CN113765121B - Vsc/lcc并联混合多馈系统换相失败恢复方法及系统 - Google Patents

Vsc/lcc并联混合多馈系统换相失败恢复方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种VSC/LCC并联混合多馈系统换相失败后的恢复方法及系统，属于高压直流输电技术领域。本发明方法，包括：当检测到LCC发生换相失败之后，发出VSC/LCC功率频率协调控制指令；当VSC和LCC在接收到VSC/LCC功率频率协调控制指令后，控制VSC和LCC进入功率补偿模式；功率补偿模式持续预设时间后，控制VSC和LCC将功率补偿模式切换为频率调制模式；在检测到交流电网频率振荡结束之后，控制VSC和LCC退出功率频率协调控制指令，和频率调制模式，并恢复VSC和LCC正常运行。本发明可对LCC换相失败后的交流系统频率波动进行抑制。

Description

VSC/LCC并联混合多馈系统换相失败恢复方法及系统
技术领域
本发明涉及高压直流输电技术领域，并且更具体地，涉及一种VSC/LCC并联混合多馈系统换相失败恢复方法及系统。
背景技术
我国存在能源资源与负荷需求逆向分布的客观情况，因此近年来常规高压直流输电(line commutated converter high voltage direct current,LCC-HVDC)得到快速发展，以满足远距离、大容量输电和异步联网等方面的现实需求。
同时，在柔性直流输电(voltage source converter based high voltagedirect current，VSC-HVDC)方面，国内已有舟山五端、厦门真双极、渝鄂背靠背等多项柔直工程建设完成，两种技术路线的直流输电系统广泛应用，导致VSC/LCC直流并联混合多馈(多条直流共享公共交流母线或电气距离较近的交流母线)这一全新的系统结构出现在我国的电网中，这是我国大力发展高压直流输电技术的必然结果，未来在我国能源资源与负荷需求逆向分布的大背景下也必将日益增多。该结构的出现使其近区交直流电网协调控制方面出现了新的研究需求，如协调柔性直流与近区常规直流之间的无功控制以优化两者间的无功配合，利用柔性直流的灵活可控性优化近区交直流电网的暂态稳定性，等等。
结合VSC/LCC直流并联混合多馈系统结构工程应用必将日益增多这一客观事实，从动态功率协调控制出发，提出柔性直流及其近区常规直流、交流电网间的协调技术方案和控制策略，对构建高利用率、强稳定性的坚强智能电网具有十分重要的现实意义。
由于换相失败是LCC-HVDC最常见的故障类型，VSC/LCC直流并联混合多馈系统中换相失败后功率频率协调控制方法，就成了其中一项重要的研究课题。
发明内容
针对上述VSC/LCC直流并联混合多馈系统中换相失败的问题，本发明提出了一种VSC/LCC并联混合多馈系统换相失败后的恢复方法，包括：
当检测到LCC发生换相失败之后，发出VSC/LCC功率频率协调控制指令；
当VSC和LCC在接收到VSC/LCC功率频率协调控制指令后，控制VSC和LCC进入功率补偿模式；
功率补偿模式持续预设时间后，控制VSC和LCC将功率补偿模式切换为频率调制模式；
在检测到交流电网频率振荡结束之后，控制VSC和LCC退出功率频率协调控制指令，和频率调制模式，并恢复VSC和LCC正常运行。
可选的，当检测到LCC发生换相失败之后，发出VSC/LCC功率频率协调控制指令的延迟时间不超过50ms。
可选的，进入功率补偿模式，具体为：
控制VSC在功率补偿模式中通过修改VSC有功功率参考值进行功率回降操作；
所述回降功率为设定值和LCC因换相失败下降功率间的较小值；
其中，因换相失败下降功率为LCC发生换相失败之前的有功功率参考值，和LCC有功功率测量值的差值；
控制LCC在功率补偿模式中通过修改LCC有功功率参考值行功率提升操作，所述提升功率不能超过LCC有功功率上限。
可选的，频率调制模式，具体为：
控制VSC和LCC停止功率升降，控制有功功率参考值叠加频率调制环节的输出量，抑制交流电网的频率振荡。
