一种基于高压直流输电无功控制的过电压抑制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于高压直流输电无功控制的过电压抑制方法，包括：步骤1，设定直流输电逆变侧采用预测型定熄弧角控制，整流侧采用定电流控制，根据直流输电系统控制原理，得到线性化控制方程；步骤2，根据多直流馈出近区电网的运行方式，利用P‑Q分解法得到直流近区的无功潮流修正方程，从而得到直流近区潮流线性化方程；步骤3，得到系统状态方程；步骤4，得到PI状态调节器。本发明专利技术提出了增加近区直流逆变侧关断角γ进行过电压抑制的方法，该方法在交流电网电压严重升高期间，通过控制逆变侧关断角γ和直流电流指令值，在保持近区健全直流输电系统功率恒定的基础上，短时提升换流器消耗的无功功率，抑制送端弱交流电网过电压的产生。

【技术实现步骤摘要】
一种基于高压直流输电无功控制的过电压抑制方法
本专利技术涉及高压直流输电领域，具体涉及一种基于高压直流输电无功控制的过电压抑制方法。
技术介绍
高压直流输电技术由于其在远距离大容量输电、异步电网互联领域所具有的优势，在中国、印度、韩国、巴西等国得到了快速的发展和广泛的应用。电流源型直流输电系统以晶闸管作为主要换流元件，正常运行时需消耗输送功率50％～60％的无功功率。以±800kV/8000MW的特高压直流输电系统为例，满功率运行时晶闸管换流器以及换流变压器供需消耗无功近6400Mvar。为了消除大量无功消耗对交流系统无功潮流及电压分布的影响，换流站内往往装设大量无功补偿设备以实现站内的无功平衡。然而，在此情况下，一旦直流输电系统由于线路故障等原因导致外送功率受阻，在无功补偿设备切除之前，换流站过剩无功将倒送交流系统，在换流站的交流母线上极易出现明显的电压抬升。特别地，在高压直流输电系统建设初期，送端换流站近区交流电网短路电流水平偏低，电压调节能力弱，在此工况下甚至可能出现严重的过电压。考虑到直流线路故障后的重启策略，此类过电压持续时间极有可能接近1s，超过换流站过电压保护或者换流阀大触发角监视保护的定值，保护误动作风险较高。针对直流低功率运行时交流系统出现的电压偏高问题，部分学者提出了增加近区发电机进相深度、直流输电系统降压运行，提高最小关断角等策略。其中，对直流输电系统低功率运行时无功控制策略进行探讨时，推导了无功消耗、关断角、换相角、直流电流等变量之间相互关系，计算受端换流站关断角和换流变分接头调节措施对直流无功功率消耗的影响，提出利用直流输电系统无功消耗的非线性，提高最小关断角可以吸收多余无功，有效解决直流输电系统低功率运行时的交流电网电压升高问题。还有的设计了两种高压直流低负荷无功优化模块，并在实际工程中加以应用。这些研究主要针对直流低功率传输时出现的交流侧稳态电压偏高现象进行了分析，取得了很好的实施效果，但对直流输电系统故障后暂态过程中出现的过电压特性分析较少。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是多直流集中外送电网在单回直流故障期间交流电网出现过电压，目的在于提供一种基于高压直流输电无功控制的过电压抑制方法，在单回直流故障期间，短时提升近区健全直流逆变侧关断角γ及直流电流指令，在保持健全直流外送功率不变的基础上，增加整流侧换流器的无功消耗，从而抑制过电压。本专利技术通过下述技术方案实现：一种基于高压直流输电无功控制的过电压抑制方法，包括：步骤1，设定直流输电逆变侧采用预测型定熄弧角控制，整流侧采用定电流控制，根据直流输电系统控制原理，得到线性化控制方程；步骤2，根据多直流馈出近区电网的运行方式，利用P-Q分解法得到直流近区的无功潮流修正方程，从而得到直流近区潮流线性化方程；步骤3，得到系统状态方程；步骤4，得到PI状态调节器。进一步地，步骤1中，线性化控制方程：γ(0)+Δγ＝γordKI∫(Id-Iord)dt＝α式中：γ(0)及Δγ分别为逆变侧熄弧角稳态值以及变化量，γord为直流输电系统控制器输出的逆变侧熄弧角指令值，KI为直流输电系统电流控制环节积分控制系数，Id为直流系统电流稳态值，Iord为直流输电系统控制器输出的直流电流指令值，α为直流输电系统整流侧触发角，α(0)为整流侧触发角稳态值。进一步地，步骤2中，无功潮流修正方程为：ΔU＝-B-1ΔQ′其中，ΔQ′＝[ΔQ1/U1ΔQ2/U2…ΔQm/Um]TΔU＝[ΔU1ΔU2…ΔUm]T式中，ΔQi是i号母线无功变化量，ΔUj是j号母线的电压变化量，B矩阵是系统节点导纳矩阵中电纳部分组成的矩阵。进一步地，步骤2中，直流近区潮流线性化方程为：ΔU1＝K1ΔQ′dc1ΔU2＝K2ΔQ′dc1，式中，ΔU1、ΔU2分别为1#直流、2#直流输电系统送端换流站交流母线电压变化量，ΔQ′dc1为1#直流、工程换流器吸收无功功率的变化量，K1、K2则分别等于-B-1中第1行第i列以及第2行第i列的元素值。进一步地，步骤3中，系统状态方程为：其中，其中，式中，Ud1(0)是1#直流整流侧直流电压稳态值，U1(0)为1#直流换流站交流母线电压的稳态值，kT为整流侧换流变压器变比，α(0)为整流侧触发角稳态值，γ(0)为逆变侧熄弧角稳态值，L为直流线路电感，Id(0)为直流电流稳态值，C为1#直流无功补偿设备的等效电容，K1、K2则分别等于-B-1中第1行第i列以及第2行第i列的元素值，R是直流输电系统线路的电阻值。