交流故障时高压直流输电系统直流电流运行范围确定方法技术方案

本发明专利技术公开了交流故障时高压直流输电系统直流电流运行范围确定方法，能够减少高压直流发生后续换相失败的几率，有效改善高压直流输电系统的交流故障恢复性能，对提升交直流混联输电系统的稳定性具有重要意义效果。该方法包括：本发明专利技术根据电压‑电流特性函数实时求解出三相对称以及不对称两种故障下直流电流指令值的上限值，接着基于瞬时功率理论对交流滤波器补偿的无功功率进行实时计算，通过设定交流系统与换流站的无功交换量为某一期望值，确定换流器无功消耗量的期望值，求解出该工况下的电流指令值，最后二者取小并经过限幅环节确定直流电流最终指令值，能够减少高压直流发生后续换相失败的几率，有效改善高压直流输电系统的交流故障恢复性能，对提升交直流混联输电系统的稳定性具有重要意义。

【技术实现步骤摘要】
交流故障时高压直流输电系统直流电流运行范围确定方法
本专利技术涉及高压直流
，特别是涉及一种交流故障时高压直流输电系统直流电流运行范围确定方法。
技术介绍
高压直流已被广泛应用在远距离大功率输电和非同步电网互联场合，我国已投运和在建的直流输电线路超过30条，我国电网已经成为世界上最复杂的交直流混合运行电网。直流系统两端换流器在运行中要消耗大量无功功率，一般情况下，整流器和逆变器消耗的无功功率分别约为输送有功功率的30％～50％和40％～60％。当交流系统发生故障时，直流电压以及换流站附近换流母线电压会迅速降低，此时若直流系统仍工作在额定功率或者额定电流下，则换流站对交流系统的无功需求会大大增加，引起换相电压持续波动，影响直流正常换相甚至导致直流发生换相失败。为解决这一问题，传统直流控制系统引入低压限流功能(VoltageDependentCurrentOrderLimiter，VDCOL)来对低电压状态下的直流电流指令加以限制，减小故障期间换流站对交流系统的无功需求，有利于故障后交流电压和直流功率的恢复。在实现过程中，专利技术人发现传统技术中至少存在如下问题：低压限流功能中电流指令值相关参数来自于工程经验或是通过仿真测试获得的，未有理论依据，特别是交流故障时高压直流输电系统直流电流运行范围无法确定。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提供的一种交流故障时高压直流输电系统直流电流运行范围确定方法，包括确定三相对称故障和三相不对称故障直流电流直流最大允许值，具体包括：判断换流站系统发生的是三相对称故障还是三相不对称故障，若是三相对称故障根据第一电压-电流特性函数实时求解第一直流电流指令值的上限值，否则根据第二电压-电流特性函数实时求解第二直流电流指令值的上限值；对换流器无功消耗量的期望值进行计算，求解出所述工况下的电流指令值；判断电流指令值是否小于第一直流电流指令值的上限值，若是则将所述电路指令值确定为三相故障下直流电流最终指令值，否则，将第一直流电流指令值的上限值确定为三相故障下直流电流最终指令值；判断电流指令值是否小于第二直流电流指令值的上限值，若是则将所述电路指令值确定为三相不对称故障下直流电流最终指令值，否则，将第二直流电流指令值的上限值确定为三相不对称故障下直流电流最终指令值。可选的，步骤所述根据第一电压-电流特性函数实时求解第一直流电流指令值的上限值包括：按照下式计算不同交流母线电压下直流电流指令值的上限值Idmax：其中：k为换流变压器变比；Uac为交流母线线电压有效值；γ为关断角，逆变侧交流故障时逆变器工作在定关断角控制方式下，该值为15°；β为超前触发角，最大允许值取40°；X为换流变压器二次侧等值短路阻抗。可选的，步骤所述根据第二电压-电流特性函数实时求解第二直流电流指令值的上限值包括：按照下式计算不同交流母线电压下直流电流指令值的上限值Idmax：其中：k为换流变压器变比；Uac为交流母线线电压有效值；γ为关断角，逆变侧交流故障时逆变器工作在定关断角控制方式下，该值为15°；为三相不对称故障下换相电压的过零点偏移角，即：换流阀关断角的偏移量，最大值取60°；β为超前触发角，最大允许值取90°；X为换流变压器二次侧等值短路阻抗。可选的，步骤所述对换流器无功消耗量的期望值进行计算，求解出所述工况下的直流电流指令值包括：基于瞬时功率理论实时计算交流滤波器所补偿的无功功率Qf，期望换流站与交流系统交换的无功功率为零，则换流器消耗的无功功率QI应等于Qf，则由下式可以求得直流电流指令值：其中，QI为换流器消耗的无功功率，Id为直流电流，Np为极对数，k为换流变压器变比，Uac为换流母线电压，γ为逆变侧关断角，X为换流变压器二次侧等值短路阻抗。本专利技术具有如下优点和有益效果：本专利技术根据电压-电流特性函数实时求解出三相对称以及不对称两种故障下直流电流指令值的上限值，接着基于瞬时功率理论对交流滤波器补偿的无功功率进行实时计算，通过设定交流系统与换流站的无功交换量为某一期望值，确定换流器无功消耗量的期望值，求解出该工况下的电流指令值，最后二者取小并经过限幅环节确定直流电流最终指令值，能够减少高压直流输电系统发生后续换相失败的几率，有效改善系统交流故障后的恢复性能，对提升交直流混联输电系统的稳定性具有重要意义。附图说明图1为本专利技术交流故障时高压直流输电系统直流电流运行范围确定方法实施例的流程示意图；图2为本专利技术高压直流换流站无功功率交换的示意图；图3为本专利技术一个示例中的CIGRE直流输电标准测试系统；图4为本专利技术一个示例中的CIGRE直流输电标准测试系统三相对称故障下，原VDCOL与Idmax对比图；图5为本专利技术一个示例中的CIGRE直流输电标准测试系统不对称故障下Yny0和YnD1两种换流变压器接线方式下的直流电流值上限值对比图；图6为本专利技术交流故障时高压直流输电系统总体运行和恢复策略框图；图7为本专利技术一个示例中CIGRE直流输电标准测试系统三相故障恢复特性测试；图8本专利技术一个示例中CIGRE直流输电标准测试系统单相故障恢复特性测试。具体实施方式为了便于理解本专利技术，下面将参照相关附图对本专利技术进行更全面的描述。附图中给出了本专利技术的首选实施例。但是，本专利技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本专利技术的公开内容更加透彻全面。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本专利技术。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。高压直流输电系统运行时，换流站的无功交换情况如附图1所示，图1为本专利技术高压直流换流站无功功率交换的示意图；其中，Uac为换流母线线电压有效值，Id为直流电流，Ud为直流电压，Qac为交流系统与换流站的交换无功功率，Qf为当前状态下无功补偿设备提供的无功功率，QI为换流器消耗的无功功率。当Qac为负值时，表示交流系统从换流站吸收无功功率，反之则表示交流系统向换流站发出无功功率；当交流系统发生故障时，影响换流器正常换相甚至导致发生换相失败；逆变侧交流系统瞬时故障导致的换相失败发生概率极高。为解决交流故障时高压直流输电系统直流电流运行范围无法确定的问题，提供一种交流故障时高压直流输电系统直流电流运行范围确定方法。本实施例中的一种交流故障时高压直流输电系统直流电流运行范围确定方法包括：判断换流站交流系统发生的三相故障还是不对称故障；三相故障时，按照下式计算不同交流母线电压下直流电流指令最大允许值Idmax：式(1)中：k为换流变压器变比；Uac为交流母线线电压有效值；γ为关断角，逆变侧交流故障时逆变器工作在定关断角控制方式下，该值为15°；β为超前触发角，最大允许值取40°；X为换流变压器二次侧等值短路阻抗。不对称故障时，按照下式计算不同交流母线电压下直流电流指令最大允许值Idmax：式(2)中：k为换流变压器变比；Uac为交流母线线电压有效值；γ为关断角，逆变侧交流故障时逆变器工作在定关断角控制方式下，该值为为交流不对称故障时换相电压的过零点偏移角，即：换流阀关断角的偏移量本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种交流故障时高压直流输电系统直流电流运行范围确定方法，其特征在于，确定三相对称故障和三相不对称故障直流电流直流最大允许值，包括：判断换流站系统发生的是三相故障还是三相不对称故障，若是三相故障根据第一电压‑电流特性函数实时求解第一直流电流指令值的上限值，否则根据第二电压‑电流特性函数实时求解第二直流电流指令值的上限值；判断电流指令值是否小于第一直流电流指令值的上限值，若是则将所述电路指令值确定为三相故障下直流电流最终指令值，否则，将第一直流电流指令值的上限值确定为三相故障下直流电流直流最终指令值；判断电流指令值是否小于第二直流电流指令值的上限值，若是则将所述电路指令值确定为三相不对称故障下直流电流直流最终指令值，否则，将第二直流电流指令值的上限值确定为三相不对称故障下直流电流直流最终指令值。

