CN113890076A - 一种提升直流承载能力的直流控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于电力系统及其自动化技术领域，尤其涉及一种提升直流承载能力的直流控制方法。步骤1：建立直流整流侧不同控制方式对闭锁场景下送端电网影响的仿真模型；步骤2：建立直流整流侧不同控制方式对换相失败场景下送端电网影响的仿真模型；步骤3：建立关键控制环节参数对直流换相失败影响的仿真模型；步骤4：基于步骤1到步骤3中的仿真结果确定直流控制系统的控制方式、低压限流环环节参数；模拟电网运行时，第i回直流在一定时间窗内对交流系统的无功冲击，从而判断该无功冲击是否符合本次预定标准，进而到达筛选达到目标要求的参数设置，为电网合理规划和安全运行提供了技术支撑。

Description

一种提升直流承载能力的直流控制方法

技术领域

本发明属于电力系统及其自动化技术领域，尤其涉及一种提升直流承载能力的直流控制方法。

背景技术

电网异步运行是我国优化电网机构的重要举措，其可以一定程度上抑制故障的传播，但异步后转动惯量的减小导致频率稳定问题将成为电网面临的主要风险。在异步联网外送系统结构下，由于送受端电网之间不存在交流联络通道，在直流系统发送换相失败或闭锁故障后，不存在大范围有功功率的转移问题，因此一般不会引发系统暂态功角失稳；但直流换相失败等严重故障后将导致送端电网内大量有功功率盈余，送端系统暂态频率大幅抬升，可能引发送端电网高频稳定问题。因此，异步联网情况下系统频率稳定性成了电网规划及安全运行的首要考虑因素。而电网不同阶段直流承载能力及其演化规律还不明确，难以有效指导电网合理规划和安全运行。

发明内容

本发明提供了一种提升直流承载能力的直流控制方法，拟解决电网不同阶段直流承载能力机器演化规律不明确，难以有效指导电网合理规划和安全运行的技术问题。

解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案；

一种提升直流承载能力的直流控制方法，包括以下步骤：

步骤1：建立直流整流侧不同控制方式对闭锁场景下送端电网影响的仿真模型；

步骤2：建立直流整流侧不同控制方式对换相失败场景下送端电网影响的仿真模型；

步骤3：建立关键控制环节参数对直流换相失败影响的仿真模型；

步骤4：基于步骤1到步骤3中的仿真结果确定直流控制系统的控制方式、低压限流环环节参数，继续将确定的直流控制系统的控制方式、低压限流环节参数录入到步骤1到步骤4中的仿真模型中，直至最终的仿真结果符合本次需求后停止执行所有步骤。

优选的，所述步骤1中的仿真模型包括直流单级闭锁模型分析以及直流双极闭锁模型分析。

优选的，所述步骤2中的仿真模型包括人工换相失败的分析模型以及交流故障换相失败的分析模型。

优选的，所述步骤3中的仿真模型包括定熄弧角控制参数分析模型、低压限流环节参数分析模型、滤波器控制参数分析模型。

优选的，基于步骤3中滤波器控制参数分析模型的分析，确定交流电压参考值，以及交直流无功交换死区。

优选的，在步骤5中基于步骤1到步骤3中的仿真模型获得多回直流换流站消耗的无功分别为Q_i、Q_j、Q_k……Q_n，则第i回直流在一定时间窗内对交流系统的无功冲击为：

式中，Q_i为第i回直流在T1～T2的无功需求；Q_if为T1～T2内站内滤波器的无功；Q_is为换流站近区动态无功补偿量；基于上述无功冲击判断所述直流控制系统的控制方式、低压限流环节参数以及FC与水电调速的协调参数录入是否符合既定标准。

与现有技术相比本发明的有益效果是：本发明通过建立仿真模型，模拟电网运行时，第i回直流在一定时间窗内对交流系统的无功冲击，从而判断该无功冲击是否符合本次预定标准，进而到达筛选达到目标要求的参数设置，为电网合理规划和安全运行提供了技术支撑。

附图说明

图1是本发明的雅中直流单级闭锁仿真特性图；

图2为本发明的雅中直流双极闭锁仿真特性图；

图3为本发明的直流不同定熄弧角参数的仿真曲线；

图4为本发明的雅中直流各电气量参数仿真曲线；

图5为本发明的雅中直流各电气量参数仿真曲线；

图6为本发明的直流不同定熄弧角参数的仿真曲线；

图7为本发明的交流故障下雅中直流相关曲线；

图8为本发明的直流闭锁下雅中直流相关曲线；

图9为本发明的直流闭锁后切滤波器的相关曲线。

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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种提升直流承载能力的直流控制方法，包括以下步骤：

