一种接入弱交流系统的背靠背直流输电系统控制方法技术方案

本发明专利技术涉及一种接入弱交流系统的背靠背直流输电系统控制方法，包括以下内容：1)逆变站采用变直流电压控制，即通过直流功率指令值确定直流电压指令值，通过直流电压指令值确定直流电压运行值；2)逆变站换流变压器分接开关和无功小组协调控制；3)整流站换流变压器分接开关与无功小组协调控制。本发明专利技术既保证了电网的安全稳定运行，又增加了背靠背直流输电系统的使用寿命。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种背靠背直流输电系统控制方法，特别是涉及一种接入弱交流系统的背靠背直流输电系统控制方法。
技术介绍
背靠背直流输电系统是指没有直流输电线路，且整流站和逆变站通常放在同一个换流站内的直流输电系统。背靠背直流输电系统具有设备制造难度小、控制灵活、投资较小等特点，在实现大区电网互惠互通，提高交流系统安全稳定水平等方面发挥了积极作用。随着电网发展，大区电网互通容量需求进一步增加，背靠背直流输电系统将在我国电网发展过程中发挥更加重要的作用。随着灵宝、高岭和黑河背靠背直流输电系统的建设和运行，我国对背靠背直流输电系统的控制和保护方法进行了深入研究。背靠背直流输电系统整流站通过触发角控制直流电流为指令值，换流变压器分接开关控制触发角在12.5°～17.5°的正常范围运行。逆变站主要有两种控制方法：一是定熄弧角控制，逆变站熄弧角保持为17°，换流变压器分接开关控制理想空载直流电压在额定理想空载直流电压附近；定熄弧角控制方法具有以下特点：(1)整流站与逆变站耦合。逆变站交流母线电压变化将影响到整流站运行状态的变化，整流站触发角、直流电流、直流电压和无功消耗均将发生变化，进而整流站换流变压器分接开关和无功小组会发生相应操作。(2)逆变站对交流母线电压波动不具备抑制能力，进而不利于弱交流系统电压稳定。由于逆变站熄弧角不随交流母线电压变化而变化，逆变站换流变压器消耗无功几乎不随交流母线电压波动而变化，不利于抑制交流母线电压波动。(3)分接开关动作次数少。分接开关不随直流功率的变化而动作，仅随交流母线电压的变化而动作，而直流功率上升的过程中，直流电压有一定的下降，因此分接开关动作次数少。二是定直流电压控制，通过熄弧角控制直流电压为额定值，换流变压器分接开关控制熄弧角在17.5°～21.5°的指定范围内，当熄弧角小于17°时，转为定最小熄弧角控制；定直流电压控制方法具有以下特点：(1)整流站与逆变站耦合较弱，逆变站交流电压等的波动均由熄弧角平息，直流电压不变，整流站因而不受影响。(2)逆变站对交流系统电压波动有抑制功能，交流母线电压升高，熄弧角将增加，逆变站无功消耗将增加，反之亦然。(3)由于直流功率由最小功率变化到额定功率过程中，直流电压均不变，这使得分接开关需要随直流功率调节而动作，分接开关动作次数多。背靠背直流输电系统用于电网互联，通常处于交流系统的末端，交流系统相对薄弱，即为弱交流系统。在相关控制方法下，背靠背直流输电系统在运行中暴露出一系列问题，例如2012年高岭背靠背直流输电系统出现了华北侧(逆变侧)投切一组无功小组后，东北侧无功小组和换流变压器分接开关伴随动作的问题。2014年～2015年，黑河背靠背直流输电系统也存在中方侧投切无功小组、换流变压器分接开关动作与俄方侧无功小组投切和换流变压器分接开关伴随动作的问题。另外，高岭和黑河背靠背直流输电系统还多次出现分接开关动作一档导致无功小组投切，进而分接开关向相反方向又动作一档的反复动作现象。由于换流变压器分接开关设计动作次数为20万次左右，且为内置式，更换困难；无功小组设计投切次数为5000次；换流变压器分接开关反复动作和无功小组频繁投切将直接影响背靠背直流输电系统的使用寿命和电网的安全稳定运行。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种接入弱交流系统的背靠背直流输电系统控制方法，既保证了电网的安全稳定运行，又增加了背靠背直流输电系统的使用寿命。