CN103618331B - 一种柔性直流输电换流站直流过压限流控制方法 - Google Patents

一种柔性直流输电换流站直流过压限流控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明是一种柔性直流输电***送端换流站过压限流的控制方法，本发明针对柔性直流输电***受端换流站交流侧电网故障或送端换流站直流单极断线故障时，送端换流站功率送出受限引起直流母线过压，当超过保护整定值时，将引起柔性直流输电***的闭锁和停运这一问题，提出一种快速降低送端换流站从交流电网吸收有功功率值，抑制直流线路电压上升的控制方法。本发明的方法应用于柔性直流输电***控制时，可在电网故障引起换流站输电能力受限、直流电压快速上升时，通过降低送端换流站从交流电网吸收的有功功率，抑制直流电压上升，防止因超过保护定值而引起柔性直流***闭锁和停运。

Description

一种柔性直流输电换流站直流过压限流控制方法
技术领域
本发明属于电力***的电网稳定控制技术领域，特别涉及一种柔性直流输电换流站直流过压限流控制方法。
背景技术
当换流站的交流侧电网或直流侧单回线发生故障致使电压跌落时，直流侧输出有功功率减少，能量会不断存储在并联在直流母线间的电容器上，导致直流母线电压上升以及交流侧电流过大，如果不及时处理，将会触发换流器控制保护动作，停运整个换流站，甚至整个柔性直流输电***。这样有如下缺点：1)增加了柔性直流输电***的停运概率；2)如果运行换流站或运行***与重要负荷相连，则停运换流站将会造成重大损失；3)如果两个非同步电网通过柔性直流输电***联网，则停运换流站后会导致两个非同步电网解列，电网安稳控制保护动作，失去部分电源或者负荷，甚至导致连锁故障，造成同步电网瘫痪；4)如果停运换流站，可能导致其并联的交流线路过载，甚至线路潮流超过其暂稳极限，造成电网安稳控制保护动作；5)换流站甚至整个***重新启动复杂。所以快速降低送端换流站送出有功功率，降低直流电压以不触发保护动作是研究重点，本发明为了实现这一目的提出柔性直流输电***送端换流站过压限流的控制方法。
发明内容
本发明的目的是提出一种柔性直流输电***送端换流站过压限流的控制方法，本发明兼顾电力***对柔性直流***输电能力和直流线路的保护要求，根据实时测量的直流线路正负电压计算极间电压，当极间电压超过整定值时，通过快速降低送端换流站从交流***吸收的有功功率值，实现防止直流线路过压的控制目标。
本发明的技术方案是：本发明的柔性直流输电***送端换流站过压限流的控制方法，包括如下步骤：
1)在一个控制周期到来时，实时测量直流线路正负电压计算极间电压U；并对电压做标么化处理，将极间电压定义为电压基值Ubase，标么化的电压测量值Udc＝U/Ubase；
2)综合电压测量值Udc，电压整定值Uset，当前有功参考值Pref以及SCADA的使能指令EN_OVCL_SCADA的具体情况，计算目标控制的有功变化量ΔPref，
条件一：EN_OVCL_SCADA为0,即SCADA端强制不进行过压限流控制,有功变化量ΔPref为0，其中EN_OVCL_SCADA为SCADA发出的过压限流使能指令；
条件二：EN_OVCL_SCADA为1,即SCADA端进行过压限流,当前有功参考值Pref>0,代表直流线路向换流站输送有功功率,此时不需要进行过压限流控制，有功变化量ΔPref为0；条件三：EN_OVCL_SCADA为1,即SCADA端进行过压限流,当前有功参考值Pref≤0,代表换流站向直流线路输送有功功率,且EN_OVCLCTRL为1时将触发过压限流使能进行控制，即当Pref≤0，电压测量值Udc超过滞回比较器的高阈值，EN_OVCLCYRL＝1，启动过压限流控制，通过PI反馈调节控制直流功率减少到滞回比较器的低阈值，EN_OVCLCYRL＝0，退出过压限流控制；
3)根据有功变化量ΔPref以及自SCADA下发的有功参考值Pref_SCADA，计算目标控制的有功参考值Pref
4)有功参考值Pref发送至下一级进行控制，并等待下一个控制周期到来时转步骤1)。
所述步骤2)具体包括以下步骤：
(2.1)计算电压测量值Udc以及电压整定值Uset的差值ΔU，ΔU＝Udc-Uset，其中Uset设为额定值1.0p.u.；
(2.2)根据ΔU和比例积分的传递函数，计算出电压控制的初步控制量PU；比例积分的传递函数为：其中s为复频率，KP和Ti分别为比例系数和积分时间常数，选取KP＝5，Ti＝0.05s；
(2.3)对PU进行限幅处理，计算出所需有功变化量ΔPref；限幅的处理逻辑为当PU>0时，ΔPref＝0；当PU<-Pmax时，ΔPref＝-Pmax；当-Pmax<PU<0时，ΔPref＝PU；限幅处理的限幅值Pmax选为有功功率的额定容量，Pmax＝1.0p.u.。
