CN114336723B - 柔性直流输电系统换流器孤岛故障穿越控制方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种柔性直流输电系统换流器孤岛故障穿越方法，适用于柔直系统换流器孤岛运行控制，当柔直换流器连接交流系统发生故障时，如不进行电流控制，将导致过流停运。因此，针对柔直换流器孤岛故障穿越，提出应对交流故障时，在控制器中修改交流电压指令，使孤岛控制器故障期间处于完全受控状态，保证电流不过流，提高换流器交流电压波形质量。本申请还公开了相应的控制装置。本申请实现了柔直换流器孤岛工况应对交流故障，输出交流电压波形高质量，交流电流受控。
Description
技术领域
本申请属于电力系统柔性直流领域，具体涉及一种柔性直流输电系统换流器孤岛故障穿越控制方法及装置。
背景技术
柔性直流输电采用电压源换流器，可以独立调节有功和无功的输出，提高交流系统的输电能力，易于构成直流电网，在可再生能源的发电并网、孤岛城市供电以及交流系统互联等应用领域，具有明显的竞争力。
柔性直流输电在分布式发电并网、大规模风电并网、孤岛供电、新能源并网、城市配电网等领域具有较大的优势。我国电力建设正大力发展柔性直流建设，诸如已建成在运行的浙江舟山五端柔直工程，为舟山群岛新区提供供电可靠保证；广东南澳三端柔直工程，实现了风电并网；张北直流电网工程，组成四端直流环网，连接风电、光伏以及抽水蓄能电站等，为张家口地区大规模新能源接入，提供了送电走廊。
柔性直流输电构成直流电网，在孤岛供电、风电并网等场合，因为新能源接入的分散性、广泛性，柔直换流器所连接的交流系统发生交流故障频繁，如果不加以控制处理，轻则区域型新能源脱网，严重情况下，可造成新能源大面积停运，柔直换流器跳闸事故，极大影响新能源送出的安全稳定性。现有柔直换流器孤岛运行，一般有两类控制方式，一种为开环控制方式，即换流器通过给定交流电压幅值，频率及相位，直接通过无源逆变方式提供交流电压，该控制方式简单，稳态情况下稳定性好，交流电压质量优，但因其未对输出交流电流限制，当换流器远端发生交流故障时，会提供较大故障电流，当近端发生交流故障时，将会发生过流跳闸情况；另一种为闭环控制方式，即换流器通过交流电压外环产生参考电流指令，作为电流内环输入，对电流加以控制，输出交流电压，该控制方式通过闭环控制，能够有效控制输出交流电流，防止交流故障时过流出现，但该方式在应对交流故障时，因为固定的交流电压指令，发生故障导致实际交流电压改变，控制器饱和失控，引起输出交流电压不稳定，谐波含量大，且容易发散失稳，影响新能源故障穿越性能。
发明内容
本申请的目的在于，提供一种柔性直流输电系统换流器孤岛故障穿越方法及装置，既可以应用于开环控制方式，也可以应用于闭环控制，用于解决开环控制时交流故障电流不受控，闭环控制器饱和问题。
为了达到上述目的，本申请的解决方案是：
一方面，本申请提出了一种柔性直流输电系统换流器孤岛故障穿越控制方法，包括：
换流器控制器检测到交流系统发生故障时，调整交流电压指令值；
检测到交流系统故障消失后，交流电压指令值按照设定速率或者直接阶跃恢复至故障前的原交流电压指令值运行。
优选的方案中，所述检测到交流系统发生故障的方法是：通过交流电流检测或者交流电压检测。
优选的方案中，所述通过交流电压检测的方法是：当交流电压小于交流电压门槛值，判定为发生了交流系统故障。所述通过交流电流检测的方法是：当交流电流大于第一交流电流门槛值，判定为发生了交流系统故障。
