CN109861263A - 一种降低特高压直流非故障层换相失败风险的方法及*** - Google Patents

一种降低特高压直流非故障层换相失败风险的方法及*** Download PDF

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吕盼
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汤伟
吕思卓
宋新甫
张鑫
周专
胡晓飞
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Abstract

本发明公开了一种降低特高压直流非故障层换相失败风险的方法及***，属于电力***领域。本发明方法包括：获取分层馈入特高压直流混联电网参数，计算分层馈入特高压直流混联电网故障层与非故障层换相失败特性；获取分层馈入特高压直流混联电网非故障层参数，根据非故障层参数计算换相失败预测联动控制的临界直流电流idcr；对分层馈入特高压直流混联电网进行预测联动控制；根据分层馈入特高压直流混联电网换流母线电压和直流电流变化判定预测控制是否动作；仿真校验预测联动控制特高压直流非故障层换相失败风险和联动控制参数。本发明能够有效降低故障层扰动引发非故障层逆变器换相失败的风险，降低扰动引起直流功率波动对电网的有功冲击。

Description

一种降低特高压直流非故障层换相失败风险的方法及***
技术领域
本发明涉及电力***领域，并且更具体地，涉及一种降低特高压直流非故障层换相失败风险的方法及***。
背景技术
我国煤炭、水能、风能和太阳能等一次能源富集地域，与中东部经济发达的用能集中地区，具有逆向分布特征。这一特征，客观上要求大力发展大容量远距离高效输电技术—特高压直流输电技术，以提升资源优化配置能力和效率。在受端电网，随着直流馈入数量和容量的增长，电压支撑能力不足引起的稳定威胁日趋严重。为缓解大容量特高压直流单点馈入的不利影响，我国首创提出了一种具有新型拓扑结构的直流—分层馈入直流。
区别于传统特高压直流，分层馈入特高压直流高端逆变器与低端逆变器分别接入不同电压等级的交流电网，即不同层交流电网。除具有本层交流电网与直流逆变站间的交互耦合作用路径外，还具有新的耦合作用路径——层间直流耦合路径和层间交流耦合路径，新增的耦合路径使受扰后交直流动态行为更为复杂。
故障层逆变器换流母线电压快速跌落变化过程中，非故障层逆变器熄弧角因直流电流增大而减小，且由于其交流电压维持较高水平无法触发换相失败预测控制动作，因此非故障层将存在换相失败风险。非故障层换相失败后，一方面，故障层逆变器因直流电流快速增长抵消其换相失败预测控制作用，也将出现换相失败，随之引起的直流有功阻断将对送受端交流电网形成大容量有功冲击；另一方面，换相失败后的有功恢复期间，非故障层较高的交流电压作用于补偿器，使逆变站出现大量盈余无功，进而使本层交流电网面临过电压冲击威胁。
发明内容
针对上述问题，本发明提出了一种降低特高压直流非故障层换相失败风险的方法，包括：
获取分层馈入特高压直流混联电网参数，计算分层馈入特高压直流混联电网故障层与非故障层换相失败特性；
获取分层馈入特高压直流混联电网非故障层参数，根据非故障层参数计算换相失败预测联动控制的临界直流电流idcr；
对分层馈入特高压直流混联电网进行预测联动控制；
根据分层馈入特高压直流混联电网换流母线电压和直流电流变化判定预测控制是否动作；
仿真校验预测联动控制特高压直流非故障层换相失败风险和联动控制参数。
可选的，计算换相失败预测联动控制的临界直流电流idcr，计算公式如下：
其中，Uc为非故障层逆变器的换流母线电压、β为逆变器控制***输出的触发超前角和γcr为计及裕度的设定临界熄弧角，Xc为换流变压器漏抗、T为换流变压器变比。
可选的，对分层馈入特高压直流混联电网进行预测联动控制，针对分层馈入特高压直流中的换相失败风险故障层，交流短路冲击导致的直流电流增大而引发的非故障层换相失败风险，增加换相失败预测联动控制功能，根据故障层换相失败启动信息和直流电流变化程度，判别启动换相失败预测的控制功能。
可选的，根据分层馈入特高压直流混联电网换流母线电压和直流电流变化判定预测控制是否动作，故障层短路故障引起故障层逆变器换相失败预测控制动作，当故障层换相失败控制启动标志Fcf已置位且id>idcr时，启动换相失败预测功能。