为实现上述技术目的，本专利技术采取以下技术方案：一种接入弱交流系统的背靠背直流输电系统控制方法，包括以下内容：1)逆变站采用变直流电压控制，即通过直流功率指令值确定直流电压指令值，通过直流电压指令值确定直流电压运行值；2)逆变站换流变压器分接开关和无功小组协调控制，具体过程为：2.1)当逆变站熄弧角小于17.5°，逆变站换流变压器分接开关需要升一档时，先预算逆变站换流变压器分接开关升一档后是否会导致无功小组投入一组，如果会导致无功小组投入一组，则不升逆变站换流变压器分接开关，而投入一组无功小组；如果不会导致无功小组投入一档，则升逆变站换流变压器分接开关一档；2.2)当逆变站熄弧角大于21.5°，逆变站换流变压器分接开关需要降一档时，先预算逆变站换流变压器分接开关降一档后是否会导致无功小组切除一组，如果会导致无功小组切除一组，则不降逆变站换流变压器分接开关，而切除一组无功小组；如果不会导致无功小组切除一组，则降逆变站换流变压器分接开关一档；2.3)当熄弧角的范围在17.5°～19.5°时，如果计算出需要切除无功小组，则先升高分接开关档位，以使得熄弧角在19.5°以上，再切除无功小组；3)整流站换流变压器分接开关与无功小组协调控制，具体过程为：3.1)在整流站触发角小于12.5°，整流站换流变压器分接开关需要升一档时，先预算整流站换流变压器分接开关升一档后是否会导致无功小组投入一组，如果会导致无功小组投入一组，则不升整流站换流变压器分接开关，而投入一组无功小组；如果不会导致无功小组投入一档，则升整流站换流变压器分接开关一档；3.2)整流站触发角大于17.5°，整流站换流变压器分接开关需要降一档时，先预算整流站换流变压器分接开关降一档后是否会导致无功小组切除一组，如果会导致无功小组切除一组，则不降整流站换流变压器分接开关，而切除一组无功小组；如果不会导致无功小组切除一组，则降整流站换流变压器分接开关一档。所述步骤1)逆变站采用变直流电压控制，即通过直流功率指令值确定直流电压指令值，通过直流电压指令值确定直流电压运行值，其中，直流电压指令值UdI的确定公式为：UdI=(Udi0NIcosγN+UT)+(Udi0NIcosγN+UT)2-2(dxI-drI)·Udi0NIPdM/IdN2]]>式中，UdI为直流电压指令值；Udi0NI为背靠背直流输电系统逆变站理想空载直流电压；γN为额定熄弧角；UT为换流器前向压降；dxI为相对感性压降；drI为相对阻性压降；PdM为直流功率指令值；IdN为额定直流电流。所述步骤2.1)逆变站换流变压器分接开关需要升一档时，先预算逆变站换流变压器分接开关升一档后是否会导致无功小组投入一组，具体过程为：先通过计算得到逆变站换流变压器分接开关升一档后的逆变站换流变压器的无功消耗Q′dc,conv，再根据Q′dc,conv和无功小组已投入总量，确定逆变站换流变压器分接开关升一档后是否需要投入一组无功小组，即：当逆变站换流变本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种接入弱交流系统的背靠背直流输电系统控制方法，其特征在于：包括以下内容：1)逆变站采用变直流电压控制，即通过直流功率指令值确定直流电压指令值，通过直流电压指令值确定直流电压运行值；2)逆变站换流变压器分接开关和无功小组协调控制，具体过程为：2.1)当逆变站熄弧角小于17.5°，逆变站换流变压器分接开关需要升一档时，先预算逆变站换流变压器分接开关升一档后是否会导致无功小组投入一组，如果会导致无功小组投入一组，则不升逆变站换流变压器分接开关，而投入一组无功小组；如果不会导致无功小组投入一档，则升逆变站换流变压器分接开关一档；2.2)当逆变站熄弧角大于21.5°，逆变站换流变压器分接开关需要降一档时，先预算逆变站换流变压器分接开关降一档后是否会导致无功小组切除一组，如果会导致无功小组切除一组，则不降逆变站换流变压器分接开关，而切除一组无功小组；如果不会导致无功小组切除一组，则降逆变站换流变压器分接开关一档；2.3)当熄弧角的范围在17.5°～19.5°时，如果计算出需要切除无功小组，则先升高分接开关档位，以使得熄弧角在19.5°以上，再切除无功小组；3)整流站换流变压器分接开关与无功小组协调控制，具体过程为：3.1)在整流站触发角小于12.5°，整流站换流变压器分接开关需要升一档时，先预算整流站换流变压器分接开关升一档后是否会导致无功小组投入一组，如果会导致无功小组投入一组，则不升整流站换流变压器分接开关，而投入一组无功小组；如果不会导致无功小组投入一档，则升整流站换流变压器分接开关一档；3.2)整流站触发角大于17.5°，整流站换流变压器分接开关需要降一档时，先预算整流站换流变压器分接开关降一档后是否会导致无功小组切除一组，如果会导致无功小组切除一组，则不降整流站换流变压器分接开关，而切除一组无功小组；如果不会导致无功小组切除一组，则降整流站换流变压器分接开关一档。...