步骤1：建立直流整流侧不同控制方式对闭锁场景下送端电网影响的仿真模型；

例如：通过仿真模型模拟雅中直流单级闭锁工况，分析另一级采取不同控制方式时，对送端电网电压及频率的影响。在直流单级闭锁工况下，雅中直流另一级整流站采取定功率/定电流控制的特性图参见附图1所示；基于图1可知，雅中直流单级闭锁工况下，雅中直流另一端整流侧采取定功率/定电流控制对送端电网电压、频率的冲击影响区别不大。

步骤2：建立直流整流侧不同控制方式对换相失败场景下送端电网影响的仿真模型；

例如：通过仿真模型模拟雅中直流双极闭锁工况，分析雅中直流整流侧采取不同控制方式时对送端电网电压、频率的影响。在直流双极闭锁工况下，雅中直流整流站采取定功率、定电流控制的特性，如图2所示；雅中直流整流侧采取定功率/定电流控制时，双极闭锁后对送端电网电压、频率的冲击影响基本一致。

步骤3：建立关键控制环节参数对直流换相失败影响的仿真模型；

例如：直流采取不同定熄弧角参考值会引起换流站无功消耗变化，进而影响直流换相失败裕度及其换相失败的恢复过程。熄弧角参考值过小，直流换相失败裕度小，微小扰动可能引发换相失败，对送端电网造成不利影响；熄弧角参考值过大，直流系统无功需求更大，对交流系统的无功配置提出了更高要求。现以雅中直流为例，分析不同定熄弧角参考值在直流换相失败及其恢复阶段对送端电网的影响。

以201_23年丰平大数据下锦苏直流为例分析定熄弧角控制参数的影响。模拟苏木渎——苏梅里500kV线路三永N-1故障下，锦苏直流相关电气量的仿真曲线如图3所示。

参见图3所示可知，直流系统采取不同的定熄弧角参考值时，直流在换相失败恢复过程中会有细微差别。定熄弧角参考值越大，换相失败恢过程中吸收的无功越多，功率恢复越快。上述现象表明直流定熄弧角控制参考值不是限制直流承载能力的主要因素。

例如：低压限流环节参数仿真，如下：雅中直流VDCOL初始参数如下表；VDCOL为低压限流环节。

雅中直流VDCOL初始参数

参数名称	参数值
		VDCOL截止电压Ud_low	0.15
VDCOL启动电压Ud_high	0.8
		VDCOL电压上升时间常数Udt_up	0.04
VDCOL电压下降时间常数Udt_dn	0.015
		VDCOL最小截断电流	0.345

以雅中直流投运为例，当受端交流系统侧发生短路故障时，可能导致雅中直流换相失败。低压限流环节的启动电压越小，直流电流指令越快达到限值，直流电流恢复越快；低压限流环节的启动电压越大，直流电流指令到达限值的时间越晚，直流电流恢复越慢。

模拟赣昌换——赣豫章500kV线路三永N-1故障，雅中直流换相失败后各电气量参数曲线如图4和图5所示，根据仿真结果分析可知：在赣昌换—赣豫章500kV线路N-1三永故障下，VDCOL取值的变化对直流系统的影响主要分为两个阶段：

(1)VDCOL电流输出指令未达到限值。VDCOL启动电压越低，直流电流增长越快，此时直流的功率恢复速度取决于直流电流的增长，电流增长越快功率恢复越快；相对应的，无功消耗也越多，交流电压也越低。

(2)VDCOL电流输出指令达到限值。此时直流功率的恢复速度取决于直流电压的恢复速度，直流电流越慢达到限制，则直流恢复消耗的无功就越平缓，电压恢复越快，功率恢复也越快。

综上所述，VDCOL环节的输出未到限值前，其启动电压越低，电流恢复越快，功率恢复越快，交流电压越低；而当VDCOL环节的输出逐渐到达限值后，其启动电压越高，电流恢复越慢，无功消耗越少，交流电压恢复越快，后续功率恢复也越快。

定熄弧角控制参数的影响分析如下例：

以201_23年丰平大数据下锦苏直流为例分析定熄弧角控制参数的影响。模拟苏木渎——苏梅里500kV线路三永N-1故障下，锦苏直流相关电气量的仿真曲线如图6所示。

参见图6的仿真曲线图可知，直流系统采取不同的定熄弧角参考值时，直流在换相失败恢复过程中会有细微差别。定熄弧角参考值越大，换相失败恢过程中吸收的无功越多，功率恢复越快。上述现象表明直流定熄弧角控制参考值不是限制直流承载能力的主要因素。

