CN114725909B - 一种多端口直流配电网涌流抑制控制方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种多端口直流配电网涌流抑制控制方法及装置,通过采集直流配电网的运行状态参数,结合预设的闭锁电流变化关系式,分别计算端口在闭锁后可达到的预测电流,然后通过将端口对应的预测电流与端口的过流保护阈值的比较结果,确定端口当中需要投入限流电感的第一端口,再基于更新后各个端口的电感参数,计算限流电感投入后的各个端口的电流分配,当各个端口的电流分配均无过流时,则按照确定的第一端口,在换流站闭锁时对第一端口投入限流电感,可实现在闭锁发生前快速判断直流配电网中哪个端口需要增加限流电感并在换流站闭锁时快速完成投入,能够让涌流在系统中合理分布使得闭锁涌流不会造成任意一个端口过流的投入方案或策略。
Description
技术领域
本申请涉及直流配电技术领域,尤其涉及一种多端口直流配电网涌流抑制控制方法及装置。
背景技术
现有电网的主网架为交流电网,因此现阶段直流配电网主要以交直流混合配电网的形式存在,具体结构为:通过大于等于2个大容量换流站将交流变换为直流作为主站,通过直流线路和直流母线连接,大容量直流负荷、新能源发电站、储能以及直流微电网通过容量相对较小的直流变换装置,一般为直流变压器,挂接在直流母线上,整个系统在直流侧形成多端口、存在多种电压等级的直流网,仅通过换流站与主网连接。与交流配电网不同,由于直流配电网的主要设备为大量电力电子器件构成的变换装置,器件电流耐受能力低于传统交流网的变压器,且由于暂态通路阻抗小且其中存在大量电容,直流故障电流、直流潮流变化发展速度远大于交流电网,这就要求直流配电网具备达到百微秒级的故障保护动作速度,因此直流配网保护以端口设备自身保护为主,并与直流断路器、限流器等装置紧密配合,这是一套在高压大容量柔性直流输电系统中得到实践验证的成熟保护体系,能够解决绝大多数故障过电流过电压问题。
然而在中低压直流配电网中,端口数较多且端口容量差异较大,配电网络中一般含3个及以上换流站,当一个主换流站因故暂时性闭锁时本不应该引起直流系统中其他端口保护动作,但直流配电网中的能量被强制快速重新分配,产生的涌流可能触发容量较小的直流变压器高压侧端口过流保护。
针对中低压直流配电网中的涌流现象,目前的解决方案主要依靠采用固态直流限流器在闭锁前投入串联电感,增加直流变压器/变换装置端口电感的方式减小分配到小容量端口的涌流,但是在实际应用时,即使是投入限流电感的端口不过流,也可能导致其他端口串联电感相对变小,使本不会过流的端口出现过流,无法起到有效的保护作用。
发明内容
本申请提供了一种多端口直流配电网涌流抑制控制方法及装置,用于解决现有的中低压直流配电网的涌流现象解决方案即使是投入限流电感的端口不过流,也可能导致其他端口串联电感相对变小,使本不会过流的端口出现过流,无法起到有效的保护作用的技术问题。
为解决上述技术问题,本申请第一方面提供了一种多端口直流配电网涌流抑制控制方法,包括:
根据直流配电网的结构信息,确定所述直流配电网的端口;
采集所述直流配电网的运行状态参数,利用所述运行状态参数,结合预设的闭锁电流变化关系式,分别计算所述端口在闭锁后可达到的预测电流;
通过将所述端口对应的预测电流与所述端口的过流保护阈值进行比较,以根据比较结果,确定所述端口当中需要投入限流电感的第一端口;
根据预计投入的限流电感参数,更新所述第一端口的电感参数;
基于更新后各个端口的电感参数,计算限流电感投入后的各个端口的电流分配,当所述各个端口的电流分配均无过流时,则按照确定的第一端口,在换流站闭锁时对所述第一端口投入限流电感。
优选地,所述闭锁电流变化关系式具体为:
优选地,所述根据直流配电网的结构信息,确定所述直流配电网的端口之后还包括:
根据所述端口的在闭锁初始时刻的理论端口电流以及最大涌流理论值,通过涌流峰值计算公式,计算所述端口在闭锁后可达到的最大预测电流;
通过将所述最大预测电流与所述端口的过流保护阈值进行比较,根据比较结果,确定不需要参与限流电感投入的第二端口。
优选地,所述涌流峰值计算公式具体为:
优选地,所述基于更新后各个端口的电感参数,计算限流电感投入后的各个端口的电流分配之后还包括:
当所述各个端口的电流分配仍有端口存在过流时,则更新所述第一端口中的端口信息,以根据更新后的第一端口中的端口信息,重新计算限流电感投入后的各个端口的电流分配。
本申请第二方面提供了一种多端口直流配电网涌流抑制控制装置,包括:
配电网端口确定单元,用于根据直流配电网的结构信息,确定所述直流配电网的端口;
闭锁电流预测单元,用于采集所述直流配电网的运行状态参数,利用所述运行状态参数,结合预设的闭锁电流变化关系式,分别计算所述端口在闭锁后可达到的预测电流;