所述步骤2)中滞回比较器的高阈值设为1.05p.u.，滞回比较器的低阈值设为0.94p.u.。
本发明兼顾电力***对柔性直流***输电能力和直流线路的保护要求，根据实时测量的直流线路正负电压计算极间电压，当极间电压超过整定值时，通过快速降低送端换流站从交流***吸收的有功功率值，实现防止直流线路过压的控制目标。
本发明的控制方法在整个柔性直流输电控制***中位于***级控制层，其主要功能是根据线路电压、有功功率的变化情况，动态计算送端换流站所需要降低的有功功率，以抑制直流电压上升和过压。本发明方法是对现有***级控制方法的改进，因此可以不需要专门增加硬件实现。可在原有柔性直流控制***硬件平台上通过修改控制程序实现，使柔性直流输电***控制同时实现有功功率与直流电压的控制。
本发明的有益效果是：电网故障引起换流站输电能力受限、直流电压快速上升时，通过降低送端换流站从交流电网吸收的有功功率，抑制直流电压上升，防止因超过保护定值而引起柔性直流***闭锁和停运。该方法具有物理意义明晰、实现简单、性能优异等特点，本发明所涉控制方法可应用于柔性直流输电***的换流站级与***级控制器中，增强换流站与***级控制器对直流电压的过压控制能力。本发明是一种快速降低送端换流站从交流电网吸收的有功功率，避免直流过压的控制方法，该方法具有物理意义明晰、实现简单、性能优异等特点。
附图说明
图1为本发明的过压限流控制装置的控制框图；
图2为本发明的过压限流自判定使能装置逻辑控制框图；
具体实施方式
柔性直流输电***受端换流站交流侧电网故障或送端换流站直流单极断线故障时，送端换流站功率送出受限引起直流母线过压，当超过保护整定值时，将引起柔性直流输电***的闭锁和停运。为了提高柔性直流输电***运行可靠性，降低停运概率，本发明提出的一种柔性直流输电***送端换流站过压限流的控制方法，本发明兼顾电力***对柔性直流***输电能力和直流线路的保护要求，根据实时测量的直流线路正负电压计算极间电压，当极间电压超过整定值时，通过快速降低送端换流站从交流***吸收的有功功率值，实现防止直流线路过压的控制目标。
柔性直流输电***送端换流站过压限流控制装置如图1所示，包括直流电压测量，与电压整定值做差计算，过压限流自判定使能装置(EN_OVERCTRL)，PI调节器，SCADA过压限流指令(EN_OVCL_SCADA)以及相应的限幅环节等。
柔性直流输电***送端换流站过压限流的控制方法包括以下步骤：
1)在一个控制周期到来时，实时测量直流线路正负电压计算极间电压U；并对电压做标么化处理，将极间电压等级作为电压基值Ubase，标么化的电压测量值Udc＝U/Ubase；
2)综合电压测量值Udc，电压整定值Uset，当前有功参考值Pref以及SCADA的使能指令EN_OVCL_SCADA的具体情况，计算目标控制的有功变化量ΔPref，
条件一：EN_OVCL_SCADA为0,即SCADA端强制不进行过压限流控制,有功变化量ΔPref为0；
条件二：EN_OVCL_SCADA为1,即SCADA端进行过压限流,当前有功参考值Pref>0,代表直流线路向换流站输送有功功率,但此时不需要进行过压限流有功变化量ΔPref为0；
条件三：EN_OVCL_SCADA为1,即SCADA端进行过压限流,当前有功参考值Pref≤0,代表换流站向直流线路输送有功功率,且EN_OVCLCTRL为1时将对过压限流使能进行控制，如图2所示，当Pref≤0，直流电压Udc超过滞回比较器的高阈值，本实施例中，高阈值设为1.05p.u.，EN_OVCLCYRL＝1，启动过压限流控制，通过PI反馈调节控制直流功率减少到滞回比较器的低阈值，本实施例中，低阈值设为0.94p.u.，EN_OVCLCYRL＝0，退出过压限流控制。具体操作步骤如下：
(2.1)计算电压测量值Udc以及电压整定值Uset的差值ΔU，ΔU＝Udc-Uset，其中Uset一般情况下设为额定值1.0p.u.；
(2.2)根据ΔU和比例积分的传递函数，计算出电压控制的初步控制量PU；比例积分的传递函数为：其中s为复频率，KP和Ti分别为比例系数和积分时间常数，可选取KP＝5，Ti＝0.05s；
(2.3)对PU进行限幅处理，计算出所需有功变化量ΔPref；限幅的处理逻辑为当PU>0时，ΔPref＝0；当PU<-Pmax时，ΔPref＝-Pmax；当-Pmax<PU<0时，ΔPref＝PU；限幅处理的限幅值Pmax一般选为有功功率的额定容量，Pmax＝1.0p.u.；
3)根据有功变化量ΔPref以及自SCADA下发的有功参考值Pref_SCADA，计算目标控制的有功参考值Pref一般有Pref＝Pref_SCADA+ΔPref；
4)有功参考值Pref发送至下一级进行控制，并等待下一个控制周期到来时转步骤1)。
至此，本发明提出的过压限流控制控制任务全部完成。