【技术特征摘要】
1.一种交流故障时高压直流输电系统直流电流运行范围确定方法，其特征在于，确定三相对称故障和三相不对称故障直流电流直流最大允许值，包括：判断换流站系统发生的是三相故障还是三相不对称故障，若是三相故障根据第一电压-电流特性函数实时求解第一直流电流指令值的上限值，否则根据第二电压-电流特性函数实时求解第二直流电流指令值的上限值；判断电流指令值是否小于第一直流电流指令值的上限值，若是则将所述电路指令值确定为三相故障下直流电流最终指令值，否则，将第一直流电流指令值的上限值确定为三相故障下直流电流直流最终指令值；判断电流指令值是否小于第二直流电流指令值的上限值，若是则将所述电路指令值确定为三相不对称故障下直流电流直流最终指令值，否则，将第二直流电流指令值的上限值确定为三相不对称故障下直流电流直流最终指令值。2.根据权利要求1所述的交流故障时高压直流输电系统直流电流运行范围确定方法，其特征在于，步骤判断电流指令值是否小于第一直流电流指令值的上限值之前还包括：对换流器无功期望值进行计算，求解出所述工况下的电流指令值。3.根据权利要求1所述的交流故障时高压直流输电系统直流电流运行范围确定方法，其特征在于，步骤判断电流指令值是否小于第二直流电流指令值的上限值之前还包括：对换流器无功期望值进行计算，求解出所述工况下的电流指令值。4.根据权利要求1-3中任一项所述的交流故障时高压直流输电系统直流电流运行范围确定方法，其特征在于，步骤所述根据第一电压-电...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪娟娟，傅闯，黄梦华，李战鹰，李欢，王子民，李子林，龚英明，黄星海，
申请(专利权)人：华南理工大学，南方电网科学研究院有限责任公司，
类型：发明
国别省市：广东,44