【技术特征摘要】
1.一种接入弱交流系统的背靠背直流输电系统控制方法，其特征在于：包括
以下内容：
1)逆变站采用变直流电压控制，即通过直流功率指令值确定直流电压指令值，
通过直流电压指令值确定直流电压运行值；
2)逆变站换流变压器分接开关和无功小组协调控制，具体过程为：
2.1)当逆变站熄弧角小于17.5°，逆变站换流变压器分接开关需要升一档时，
先预算逆变站换流变压器分接开关升一档后是否会导致无功小组投入一组，如果
会导致无功小组投入一组，则不升逆变站换流变压器分接开关，而投入一组无功
小组；如果不会导致无功小组投入一档，则升逆变站换流变压器分接开关一档；
2.2)当逆变站熄弧角大于21.5°，逆变站换流变压器分接开关需要降一档时，
先预算逆变站换流变压器分接开关降一档后是否会导致无功小组切除一组，如果
会导致无功小组切除一组，则不降逆变站换流变压器分接开关，而切除一组无功
小组；如果不会导致无功小组切除一组，则降逆变站换流变压器分接开关一档；
2.3)当熄弧角的范围在17.5°～19.5°时，如果计算出需要切除无功小组，
则先升高分接开关档位，以使得熄弧角在19.5°以上，再切除无功小组；
3)整流站换流变压器分接开关与无功小组协调控制，具体过程为：
3.1)在整流站触发角小于12.5°，整流站换流变压器分接开关需要升一档时，
先预算整流站换流变压器分接开关升一档后是否会导致无功小组投入一组，如果
会导致无功小组投入一组，则不升整流站换流变压器分接开关，而投入一组无功
小组；如果不会导致无功小组投入一档，则升整流站换流变压器分接开关一档；
3.2)整流站触发角大于17.5°，整流站换流变压器分接开关需要降一档时，
先预算整流站换流变压器分接开关降一档后是否会导致无功小组切除一组，如果
会导致无功小组切除一组，则不降整流站换流变压器分接开关，而切除一组无功
小组；如果不会导致无功小组切除一组，则降整流站换流变压器分接开关一档。
2.如权利要求1所述的一种接入弱交流系统的背靠背直流输电系统控制方法，
其特征在于：所述步骤1)逆变站采用变直流电压控制，即通过直流功率指令值确
定直流电压指令值，通过直流电压指令值确定直流电压运行值，其中，直流电压
指令值UdI的确定公式为：
UdI=(Udi0NIcosγN+UT)+(Udi0NIcosγN+UT)2-2(dxI-drI)·Udi0NIPdM/IdN2]]>式中，UdI为直流电压指令值；Udi0NI为背靠背直流输电系统逆变站理想空载直

\t流电压；γN为额定熄弧角；UT为换流器前向压降；dxI为相对感性压降；drI为相
对阻性压降；PdM为直流功率指令值；IdN为额定直流电流。
3.如权利要求2所述的一种接入弱交流系统的背靠背直流输电系统控制方法，
其特征在于：所述步骤2.1)逆变站换流变压器分接开关需要升一档时，先预算逆
变站换流变压器分接开关升一档后是否会导致无功小组投入一组，具体过程为：
先通过计算得到逆变站换流变压器分接开关升一档后的逆变站换流变压器的
无功消耗Q′dc,conv，再根据Q′dc,conv和无功小组已投入总量，确定逆变站换流变压器分
接开关升一档后是否需要投入一组无功小组，即：当逆变站换流变压器分接开关
升一档后，Q′dc,conv比无功小组已投入总量大的值超过无功控制死区时，说明逆变站
换流变压器分接开关升一档后需要投入一组无功小组；当逆变站换流变压器分接
开关升一档后，Q′dc,conv比无功小组已投入总量大的值没有超过无功控制死区时，说
明逆变站换流变压器分接开关升一档后不需要投入一组无功小组；其中，逆变站
换流变压器分接开关升一档后的逆变站换流变压器的无功消耗Q′dc,conv的计算公式
为：
Qdc,conv′=12·2·μ′+sin2γ′-sin2(γ′+μ′)cosγ′-cos(γ′+μ′)·Id·Udi0I′]]>式中，Q′dc,conv为逆变站换流变压器的无功消耗；μ′为换相角；γ′为熄弧角；Id为直流电流；U′di0I为理想空载直流电压。
4.如权利要求3所述的一种接入弱交流系统的背靠背直流输电系统控制方法，
其特征在于：所述步骤2.2)逆变站换流变压器分接开关需要降一档时，先预算逆
变站换流变压器分接开关降一档后是否会导致无功小组切除一组，具体过程为：
先通过计算得到逆变站换流变压器分接开关降一档后的逆变站换流变压器的
无功消耗Q′dc,conv；再...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩丰，李晖，刘建琴，蒋维勇，王峤，高洵，
申请(专利权)人：国家电网公司，国网北京经济技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11