第一端口确定单元,用于通过将所述端口对应的预测电流与所述端口的过流保护阈值进行比较,以根据比较结果,确定所述端口当中需要投入限流电感的第一端口;
端口电感参数更新单元,用于根据预计投入的限流电感参数,更新所述第一端口的电感参数;
电流分配计算单元,用于基于更新后各个端口的电感参数,计算限流电感投入后的各个端口的电流分配,当所述各个端口的电流分配均无过流时,则按照确定的第一端口,在换流站闭锁时对所述第一端口投入限流电感。
优选地,所述闭锁电流变化关系式具体为:
优选地,还包括:
最大预测电流计算单元,用于根据所述端口的在闭锁初始时刻的理论端口电流以及最大涌流理论值,通过涌流峰值计算公式,计算所述端口在闭锁后可达到的最大预测电流;
第二端口确定单元,用于通过将所述最大预测电流与所述端口的过流保护阈值进行比较,根据比较结果,确定不需要参与限流电感投入的第二端口。
优选地,所述涌流峰值计算公式具体为:
优选地,电流分配计算单元还用于:
当所述各个端口的电流分配仍有端口存在过流时,则更新所述第一端口中的端口信息,以根据更新后的第一端口中的端口信息,重新计算限流电感投入后的各个端口的电流分配。
从以上技术方案可以看出,本申请实施例具有以下优点:
本申请通过采集直流配电网的运行状态参数,利用运行状态参数,结合预设的闭锁电流变化关系式,分别计算端口在闭锁后可达到的预测电流,然后通过将端口对应的预测电流与端口的过流保护阈值进行比较,以根据比较结果,确定端口当中需要投入限流电感的第一端口,再基于更新后各个端口的电感参数,计算限流电感投入后的各个端口的电流分配,当各个端口的电流分配均无过流时,则按照确定的第一端口,在换流站闭锁时对第一端口投入限流电感,可实现在闭锁发生前快速判断直流配电网中哪个端口需要增加限流电感并在换流站闭锁时快速完成投入,能够让涌流在系统中合理分布使得闭锁涌流不会造成任意一个端口过流的投入方案或策略,解决了现有的中低压直流配电网的涌流现象解决方案即使是投入限流电感的端口不过流,也可能导致其他端口串联电感相对变小,使本不会过流的端口出现过流,无法起到有效的保护作用的技术问题。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为单个换流站直流出口为基准的多端口直流配电网等效系统结构图。
图2为典型直流配网端口设备内的直流涌流流通路径图。
图3为多端口直流配电网单换流站闭锁后系统简化等效电路图。
图4为本申请提供的一种多端口直流配电网涌流抑制控制方法的一个实施例的流程示意图。
图5为本申请提供的一种多端口直流配电网涌流抑制控制方法的另一个实施例的流程示意图。
图6为本申请提供的一种多端口直流配电网涌流抑制控制方法的直流限流电感投入策略的逻辑示意图。
图7为本申请提供的一种多端口直流配电网涌流抑制控制装置的一个实施例的结构示意图。
具体实施方式
本申请实施例提供了一种多端口直流配电网涌流抑制控制方法及装置,用于解决现有的中低压直流配电网的涌流现象解决方案即使是投入限流电感的端口不过流,也可能导致其他端口串联电感相对变小,使本不会过流的端口出现过流,无法起到有效的保护作用的技术问题。
为使得本申请的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂,下面将结合本申请实施例中的附图,对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,下面所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例,而非全部的实施例。基于本申请中的实施例,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它实施例,都属于本申请保护的范围。
基于上述的多端口直流配电网换流站闭锁引起涌流的机理和分配原理,为解决上述提出的现有技术存在的技术问题,本申请提供一种多端口直流配电网涌流抑制控制方法,具体如下:
请参阅图4,本申请第一个实施例提供的一种多端口直流配电网涌流抑制控制方法,包括:
步骤101、根据直流配电网的结构信息,确定直流配电网的端口;
步骤102、采集直流配电网的运行状态参数,利用运行状态参数,结合预设的闭锁电流变化关系式,分别计算端口在闭锁后可达到的预测电流。
其中,闭锁电流变化关系式具体为:
步骤103、通过将端口对应的预测电流与端口的过流保护阈值进行比较,以根据比较结果,确定端口当中需要投入限流电感的第一端口。
需要说明的是,一个多端口直流配电网中,若以一个主要换流站出口为基准,以系统主回路直流电压等级对应的接口设备为端口组成部分,整个多端直流配电系统可等效为如图1所示的结构:
选取的主要换流站为与主网连接的、待闭锁的换流站,要求满功率运行时换流站直流侧端口电流大于其他端口中过电流整定值最小的电流,否则其闭锁产生的涌流不可能触发过电流保护。端口正负极可假设有两条虚拟的直流母线,直流配电网其他端口设备均可等效为并联在虚拟直流母线上。其中Rk、Lk表示在常规工作状态下,从第k个端口的设备到待闭锁换流站端口回路的等效电阻、电感,包含线路和设备内涌流通路上的电阻、电感;ΔLk表示第k个端口设备配置的限流电感,正常运行时走常态开关,需抑制过流时才会投入串联至回路中。
典型的交直、直直变换设备直流端口内部拓扑如图2所示,Δi表示闭锁产生的涌流,加粗线为其流通路径,可以看到由于续流二极管和电容串联通路的存在,对于di/dt很大的闭锁涌流来说,即使各端口设备闭锁开关器件,也无法阻碍涌流进入设备,且与电容器并联的电感均无法起到抑制作用,图1中各端口等效回路的Rk、Lk中包含接口设备的桥臂电阻、电感和端口平衡电感等。综上,涌流发生前后多端直流配电系统简化等效电路可用图3表示。
由于从图2可见,换流站闭锁会导致电流只能通过续流二极管向电容充电,电流将以百微秒级的速度从额定值(一般为几百安培)下降至零,因此图3中将闭锁后的换流站端口等效为一个强制电流源,从图3有:
从而对于端口m在闭锁初始时刻t = 0时有:
又因为在中压直流配电网中,回路电阻最大不到1Ω,回路电感不到10mH,电流最大在500A左右,在单换流站闭锁工况下di/dt为1000kA/s左右,因此在涌流发展过程中,电阻分压远小于电感感应电压,忽略端口电阻压降后,除了初始时刻t = 0外有:
可见对于端口k,涌流是否会触发其过流保护由两个部分决定,一个是闭锁发生前端口正常工作电流,一个是闭锁换流站闭锁前的电流(忽略反向过冲,Δi可等效于闭锁前换流站电流),并与剩余各端口等效电感均有关。
因此,在多端口直流配电网的结构确定后,对于某个已知状态闭锁后每个端口的电流会达到多大可以根据上述的公式(3)计算,将计算得到的预测电流跟该端口的过流保护阈值Im_set比较,判断端口的预测电流大于该端口对应的过流保护阈值,从而确定哪些是在闭锁前需要投入限流电感的端口,而这些需要投入限流电感的端口,本实施例统一简称为第一端口。
步骤104、根据预计投入的限流电感参数,更新第一端口的电感参数;
步骤105、基于更新后各个端口的电感参数,计算限流电感投入后的各个端口的电流分配,当各个端口的电流分配均无过流时,则按照确定的第一端口,在换流站闭锁时对第一端口投入限流电感。
然后,根据预计投入的限流电感参数,更新第一端口的电感参数,再基于更新后各个端口的电感参数,计算投入后的电流分配,从而判断其它各个端口的电流分配是否出现过流,如此往复就可以得到投入哪些端口的限流电感可以合理分配涌流而不会引发任意一个端口的过流。
本实施例通过采集直流配电网的运行状态参数,利用运行状态参数,结合预设的闭锁电流变化关系式,分别计算端口在闭锁后可达到的预测电流,然后通过将端口对应的预测电流与端口的过流保护阈值进行比较,以根据比较结果,确定端口当中需要投入限流电感的第一端口,再基于更新后各个端口的电感参数,计算限流电感投入后的各个端口的电流分配,当各个端口的电流分配均无过流时,则按照确定的第一端口,在换流站闭锁时对第一端口投入限流电感,可实现在闭锁发生前快速判断直流配电网中哪个端口需要增加限流电感并在换流站闭锁时快速完成投入,能够让涌流在系统中合理分布使得闭锁涌流不会造成任意一个端口过流的投入方案或策略,解决了现有的中低压直流配电网的涌流现象解决方案即使是投入限流电感的端口不过流,也可能导致其他端口串联电感相对变小,使本不会过流的端口出现过流,无法起到有效的保护作用的技术问题。
以上内容便是本申请提供的一种多端口直流配电网涌流抑制控制方法的一个实施例的详细说明,下面为本申请提供一种多端口直流配电网涌流抑制控制方法第二个实施例的详细说明。
请参阅图5,在上述第一个实施例的基础上,本申请第二个实施例提供了一种多端口直流配电网涌流抑制控制方法,具体包括:
在一些特定的实施例中,在步骤101之后还可以进一步包括:
步骤1011、根据端口的在闭锁初始时刻的理论端口电流以及最大涌流理论值,通过涌流峰值计算公式,计算端口在闭锁后可达到的最大预测电流;
步骤1012、通过将最大预测电流与端口的过流保护阈值进行比较,根据比较结果,确定不需要参与限流电感投入的第二端口。
需要说明的是,虽然但若每次闭锁都要开展计算,仍有可能造成判断闭锁到执行的时间不足,使得第一个实施例提供方案失效。为了提高效率,本实施例进一步通过最大Δi和im0来计算最严重情况也不会因涌流过流的端口,将其忽略。
