一種以直流逆變站為動態(tài)無功源的電壓穩(wěn)定控制方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種以直流逆變站為動態(tài)無功源的電壓穩(wěn)定控制方法，該方法包括以下步驟：建立直流受端交直流混聯(lián)電網(wǎng)仿真模型；評估受端電網(wǎng)暫態(tài)穩(wěn)定性并設(shè)置控制參數(shù)；循環(huán)測量逆變站高壓母線電壓并判斷是否滿足控制啟動判據(jù)和持續(xù)時間的要求；計算直流電流回降指令并執(zhí)行控制；循環(huán)測量逆變站高壓母線電壓并判斷是否滿足恢復(fù)控制判據(jù)；計算直流電流恢復(fù)提升指令并執(zhí)行控制。通過本發(fā)明提供的直流指令電流調(diào)控方法，利用直流功率快速調(diào)控功能，改善直流逆變站動態(tài)無功特性，使其作為動態(tài)無功源向交流電網(wǎng)輸出容性無功，發(fā)揮電壓支撐作用，從而在不額外追加一次設(shè)備投資的前提下，實現(xiàn)提升直流受端電網(wǎng)大擾動沖擊下電壓穩(wěn)定水平的目的。
【專利說明】一種以直流逆變站為動態(tài)無功源的電壓穩(wěn)定控制方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種電壓穩(wěn)定控制方法，具體講涉及一種以直流逆變站為動態(tài)無功源 的電壓穩(wěn)定控制方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 我國煤炭資源主要分布在山西、陜西、新疆等西北地區(qū)，水能主要分布在四川、云 南、西藏等西南地區(qū)，風(fēng)能和太陽能主要分布在甘肅、青海、新疆等西部和北部地區(qū)，負荷中 心則位于華中東四省、珠三角和長三角等地區(qū)。一次能源與負荷中心呈逆向分布的特征，決 定了為滿足經(jīng)濟社會發(fā)展的用能需求，需發(fā)展具備大容量、遠距離輸電優(yōu)勢的高壓直流輸 電技術(shù)。
[0003] 大容量高壓直流輸電接入受端負荷中心電網(wǎng)后，電壓穩(wěn)定問題將日益突出，并成 為威脅電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行和負荷連續(xù)可靠供電的重要威脅因素。為提高直流饋入受端電網(wǎng) 的電壓穩(wěn)定性，通常采用加強電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，或安裝SVC、STATC0M等動態(tài)無功補裝置的措施。兩 種措施均需要追加大量的電網(wǎng)投資，同時還可能導(dǎo)致電網(wǎng)短路電流增大，產(chǎn)生不利影響。
[0004] 高壓直流輸電逆變站由直流逆變器和濾波器兩個主要部件構(gòu)成。正常運行時，逆 變器消耗無功功率，濾波器輸出無功功率，兩者基本平衡，與交流電網(wǎng)無功交換較小。當(dāng)電 網(wǎng)遭受擾動電壓跌落時，逆變器無功消耗有所減小，但由于濾波器無功輸出隨電壓跌落成 平方倍降低，無功供給減小量多于無功消耗的減小量，因此直流逆變站凈無功需求增加，呈 現(xiàn)出動態(tài)無功負荷特性，將威脅受端電網(wǎng)電壓穩(wěn)定性。
[0005] -方面，直流具有快速有功功率調(diào)控能力，其傳輸?shù)挠泄煽焖夙憫?yīng)和跟蹤指令 值變化；另一方面，逆變器無功消耗與其傳輸有功強關(guān)聯(lián)，因此，通過調(diào)控直流電流改變直 流傳輸有功功率，即可改變逆變器的無功功率消耗，減少逆變站無功需求，甚至呈現(xiàn)出向交 流電網(wǎng)注入無功功率的動態(tài)無功電源特性，支撐交流電網(wǎng)電壓恢復(fù)，降低電壓失穩(wěn)威脅。由 于僅通過二次控制系統(tǒng)實現(xiàn)電壓控制，無需追加一次設(shè)備投資，因此該方法的經(jīng)濟性較高， 可增強直流饋入受端電網(wǎng)電壓穩(wěn)定水平，且能實現(xiàn)對電壓穩(wěn)定的緊急控制。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種以直流逆變站為動態(tài)無功源的電 壓穩(wěn)定控制方法，可改善直流逆變站暫態(tài)無功功率特性，提升直流饋入受端電網(wǎng)大擾動沖 擊下的電壓穩(wěn)定能力。