可选的，预设时间需限制频率第一摆峰值，同时未引起后续频率振荡的加剧。
本发明还提出了一种VSC/LCC并联混合多馈系统换相失败后的恢复系统，包括：
检测模块，检测VSC/LCC并联混合多馈系统是否换相失败，当检测到LCC发生换相失败之后，发出VSC/LCC功率频率协调控制指令；
第一模式切换模块，控制VSC和LCC在接收到VSC/LCC功率频率协调控制指令后，进入功率补偿模式；
第二模式切换模块，在功率补偿模式持续预设时间后，控制VSC和LCC将功率补偿模式切换为频率调制模式；
退出模块，在检测到交流电网频率振荡结束之后，控制VSC和LCC退出功率频率协调控制指令和频率调制模式，并恢复VSC和LCC正常运行。
可选的，当检测到LCC发生换相失败之后，发出VSC/LCC功率频率协调控制指令的延迟时间不超过50ms。
可选的，进入功率补偿模式，具体为：
控制VSC在功率补偿模式中通过修改VSC有功功率参考值进行功率回降操作；
所述回降功率为设定值和LCC因换相失败下降功率间的较小值；
其中，因换相失败下降功率为LCC发生换相失败之前的有功功率参考值，和LCC有功功率测量值的差值；
控制LCC在功率补偿模式中通过修改LCC有功功率参考值行功率提升操作，所述提升功率不能超过LCC有功功率上限。
可选的，频率调制模式，具体为：
控制VSC和LCC停止功率升降，控制有功功率参考值叠加频率调制环节的输出量，抑制交流电网的频率振荡。
可选的，预设时间需限制频率第一摆峰值，同时未引起后续频率振荡的加剧。
本发明可对LCC换相失败后的交流系统频率波动进行抑制。
附图说明
图1为本发明实施例中VSC/LCC并联混合多馈系统结构图；
图2为本发明方法的流程图；
图3为本发明实施例中频率调制环节逻辑图；
图4为本发明实施例中VSC/LCC并联混合多馈系统换相失败后的功率频率协调控制框图；
图5为本发明实施例中VSC/LCC功率频率协调控制方法对换相失败后频率波动的抑制效果；
图6为本发明实施例中VSC有功功率曲线图；
图7为本发明实施例中LCC有功功率曲线图；
图8为本发明系统的结构图。
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。
下面结合实施例对本发明进行进一步的说明：
如图1所示，图1是典型的VSC/LCC并联混合多馈系统，VSC连接交流A系统和交流B系统，由A到B为功率正送，LCC连接交流B系统和交流C系统，由B到C为功率正送，B系统同时与VSC与LCC相连。B系统同时连接常规直流和柔性直流，两种直流的故障或运行方式变化会对B系统产生影响，同时，二者也可通过一定的控制策略，调整运行方式，影响B系统的运行电压、频率、功率等，提高B系统运行的稳定性。
LCC受端C系统发生短路故障后，可能会造成LCC受端换流器换相失败，LCC有功功率短时间快速下降，引起B系统功率过剩，造成频率波动，甚至影响B系统的暂态稳定性。因此，需要VSC和LCC共同发挥调节能力，补偿B系统的功率变化，平息其频率波动。
本发明提出了一种VSC/LCC并联混合多馈系统换相失败后的恢复方法，如图2所示，包括：
(1)检测到LCC发生换相失败之后，控制系统立即发出VSC/LCC功率频率协调控制指令，一般从换相失败到控制指令发出，延迟时间不超过50ms。
(2)VSC和LCC在接收到VSC/LCC协调控制指令后，进入功率补偿模式。
VSC在功率补偿模式中需进行功率回降，所降功率为设定值ΔPdown和LCC因换相失败下降功率ΔPLCC间的较小值，通过修改VSC有功功率参考值实现。其中，ΔPdown需根据电网结构进行仿真确定，确定原则是既能够一定程度上补偿B系统的有功功率变化，限制B系统频率振荡的第一个峰值，又不影响A系统的稳定运行，ΔPLCC通过以下公式计算；
其中，为LCC发生换相失败之前的有功功率参考值，PLCC为LCC有功功率测量值。
LCC在功率补偿模式中需进行功率提升，所升功率为设定值ΔPup，通过修改LCC有功功率参考值实现。ΔPup需根据电网结构进行仿真确定，确定原则是既能够一定程度上补偿B系统的有功功率变化，限制B系统频率振荡的第一个峰值，又不影响C系统的稳定运行，且不能超过LCC有功功率上限。
