一種基于換流站本地信息的直流功率能量面積補(bǔ)償方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于換流站本地信息的直流功率能 量面積補(bǔ)償方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著我國直流輸電的快速發(fā)展，特高壓大容量直流饋入或送出比例越來越高，交 直流系統(tǒng)之間的耦合關(guān)系和相互影響日益顯著，在交直流系統(tǒng)發(fā)生較嚴(yán)重故障時(shí)，可能導(dǎo) 致系統(tǒng)出現(xiàn)持續(xù)振蕩或失穩(wěn)的現(xiàn)象。過去已開展的研宄多集中在兩個(gè)方面，一是利用直流 功率調(diào)制功能的交直流協(xié)調(diào)控制，算法相對復(fù)雜，在實(shí)現(xiàn)時(shí)需要依托系統(tǒng)層進(jìn)行通信，存在 一定延遲，并且需單獨(dú)研發(fā)執(zhí)行協(xié)調(diào)控制的設(shè)備；二是利用安全穩(wěn)定控制裝置執(zhí)行切機(jī)或 切負(fù)荷等操作，會損失部分電源或負(fù)荷，產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)損失。
[0003] 事實(shí)上，在系統(tǒng)故障及恢復(fù)過程中，換流母線電壓、直流輸送功率等直流換流站本 地測量數(shù)據(jù)能在一定程度上反映系統(tǒng)故障特征，利用直流的快速可控能力及本地信息，采 取相適應(yīng)的控制方法，調(diào)整直流在故障過程中的控制特性，能在一定程度上改善整個(gè)系統(tǒng) 的故障恢復(fù)特性。
[0004] 以典型±500kV超高壓直流輸電工程作為說明對象，建立交直流混聯(lián)運(yùn)行的網(wǎng)架 結(jié)構(gòu)，如圖1所示，送端系統(tǒng)包括4個(gè)電廠1?1、1?2、1?3、1?4和交流網(wǎng)架，短路比50? = 3.1;每 個(gè)電廠含有2-3臺等值機(jī)，共10臺等值發(fā)電機(jī)；受端包含3個(gè)電廠II、12、13和交流網(wǎng)架， SCR = 2. 8,每個(gè)電廠含有2臺等值機(jī)，共6臺等值發(fā)電機(jī)。
[0005] 穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)直流系統(tǒng)輸送功率3000MW，系統(tǒng)內(nèi)發(fā)電機(jī)組均處于運(yùn)行狀態(tài)，發(fā)電機(jī) 輸出功率分布在0. 8~0. 9p. u.，與直流線路并列運(yùn)行的交流線路潮流調(diào)整至其暫態(tài)穩(wěn)定 極限。設(shè)定節(jié)點(diǎn)A到整流站之間的線路上發(fā)生N-1故障，故障恢復(fù)后系統(tǒng)頻率振蕩和直流 功率振蕩如圖2和圖3所示，圖中從上至下分別為系統(tǒng)頻率、直流功率、整流側(cè)交流系統(tǒng)電 壓有效值?？梢?，故障后系統(tǒng)頻率、交流電壓和直流功率在一個(gè)較長時(shí)間內(nèi)一直處于振蕩過 程。
[0006] 針對上面問題，目前采用的方法主要是利用安全穩(wěn)定控制裝置執(zhí)行相應(yīng)動作，避 免系統(tǒng)失穩(wěn)，但會產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)損失。如果基于交直流協(xié)調(diào)控制，利用直流功率快速提升 /回降或功率調(diào)制功能，又存在通訊問題、單獨(dú)研發(fā)設(shè)備的問題，實(shí)現(xiàn)起來相對復(fù)雜。
