一种直流紧急功率支援过程中的无功补偿协调控制方法技术

本发明专利技术公开了一种直流紧急功率支援过程中的无功补偿协调控制方法，属于电力系统及其自动化技术领域。本发明专利技术根据当前的运行状态和需要提升的直流功率，估算有功功率提升后直流系统需要多消耗的无功功率，在提升直流之前，紧急投入相应量的滤波器或者并联电容器，在直流提升后，根据换流站实际的控制方式加投无功补偿设备，同时监测换流站交流母线电压，避免由于无功补偿设备的投入导致换流站交流电压越限的情况。本发明专利技术可有效提升直流大方式调制下实际的紧急功率支援量，有效缓解送受端电网的功率不平衡等问题，提高电网的安全稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种直流紧急功率支援过程中的无功补偿协调控制方法
本专利技术属于电力系统及其自动化
，更准确地说，本专利技术涉及一种直流紧急功率支援过程中的无功补偿协调控制方法。
技术介绍
目前，我国多个地区已经形成了多直流馈入的网架格局，由于超高压、特高压直流输送容量大，若发生直流闭锁故障将会同时导致送受端电网产生很大的不平衡功率，冲击系统的暂态稳定性。与交流系统的紧急控制措施相比，利用非故障直流系统的紧急功率支援(EDCPS)来改善大功率冲击扰动下交流系统的暂态稳定性，控制代价更小，控制也更快速、可靠。对于直流输电的过负荷能力，一般长期最大过负荷电流为额定电流的1.1倍；暂态过负荷能力可达1.5倍额定电流，能持续3s。但是，实际上直流紧急功率支援量能否跟随功率指令取决于换流站交流母线的电压，不达标的交流电压可能导致直流系统无法有效提升实际输送功率。而且，直流系统在紧急提升输送有功功率的同时，也增加了系统无功功率的消耗，尤其是多回直流同时提升功率时，位于同一交流电网的多个换流站同时从交流电网吸收大量无功，易导致交流电压的快速跌落，进而导致换流站存在换相失败的风险，将恶化系统的暂态稳定性。受端电网尤其严重，因为高压直流输电系统的逆变侧多位于负荷中心地区，受端交流系统的无功储备能力往往不足。正常运行状态下，直流换流站消耗的无功是由换流站内滤波器和固定电容器提供的。虽然动态无功补偿设备如静止无功补偿器(SVC)和调相机(SC)等在系统遭受大扰动故障下，能够起到一定的支撑系统电压的作用，但是该类补偿设备的无功输出是根据系统电压响应的，一方面响应时间长，另一方面其可靠性取决于系统的电压水平。通常在直流系统紧急功率支援过程中，直流换流站消耗无功的增加导致的系统电压降落可能并未达到无功补偿设备动作的门槛值，却使得换流站的控制方式方式改变，影响直流实际的提升功率。在直流无功补偿方面已有一定的研究。中国专利申请201510762953.6公开了一种防止直流输电系统解锁过程中换相失败的交流滤波器投切策略，提出了在直流解锁操作前先投滤波器的方法来有效避免该过程中出现换相失败。中国专利申请201410766958.1公开了一种提高直流换相安全水平的动态无功备用优化方法，考虑优化直流受端电网的动态无功设备的备用容量来提高直流受端电网的动态电压支撑能力。中国专利申请201610340966.9公开了一种多回直流逆变站动态无功补偿配置优先次序的确定方法，为提高经济性与减小逆变站的占地面积，通过量化指标分析多馈入直流系统中各逆变站的配置效果，择优选择有限的逆变站配置无功补偿装置。对于流站内的无功补偿装置交流滤波器和电容器的合理利用也已有一定的研究成果。中国专利申请201310432272.4公开了一种直流输电系统及其无功功率补偿方法，通过控制直流输电系统的交流滤波器和并联电容器设备，实现对交流电网无功功率的补偿。中国专利申请201610458876.X公开了一种用于高压直流输电的交流滤波器切除方法和控制装置，在交流电网出现过电压时有序、快速地切除交流滤波器。中国专利申请201610242497.7公开了一种高压直流输电系统极控低负荷无功优化方法和系统，避免交流滤波器向交流系统输送过剩的无功功率引起交流系统电压的波动。