(3)功率补偿模式持续时间ts后，VSC、LCC均切换至频率调制模式，具体为VSC、LCC停止功率升降，有功功率参考值叠加频率调制环节的输出量，以抑制交流电网的频率振荡。ts根据系统需求进行仿真确定，保证限制频率第一摆峰值的同时，防止引起后续频率振荡加剧。频率调制环节如图3所示，传递函数如式(2)所示。
其中，f为交流电网频率测量值，f0为系统工频，Δf为LCC送端电网频率与工频偏差，T为惯性环节时间常数，KP为比例环节系数，THI为积分环节时间常数，KT为反馈系数，且KT<<1，ΔPf为频率调制输出量，最终叠加到VSC/LCC有功功率参考值上。VSC、LCC采用的频率调制环节各参数根据系统仿真确定，以保证对频率振荡的快速抑制。
(4)交流电网频率振荡结束之后，VSC/LCC协调控制指令退出，VSC、LCC即退出频率调制模式，并恢复正常运行。
根据以上协调控制方法的步骤，得到VSC和LCC控制框图，如图4所示。
图4中，和/>是VSC和LCC稳态运行时的有功功率参考值，/>和/>是VSC和LCC功率频率协调控制后的最终有功功率参考值，最终输出的有功参考值需要经过限幅环节。
基于本发明的方法，对LCC换相失败后的交流系统频率波动进行抑制，以某电网为例进行仿真验证，电网结构与图1相同。LCC受端母线发生单相瞬时接地故障，之后LCC发生换相失败，VSC/LCC不进行控制与采用功率频率协调控制方法的对比如图5所示；
由图5可以看到，采用协调控制方法之后，交流电网频率第一摆峰值下降，之后的振荡也很快平息。
图6为VSC有功功率参考值和测量值，图7为LCC有功功率参考值和测量值。
本发明还提出了一种VSC/LCC并联混合多馈系统换相失败后的恢复系统200，如图8所示，包括：
检测模块201，检测VSC/LCC并联混合多馈系统是否换相失败，当检测到LCC发生换相失败之后，发出VSC/LCC功率频率协调控制指令；
第一模式切换模块202，控制VSC和LCC在接收到VSC/LCC功率频率协调控制指令后，进入功率补偿模式；
第二模式切换模块203，在功率补偿模式持续预设时间后，控制VSC和LCC将功率补偿模式切换为频率调制模式；
退出模块204，在检测到交流电网频率振荡结束之后，控制VSC和LCC退出功率频率协调控制指令和频率调制模式，并恢复VSC和LCC正常运行。
其中，当检测到LCC发生换相失败之后，发出VSC/LCC功率频率协调控制指令的延迟时间不超过50ms。
其中，进入功率补偿模式，具体为：
控制VSC在功率补偿模式中通过修改VSC有功功率参考值进行功率回降操作；
所述回降功率为设定值和LCC因换相失败下降功率间的较小值；
其中，因换相失败下降功率为LCC发生换相失败之前的有功功率参考值，和LCC有功功率测量值的差值；
控制LCC在功率补偿模式中通过修改LCC有功功率参考值行功率提升操作，所述提升功率不能超过LCC有功功率上限。
其中，频率调制模式，具体为：
控制VSC和LCC停止功率升降，控制有功功率参考值叠加频率调制环节的输出量，抑制交流电网的频率振荡。
其中，预设时间需限制频率第一摆峰值，同时未引起后续频率振荡的加剧。
本发明可对LCC换相失败后的交流系统频率波动进行抑制。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明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，本发明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。本发明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。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、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。