可选的，仿真校验预测联动控制效果和联动控制参数，非故障层配置换相失败预测联动控制功能，全面扫描计算故障层三相短路故障，根据预测联动控制特高压直流非故障层换相失败风险可调整优化联动控制参数，可调节增大增益系数Gi，加大预测控制输出的逆变器触发角。
本发明还提供一种降低特高压直流非故障层换相失败风险的***，本发明***包括：
获取参数模块，获取分层馈入特高压直流混联电网参数，计算分层馈入特高压直流混联电网故障层与非故障层换相失败特性；
计算模块，获取分层馈入特高压直流混联电网非故障层参数，根据非故障层参数计算换相失败预测联动控制的临界直流电流idcr；
控制模块，对分层馈入特高压直流混联电网进行预测联动控制；
判定模块，根据分层馈入特高压直流混联电网换流母线电压和直流电流变化判定预测控制是否动作；
仿真控制模块，仿真校验预测联动控制特高压直流非故障层换相失败风险和联动控制参数。
本发明能够有效降低故障层扰动引发非故障层逆变器换相失败的风险，降低扰动引起直流功率波动对电网的有功冲击，以及恢复期间逆变站盈余无功对电网的电压冲击。
附图说明
图1为本发明一种降低特高压直流非故障层换相失败风险的方法分层馈入特高压直流混联电网直流换相失败预测联动控制模型图；
图2为本发明一种降低特高压直流非故障层换相失败风险的方法有无换相失败预测联动控制条件下的直流电流响应对比曲线图；
图3为本发明一种降低特高压直流非故障层换相失败风险的方法无换相失败预测联动控制时高低端逆变器熄弧角曲线图；
图4为本发明一种降低特高压直流非故障层换相失败风险的方法有换相失败预测联动控制时高低端逆变器熄弧角曲线图；
图5为本发明一种降低特高压直流非故障层换相失败风险的方法有无换相失败预测联动控制条件下的直流有功响应对比曲线图；
图6为本发明一种降低特高压直流非故障层换相失败风险的方法有无换相失败预测联动控制条件下的换流母线电压响应对比曲线图；
图7为本发明一种降低特高压直流非故障层换相失败风险的方法有无换相失败预测联动控制条件下的换流母线电压响应对比模型图；
图8为本发明一种降低特高压直流非故障层换相失败风险的方法分层馈入特高压直流混联电网单极拓扑结构图；
图9为本发明一种降低特高压直流非故障层换相失败风险的方法分层馈入特高压直流混联电网直流逆变器控制模型图；
图10为本发明一种降低特高压直流非故障层换相失败风险的方法流程图；
图11为本发明一种降低特高压直流非故障层换相失败风险的***结构图。
具体实施方式
本发明提供一种降低特高压直流非故障层换相失败风险的方法，如图10所示，包括：
获取分层馈入特高压直流混联电网参数，计算分层馈入特高压直流混联电网故障层与非故障层换相失败特性；
分层馈入特高压直流混联电网***结构，如图8所示，正负极具有对称结构，以±800kV特高压直流分层馈入***正极为例，在受端直流侧，额定电压均为400kV的高端和低端12脉动逆变器串联连接；在受端交流侧，高、低端逆变器分别接入交流电压等级不同的换流母线，并配有独立的滤波和无功补偿装置。从拓扑结构上看，特高压直流分层馈入***，即为串联型3端直流输电***。从降低换流变压器绝缘要求考虑，高、低端逆变器分别接入交流低电压等级(如500kV)和高电压等级(如1000kV)。
直流控制是影响交直流受扰响应行为的重要环节。分层馈入特高压直流逆变器控制模型，如图9所示，特高压直流分层馈入***，高、低端逆变器馈入2个具有不同***参数和运行特性的交流电网，因此，高、低端逆变器需采用相对独立的控制器。
面向特高压直流分层馈入***，建立和开发的适用于机电暂态仿真的控制模型如图9所示。其中，高、低端逆变器具有独立的定熄弧角控制、定电流控制，以及换相失败预测控制、低压限流(Voltage Dependent Current Order Limit,VDCOL)模拟功能，此外，整流器具有定电流控制、定功率控制以及最小触发角限制模拟功能。需要指出的是，通过换流变压器分接头慢速调节实现的高、低端逆变器直流电压平衡控制，在机电暂态仿真中可不予模拟。
针对分层特高压直流馈入的交流电网，计算故障层交流电网三相短路故障冲击下，非故障层逆变器换相失败特性。评估受故障层影响，非故障层逆变器发生换相失败的风险，以及换相失败导致直流功率波动对交直流混联电网安全稳定运行的冲击威胁。若非故障层存在换相失败风险，且换相失败造成的直流有功波动威胁混联电网安全，则需采取换相失败预测联动控制，检测交直流受扰电气量，并据此实施控制，增大非故障层逆变器熄弧角以降低其发生换相失败的风险。
