CN118763713B - 柔性直流输电系统直流故障期间盈余功率平衡方法和装置 - Google Patents
柔性直流输电系统直流故障期间盈余功率平衡方法和装置Info
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Abstract
本发明公开了一种柔性直流输电系统直流故障期间盈余功率平衡方法和装置，利用高速开关取代了直流断路器和直流耗能装置，并提供了柔性直流输电系统直流故障期间盈余功率平衡策略。直流故障后的盈余功率平衡无需依赖于直流断路器和直流耗能装置，利用直流高速开关和对应的控制策略即可实现直流故障后的盈余功率平衡，成本得到了大幅度降低，解决了现有的海上风电柔性直流输电系统需要利用直流断路器断和直流耗能装置来实现直流故障后的盈余功率平衡，建设成本高，不利于推广应用的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及柔性直流输电技术领域，尤其涉及一种柔性直流输电系统直流故障期间盈余功率平衡方法和装置。
背景技术
现有的海上风电柔性直流输电系统如图4所示，海上风电柔性直流输电系统包括风电场、集电系统、海上换流站和陆上换流站，海上换流站和陆上换流站通过直流电缆连接。直流电缆登陆后，继续通过直流架空线输送到负荷中心，由于直流架空线故障概率远高于直流海缆，需要考虑直流架空线故障清除。在图4的海上风电柔性直流输电系统中，电缆-架空线的转换采用的是直流断路器（DCCB），发生直流故障后，利用直流断路器断开直流架空线，再利用直流耗能装置实现盈余功率平衡。直流断路器和直流耗能装置成本高，以±500kV/2000MW系统为例，两台直流断路器和一台2000MW直流耗能装置的成本接近3亿元，不利于推广应用。
发明内容
本发明提供了一种柔性直流输电系统直流故障期间盈余功率平衡方法和装置，用于解决现有的海上风电柔性直流输电系统需要利用直流断路器断和直流耗能装置来实现直流故障后的盈余功率平衡，建设成本高，不利于推广应用的技术问题。
有鉴于此，本发明第一方面提供了一种柔性直流输电系统直流故障期间盈余功率平衡方法，应用于海上风电柔性直流输电系统，海上风电柔性直流输电系统包括海上换流站和陆上换流站，海上换流站通过依次串联的直流电缆、直流高速开关和直流架空线连接陆上换流站，海上换流站和陆上换流站均采用具备直流故障清除能力的拓扑结构，柔性直流输电系统直流故障期间盈余功率平衡方法包括以下步骤：
S1、当海上换流站检测到发生直流故障时，控制送端所有风机变流器中的网侧变流器闭锁，由风机变流器内的直流耗能装置维持风机变流器直流电压稳定；
S2、根据海上风电柔性直流输电系统的拓扑结构控制海上换流站和陆上换流站的直流端口电压和/或直流端口电流降为0；
S3、在直流故障清除后，控制陆上换流站的直流电压在第一预设时间内逐渐恢复，其中，在陆上换流站的直流电压开始恢复时，通过海上换流站通知送端风机变流器在第二预设时间内逐渐恢复到直流故障前的运行功率，第二预设时间不小于第一预设时间。
可选地，在步骤S1之后，步骤S3之前，还包括：
判断所有风机变流器中是否有未成功闭锁的网侧变流器，若是，则获取未成功闭锁的网侧变流器的功率输出总和，根据未成功闭锁的网侧变流器的功率输出总和重新解锁对应数量的已闭锁的网侧变流器，控制所有重新解锁的网侧变流器从海上风电柔性直流输电系统的集电系统反向吸收功率，重新解锁的网侧变流器反向吸收的功率等于未成功闭锁的网侧变流器的输出总和。
可选地，海上换流站和陆上换流站均采用全半桥混合拓扑结构。
可选地，步骤S2具体包括：
若柔性直流输电系统采用对称单机拓扑，则控制陆上换流站的直流端口电压降为0、海上换流站的直流端口电流降为0，若柔性直流输电系统采用双极拓扑，则控制海上换流站和陆上换流站的直流端口电流均降为0。
本发明第二方面提供了一种柔性直流输电系统直流故障期间盈余功率平衡装置，应用于海上风电柔性直流输电系统，海上风电柔性直流输电系统包括海上换流站和陆上换流站，海上换流站通过依次串联的直流电缆、直流高速开关和直流架空线连接陆上换流站，海上换流站和陆上换流站均采用具备直流故障清除能力的拓扑结构，柔性直流输电系统直流故障期间盈余功率平衡装置包括以下模块：