尽管已描述了本发明的优选实施例，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发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (6)

1.一种VSC/LCC并联混合多馈系统换相失败恢复方法，所述方法包括：
当检测到LCC发生换相失败之后，发出VSC/LCC功率频率协调控制指令；
当VSC和LCC在接收到VSC/LCC功率频率协调控制指令后，控制VSC和LCC进入功率补偿模式；
功率补偿模式持续预设时间后，控制VSC和LCC将功率补偿模式切换为频率调制模式；
在检测到交流电网频率振荡结束之后，控制VSC和LCC退出功率频率协调控制指令和频率调制模式，并恢复VSC和LCC正常运行；
所述 VSC/LCC 并联混合多馈系统的 VSC 连接交流 A 系统和交流 B系统，由交流 A系统到交流 B 系统为功率正送，VSC/LCC 并联混合多馈系统的 LCC 连接交流 B 系统和交流 C 系统，由交流 B 系统到交流 C 系统为功率正送，交流 B 系统同时与 VSC/LCC 并联混合多馈系统的 VSC 和LCC 连接；
所述进入功率补偿模式，具体为：
控制VSC在功率补偿模式中通过修改VSC有功功率参考值进行功率回降操作；
回降功率为设定值和LCC因换相失败下降功率间的较小值；
其中，因换相失败下降功率为LCC发生换相失败之前的有功功率参考值和LCC有功功率测量值的差值；
控制LCC在功率补偿模式中通过修改LCC有功功率参考值行功率提升操作，提升功率不能超过LCC有功功率上限；
所述频率调制模式，具体为：
控制VSC和LCC停止功率升降，控制有功功率参考值叠加频率调制环节的输出量，抑制交流电网的频率振荡。
2.根据权利要求1所述的方法，所述当检测到LCC发生换相失败之后，发出VSC/LCC功率频率协调控制指令的延迟时间不超过50ms。
3.根据权利要求1所述的方法，所述预设时间需限制频率第一摆峰值，同时未引起后续频率振荡的加剧。
4.一种VSC/LCC并联混合多馈系统换相失败恢复系统，所述系统包括：
检测模块，检测VSC/LCC并联混合多馈系统是否换相失败，当检测到LCC发生换相失败之后，发出VSC/LCC功率频率协调控制指令；
第一模式切换模块，控制VSC和LCC在接收到VSC/LCC功率频率协调控制指令后，进入功率补偿模式；
第二模式切换模块，在功率补偿模式持续预设时间后，控制VSC和LCC将功率补偿模式切换为频率调制模式；
退出模块，在检测到交流电网频率振荡结束之后，控制VSC和LCC退出功率频率协调控制指令和频率调制模式，并恢复VSC和LCC正常运行；
所述 VSC/LCC 并联混合多馈系统的 VSC 连接交流 A 系统和交流 B系统，由交流 A系统到交流 B 系统为功率正送，VSC/LCC 并联混合多馈系统的 LCC 连接交流 B 系统和交流 C 系统，由交流 B 系统到交流 C 系统为功率正送，交流 B 系统同时与 VSC/LCC 并联混合多馈系统的 VSC 和LCC 连接；
所述进入功率补偿模式，具体为：
控制VSC在功率补偿模式中通过修改VSC有功功率参考值进行功率回降操作；
回降功率为设定值和LCC因换相失败下降功率间的较小值；
其中，因换相失败下降功率为LCC发生换相失败之前的有功功率参考值和LCC有功功率测量值的差值；
控制LCC在功率补偿模式中通过修改LCC有功功率参考值行功率提升操作，提升功率不能超过LCC有功功率上限；
所述频率调制模式，具体为：
控制VSC和LCC停止功率升降，控制有功功率参考值叠加频率调制环节的输出量，抑制交流电网的频率振荡。
5.根据权利要求4所述的系统，所述当检测到LCC发生换相失败之后，发出VSC/LCC功率频率协调控制指令的延迟时间不超过50ms。
6.根据权利要求4所述的系统，所述预设时间需限制频率第一摆峰值，同时未引起后续频率振荡的加剧。
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