兼顾电网有功平衡的混合双馈入直流输电系统连续换相失败控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种兼顾电网有功平衡的混合双馈入直流输电系统连续换相失败控制方法，建立了LCC‑HVDC逆变站关断角、直流电流和VSC‑HVDC输出无功的关联模型，结合直流系统运行约束条件，提出了混合直流输电系统换相失败可控域。以故障前后混合双馈入直流系统有功传输变化量最小为目标，以换相失败可控域为约束，通过优化控制模型得到LCC‑HVDC直流电流和VSC‑HVDC无功功率控制定值。在受端电网故障下根据换流母线电压跌落瞬间切换LCC‑HVDC直流电流和VSC‑HVDC无功功率控制的定值。本发明专利技术提高LCC‑HVDC换相失败的免疫能力，并最大限度降低直流传输有功的变化量，有利于交直流电网的安全稳定运行。

【技术实现步骤摘要】
兼顾电网有功平衡的混合双馈入直流输电系统连续换相失败控制方法
本专利技术涉及输配电
，具体涉及在受端电网故障下，兼顾电网有功平衡的混合双馈入直流输电系统连续换相失败控制方法。
技术介绍
基于电网换相换流器的高压直流输电(linecommutatedconverterbasedhighvoltagedirectcurrent,LCC-HVDC)在远距离大容量输电和电力系统联网方面具有明显优点，但也存在换相失败风险、运行中需消耗无功功率等缺点。随着直流输电技术的迅速发展，基于电压源型换流器的柔性直流输电(voltagesourceconverterbasedhighvoltagedirectcurrent,VSC-HVDC)凭借其有功功率和无功功率独立解耦控制、短路容量小、不存在换相失败风险等优点也得到了广泛的应用。当两种不同类型的直流输电系统馈入同一交流电网时，就形成了混合多馈入直流输电系统，例如，我国舟山嵊泗岛、鲁西背靠背直流工程和丹麦西部电网都可等效为混合多馈入直流输电系统。在受端交流电网发生短路故障或电网电压畸变等情况下，LCC-HVDC系统容易发生换相失败，换相失败期间将造成直流电流短时增大，直流电压和直流功率在一定时间内降低到零。若换相失败没有得到有效抑制会引发连续换相失败，导致直流系统降功率运行，甚至造成直流闭锁。随着直流输电工程输送功率的提升，直流换相失败对交流电网安全稳定带来的影响已不容忽视。目前，抑制LCC-HVDC系统换相失败的主要包括换相失败预测控制、低压限流控制、利用其他设备进行无功补偿等手段。(1)通过换相失败预测控制(CFPREV)技术在检测到交流故障时减小LCC-HVDC换流站触发延迟角α，以达到增大关断角γ的作用；(2)通过低压限流控制(voltagedependentcurrentorderlimiter,VDCOL)在直流电压或交流电压跌落到某一程度后开始限制直流电流指令，有利于降低逆变站在故障期间的无功消耗，恢复逆变器换相过程。(3)安装SVC、STATCOM和调相机等无功补偿装置，SVC装置输出的无功功率与系统电压的平方成正比，其在暂态条件下输出的无功能力严重受限，且响应速度较慢；STATCOM在电网故障下的无功输出能力比SVC强，但投资成本较高。由于高压直流输电系统的传输容量大，暂态条件下的无功需求要求较大，采用大容量无功补偿设备会极大提高工程投资成本。考虑到VSC-HVDC逆变站具备在电网故障条件下为交流系统提供快速电压支撑的能力，在交流电网故障条件下发挥VSC-HVDC逆变站的无功控制能力可以有效提升电网电压，进而降低LCC-HVDC换流站换相失败发生风险。但是，孤立的电网无功控制和LCC-HVDC低压限流控制均可能加剧电网故障期间的有功缺额，并且由于LCC-HVDC换相失败不仅决定于交流母线电压还与直流输送的有功功率有关，因此还可能大大限制LCC-HVDC连续换相失败控制的效果。现有直流系统换相失败抑制策略多只考虑单独利用LCC-HVDC或VSC-HVDC的控制能力实现换相失败抑制等控制目标。对于LCC-HVDC，若低压限流控制指令过大，不能充分发挥直流系统的换相失败抑制能力，而当低压限流控制指令过小，虽然能提高抑制换相失败控制裕度，但却损失LCC-HVDC的暂态有功传输能力；同样，无功功率指令过大则牺牲VSC-HVDC的有功传输功率。因此，有必要协调LCC-HVDC低压限流控制指令和VSC-HVDC逆变站无功指令使得在提高换相失败免疫能力的同时最大程度上降低直流系统传输功率变化量，保证交流电网安全稳定。