[0007] 為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采取如下技術(shù)方案：
[0008] -種以直流逆變站為動態(tài)無功源的電壓穩(wěn)定控制方法，其特征在于，所述方法包 括以下步驟：
[0009] A.建立直流受端交直流混聯(lián)電網(wǎng)仿真模型；
[0010] B.評估受端電網(wǎng)暫態(tài)穩(wěn)定性并設(shè)置控制參數(shù)；
[0011] C.循環(huán)測量逆變站高壓母線電壓并判斷是否滿足控制啟動判據(jù)和持續(xù)時間的要 求；
[0012] D.計算直流電流回降指令并執(zhí)行控制；
[0013] E.循環(huán)測量逆變站高壓母線電壓并判斷是否滿足恢復(fù)控制判據(jù)；
[0014] F.計算直流電流恢復(fù)提升指令并執(zhí)行控制。
[0015] 優(yōu)選地，步驟A包括：收集交流電網(wǎng)數(shù)據(jù)和直流輸電系統(tǒng)數(shù)據(jù)，建立所述仿真模 型；所述交流電網(wǎng)數(shù)據(jù)包括：交流輸電線路參數(shù)和變壓器參數(shù)；所述直流輸電系統(tǒng)數(shù)據(jù)包 括直流輸電系統(tǒng)控制器參數(shù)；所述仿真模型包括：穩(wěn)態(tài)潮流計算模型和機電暫態(tài)仿真計算 模型。
[0016] 優(yōu)選地，步驟B包括：
[0017] B - 1.利用交直流混聯(lián)電網(wǎng)機電暫態(tài)仿真軟件PSD - BPA完成所述評估；所述暫態(tài) 穩(wěn)定性為擾動沖擊后受端電網(wǎng)電壓恢復(fù)至正常運行水平的能力；所述擾動包括：直流換流 站近區(qū)交流線路三相短路開斷一回線故障和三相短路開斷雙回線故障；
[0018] B -2.依據(jù)擾動后直流逆變站電壓恢復(fù)特性，給所述控制參數(shù)賦值；所述控制參數(shù) 包括：電壓變化速率ε、電壓門檻值Urth、電壓上限、電壓下限持續(xù)時間At d、追加控 制系數(shù)P、直流電流回降的基礎(chǔ)控制量Aid。以及恢復(fù)控制次數(shù)N;所述電壓變化速率表征 電壓變化快慢；所述電壓門檻值表征電壓恢復(fù)的程度；所述電壓上限和電壓下限表征故障 后電壓的運行水平；所述持續(xù)時間為電壓變化速率和電壓值滿足設(shè)定條件的時間；所述追 加控制系數(shù)用于計算追加控制量；所述恢復(fù)控制次數(shù)為恢復(fù)電壓穩(wěn)定控制的實施次數(shù)。
[0019] 優(yōu)選地，步驟C中，對直流逆變站高壓母線電壓U。進行測量采樣，判斷其變化率和 電壓數(shù)值是否滿足公式（1)和公式（2)構(gòu)成的所述控制啟動判據(jù)；
[0020] 0 < | dUc/dt | < ε (1)
[0021] Ucth < Uc < UcL(2)
[0022] 若連續(xù)滿足公式（1)和公式（2)，且超過設(shè)定時間Λ td，則執(zhí)行步驟D，否則仍執(zhí)行 步驟C。
[0023] 優(yōu)選地，步驟D包括：
[0024] D - 1.用公式（3)和公式（4)計算所述直流電流回降指令ide ;公式中，ζ為數(shù)值 大于1.0的懲罰因子；
[0025] ide = Ρ ζ Δ idc (3)
[0026]

【權(quán)利要求】
1. 一種以直流逆變站為動態(tài)無功源的電壓穩(wěn)定控制方法，其特征在于，所述方法包括 以下步驟： A. 建立直流受端交直流混聯(lián)電網(wǎng)仿真模型； B. 評估受端電網(wǎng)暫態(tài)穩(wěn)定性并設(shè)置控制參數(shù)； C. 循環(huán)測量逆變站高壓母線電壓并判斷是否滿足控制啟動判據(jù)和持續(xù)時間的要求； D. 計算直流電流回降指令并執(zhí)行控制； E. 循環(huán)測量逆變站高壓母線電壓并判斷是否滿足恢復(fù)控制判據(jù)； F. 計算直流電流恢復(fù)提升指令并執(zhí)行控制。