[0007] 分析上面故障過程可借助于功率特性曲線，如圖4所示。h為穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)發(fā)電機(jī) 功率特性曲線。發(fā)生故障后，三相接地故障期間發(fā)電機(jī)的輸出功率pn基本為0。在過剩轉(zhuǎn) 矩的作用下發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子加速，左下陰影為加速面積；在C點(diǎn)故障清除，發(fā)電機(jī)功率特性變回 P m，運(yùn)行點(diǎn)跳變至e點(diǎn)，但此時(shí)轉(zhuǎn)子速度已經(jīng)大于同步轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)子在開始減速的同時(shí)，相對 角度還繼續(xù)增大。當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行點(diǎn)由f點(diǎn)返回后，轉(zhuǎn)子繼續(xù)減速，運(yùn)行點(diǎn)沿功率特性P m* f 點(diǎn)向e，k點(diǎn)轉(zhuǎn)移，到達(dá)k點(diǎn)之前轉(zhuǎn)子一直減速，k點(diǎn)雖然機(jī)械功率和電磁功率平衡，但由于 此時(shí)轉(zhuǎn)子速度低于同步轉(zhuǎn)速，相對角度S繼續(xù)減小；但越過k點(diǎn)之后機(jī)械功率又大于電磁 功率，轉(zhuǎn)子加速，轉(zhuǎn)速恢復(fù)同步轉(zhuǎn)速后又開始增大，此后運(yùn)行點(diǎn)沿著P m開始第二次振蕩。如 果振蕩過程中沒有能量損耗，則第二次S又將增大至f點(diǎn)的對應(yīng)角度，以后就一直至沿著 pm往復(fù)振蕩；如果損耗較小，則振蕩持續(xù)地時(shí)間也會較長。本算例中，由于交流電壓恢復(fù)情 況很差，直流功率難以恢復(fù)，發(fā)電機(jī)和直流系統(tǒng)無法提供足夠的減速面積，導(dǎo)致故障清除之 后系統(tǒng)無法恢復(fù)穩(wěn)定運(yùn)行。
[0008] 出現(xiàn)這種情況的原因?yàn)檎袷庍^程的能量損耗較小，為了能夠?yàn)橄到y(tǒng)提供一定的減 速面積，考慮采取在系統(tǒng)恢復(fù)過程中提升直流輸送功率的方法，增大直流系統(tǒng)的正阻尼作 用。如果在故障前穩(wěn)態(tài)時(shí)直流系統(tǒng)已經(jīng)處于l.Opu，則需要通過過負(fù)荷控制來完成這一過 程。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種基于換流站本地信息的直流功率 能量面積補(bǔ)償方法，以改善交流系統(tǒng)故障后的頻率和電壓恢復(fù)特性為目的，不依賴遠(yuǎn)方測 量信號和系統(tǒng)層的安控、協(xié)控裝置，能基于換流站本地信息準(zhǔn)確計(jì)算出在線調(diào)整系統(tǒng)減速 面積的直流功率補(bǔ)償量和持續(xù)時(shí)間，在整流側(cè)交流系統(tǒng)嚴(yán)重故障后抑制振蕩過程，加速系 統(tǒng)恢復(fù)穩(wěn)態(tài)；對于逆變側(cè)交流故障，能改善系統(tǒng)頻率和電壓的恢復(fù)特性，避免連續(xù)換相失敗 的發(fā)生。
[0010] 為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采取如下技術(shù)方案：
[0011] 本發(fā)明提供一種基于換流站本地信息的直流功率能量面積補(bǔ)償方法，所述方法包 括以下步驟：
[0012] 步驟1 :判斷是否需要啟動直流功率能量面積補(bǔ)償功能；
[0013] 步驟2 :計(jì)算直流功率能量補(bǔ)償量；
[0014] 步驟3 :計(jì)算發(fā)生交流故障后直流功率能量補(bǔ)償面積。
[0015] 所述步驟1具體包括以下步驟：
[0016] 步驟1-1 :整流側(cè)發(fā)生交流故障后，判定是否需要啟動直流功率能量面積補(bǔ)償功 能。
[0017] 步驟1-2 :逆變側(cè)發(fā)生交流故障后，判定是否需要啟動直流功率能量面積補(bǔ)償功 能。
[0018] 所述步驟1-1中，整流側(cè)交流故障包括三相故障，對換流母線三相相電壓進(jìn)行 a 0變換，有：
[0019]
[0020] Ua p_2s_Uap^ 〇. 14 X max (0. 7, UAC2s) (2)