滤波器控制参数的仿真，包括受端电流故障仿真，直流闭锁仿真以及直流闭锁后退滤波器的仿真；具体参见如下举例：

(1)受端交流故障

仍采用201_23年丰平大数据以雅中直流作为分析对象，通过调节发电机端电压，用动态无功代替滤波器的静态无功，在稳态电压基本保持不变的情况下，探讨系统的电压暂态特性。

换流站滤波器配置：川雅换240.0Mvar[12]台，320.0Mvar[8]台。

故障情况：赣昌换——赣豫章500kV线路在10s时发生三相短路故障。

考虑切除滤波器的同时，调节发电机端电压，使每次实验有相同初始电压，多次仿真曲线如图7所示。基于图7的仿真波形中可以看出，三次仿真的初始电压仿真曲线重合，从电压曲线暂态的最高值和最低值上看，用动态无功代替静态无功对过电压问题可以起到改善效果。

(2)直流闭锁

换流站滤波器配置：川雅换240.0Mvar[12]台，320.0Mvar[8]台。

故障情况：0.2秒时受端直流发生短路故障导致直流双极闭锁。

整体的仿真曲线如图8所示，初始电压基本保持一致，观察暂态过程中的过电压情况。从图8中的仿真暂态过电压曲线最高点的放大图可以看出，用动态无功置换静态无功对闭锁故障过电压有一定改善效果。

(3)直流闭锁后退滤波器

换流站滤波器配置：川雅换240.0Mvar[12]台，320.0Mvar[8]台。

故障情况：0.2s直流闭锁并退出滤波器。

直流闭锁后，退出直流系统配备的滤波器。整体的仿真曲线如图9所示，初始电压基本保持一致，观察暂态过程中的过电压情况。

参见图9并总和上述3种情况可知，直流滤波器控制对送端电网的电压有一定影响。通过滤波器静态无功和近区机组动态无功的协调配合能改善直流换相失败/闭锁后送端电网的暂态过电压。

步骤4：基于步骤1到步骤3中的仿真结果确定直流控制系统的控制方式、低压限流环环节参数，继续将确定的直流控制系统的控制方式、低压限流环节参数参数录入到步骤1到步骤3中的仿真模型中，直至最终的仿真结果符合本次需求后停止执行所有步骤。

本步骤基于步骤1到步骤3中的分析结果，在根据实际情况确定相关参数，再将相关参数带入分析，直到得到最佳结果。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，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，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (6)

1.一种提升直流承载能力的直流控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：建立直流整流侧不同控制方式对闭锁场景下送端电网影响的仿真模型；

步骤2：建立直流整流侧不同控制方式对换相失败场景下送端电网影响的仿真模型；

步骤3：建立关键控制环节参数对直流换相失败影响的仿真模型；

步骤5：基于步骤1到步骤3中的仿真结果确定直流控制系统的控制方式、低压限流环环节参数，继续将确定的直流控制系统的控制方式、低压限流环节参数录入到步骤1到步骤3中的仿真模型中，直至最终的仿真结果符合本次需求后停止执行所有步骤。

2.根据权利要求1所述的一种提升直流承载能力的直流控制方法，其特征在于，所述步骤1中的仿真模型包括直流单级闭锁模型分析以及直流双极闭锁模型分析。

3.根据权利要求1所述的一种提升直流承载能力的直流控制方法，其特征在于，所述步骤2中的仿真模型包括人工换相失败的分析模型以及交流故障换相失败的分析模型。

4.根据权利要求1所述的一种提升直流承载能力的直流控制方法，其特征在于，所述步骤3中的仿真模型包括定熄弧角控制参数分析模型、低压限流环节参数分析模型、滤波器控制参数分析模型。

5.根据权利要求4所述的一种提升直流承载能力的直流控制方法，其特征在于，基于步骤3中滤波器控制参数分析模型的分析，确定交流电压参考值，以及交直流无功交换死区。

6.根据权利要求4所述的一种提升直流承载能力的直流控制方法，其特征在于，在步骤5中基于步骤1到步骤3中的仿真模型获得多回直流换流站消耗的无功分别为Q_i、Q_j、Q_k……Q_n，则第i回直流在一定时间窗内对交流系统的无功冲击为：

式中，Q_i为第i回直流在T1～T2的无功需求；Q_if为T1～T2内站内滤波器的无功；Q_is为换流站近区动态无功补偿量；基于上述无功冲击判断所述直流控制系统的控制方式、低压限流环节参数以及FC与水电调速的协调参数录入是否符合既定标准。

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