Claims (4)

1.一种柔性直流输电***送端换流站过压限流的控制方法，其特征在于包括如下步骤：
1)在一个控制周期到来时，实时测量直流线路正负电压计算极间电压U；并对电压做标么化处理，将极间电压定义为电压基值Ubase，标么化的电压测量值Udc＝U/Ubase；
2)综合电压测量值Udc，电压整定值Uset，当前有功参考值Pref以及SCADA的使能指令EN_OVCL_SCADA的具体情况，计算目标控制的有功变化量ΔPref，
条件一：EN_OVCL_SCADA为0,即SCADA端强制不进行过压限流控制,有功变化量ΔPref为0，其中EN_OVCL_SCADA为SCADA发出的过压限流使能指令；
条件二：EN_OVCL_SCADA为1,即SCADA端进行过压限流,当前有功参考值Pref>0,代表直流线路向换流站输送有功功率,此时不需要进行过压限流控制，有功变化量ΔPref为0；条件三：EN_OVCL_SCADA为1,即SCADA端进行过压限流,当前有功参考值Pref≤0,代表换流站向直流线路输送有功功率,且EN_OVCLCTRL为1时将触发过压限流使能进行控制，即当Pref≤0，电压测量值Udc超过滞回比较器的高阈值，EN_OVCLCYRL＝1，启动过压限流控制，通过PI反馈调节控制直流功率减少到滞回比较器的低阈值，EN_OVCLCYRL＝0，退出过压限流控制；
3)根据有功变化量ΔPref以及自SCADA下发的有功参考值Pref_SCADA，计算目标控制的有功参考值Pref
4)有功参考值Pref发送至下一级进行控制，并等待下一个控制周期到来时转步骤1)。
2.根据权利要求1所述的柔性直流输电***送端换流站过压限流的控制方法，其特征在于所述步骤2)具体包括以下步骤：
(2.1)计算电压测量值Udc以及电压整定值Uset的差值ΔU，ΔU＝Udc-Uset，其中Uset设为额定值1.0p.u.；
(2.2)根据ΔU和比例积分的传递函数，计算出电压控制的初步控制量PU；比例积分的传递函数为：其中s为复频率，KP和Ti分别为比例系数和积分时间常数，选取KP＝5，Ti＝0.05s；
(2.3)对PU进行限幅处理，计算出所需有功变化量ΔPref；限幅的处理逻辑为当PU>0时，ΔPref＝0；当PU<-Pmax时，ΔPref＝-Pmax；当-Pmax<PU<0时，ΔPref＝PU；限幅处理的限幅值Pmax选为有功功率的额定容量，Pmax＝1.0p.u.。
3.根据权利要求1所述的柔性直流输电***送端换流站过压限流的控制方法，其特征在于所述步骤2)中滞回比较器的高阈值设为1.05p.u.，滞回比较器的低阈值设为0.94p.u.。
4.根据权利要求1所述的柔性直流输电***送端换流站过压限流的控制方法，其特征在于兼顾电力***对柔性直流***输电能力和直流线路的保护要求，根据实时测量的直流线路正负电压计算极间电压，当极间电压超过整定值时，通过快速降低送端换流站从交流***吸收的有功功率值，实现防止直流线路过压的控制目标。
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