优选的方案中，所述调整交流电压指令值，包括：计算故障期间的交流电压降落量；用故障前交流电压指令减去故障期间的交流电压降落量得到故障期间交流电压指令值；换流器将计算出的故障期间交流电压指令值作为换流器输出交流电压目标。
优选的方案中，根据实测交流电压计算所述故障期间的交流电压降落量。
优选的方案中，所述计算故障期间的交流电压降落量，包括：用故障前交流电压值减去故障期间交流电压值，获得初步交流电压降落量；对初步交流电压降落量进行滤波处理得到用于故障期间指令值计算的交流电压降落量。
优选的方案中，当检测到交流电流恢复对称，且小于第二交流电流门槛值，则判定交流系统故障消失。
优选的方案中，当换流器采用闭环控制时，交流电压外环控制交流电压幅值，外环输出至内环电流指令，由电流内环控制换流器电流；所述换流器将计算出的故障期间交流电压指令值作为换流器输出交流电压目标具体为：将外环交流电压指令值设置为所述故障期间交流电压指令值，确保外环控制器，不处于饱和失控状态，换流器输出交流电压，电流受控。
优选的方案中，当换流器采用开环控制时，换流器直接通过无源逆变方式提供交流电压，无电流控制；所述换流器将计算出的故障期间交流电压指令值作为换流器输出交流电压目标具体为：将交流电源指令值设置为所述故障期间交流电压指令值，通过改变交流电压输出，控制交流电流输出，减少换流器提供故障电流。
另一方面，本申请提出了一种柔性直流输电系统换流器孤岛故障穿越控制装置，包括指依次连接的指令调整单元和指令恢复单元，其中：
指令调整单元：检测到交流系统发生故障时，调整交流电压指令值；
指令恢复单元：检测到交流系统故障消失后，交流电压指令值按照设定速率或者直接阶跃恢复至故障前的原交流电压指令值运行。
优选的方案中，所述指令调整单元中通过交流电流或者交流电压检测交流系统故障。
优选的方案中，通过交流电压检测具体为，当交流电压小于交流电压门槛值，判定为发生了交流系统故障；通过交流电流检测具体为：当交流电流大于第一交流电流门槛值，判定为发生了交流系统故障。
优选的方案中，所述指令调整单元，包括顺次连接的以下子单元：
交流电压降落量计算子单元，用于计算故障期间的交流电压降落量；
故障指令值计算子单元，用于以故障前交流电压指令减去故障期间的交流电压降落量得到故障期间交流电压指令值；
指令执行子单元，控制换流器将计算出的故障期间交流电压指令值作为换流器输出交流电压目标。
优选的方案中，所述交流电压降落量计算子单元，包括：
所述交流电压降落量计算子单元，用故障前交流电压值减去故障期间交流电压值，获得初步交流电压降落量；
对初步交流电压降落量进行滤波处理得到用于故障期间指令值计算的交流电压降落量。
优选的方案中，所述指令恢复单元中，当检测到交流电流恢复对称，且小于第二交流电流门槛值，则判定交流系统故障消失。
本申请的有效效果是：
1、通过检测交流故障，改变控制器交流电压指令值，保证控制器处于有效控制，故障恢复后，以设定速率恢复至原指令值。通过本方案，相比现有技术，既控制了交流故障电流，也保证了控制器在故障期间无饱和失控问题。
2、在故障恢复时，还可以根据新能源需求，可调交流电压恢复速率，缓升交流电压或者阶跃给定交流电压，实现柔直换流器的孤岛故障穿越。
3、通过该方法应对孤岛故障穿越，使换流器输出交流电压、电流完全受控，波形质量得到了很大的优化，为新能源并网故障穿越提供了良好的电压支撑，提高了直流电网运行的可靠性。
附图说明
图1是本申请中柔性直流输电系统换流器连接交流系统示意图。
图2是本申请一种柔性直流输电系统换流器孤岛故障穿越控制方法实施例流程图。
图3是调整交流电压指令值的实施例流程图。
