模型。
可选地，所述静态和动态参数包括发电机及其励磁和调速系统数据、交流输电线路参数、变压器参数、网络互联拓扑结构、直流输电系统控制方式和控制器参数、风机低电压穿越控制保护参数、区域发电功率、负荷功率、关键断面交换功率运行数据。
可选地，对直流再启动初始触发角进行初始化，确定直流再启动初始触发角的初值，包括：对直流再启动初始触发角进行初始化，确定直流再启动初始触发角初值为α0，确定直流再启动初始触发角档位k为0，确定直流再启动初始触发角调整幅值为Δα0，确定直流再启动初始触发角最大值为α0max。
可选地，还包括：当风机出口电压不低于预定值时，风电机组不进入低电压穿越。
从而，通过增大直流再启动初始触发角抑制直流再启动过程引发换流站无功功率波动导致的送端电网电压大幅变化，缓解风机进入低电压穿越控制过程对送受端电网的冲击性影响，在保证电网安全性的基础下提升新能源的消纳水平。
根据本实施例的另一个方面，还提供了一种缓解直流再启动控制参数优化系统700。参考图7所示，该系统700包括：建立模型模块710，用于根据预先采集的交直流电网参数，建立电网仿真计算模型；确定初值模块720，对直流再启动初始触发角进行初始化，确定直流再启动初始触发角的初值；确定暂态响应模块730，用于根据所述初值，进行直流单极两次再启动过程仿真，确定直流单极两次再启动过程仿真后的风机机端电压暂态响应；评估风电机组模块740，用于根据所述风机机端电压暂态响应，结合风电机组低电压穿越控制保护整定参数，评估风电机组是否进入低电压穿越控制过程；进入低电压穿越模块750，用于当风机出口电压低于预定值时，启动扰动过程，风电机组进入低电压穿越；确定初始触发角参数优化取值模块760，用于当风电机组进入低电压穿越后，增大直流再启动初始触发角档位k，将直流再启动初始触发角增加Δα0，并再次进行直流单极两次再启动过程仿真，直至风机不会进入低电压穿越，或者触发角已调节至最大值，确定直流再启动初始触发角参数优化取值。
可选地，建立模型模块710，包括：采集参数子模块，用于采集高压直流输电系统和风机并网系统中输变电元件的静态和动态参数；建立模型子模块，用于根据所述静态和动态参数以及输变电元件的拓扑结构，在电力系统仿真软件PSD-BPA中建立电网稳态和暂态仿真模型。
可选地，所述静态和动态参数包括发电机及其励磁和调速系统数据、交流输电线路参数、变压器参数、网络互联拓扑结构、直流输电系统控制方式和控制器参数、风机低电压穿越控制保护参数、区域发电功率、负荷功率、关键断面交换功率运行数据。
可选地，确定初值模块720，包括：确定初始触发角最大值子模块，用于对直流再启动初始触发角进行初始化，确定直流再启动初始触发角初值为α0，确定直流再启动初始触发角档位k为0，确定直流再启动初始触发角调整幅值为Δα0，确定直流再启动初始触发角最大值为α0max。
可选地，还包括：不进入低电压穿越模块，当风机出口电压不低于预定值时，风电机组不进入低电压穿越。
本发明的实施例的一种缓解直流再启动控制参数优化系统700与本发明的另一个实施例的一种缓解直流再启动控制参数优化方法100相对应，在此不再赘述。
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。本申请实施例中的方案可以采用各种计算机语言实现，例如，面向对象的程序设计语言Java和直译式脚本语言JavaScript等。
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。
尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种缓解直流再启动控制参数优化方法，其特征在于，包括：
根据预先采集的交直流电网参数，建立电网仿真计算模型；
对直流再启动初始触发角进行初始化，确定直流再启动初始触发角的初值；
根据所述初值，进行直流单极两次再启动过程仿真，确定直流单极两次再启动过程仿真后的风机机端电压暂态响应；
根据所述风机机端电压暂态响应，结合风电机组低电压穿越控制保护整定参数，评估风电机组是否进入低电压穿越控制过程；
当风机出口电压低于预定值时，启动扰动过程，风电机组进入低电压穿越；
当风电机组进入低电压穿越后，增大直流再启动初始触发角档位k，将直流再启动初始触发角增加Δα0，并再次进行直流单极两次再启动过程仿真，直至风机不会进入低电压穿越，或者触发角已调节至最大值，确定直流再启动初始触发角参数优化取值；
对直流再启动初始触发角进行初始化，确定直流再启动初始触发角的初值，包括：
对直流再启动初始触发角进行初始化，确定直流再启动初始触发角初值为α0，确定直流再启动初始触发角档位k为0，确定直流再启动初始触发角调整幅值为Δα0，确定直流再启动初始触发角最大值为α0max。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据预先采集的交直流电网参数，建立电网仿真计算模型，包括：
采集高压直流输电系统和风机并网系统中输变电元件的静态和动态参数；
根据所述静态和动态参数以及输变电元件的拓扑结构，在电力系统仿真软件PSD-BPA中建立电网稳态和暂态仿真模型。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，
所述静态和动态参数包括发电机及其励磁和调速系统数据、交流输电线路参数、变压器参数、网络互联拓扑结构、直流输电系统控制方式和控制器参数、风机低电压穿越控制保护参数、区域发电功率、负荷功率、关键断面交换功率运行数据。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
当风机出口电压不低于预定值时，风电机组不进入低电压穿越。
5.一种缓解直流再启动控制参数优化系统，其特征在于，包括：
建立模型模块，用于根据预先采集的交直流电网参数，建立电网仿真计算模型；
确定初值模块，对直流再启动初始触发角进行初始化，确定直流再启动初始触发角的初值；
确定暂态响应模块，用于根据所述初值，进行直流单极两次再启动过程仿真，确定直流单极两次再启动过程仿真后的风机机端电压暂态响应；
评估风电机组模块，用于根据所述风机机端电压暂态响应，结合风电机组低电压穿越控制保护整定参数，评估风电机组是否进入低电压穿越控制过程；
进入低电压穿越模块，用于当风机出口电压低于预定值时，启动扰动过程，风电机组进入低电压穿越；
确定初始触发角参数优化取值模块，用于当风电机组进入低电压穿越后，增大直流再启动初始触发角档位k，将直流再启动初始触发角增加Δα0，并再次进行直流单极两次再启动过程仿真，直至风机不会进入低电压穿越，或者触发角已调节至最大值，确定直流再启动初始触发角参数优化取值；
确定初值模块，包括：
确定初始触发角最大值子模块，用于对直流再启动初始触发角进行初始化，确定直流再启动初始触发角初值为α0，确定直流再启动初始触发角档位k为0，确定直流再启动初始触发角调整幅值为Δα0，确定直流再启动初始触发角最大值为α0max。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，建立模型模块，包括：
采集参数子模块，用于采集高压直流输电系统和风机并网系统中输变电元件的静态和动态参数；
建立模型子模块，用于根据所述静态和动态参数以及输变电元件的拓扑结构，在电力系统仿真软件PSD-BPA中建立电网稳态和暂态仿真模型。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，
所述静态和动态参数包括发电机及其励磁和调速系统数据、交流输电线路参数、变压器参数、网络互联拓扑结构、直流输电系统控制方式和控制器参数、风机低电压穿越控制保护参数、区域发电功率、负荷功率、关键断面交换功率运行数据。
8.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，还包括：
不进入低电压穿越模块，当风机出口电压不低于预定值时，风电机组不进入低电压穿越。
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