变流器闭锁模块，用于当海上换流站检测到发生直流故障时，控制送端所有风机变流器中的网侧变流器闭锁，由风机变流器内的直流耗能装置维持风机变流器直流电压稳定；
电压电流控制模块，用于根据海上风电柔性直流输电系统的拓扑结构控制海上换流站和陆上换流站的直流端口电压和/或直流端口电流降为0；
恢复模块，用于在直流故障清除后，控制陆上换流站的直流电压在第一预设时间内逐渐恢复，其中，在陆上换流站的直流电压开始恢复时，通过海上换流站通知送端风机变流器在第二预设时间内逐渐恢复到直流故障前的运行功率，第二预设时间不小于第一预设时间。
还包括：
判断模块，用于在发出所有风机变流器中的网侧变流器闭锁指令后，在陆上换流站的直流电压开始恢复之前，判断所有风机变流器中是否有未成功闭锁的网侧变流器，若是，则获取未成功闭锁的网侧变流器的功率输出总和，根据未成功闭锁的网侧变流器的功率输出总和重新解锁对应数量的已闭锁的网侧变流器，控制所有重新解锁的网侧变流器从海上风电柔性直流输电系统的集电系统反向吸收功率，重新解锁的网侧变流器反向吸收的功率等于未成功闭锁的网侧变流器的输出总和。
可选地，海上换流站和陆上换流站均采用全半桥混合拓扑结构。
可选地，电压电流控制模块具体用于：
若柔性直流输电系统采用对称单机拓扑，则控制陆上换流站的直流端口电压降为0、海上换流站的直流端口电流降为0，若柔性直流输电系统采用双极拓扑，则控制海上换流站和陆上换流站的直流端口电流均降为0。
本发明第三方面提供了一种柔性直流输电系统直流故障期间盈余功率平衡设备，所述设备包括处理器以及存储器：
所述存储器用于存储程序代码，并将所述程序代码传输给所述处理器；
所述处理器用于根据所述程序代码中的指令执行第一方面任一种所述的柔性直流输电系统直流故障期间盈余功率平衡方法。
本发明第四方面提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质用于存储程序代码，所述程序代码用于执行第一方面任一种所述的柔性直流输电系统直流故障期间盈余功率平衡方法。
从以上技术方案可以看出，本发明提供的柔性直流输电系统直流故障期间盈余功率平衡方法具有以下优点：
本发明提供的柔性直流输电系统直流故障期间盈余功率平衡方法，利用直流高速开关取代了直流断路器和直流耗能装置，并提供了柔性直流输电系统直流故障期间盈余功率平衡策略，当海上换流站检测到发生直流故障时，控制所有风机变流器中的网侧变流器闭锁，由风机变流器内的直流耗能装置维持风机变流器直流电压稳定，根据柔性直流输电系统的拓扑结构控制海上换流站和陆上换流站的直流端口电压和/或直流端口电流降为0，在直流故障清除后，控制陆上换流站的直流电压在第一预设时间内逐渐恢复，其中，在陆上换流站的直流电压开始恢复时，通过海上换流站通知送端风机变流器在第二预设时间内逐渐恢复到直流故障前的运行功率，第二预设时间不小于第一预设时间。直流故障后的盈余功率平衡无需依赖于直流断路器和直流耗能装置，利用直流高速开关和对应的控制策略即可实现直流故障后的盈余功率平衡，成本得到了大幅度降低，解决了现有的海上风电柔性直流输电系统需要利用直流断路器断和直流耗能装置来实现直流故障后的盈余功率平衡，建设成本高，不利于推广应用的技术问题。
附图说明
为了更清楚的说明本发明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的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例中提供的一种柔性直流输电系统直流故障期间盈余功率平衡方法的流程示意图；
图2为本发明实施例中提供的海上风电柔性直流输电系统的电路结构示意图；
图3为本发明实施例中提供的一种柔性直流输电系统直流故障期间盈余功率平衡装置的结构示意图；
图4为现有的海上风电柔性直流输电系统的电路结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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。