图4是本申请一种柔性直流输电系统换流器孤岛故障穿越控制方法又一实施例的流程图。
图5是本申请一种柔性直流输电系统换流器孤岛故障穿越控制装置实施例示意图。
图6是指令调整单元的实施例示意图。
具体实施方式
以下将结合附图及具体实施例，对本申请的技术方案进行详细说明。柔性直流输电系统换流器连接新能源结构示意图如图1所示，本申请一种柔性直流输电系统换流器孤岛故障穿越控制方法的实施例一流程图如图2所示，包括如下步骤：
S110:换流器控制器检测到交流系统发生故障时，调整交流电压指令值。
S120:检测到交流系统故障消失后，交流电压指令值按照设定速率或者直接阶跃恢复至故障前的原交流电压指令值运行。
本实施例中，针对柔直换流器孤岛运行，连接新能源等交流系统，当控制器检测到交流发生故障后，通过调整交流电压指令值，使交流电压、电流完全受控，检测到交流故障消失后，再恢复至原设定值运行。在柔直换流器孤岛运行时，发生交流故障的应对问题，保证柔直换流器在开环控制或者闭环控制下，能够得到有效控制，提供良好的交流电压支撑。
优选的实施例中，检测到交流系统发生故障的方法是：通过交流电流检测或者交流电压检测。通过交流电压检测的方法是：当交流电压小于交流电压门槛值，判定为发生了交流系统故障。通过交流电流检测的方法是：当交流电流大于第一交流电流门槛值，判定为发生了交流系统故障。
优选的实施例中，调整交流电压指令值的步骤包括：
S111:计算故障期间的交流电压降落量。
本实施例提供两种计算故障期间的交流电压降落量的方法。一种是：根据实测交流电压计算所述故障期间的交流电压降落量。另一种是：用故障前交流电压值减去故障期间交流电压值，获得初步交流电压降落量；对初步交流电压降落量进行滤波处理得到用于故障期间指令值计算的交流电压降落量。
S112:用故障前交流电压指令减去故障期间的交流电压降落量得到故障期间交流电压指令值。
S113:换流器将计算出的故障期间交流电压指令值作为换流器输出交流电压目标。
优选的实施例中，检测交流系统故障消失的方法是：当检测到交流电流恢复对称，且小于第二交流电流门槛值，则判定交流系统故障消失。
优选的实施例中，当换流器采用闭环控制时，交流电压外环控制交流电压幅值，外环输出至内环电流指令，由电流内环控制换流器电流；所述换流器将计算出的故障期间交流电压指令值作为换流器输出交流电压目标具体为：将外环交流电压指令值设置为所述故障期间交流电压指令值，确保外环控制器，不处于饱和失控状态，换流器输出交流电压，电流受控。
当换流器采用开环控制时，换流器直接通过无源逆变方式提供交流电压，无电流控制；所述换流器将计算出的故障期间交流电压指令值作为换流器输出交流电压目标具体为：将交流电源指令值设置为所述故障期间交流电压指令值，通过改变交流电压输出，控制交流电流输出，减少换流器提供故障电流。
图4所示为本申请一种柔性直流输电系统换流器孤岛故障穿越控制方法又一实施例的流程图，针对附图1所示的柔性直流输电系统换流器连接交流系统示意图，控制方法具体包括如下步骤：
(1)孤岛换流器VSC2带新能源系统运行，输出交流电压为Us,电流Is，某一时刻交流系统线路发生故障，故障位置如图1所示；
(2)孤岛换流器VSC2通过检测交流电压Us、交流电流Is,比如设定交流电压判断门槛Us<0.8pu或者交流电流门槛Is>1.3pu，延时2ms，则判断交流系统发生故障；
(3)孤岛换流器VSC2通过检测出交流故障，根据实时故障交流电压Us，以及故障前交流电压Uspre，，计算出故障后交流电压降落量ΔU＝Uspre-Us，则计算故障期间交流电压指令值为Uref-ΔU,其中Uref为故障前交流电压指令值；