获取分层馈入特高压直流混联电网非故障层参数，根据非故障层参数计算换相失败预测联动控制的临界直流电流idcr；
结合非故障层逆变器的换流母线电压Uc、逆变器控制***输出的触发超前角β，以及计及裕度的设定临界熄弧角γcr，利用公式计算对应的临界直流电流idcr，Xc为换流变压器漏抗、T为换流变压器变比。计算公式如下：
对分层馈入特高压直流混联电网进行预测联动控制；
在以非故障层换流母线电压跌落幅度ΔUc判别启动换相失败预测控制的既有功能的基础上，针对分层馈入特高压直流中存在的新的换相失败风险——故障层交流短路冲击导致直流电流增大进而引发非故障层换相失败的风险，增加换相失败预测联动控制功能，即基于故障层换相失败启动信息以及直流电流变化程度，判别启动换相失败预测的新控制功能。
根据分层馈入特高压直流混联电网换流母线电压和直流电流变化判定预测控制是否动作；
故障层短路故障引起本层逆变器换相失败预测控制动作，但由于故障位置与非故障层换流器电气距离较远，因此，非故障层逆变器换流母线电压变化幅度ΔUc小于1-Ucf，传统换相失败预测控制不能起作用。但是，直流电流大于临界直流电流idcr，表明故障层交流电网已有故障发生，且受此影响，非故障层逆变器面临较大的换相失败风险，当故障层换相失败控制启动标志Fcf已置位且id>idcr时，增加的换相失败预测功能将启动，即可实现与故障层换相失败控制的联动，增大非故障层逆变器熄弧角以降低换相失败风险。
仿真校验预测联动控制特高压直流非故障层换相失败风险和联动控制参数。
计及非故障层换相失败预测联动控制功能，全面扫描计算故障层三相短路故障，评估联动控制降低非故障层逆变站换相失败风险的效果。依据效果可调整优化联动控制参数，如为增强效果可调节增大增益系数Gi，进一步加大预测控制输出的逆变器触发角。
基于特高压直流分层馈入***模型，在电力***仿真软件PSD-BPA中，构建如图7所示的测试***。其中，直流额定电压、电流以及功率分别为±800kV、6.25kA和10000MW，高、低端逆变器分别接入500kV和1000kV交流电网。
正常运行时，整流器采用定功率控制，高、低端逆变器采用定熄弧角控制且控制参数设置相同。换相失败预测控制的相关参数取值为：Ucf＝0.80pu、Gcf＝0.035；VDCOL启动电压门槛值udh为0.75pu。等值阻抗Zm和ZsH、ZsL中的电阻分量均为零，电抗分量Xm、XsH、XsL分别为0.06pu和1.0×10-4pu、0.00691pu。***基准容量取为100MVA。
对应Es跌落0.4pu的快速电压起伏扰动，分层特高压直流将出现换相失败。考察配置如图1所示换相失败预测联动控制的效果，其中相关参数设置如下：Uc＝0.8pu、Gcf＝0.035、Tu＝Ti＝0.1、Tcf＝0.02、Gi＝0.05、Δidcf＝0.1pu。
有无预测联动控制，特高压直流分层馈入***暂态响应对比如图2至图6所示。从图中可以看出，无联动控制时，故障层交流电压跌落引起的id升高，将使非故障层γ减小并出现换相失败，之后id快速增长，故障层γ虽经本层预测控制增大，但受id增大影响仍将出现换相失败，对应直流有功出现近200ms的阻断，对送受端交流电网分别造成大幅度的有功盈余和缺额冲击。此外，直流功率阻断及恢复期间，非故障层逆变站无功消耗大幅减少，补偿器大幅盈余无功使交流电压冲击至1.22pu，如图6所示。
配置预测联动控制后，当故障层换相失败已启动且直流电流偏差大于设定值idcr后，非故障层换相失败预测控制启动增大逆变器熄弧角，从而可有效避免换相失败，对应直流功率和交流电压经小幅变化后，快速恢复稳定运行。
本发明还提供一种降低特高压直流非故障层换相失败风险的***200，如图11所示，***200包括：
获取参数模块201，获取分层馈入特高压直流混联电网参数，计算分层馈入特高压直流混联电网故障层与非故障层换相失败特性；
计算模块202，获取分层馈入特高压直流混联电网非故障层参数，根据非故障层参数计算换相失败预测联动控制的临界直流电流idcr；
控制模块203，对分层馈入特高压直流混联电网进行预测联动控制；
判定模块204，根据分层馈入特高压直流混联电网换流母线电压和直流电流变化判定预测控制是否动作；
仿真控制模块205，仿真校验预测联动控制特高压直流非故障层换相失败风险和联动控制参数。
本发明能够有效降低故障层扰动引发非故障层逆变器换相失败的风险，降低扰动引起直流功率波动对电网的有功冲击，以及恢复期间逆变站盈余无功对电网的电压冲击。