技术实现思路
本专利技术的目的是：针对现有技术在直流紧急功率支援过程中由于换流站交流电压过低，不够维持直流电流跟随直流功率调节装置输出的电流整定值，造成直流的实际提升功率不达标，甚至由于电压的大幅度跌落导致换相失败的问题，提出一种直流紧急功率支援过程中的无功补偿协调控制方法。本专利技术的基本原理为：在考虑在直流紧急功率支援过程中，根据当前的运行状态和需要提升的直流功率，估算有功功率提升后直流系统需要多消耗的无功功率。在提升直流之前，紧急投入相应量的滤波器或者并联电容器，确保在直流提升过程中换流电压较高，减小直流换相失败发生的几率，以及尽量避免实际提升功率的不达标。在直流提升后，实时监测换流站的关键信号，根据换流站实际的控制方式，通过加投无功补偿设备来确保换流电压的幅值满足换流站运行在设定的控制方式下的要求，同时确保直流系统与交流系统的无功交换在合理范围内，从而避免无功的远距离传输。同时，监测换流站交流母线电压，避免由于无功补偿设备的投入导致换流站交流电压越限的情况。具体地说，本专利技术是采用以下的技术方案来实现的，包括下列步骤：1)根据直流本身的短时过负荷能力Pmax.dc、交直流系统当前运行方式下直流最大可输送功率Pmax.ac以及由紧急控制策略表对应的当前系统故障下需要该直流紧急支援的功率ΔPorder，确定实际紧急功率支援量ΔP：ΔP＝min(Pmax.dc-P0,Pmax.ac-P0,ΔPorder)其中，P0为当前直流有功功率；2)监测当前直流运行方式的整流侧换相角μr和触发角α以及当前直流运行方式的逆变侧换相角μi和关断角γ；3)估算出直流功率紧急提升后直流换流站消耗无功增量：其中，为整流侧功率因数角，ΔQr为直流换流站中整流站消耗无功增量的近似值；其中，为逆变侧功率因数角，ΔQi为直流换流站中逆变站消耗无功增量的近似值；4)在收到功率紧急支援指令后，首先投入相应容量的直流配套无功补偿设备，所述无功补偿设备包括滤波器和并联电容器，根据离线确定的无功补偿设备的投切次序表，依次叠加容量直至无功补偿的总容量大于直流功率紧急提升后换流站消耗无功增量；无功补偿设备投入后，按ΔP增大直流输送功率；5)实时监测换流站控制方式：当整流站由设定的定电流控制转为定触发角控制(此时触发角为αmin)且与交流系统的无功交换未达到最大值时，则继续投入下一组无功补偿设备；当逆变站由设定的定电压控制转为定关断角控制(此时触发角为γmin)且与交流系统的无功交换未达到最大值时，则继续投入下一组无功补偿设备，或者当逆变站设定为定关断角控制方式时，若逆变站交流电压小于标幺值且与交流系统的无功交换未达到最大值时，则继续投入下一组无功补偿设备；实时监测整流站交流母线电压Uacr(t)和逆变站交流母线电压Uaci(t)，当Uacr(t)＞Uacr_max时，切除整流站最新投入的一组无功补偿设备，当Uaci(t)＞Uaci_max时，切除逆变站最新投入的一组无功补偿设备；其中，Uacr_max为整流站交流母线电压允许长期运行的上限值；Uaci_max为逆变站交流母线电压允许长期运行的上限值。上述技术方案的进一步特征在于，所述步骤4)中，按以下步骤确定需要投入的无功补偿设备：4-1)设整流站内可投入的无功补偿设备为n组，相应序列为C1r，C2r…Cnr，相应容量分别为Q1r，Q2r…Qnr；设逆变站内可投入的无功补偿设备为m组，相应序列为C1i，C2i…Cmi，相应容量分别为Q1i，Q2i…Qmi；设当前待确定的整流站内的无功补偿设备为Cpr，其容量为Qpr，确定的整流站内的无功补偿设备的总容量为Qtotalr；设当前待确定的逆变站内的无功补偿设备为Cqi，其容量为Qqi，确定的逆变站内的无功补偿设备的总容量为Qtotali；其中，p和q为当前待确定的整流站内的无功补偿设备和当前待确定的逆变站内的无功补偿设备的组号，初始值均为1；Qtotalr和Qtotali的初始值为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