技术实现思路
针对现有技术存在的上述不足，本专利技术的目的在于提出一种兼顾电网有功平衡的混合双馈入直流输电系统连续换相失败控制方法，以解决当不同类型直流同时参与换相失败抑制控制时控制量缺乏协调，进而无法兼顾换相失败抑制效果和直流传输功率变化量过大的问题。本专利技术的技术方案是这样实现的：兼顾电网有功平衡的混合双馈入直流输电系统连续换相失败控制方法，其特征在于，首先建立LCC-HVDC逆变站关断角、LCC-HVDC直流电流和VSC-HVDC输出无功功率的关联模型；再结合直流输电系统运行约束条件，得到混合双馈入直流输电系统换相失败可控域；然后以故障前后混合双馈入直流输电系统有功传输变化量最小为目标，以换相失败可控域为约束，通过优化控制模型求解分别得到换相失败可控域中LCC-HVDC直流电流和VSC-HVDC无功功率的最优控制定值；当检测到受端电网故障造成换流站母线电压跌落时，快速将LCC-HVDC低压限流控制和VSC-HVDC逆变站无功功率控制的定值改为最优控制定值，即实现在抑制换相失败的同时最大程度地降低直流传输功率的变化。具体步骤如下，步骤1：建立LCC-HVDC逆变站关断角、LCC-HVDC直流电流和VSC-HVDC输出无功功率的关联模型；在一定电压跌落和关断角条件γ*下，LCC-HVDC直流电流IdLf和VSC-HVDC逆变站输出无功功率QVf应满足的关系函数Γ(IdLf,QVf,γ*)为：其中，式中：IdLf为LCC-HVDC直流电流；QVf为VSC-HVDC逆变站输出无功功率；Ujf为母线j处故障期间线电压；k为换流变压器变比；γ*为LCC-HVDC逆变站关断角控制目标值；β′为考虑换相失败预测控制的触发超前角；Xc为归算到换流变压器阀侧的等值换相电抗；N为逆变站每极中6脉动换流器数；Bc为站内交流滤波器和无功补偿电容的等效电纳；为直流系统逆变侧等效功率因数角；XL为换流母线i与故障母线j间的等值电抗；步骤2：建立受端电网故障下LCC-HVDC和VSC-HVDC系统控制量运行约束；1)为了抑制换相失败，γ*应大于等于临界关断角γlim并小于额定关断角γrated，即：γlim≤γ*≤γrated2)LCC-HVDC直流电流极限LCC-HVDC直流电流应大于等于最小直流电流限值IdLmin并小于等于直流过负荷电流IdLmax，即IdLmin≤IdLf≤IdLmax3)VSC-HVDC逆变站无功极限电网电压跌落条件下VSC-HVDC逆变站的最大无功极限QlimV由下式计算得到：式中，ilimV为VSC-HVDC控制器限流幅值；QL为LCC-HVDC与受端交流电网交换的无功功率；步骤3：建立混合双馈入直流输电系统连续换相失败可控域；根据步骤1得到的LCC-HVDC直流电流和VSC-HVDC输出无功功率的关系函数，并结合步骤2直流系统运行约束得到连续换相失败可控域，如下式所示，以上建立的换相失败可控域ΦH表示在交流电网电压跌落下通过LCC-HVDC直流电流与VSC-HVDC无功功率的协调控制能够实现抑制LCC-HVDC连续换相失败的可行范围；步骤4：建立优化控制模型并求解实施控制；以混合双馈入直流输电系统有功功率变化量最小为优化目标函数，以混合双馈入直流输电系统换相失败可控域为约束建立的优化控制模型如下：式中：Psn和Psf分别为混合双馈入直流输电系统额定传输有功功率和故障稳态传输有功功率；Uif为换流母线处故障期间电压；Uimin和Uimax分别为换流母线的允许上限电压和允许下限电压；其中，故障稳态下传输有功功率Psf为：对所述优化控制模型进行求解本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.