设Δi和im0同方向,Δi等于最大容量换流站满功率情况下的电流istat_nom,im0取im_nom,即端口m的在闭锁初始时刻的理论端口电流,按照预设的涌流峰值计算公式,计算端口在闭锁后可达到的最大预测电流。
其中,涌流峰值计算公式具体为:
当计算得到的最大预测电流满足式(4)时,则第m个端口可以不再考虑在换流站闭锁涌流工况下投入。
此外,进一步地,基于更新后各个端口的电感参数,计算限流电感投入后的各个端口的电流分配之后还包括:
当各个端口的电流分配仍有端口存在过流时,则更新第一端口中的端口信息,以根据更新后的第一端口中的端口信息,重新计算限流电感投入后的各个端口的电流分配。
多端直流配电网闭锁涌流抑制的直流限流电感投入策略如图6所示。
以上内容便是本申请提供的一种多端口直流配电网涌流抑制控制方法的第二个实施例的详细说明,下面为本申请提供的一种多端口直流配电网涌流抑制控制装置的一个实施例的详细说明。
请参阅图7,本申请第三个实施例提供了一种多端口直流配电网涌流抑制控制装置,包括:
配电网端口确定单元201,用于根据直流配电网的结构信息,确定直流配电网的端口;
闭锁电流预测单元202,用于采集直流配电网的运行状态参数,利用运行状态参数,结合预设的闭锁电流变化关系式,分别计算端口在闭锁后可达到的预测电流;
第一端口确定单元203,用于通过将端口对应的预测电流与端口的过流保护阈值进行比较,以根据比较结果,确定端口当中需要投入限流电感的第一端口;
端口电感参数更新单元204,用于根据预计投入的限流电感参数,更新第一端口的电感参数;
电流分配计算单元205,用于基于更新后各个端口的电感参数,计算限流电感投入后的各个端口的电流分配,当各个端口的电流分配均无过流时,则按照确定的第一端口,在换流站闭锁时对第一端口投入限流电感。
进一步地,闭锁电流变化关系式具体为:
进一步地,还包括:
最大预测电流计算单元2011,用于根据端口的在闭锁初始时刻的理论端口电流以及最大涌流理论值,通过涌流峰值计算公式,计算端口在闭锁后可达到的最大预测电流;
第二端口确定单元2012,用于通过将最大预测电流与端口的过流保护阈值进行比较,根据比较结果,确定不需要参与限流电感投入的第二端口。
进一步地,涌流峰值计算公式具体为:
进一步地,电流分配计算单元还用于:
当各个端口的电流分配仍有端口存在过流时,则更新第一端口中的端口信息,以根据更新后的第一端口中的端口信息,重新计算限流电感投入后的各个端口的电流分配。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到,为描述的方便和简洁,上述描述的终端,装置和单元的具体工作过程,可以参考前述方法实施例中的对应过程,在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中,应该理解到,所揭露的终端,装置和方法,可以通过其它的方式实现。例如,以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的,例如,所述单元的划分,仅仅为一种逻辑功能划分,实际实现时可以有另外的划分方式,例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统,或一些特征可以忽略,或不执行。另一点,所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口,装置或单元的间接耦合或通信连接,可以是电性,机械或其它的形式。
本申请的说明书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象,而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换,以便这里描述的本申请的实施例,例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外,术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形,意图在于覆盖不排他的包含,例如,包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元,而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的,作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元,即可以位于一个地方,或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外,在