种直流紧急功率支援过程中的无功补偿协调控制方法，其特征在于，包括如下步骤：1)根据直流本身的短时过负荷能力Pmax.dc、交直流系统当前运行方式下直流最大可输送功率Pmax.ac以及由紧急控制策略表对应的当前系统故障下需要该直流紧急支援的功率ΔPorder，确定实际紧急功率支援量ΔP：ΔP＝min(Pmax.dc‑P0,Pmax.ac‑P0,ΔPorder)其中，P0为当前直流有功功率；2)监测当前直流运行方式的整流侧换相角μr和触发角α以及当前直流运行方式的逆变侧换相角μi和关断角γ；3)估算出直流功率紧急提升后直流换流站消耗无功增量：

【技术特征摘要】
1.一种直流紧急功率支援过程中的无功补偿协调控制方法，其特征在于，包括如下步骤：1)根据直流本身的短时过负荷能力Pmax.dc、交直流系统当前运行方式下直流最大可输送功率Pmax.ac以及由紧急控制策略表对应的当前系统故障下需要该直流紧急支援的功率ΔPorder，确定实际紧急功率支援量ΔP：ΔP＝min(Pmax.dc-P0,Pmax.ac-P0,ΔPorder)其中，P0为当前直流有功功率；2)监测当前直流运行方式的整流侧换相角μr和触发角α以及当前直流运行方式的逆变侧换相角μi和关断角γ；3)估算出直流功率紧急提升后直流换流站消耗无功增量：其中，为整流侧功率因数角，ΔQr为直流换流站中整流站消耗无功增量的近似值；其中，为逆变侧功率因数角，ΔQi为直流换流站中逆变站消耗无功增量的近似值；4)在收到功率紧急支援指令后，首先投入相应容量的直流配套无功补偿设备，所述无功补偿设备包括滤波器和并联电容器，根据离线确定的无功补偿设备的投切次序表，依次叠加容量直至无功补偿的总容量大于直流功率紧急提升后换流站消耗无功增量；无功补偿设备投入后，按ΔP增大直流输送功率；5)实时监测换流站控制方式：当整流站由设定的定电流控制转为定触发角控制(此时触发角为αmin)且与交流系统的无功交换未达到最大值时，则继续投入下一组无功补偿设备；当逆变站由设定的定电压控制转为定关断角控制(此时触发角为γmin)且与交流系统的无功交换未达到最大值时，则继续投入下一组无功补偿设备，或者当逆变站设定为定关断角控制方式时，若逆变站交流电压小于标幺值且与交流系统的无功交换未达到最大值时，则继续投入下一组无功补偿设备；实时监测整流站交流母线电压Uacr(t)和逆变站交流母线电压Uaci(t)，当Uacr(t)＞Uacr_max时，切除整流站最新投入的一组无功补偿设备，当Uaci(t)＞Uaci_max时，切除逆变站最新投入的一组无功补偿设备；其中，Uacr_max为整流站交流母线电压允许长期运行的上限值；Uaci_max为逆变站交流母线电压允许长期运行的上限值。2.根据权利要求1所述的直流紧急功率支援过程中的无功补偿协调控制方法，其特征在于，所述步骤4)中，按以下步骤确定需要投入的无功补偿设备：4-1)设整流站内可投入的无功补偿设备为n组，相应序列为C1r，C2r…Cnr，相应容量分别为Q1r，Q2r…Qnr；设逆变站内可投入的无功补偿设备为m组，相应序列为C1i，C2i…Cmi，相应容量分别为Q1i，Q2i…Qmi；设当前待确定的整流站内的无功补偿设备为Cpr，其容量为Qpr，确定的整流站内的无功补偿设备的总容量为Qtotalr；设当前待确定的逆变站内的无功补偿设备为Cqi，其容量为Qqi，确定的逆变站内的无功补偿设备的总容量为Qtotali；其中，p和q为当前待确定的整流站内的无功补偿设备和当前待确定的逆变站内的无功补偿设备的组号，...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴雪莲，李兆伟，刘福锁，李威，李碧君，方勇杰，黄慧，王燕君，张子龙，谭真，
申请(专利权)人：国电南瑞科技股份有限公司，国家电网公司，南京南瑞集团公司，国网上海市电力公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32