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟A包括：收集交流電網(wǎng)數(shù)據(jù)和直流輸 電系統(tǒng)數(shù)據(jù)，建立所述仿真模型；所述交流電網(wǎng)數(shù)據(jù)包括：交流輸電線路參數(shù)和變壓器參 數(shù)；所述直流輸電系統(tǒng)數(shù)據(jù)包括直流輸電系統(tǒng)控制器參數(shù)；所述仿真模型包括：穩(wěn)態(tài)潮流 計算模型和機電暫態(tài)仿真計算模型。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟B包括： B - 1.利用交直流混聯(lián)電網(wǎng)機電暫態(tài)仿真軟件PSD - BPA完成所述評估；所述暫態(tài)穩(wěn)定 性為擾動沖擊后受端電網(wǎng)電壓恢復(fù)至正常運行水平的能力；所述擾動包括：直流換流站近 區(qū)交流線路三相短路開斷一回線故障和三相短路開斷雙回線故障； B - 2.依據(jù)擾動后直流逆變站電壓恢復(fù)特性，給所述控制參數(shù)賦值；所述控制參數(shù)包 括：電壓變化速率ε、電壓門檻值Urth、電壓上限、電壓下限持續(xù)時間Atd、追加控制 系數(shù)P、直流電流回降的基礎(chǔ)控制量Aid。以及恢復(fù)控制次數(shù)N;所述電壓變化速率表征電 壓變化快慢；所述電壓門檻值表征電壓恢復(fù)的程度；所述電壓上限和電壓下限表征故障后 電壓的運行水平；所述持續(xù)時間為電壓變化速率和電壓值滿足設(shè)定條件的時間；所述追加 控制系數(shù)用于計算追加控制量；所述恢復(fù)控制次數(shù)為恢復(fù)電壓穩(wěn)定控制的實施次數(shù)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟C中，對直流逆變站高壓母線電壓U。 進行測量采樣，判斷其變化率和電壓數(shù)值是否滿足公式（1)和公式（2)構(gòu)成的所述控制啟 動判據(jù)； 0 < | dUc/dt| < ε (1) Ucth<Uc<UcL(2) 若連續(xù)滿足公式（1)和公式（2)，且超過設(shè)定時間Atd，則執(zhí)行步驟D，否則仍執(zhí)行步驟 C〇
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟D包括： D - 1.用公式（3)和公式（4)計算所述直流電流回降指令ide ;公式中，ζ為數(shù)值大于 1. 0的懲罰因子； ide = Ρ ζ Δ idc (3)
(4) D -2.步驟D中的所述執(zhí)行控制包括：將ide輸入直流控制系統(tǒng)中的指令電流生成環(huán)節(jié)， 并與該環(huán)節(jié)中生成的原指令電流idMf按式（5)進行疊加，生成新的指令電流idMf nOT : idref-new ^dref ^de (5) ?
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟E中，對直流逆變站高壓母線電壓U。 進行測量采樣，判斷其電壓數(shù)值是否滿足如公式（6)所示的所述恢復(fù)控制判據(jù)： Uc>UcH (6) 若滿足，則執(zhí)行步驟F，否則，繼續(xù)執(zhí)行步驟E。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟F包括： F - 1.利用公式（7)計算所述直流電流恢復(fù)提升指令ip : ip = Ρ ζ Δ idc/N (7) F -2.步驟F中的所述執(zhí)行控制包括：將"輸入直流控制系統(tǒng)中的指令電流生成環(huán)節(jié)， 并與步驟D中生成的指令電流idMf n"按式⑶進行疊加，生成新的指令電流i' n" ; ? ' dref-new = idref-細+ip ⑶ F - 3.重復(fù)步驟F - 1和F - 2,直至指令電流恢復(fù)到電流回降控制前的水平，即i'dMf nOT Idref 〇
【文檔編號】H02J3/16GK104158194SQ201410406371
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年8月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月18日
【發(fā)明者】鄭超, 郭劍波, 馬世英, 林俊杰 申請人:國家電網(wǎng)公司, 中國電力科學(xué)研究院