为了便于理解，请参阅图1和图2，本发明提供了一种柔性直流输电系统直流故障期间盈余功率平衡方法的实施例，该方法应用于海上风电柔性直流输电系统，其中，海上风电柔性直流输电系统包括海上换流站和陆上换流站，海上换流站通过依次串联的直流电缆、直流高速开关（HSS，high-speed switch）和直流架空线连接陆上换流站，海上换流站和陆上换流站均采用具备直流故障清除能力的拓扑结构，可选为全半桥混合拓扑结构。该方法包括以下步骤：
步骤S1、当海上换流站检测到发生直流故障时，控制送端所有风机变流器中的网侧变流器闭锁，由风机变流器内的直流耗能装置维持风机变流器直流电压稳定。
需要说明的是，海上换流站与风机换流器之间具有直接快速通讯通道，在在1ms内实现风机换流器内的直流耗能装置的调用。当海上换流站检测到发生直流故障时，通过快速通讯下达指令给风机变流器，送端所有风机变流器闭锁其网侧变流器，风机变流器内的直流耗能装置维持风机变流器直流电压稳定。海上风电柔性直流输电系统中，送端为海上换流站一端，受端为陆上换流站一端。
步骤S2、根据海上风电柔性直流输电系统的拓扑结构控制海上换流站和陆上换流站的直流端口电压和/或直流端口电流降为0。
需要说明的是，在海上换流站控制所有风机变流器中的网侧变流器闭锁之后或同时，柔性直流输电系统根据自身所采用的拓扑结构，控制海上换流站和陆上换流站的直流端口电压和/或直流端口电流降为0。具体地，若柔性直流输电系统采用对称单机拓扑，则控制陆上换流站的直流端口电压降为0、海上换流站的直流端口电流降为0。若柔性直流输电系统采用双极拓扑，海上换流站和陆上换流站分别控制各自的直流端口电流为0。
步骤S3、在直流故障清除后，控制陆上换流站的直流电压在第一预设时间内逐渐恢复，其中，在陆上换流站的直流电压开始恢复时，通过海上换流站通知送端风机变流器在第二预设时间内逐渐恢复到直流故障前的运行功率，第二预设时间不小于第一预设时间。
需要说明的是，直流故障可靠清除后，陆上换流站控制直流电压在第一预设时间内逐渐恢复。在直流电压开始恢复时，海上换流站通知送端风机变流器在第二预设时间内逐渐恢复到故障前的运行功率，第二预设时间不小于第一预设时间。
在一个实施例中，由于柔性直流输电系统需同时与上百台风机通讯。实际工程执行时，可能部分风机因通讯中断、内部设备异常等原因，无法响应闭锁网侧变流器的要求，仍会存在一部分盈余功率为海上换流站充电，可能导致模块过压。因此，需要调用可正常通讯的风机变流器额外吸收一部分盈余功率。具体地，在步骤S1之后，步骤S3之前，还包括：
判断所有风机变流器中是否有未成功闭锁的网侧变流器，若是，则获取未成功闭锁的网侧变流器的功率输出总和，根据未成功闭锁的网侧变流器的功率输出总和重新解锁对应数量的已闭锁的网侧变流器，控制所有重新解锁的网侧变流器从海上风电柔性直流输电系统的集电系统反向吸收功率，重新解锁的网侧变流器反向吸收的功率等于未成功闭锁的网侧变流器的输出总和。海上风电柔性直流输电系统的集电系统即用于将风电场输出的交流电传输至海上换流站的集电装置，在图4中为海上换流站左侧的部分，包括AC/DC、DC/AC。风电场包括若干个风电机组WT，风电机组输出交流电，并将交流电输送至集电系统。集电系统用于将接收到的交流电进行电压转换处理，传输至海上换流站。
本发明提供的柔性直流输电系统直流故障期间盈余功率平衡方法，利用直流高速开关取代了直流断路器和直流耗能装置，并提供了柔性直流输电系统直流故障期间盈余功率平衡策略，当海上换流站检测到发生直流故障时，控制所有风机变流器中的网侧变流器闭锁，由风机变流器内的直流耗能装置维持风机变流器直流电压稳定，根据柔性直流输电系统的拓扑结构控制海上换流站和陆上换流站的直流端口电压和/或直流端口电流降为0，在直流故障清除后，控制陆上换流站的直流电压在第一预设时间内逐渐恢复，其中，在陆上换流站的直流电压开始恢复时，通过海上换流站通知送端风机变流器在第二预设时间内逐渐恢复到直流故障前的运行功率，第二预设时间不小于第一预设时间。直流故障后的盈余功率平衡无需依赖于直流断路器和直流耗能装置，利用直流高速开关和对应的控制策略即可实现直流故障后的盈余功率平衡，成本得到了大幅度降低，解决了现有的海上风电柔性直流输电系统需要利用直流断路器断和直流耗能装置来实现直流故障后的盈余功率平衡，建设成本高，不利于推广应用的技术问题。