(4)根据计算所得交流电压指令值Uref-ΔU作为故障期间控制器的电压指令，控制孤岛换流器交流电压、电流输出；
(5)孤岛换流器VSC2检测出交流电流Is恢复对称，且恢复正常Is<1.1pu，则判定交流故障消失，控制器交流电压指令以设定速率如1pu/s速率恢复至故障前交流电压指令值保持运行，完成故障期间及故障恢复过程的控制。
如图5所示为本申请的一种柔性直流输电系统换流器孤岛故障穿越控制装置示意图，包括指依次连接的指令调整单元和指令恢复单元，其中：
指令调整单元：检测到交流系统发生故障时，调整交流电压指令值；
指令恢复单元：检测到交流系统故障消失后，交流电压指令值按照设定速率或者直接阶跃恢复至故障前的原交流电压指令值运行。
优选的方案中，所述指令调整单元中通过交流电流或者交流电压检测交流系统故障。
优选的实施例中，通过交流电压检测具体为，当交流电压小于交流电压门槛值，判定为发生了交流系统故障；通过交流电流检测具体为：当交流电流大于第一交流电流门槛值，判定为发生了交流系统故障。
优选的实施例中，所述指令调整单元如图6所示，包括顺次连接的以下子单元：
交流电压降落量计算子单元，用于计算故障期间的交流电压降落量；
故障指令值计算子单元，用于以故障前交流电压指令减去故障期间的交流电压降落量得到故障期间交流电压指令值；
指令执行子单元，控制换流器将计算出的故障期间交流电压指令值作为换流器输出交流电压目标。
优选的实施例中，所述交流电压降落量计算子单元，包括：
所述交流电压降落量计算子单元，用故障前交流电压值减去故障期间交流电压值，获得初步交流电压降落量；
对初步交流电压降落量进行滤波处理得到用于故障期间指令值计算的交流电压降落量。
优选的实施例中，所述指令恢复单元中，当检测到交流电流恢复对称，且小于第二交流电流门槛值，则判定交流系统故障消失。
本申请以换流器孤岛连接新能源交流系统为实施例进行介绍实施方案，孤岛交流系统也可为无源负荷网络，换流器可以为真双极结构或者伪双极结构，以上实施例仅为说明本申请的技术思想，不能以此限定本申请的保护范围，凡是按照本申请提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本申请保护范围之内。
Claims (11)
1.一种柔性直流输电系统换流器孤岛故障穿越控制方法，其特征在于，包括：
换流器控制器检测到交流系统发生故障时，调整交流电压指令值；所述调整交流电压指令值，包括：计算故障期间的交流电压降落量；用故障前交流电压指令减去故障期间的交流电压降落量得到故障期间交流电压指令值；换流器将计算出的故障期间交流电压指令值作为换流器输出交流电压目标；
当换流器采用闭环控制时，交流电压外环控制交流电压幅值，外环输出至内环电流指令，由电流内环控制换流器电流；所述换流器将计算出的故障期间交流电压指令值作为换流器输出交流电压目标具体为：将外环交流电压指令值设置为所述故障期间交流电压指令值，确保外环控制器，不处于饱和失控状态，换流器输出交流电压，电流受控；
当换流器采用开环控制时，换流器直接通过无源逆变方式提供交流电压，无电流控制；所述换流器将计算出的故障期间交流电压指令值作为换流器输出交流电压目标具体为：将交流电源指令值设置为所述故障期间交流电压指令值，通过改变交流电压输出，控制交流电流输出，减少换流器提供故障电流；
检测到交流系统故障消失后，交流电压指令值按照设定速率或者直接阶跃恢复至故障前的原交流电压指令值运行。