进一步地，步骤4的PI状态调节器具体设计方法如下：令其状态空间和目标函数F满足：存在唯一的最优控制：其中，Kpc是R-1BP所得矩阵的左半子矩阵，是控制率的比例系数矩阵；KIc是R-1BP所得矩阵的右半子矩阵，是控制率的积分系数矩阵；P为对称正定常数矩阵，是下列Riccati方程的唯一解：通过求解得到下述控制率：进一步地，步骤4中，得到最优控制率为u＝-Kpcx-KIc∫xdt。本专利技术与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：本专利技术提出了一种通过增加近区健全直流逆变侧关断角γ进行过电压抑制的方法，该方法在交流电网电压严重升高期间，通过控制逆变侧关断角γ和直流电流指令值，在保持近区健全直流输电系统功率恒定的基础上，短时提升换流器消耗的无功功率，抑制送端弱交流电网过电压的产生。附图说明此处所说明的附图用来提供对本专利技术实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本专利技术实施例的限定。在附图中：图1为本专利技术双直流输电系统集中外送结构示意图；图2为本专利技术关断角γ提升策略稳态实施效果图；图3为本专利技术过电压抑制环节框图；图4为本专利技术过电压抑制环节与直流控保的配合关系图；图5为本专利技术仿真算例的仿真模型图；图6为本专利技术无控制情况下交流侧母线电压有效值仿真结果图；图7(a)为交流侧母线电压有效值；图7(b)为附加关断角指令；图7(c)为附加电流指令；图7(d)为直流电压；图7(e)为直流电流；图7(f)为直流有功无功。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本专利技术作进一步的详细说明，本专利技术的示意性实施方式及其说明仅用于解释本专利技术，并不作为对本专利技术的限定。以下实施例以图1所示的双直流输电系统集中外送为例进行解释。直流外送功率受阻导致交流过电压产生的原因如下：以双直流输电系统集中外送为例，说明当某一回直流外送功率受阻时，交流系统出现过电压的机理。该系统如图1所示。图1中U3、U4为交流系统的等值内电势，Z1、Z2、Z3分别为交流系统等值阻抗，U1∠θ1、U2∠θ2分别为两个直流换流站交流母线的电压与相角，Pdc1，Pdc2分别为1#直流输电系统、2#直流输电系统传输有功，P′dc1+jQ′dc1为1#直流输电换流站从交流电网吸收的有功与无功，P′dc2+jQ′dc2则为2#直流输电换流站从交流电网吸收的有功与无功，C1、C2分别为1#、2#换流站高压滤波器与无功补偿装置的等效电容值。超高压电网中，忽略线路电阻，并考虑到线路两侧电压相角差相对较小，因此根据电网潮流关系，可以得到：导纳阵中，对角元素虚部往往小于零，而非对角元素虚部往往大于零，因此根据导纳阵这一特点，可得：由此可见，当1#直流输电系统因故障移相而本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于高压直流输电无功控制的过电压抑制方法，其特征在于，包括：步骤1，设定直流输电逆变侧采用预测型定熄弧角控制，整流侧采用定电流控制，根据直流输电系统控制原理，得到线性化控制方程；步骤2，根据多直流馈出近区电网的运行方式，利用P‑Q分解法得到直流近区的无功潮流修正方程，从而得到直流近区潮流线性化方程；步骤3，得到系统状态方程；步骤4，得到PI状态调节器；所述步骤3中，系统状态方程为：

【技术特征摘要】
1.一种基于高压直流输电无功控制的过电压抑制方法，其特征在于，包括：步骤1，设定直流输电逆变侧采用预测型定熄弧角控制，整流侧采用定电流控制，根据直流输电系统控制原理，得到线性化控制方程；步骤2，根据多直流馈出近区电网的运行方式，利用P-Q分解法得到直流近区的无功潮流修正方程，从而得到直流近区潮流线性化方程；步骤3，得到系统状态方程；步骤4，得到PI状态调节器；所述步骤3中，系统状态方程为：其中，其中，式中，Ud1(0)是1#直流整流侧直流电压稳态值，U1(0)为1#直流换流站交流母线电压的稳态值，kT为整流侧换流变压器变比，α(0)为整流侧触发角稳态值，γ(0)为逆变侧熄弧角稳态值，L为直流线路电感，Id(0)为直流电流稳态值，C为1#直流无功补偿设备的等效电容，K1、K2则分别等于-B-1中第1行第i列以及第2行第i列的元素值，R是直流输电系统线路的电阻值；B矩阵是系统节点导纳矩阵中电纳部分组成的矩阵；所述步骤4的PI状态调节器具体设计方法如下：令其状态空间和目标函数F满足：存在唯一的最优控制：其中，Kpc是R-1BP所得矩阵的左半子矩阵，是控制率的比例系数矩阵；KIc是R-1BP所得矩阵的右半子矩阵，是控制率的积分系数矩阵；P为对称正定常数矩阵，是下列Riccati方程的唯一解：通过求解得到下述控制率：2.根据权利要求1所述的一种基于高压直流输电无功控制的过电压抑制方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱清代，滕予非，张鹏，李小鹏，张纯，代宇涵，孙永超，罗荣森，段翔兮，
申请(专利权)人：国网四川省电力公司电力科学研究院，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：四川,51