为了便于理解，请参阅图3，本发明中提供了一种柔性直流输电系统直流故障期间盈余功率平衡装置的实施例，该装置应用于海上风电柔性直流输电系统，其中，海上风电柔性直流输电系统包括海上换流站和陆上换流站，海上换流站通过依次串联的直流电缆、直流高速开关和直流架空线连接陆上换流站，海上换流站和陆上换流站均采用具备直流故障清除能力的拓扑结构，可选为全半桥混合拓扑结构，该装置包括以下模块：
变流器闭锁模块，用于当海上换流站检测到发生直流故障时，控制所有风机变流器中的网侧变流器闭锁，由风机变流器内的直流耗能装置维持风机变流器直流电压稳定；
电压电流控制模块，用于根据柔性直流输电系统的拓扑结构控制海上换流站和陆上换流站的直流端口电压和/或直流端口电流降为0；
恢复模块，用于在直流故障清除后，控制陆上换流站的直流电压在第一预设时间内逐渐恢复，其中，在陆上换流站的直流电压开始恢复时，通过海上换流站通知送端风机变流器在第二预设时间内逐渐恢复到直流故障前的运行功率，第二预设时间不小于第一预设时间。
还包括：
判断模块，用于在发出所有风机变流器中的网侧变流器闭锁指令后，在陆上换流站的直流电压开始恢复之前，判断所有风机变流器中是否有未成功闭锁的网侧变流器，若是，则获取未成功闭锁的网侧变流器的功率输出总和，根据未成功闭锁的网侧变流器的功率输出总和重新解锁对应数量的已闭锁的网侧变流器，控制所有重新解锁的网侧变流器从集电系统反向吸收功率，重新解锁的网侧变流器反向吸收的功率等于未成功闭锁的网侧变流器的输出总和。
电压电流控制模块具体用于：
若柔性直流输电系统采用对称单机拓扑，则控制陆上换流站的直流端口电压降为0，海上换流站的直流端口电流降为0，若柔性直流输电系统采用双极拓扑，则控制海上换流站和陆上换流站的直流端口电流为0。
本发明中还提供了一种柔性直流输电系统直流故障期间盈余功率平衡设备的实施例，
所述设备包括处理器以及存储器：
所述存储器用于存储程序代码，并将所述程序代码传输给所述处理器；
所述处理器用于根据所述程序代码中的指令执行本发明中所述的柔性直流输电系统直流故障期间盈余功率平衡方法。
本发明中还提供了一种计算机可读存储介质的实施例，所述计算机可读存储介质用于存储程序代码，所述程序代码用于执行本发明中所述的柔性直流输电系统直流故障期间盈余功率平衡方法。
本发明中提供的柔性直流输电系统直流故障期间盈余功率平衡装置、设备和计算机可读存储介质，用于执行本发明中提供的柔性直流输电系统直流故障期间盈余功率平衡方法，其原理与所取得的技术效果与本发明中提供的柔性直流输电系统直流故障期间盈余功率平衡方法相同，在此不再赘述。
本发明的说明书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等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，以便这里描述的本发明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。
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，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发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种柔性直流输电系统直流故障期间盈余功率平衡方法，应用于海上风电柔性直流输电系统，其特征在于，海上风电柔性直流输电系统包括海上换流站和陆上换流站，海上换流站通过依次串联的直流电缆、直流高速开关和直流架空线连接陆上换流站，海上换流站和陆上换流站均采用具备直流故障清除能力的拓扑结构，柔性直流输电系统直流故障期间盈余功率平衡方法包括以下步骤：
S1、当海上换流站检测到发生直流故障时，控制送端所有风机变流器中的网侧变流器闭锁，由风机变流器内的直流耗能装置维持风机变流器直流电压稳定；
S2、根据海上风电柔性直流输电系统的拓扑结构控制海上换流站和陆上换流站的直流端口电压和/或直流端口电流降为0；