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中,也可以是各个单元单独物理存在,也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现,也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时,可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解,本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来,该计算机软件产品存储在一个存储介质中,包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机,服务器,或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括:U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM,Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM,Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述,以上实施例仅用以说明本申请的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种多端口直流配电网涌流抑制控制方法,其特征在于,包括:
根据直流配电网的结构信息,确定所述直流配电网的端口;
采集所述直流配电网的运行状态参数,利用所述运行状态参数,结合预设的闭锁电流变化关系式,分别计算所述端口在闭锁后可达到的预测电流;
通过将所述端口对应的预测电流与所述端口的过流保护阈值进行比较,以根据比较结果,确定所述端口当中需要投入限流电感的第一端口;
根据预计投入的限流电感参数,更新所述第一端口的电感参数;
基于更新后各个端口的电感参数,计算限流电感投入后的各个端口的电流分配,当所述各个端口的电流分配均无过流时,则按照确定的第一端口,在换流站闭锁时对所述第一端口投入限流电感。
3.根据权利要求1所述的一种多端口直流配电网涌流抑制控制方法,其特征在于,所述根据直流配电网的结构信息,确定所述直流配电网的端口之后还包括:
根据所述端口的在闭锁初始时刻的理论端口电流以及最大涌流理论值,通过涌流峰值计算公式,计算所述端口在闭锁后可达到的最大预测电流;
通过将所述最大预测电流与所述端口的过流保护阈值进行比较,根据比较结果,确定不需要参与限流电感投入的第二端口。
5.根据权利要求1所述的一种多端口直流配电网涌流抑制控制方法,其特征在于,所述基于更新后各个端口的电感参数,计算限流电感投入后的各个端口的电流分配之后还包括:
当所述各个端口的电流分配仍有端口存在过流时,则更新所述第一端口中的端口信息,以根据更新后的第一端口中的端口信息,重新计算限流电感投入后的各个端口的电流分配。
6.一种多端口直流配电网涌流抑制控制装置,其特征在于,包括:
配电网端口确定单元,用于根据直流配电网的结构信息,确定所述直流配电网的端口;
闭锁电流预测单元,用于采集所述直流配电网的运行状态参数,利用所述运行状态参数,结合预设的闭锁电流变化关系式,分别计算所述端口在闭锁后可达到的预测电流;
第一端口确定单元,用于通过将所述端口对应的预测电流与所述端口的过流保护阈值进行比较,以根据比较结果,确定所述端口当中需要投入限流电感的第一端口;
端口电感参数更新单元,用于根据预计投入的限流电感参数,更新所述第一端口的电感参数;
电流分配计算单元,用于基于更新后各个端口的电感参数,计算限流电感投入后的各个端口的电流分配,当所述各个端口的电流分配均无过流时,则按照确定的第一端口,在换流站闭锁时对所述第一端口投入限流电感。
8.根据权利要求6所述的一种多端口直流配电网涌流抑制控制装置,其特征在于,还包括:
最大预测电流计算单元,用于根据所述端口的在闭锁初始时刻的理论端口电流以及最大涌流理论值,通过涌流峰值计算公式,计算所述端口在闭锁后可达到的最大预测电流;
第二端口确定单元,用于通过将所述最大预测电流与所述端口的过流保护阈值进行比较,根据比较结果,确定不需要参与限流电感投入的第二端口。
10.根据权利要求6所述的一种多端口直流配电网涌流抑制控制装置,其特征在于,电流分配计算单元还用于:
当所述各个端口的电流分配仍有端口存在过流时,则更新所述第一端口中的端口信息,以根据更新后的第一端口中的端口信息,重新计算限流电感投入后的各个端口的电流分配。
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