[0021] 其中，為對換流母線三相相電壓進(jìn)行a 0變換后得到的在兩相靜止坐標(biāo)系 下的值，且有中間I
Uap_2s表示U ap的2s濾波值，UAe_2s表示換流母線線 電壓有效值的2s濾波值，UAe_a、UAe b、UA。。分別表示換流站本地測量得到的換流母線A、B、C 相相電壓；
[0022] 設(shè)定整流側(cè)故障判定狀態(tài)變量為UacjOT，當(dāng)式（2)滿足時(shí)，Uae lOT即為1，整流側(cè)啟 動直流功率能量面積補(bǔ)償功能。
[0023] 所述步驟1-2中，發(fā)生在逆變側(cè)的交流故障包括三相故障和單相故障，以換流母 線三相相電壓的零序分量作為主要判定條件，有：
[0024] | UAC-a+UAC-b+UAC- c | 彡 0? 15 X max (0? 7, UAC-2s) (3)
[0025] 其中，UAC a、UAC b、UAC。分別表示換流站本地測量得到的換流母線A、B、C相相電壓； UAe_ 2s表示換流母線線電壓有效值的2s濾波值；
[0026] 設(shè)定逆變側(cè)故障判定狀態(tài)變量為U' ac; lOT，當(dāng)式（2)或式（3)滿足時(shí)，逆變側(cè)啟動 直流功率能量面積補(bǔ)償功能。
[0027] 所述步驟2中，直流功率能量補(bǔ)償量用Pramp表示，有：
[0028] 在±500kV直流電壓等級下，有：
[0029]
(4)
[0030] 在±800kV直流電壓等級下，有：
[0031]
C5)
[0032] 其中，匕#為發(fā)生交流故障前直流系統(tǒng)原功率指令值。
[0033] 所述步驟3具體包括以下步驟：
[0034] 步驟3-1 :計(jì)算整流側(cè)發(fā)生交流故障后的直流功率能量補(bǔ)償面積；
[0035] 步驟3-2 :計(jì)算逆變側(cè)發(fā)生交流故障后的直流功率能量補(bǔ)償面積。
[0036] 所述步驟3-1中，設(shè)P(t)為關(guān)于整流側(cè)直流功率Pd。的函數(shù)，直流系統(tǒng)原功率指 令值為P Mf，整流側(cè)發(fā)生交流故障及故障清除后交直流系統(tǒng)恢復(fù)過程中能量缺失面積S1 = cjt)，則有：
[0037]
(6)
[0038] 其中，h表示整流側(cè)交流故障開始時(shí)刻，t 2表示整流側(cè)交流故障清除后P d?；謴?fù)至 PMf的時(shí)刻；
[0039] 12時(shí)刻之后，直流系統(tǒng)實(shí)際功率指令值P Mfl= P Mf+Pramp，令整流側(cè)直流功率能量補(bǔ) 償面積為S2= c 2(t) = SjlJ有：
[0040]
(7)
[0041] 其中，t3表示整流側(cè)退出直流功率能量面積補(bǔ)償功能的時(shí)刻；且t 3時(shí)刻時(shí)直流系 統(tǒng)實(shí)際功率指令值PMfl變回直流系統(tǒng)原功率指令值P Mf。
[0042] 所述步驟3-2中，設(shè)P' (t)為關(guān)于逆變側(cè)直流功率P' d。的函數(shù)，直流系統(tǒng)原功 率指令值為PMf，逆變側(cè)發(fā)生交流故障及故障清除后交直流系統(tǒng)恢復(fù)過程中能量缺失面積 S/ = c/⑴，則有：
[0043]
(8)
[0044]其中，t(/表示逆變側(cè)交流故障開始時(shí)刻，t2'表示逆變側(cè)交流故障清除后P'd。 恢復(fù)至PMf的時(shí)刻；
[0045] t2'時(shí)刻之后，直流系統(tǒng)實(shí)際功率指令值PMfl=PMf_Pramp，令逆變側(cè)直流功率能量 補(bǔ)償面積為S2' =c2' (t) =S/，則有：
[0046]
(9)
[0047] 其中，P1()SS表示直流輸電線路的損耗功率，t 3'表示逆變側(cè)退出直流功率能量面積 補(bǔ)償功能的時(shí)刻；且V時(shí)刻時(shí)直流系統(tǒng)實(shí)際功率指令值pMfl變回直流系統(tǒng)原功率指令值 PrefO
[0048] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：