兼顾电网有功平衡的混合双馈入直流输电系统连续换相失败控制方法，其特征在于，首先建立LCC‑HVDC逆变站关断角、LCC‑HVDC直流电流和VSC‑HVDC输出无功功率的关联模型；再结合直流输电系统运行约束条件，得到混合双馈入直流输电系统换相失败可控域；然后以故障前后混合双馈入直流输电系统有功传输变化量最小为目标，以换相失败可控域为约束，通过优化控制模型求解分别得到换相失败可控域中LCC‑HVDC直流电流和VSC‑HVDC无功功率的最优控制定值；当检测到受端电网故障造成换流站母线电压跌落时，快速将LCC‑HVDC低压限流控制和VSC‑HVDC逆变站无功功率控制的定值改为最优控制定值，即实现在抑制换相失败的同时最大程度地降低直流传输功率的变化。

【技术特征摘要】
1.兼顾电网有功平衡的混合双馈入直流输电系统连续换相失败控制方法，其特征在于，首先建立LCC-HVDC逆变站关断角、LCC-HVDC直流电流和VSC-HVDC输出无功功率的关联模型；再结合直流输电系统运行约束条件，得到混合双馈入直流输电系统换相失败可控域；然后以故障前后混合双馈入直流输电系统有功传输变化量最小为目标，以换相失败可控域为约束，通过优化控制模型求解分别得到换相失败可控域中LCC-HVDC直流电流和VSC-HVDC无功功率的最优控制定值；当检测到受端电网故障造成换流站母线电压跌落时，快速将LCC-HVDC低压限流控制和VSC-HVDC逆变站无功功率控制的定值改为最优控制定值，即实现在抑制换相失败的同时最大程度地降低直流传输功率的变化。2.根据权利要求1所述的兼顾电网有功平衡的混合双馈入直流输电系统连续换相失败控制方法，其特征在于：具体步骤如下，步骤1：建立LCC-HVDC逆变站关断角、LCC-HVDC直流电流和VSC-HVDC输出无功功率的关联模型；在一定电压跌落和关断角条件γ*下，LCC-HVDC直流电流IdLf和VSC-HVDC逆变站输出无功功率QVf应满足的关系函数Γ(IdLf,QVf,γ*)为：其中，式中：IdLf为LCC-HVDC直流电流；QVf为VSC-HVDC逆变站输出无功功率；Ujf为母线j处故障期间线电压；k为换流变压器变比；γ*为LCC-HVDC逆变站关断角控制目标值；β′为考虑换相失败预测控制的触发超前角；Xc为归算到换流变压器阀侧的等值换相电抗；N为逆变站每极中6脉动换流器数；Bc为站内交流滤波器和无功补偿电容的等效电纳；为直流系统逆变侧等效功率因数角；XL为换流母线i与故障母线j间的等值电抗；步骤2：建立受端电网故障下LCC-HVDC和VSC-HVDC系统控制量运行约束；1)为了抑制换相失败，γ*应大于等于临界关断角γlim并小于额定关断角γrated，即：γlim≤γ*≤γrated2)LCC-HVDC直流电流极限LCC-HVDC直流电流应大于等于最小直流电流限值IdLmin并小于等于直流过负荷电流IdLmax，即IdLmin≤IdLf≤IdLmax3)VSC-HVDC逆变站无功极限电网电压跌落条件下VSC-HVDC逆变站的最大无功极限QlimV由下式计算得到：式中，ilimV为VSC-HVDC控制器限流幅值；QL为LCC-HVDC与受端交流电网交换的无功功率；步骤3：建立混合双馈入直流输电系统连续换相失败可控域；根据步骤1得到的LCC-HVDC直流电流和VSC-HVDC输出无功功率的关系函数，并结合步骤2直流系统运行约束得到连续换相失败可控域，如下式所示，以上建立的换相失败可控域ΦH表示在交流电网电压跌落下通过LCC-HVDC直流电流与VSC-HVDC无功功率的协调控制能够实现抑制LCC-HV...

【专利技术属性】
技术研发人员：欧阳金鑫，肖超，熊小伏，郑迪，崔勇，郭强，冯煜尧，
申请(专利权)人：重庆大学，国网上海市电力公司，
类型：发明
国别省市：重庆,50