Claims (6)

1.一种降低特高压直流非故障层换相失败风险的方法，所述方法包括：
获取分层馈入特高压直流混联电网参数，计算分层馈入特高压直流混联电网故障层与非故障层换相失败特性；
获取分层馈入特高压直流混联电网非故障层参数，根据非故障层参数计算换相失败预测联动控制的临界直流电流idcr；
对分层馈入特高压直流混联电网进行预测联动控制；
根据分层馈入特高压直流混联电网换流母线电压和直流电流变化判定预测控制是否动作；
仿真校验预测联动控制特高压直流非故障层换相失败风险和联动控制参数。
2.根据权利要求1所述的方法，所述的计算换相失败预测联动控制的临界直流电流idcr，计算公式如下：
其中，Uc为非故障层逆变器的换流母线电压、β为逆变器控制***输出的触发超前角和γcr为计及裕度的设定临界熄弧角，Xc为换流变压器漏抗、T为换流变压器变比。
3.根据权利要求1所述的方法，所述的对分层馈入特高压直流混联电网进行预测联动控制，针对分层馈入特高压直流中的换相失败风险故障层，交流短路冲击导致的直流电流增大而引发的非故障层换相失败风险，增加换相失败预测联动控制功能，根据故障层换相失败启动信息和直流电流变化程度，判别启动换相失败预测的控制功能。
4.根据权利要求1所述的方法，所述的根据分层馈入特高压直流混联电网换流母线电压和直流电流变化判定预测控制是否动作，故障层短路故障引起故障层逆变器换相失败预测控制动作，当故障层换相失败控制启动标志Fcf已置位且id>idcr时，启动换相失败预测功能。
5.根据权利要求1所述的方法，所述的仿真校验预测联动控制效果和联动控制参数，非故障层配置换相失败预测联动控制功能，全面扫描计算故障层三相短路故障，根据预测联动控制特高压直流非故障层换相失败风险可调整优化联动控制参数，可调节增大增益系数Gi，加大预测控制输出的逆变器触发角。
6.一种降低特高压直流非故障层换相失败风险的***，所述***包括：
获取参数模块，获取分层馈入特高压直流混联电网参数，计算分层馈入特高压直流混联电网故障层与非故障层换相失败特性；
计算模块，获取分层馈入特高压直流混联电网非故障层参数，根据非故障层参数计算换相失败预测联动控制的临界直流电流idcr；
控制模块，对分层馈入特高压直流混联电网进行预测联动控制；
判定模块，根据分层馈入特高压直流混联电网换流母线电压和直流电流变化判定预测控制是否动作；
仿真控制模块，仿真校验预测联动控制特高压直流非故障层换相失败风险和联动控制参数。
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