S3、在直流故障清除后，控制陆上换流站的直流电压在第一预设时间内逐渐恢复，其中，在陆上换流站的直流电压开始恢复时，通过海上换流站通知送端风机变流器在第二预设时间内逐渐恢复到直流故障前的运行功率，第二预设时间不小于第一预设时间。
2.根据权利要求1所述的柔性直流输电系统直流故障期间盈余功率平衡方法，其特征在于，在步骤S1之后，步骤S3之前，还包括：
判断所有风机变流器中是否有未成功闭锁的网侧变流器，若是，则获取未成功闭锁的网侧变流器的功率输出总和，根据未成功闭锁的网侧变流器的功率输出总和重新解锁对应数量的已闭锁的网侧变流器，控制所有重新解锁的网侧变流器从海上风电柔性直流输电系统的集电系统反向吸收功率，重新解锁的网侧变流器反向吸收的功率等于未成功闭锁的网侧变流器的输出总和。
3.根据权利要求1所述的柔性直流输电系统直流故障期间盈余功率平衡方法，其特征在于，海上换流站和陆上换流站均采用全半桥混合拓扑结构。
4.根据权利要求1所述的柔性直流输电系统直流故障期间盈余功率平衡方法，步骤S2具体包括：
若柔性直流输电系统采用对称单机拓扑，则控制陆上换流站的直流端口电压降为0、海上换流站的直流端口电流降为0，若柔性直流输电系统采用双极拓扑，则控制海上换流站和陆上换流站的直流端口电流均降为0。
5.一种柔性直流输电系统直流故障期间盈余功率平衡装置，应用于海上风电柔性直流输电系统，其特征在于，海上风电柔性直流输电系统包括海上换流站和陆上换流站，海上换流站通过依次串联的直流电缆、直流高速开关和直流架空线连接陆上换流站，海上换流站和陆上换流站均采用具备直流故障清除能力的拓扑结构，柔性直流输电系统直流故障期间盈余功率平衡装置包括以下模块：
变流器闭锁模块，用于当海上换流站检测到发生直流故障时，控制送端所有风机变流器中的网侧变流器闭锁，由风机变流器内的直流耗能装置维持风机变流器直流电压稳定；
电压电流控制模块，用于根据海上风电柔性直流输电系统的拓扑结构控制海上换流站和陆上换流站的直流端口电压和/或直流端口电流降为0；
恢复模块，用于在直流故障清除后，控制陆上换流站的直流电压在第一预设时间内逐渐恢复，其中，在陆上换流站的直流电压开始恢复时，通过海上换流站通知送端风机变流器在第二预设时间内逐渐恢复到直流故障前的运行功率，第二预设时间不小于第一预设时间。
6.根据权利要求5所述的柔性直流输电系统直流故障期间盈余功率平衡装置，其特征在于，还包括：
判断模块，用于在发出所有风机变流器中的网侧变流器闭锁指令后，在陆上换流站的直流电压开始恢复之前，判断所有风机变流器中是否有未成功闭锁的网侧变流器，若是，则获取未成功闭锁的网侧变流器的功率输出总和，根据未成功闭锁的网侧变流器的功率输出总和重新解锁对应数量的已闭锁的网侧变流器，控制所有重新解锁的网侧变流器从海上风电柔性直流输电系统的集电系统反向吸收功率，重新解锁的网侧变流器反向吸收的功率等于未成功闭锁的网侧变流器的输出总和。
7.根据权利要求5所述的柔性直流输电系统直流故障期间盈余功率平衡装置，其特征在于，海上换流站和陆上换流站均采用全半桥混合拓扑结构。
8.根据权利要求5所述的柔性直流输电系统直流故障期间盈余功率平衡装置，电压电流控制模块具体用于：
若柔性直流输电系统采用对称单机拓扑，则控制陆上换流站的直流端口电压降为0、海上换流站的直流端口电流降为0，若柔性直流输电系统采用双极拓扑，则控制海上换流站和陆上换流站的直流端口电流均降为0。
9.一种柔性直流输电系统直流故障期间盈余功率平衡设备，其特征在于，所述设备包括处理器以及存储器：
所述存储器用于存储程序代码，并将所述程序代码传输给所述处理器；
所述处理器用于根据所述程序代码中的指令执行权利要求1-4任一项所述的柔性直流输电系统直流故障期间盈余功率平衡方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质用于存储程序代码，所述程序代码用于执行权利要求1-4任一项所述的柔性直流输电系统直流故障期间盈余功率平衡方法。
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