2.如权利要求1所述的柔性直流输电系统换流器孤岛故障穿越控制方法，其特征在于：所述检测到交流系统发生故障的方法是：通过交流电流检测或者交流电压检测。
3.如权利要求2所述的柔性直流输电系统换流器孤岛故障穿越控制方法，其特征在于：通过交流电压检测的方法是：当交流电压小于交流电压门槛值，判定为发生了交流系统故障；
通过交流电流检测的方法是：当交流电流大于第一交流电流门槛值，判定为发生了交流系统故障。
4.如权利要求1所述的柔性直流输电系统换流器孤岛故障穿越控制方法，其特征在于：根据实测交流电压计算所述故障期间的交流电压降落量。
5.如权利要求2所述的柔性直流输电系统换流器孤岛故障穿越控制方法，其特征在于：所述计算故障期间的交流电压降落量，包括：
用故障前交流电压值减去故障期间交流电压值，获得初步交流电压降落量；
对初步交流电压降落量进行滤波处理得到用于故障期间指令值计算的交流电压降落量。
6.如权利要求1所述的柔性直流输电系统换流器孤岛故障穿越控制方法，其特征在于：当检测到交流电流恢复对称，且小于第二交流电流门槛值，则判定交流系统故障消失。
7.一种柔性直流输电系统换流器孤岛故障穿越控制装置，其特征在于，包括指依次连接的指令调整单元和指令恢复单元，其中：
指令调整单元：检测到交流系统发生故障时，调整交流电压指令值；所述指令调整单元，包括顺次连接的以下子单元：
交流电压降落量计算子单元，用于计算故障期间的交流电压降落量；
故障指令值计算子单元，用于以故障前交流电压指令减去故障期间的交流电压降落量得到故障期间交流电压指令值；
指令执行子单元，控制换流器将计算出的故障期间交流电压指令值作为换流器输出交流电压目标；当换流器采用闭环控制时，交流电压外环控制交流电压幅值，外环输出至内环电流指令，由电流内环控制换流器电流；所述换流器将计算出的故障期间交流电压指令值作为换流器输出交流电压目标具体为：将外环交流电压指令值设置为所述故障期间交流电压指令值，确保外环控制器，不处于饱和失控状态，换流器输出交流电压，电流受控；当换流器采用开环控制时，换流器直接通过无源逆变方式提供交流电压，无电流控制；所述换流器将计算出的故障期间交流电压指令值作为换流器输出交流电压目标具体为：将交流电源指令值设置为所述故障期间交流电压指令值，通过改变交流电压输出，控制交流电流输出，减少换流器提供故障电流；
指令恢复单元：检测到交流系统故障消失后，交流电压指令值按照设定速率或者直接阶跃恢复至故障前的原交流电压指令值运行。
8.如权利要求7所述的柔性直流输电系统换流器孤岛故障穿越控制装置，其特征在于，所述指令调整单元中通过交流电流或者交流电压检测交流系统故障。
9.如权利要求8所述的柔性直流输电系统换流器孤岛故障穿越控制装置，其特征在于：通过交流电压检测具体为，当交流电压小于交流电压门槛值，判定为发生了交流系统故障；
通过交流电流检测具体为：当交流电流大于第一交流电流门槛值，判定为发生了交流系统故障。
10.如权利要求7所述的柔性直流输电系统换流器孤岛故障穿越控制装置，其特征在于：所述交流电压降落量计算子单元，包括：
所述交流电压降落量计算子单元，用故障前交流电压值减去故障期间交流电压值，获得初步交流电压降落量；
对初步交流电压降落量进行滤波处理得到用于故障期间指令值计算的交流电压降落量。
11.如权利要求7所述的柔性直流输电系统换流器孤岛故障穿越控制装置，其特征在于：所述指令恢复单元中，当检测到交流电流恢复对称，且小于第二交流电流门槛值，则判定交流系统故障消失。
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