一种交直流混联电网的孤岛检测法及参考电流极值求取法制造技术

本发明专利技术涉及直流输电技术领域，公开了一种交直流混联电网的孤岛检测法及参考电流极值求取法，其中，一种交直流混联电网的孤岛检测法其特点在于根据孤岛形成后柔直系统本地电气量d轴参考电流的变化来对其进行检测，该方法对外环控制器采用斜坡输入响应模型，通过计算分析设定合理的d轴参考电流阈值，可有效躲过电网的各种干扰，以实现对孤岛情况的准确判断。本发明专利技术的有益效果：对系统孤岛响应速度快，能快速对其进行判断；通过设定合理阈值可躲过大干扰下误判的可能，从而实现准确、可靠地区别孤岛和非孤岛情况；实现方便，无需引入复杂的控制环节。

Isolated Island Detection Method and Reference Current Extremum Method for AC/DC Hybrid Grid

【技术实现步骤摘要】
一种交直流混联电网的孤岛检测法及参考电流极值求取法
本专利技术涉及直流输电
，具体涉及一种交直流混联电网的孤岛检测法及参考电流极值求取法。
技术介绍
基于电压源换流器的高压直流输电(VoltageSourceConverterbasedHighVoltageDirectCurrentTransmission，VSC-HVDC)技术由加拿大McGill大学的Boon-TeckOoi等人于1990年提出，是一种以电压源换流器、自关断器件和脉宽调制(PWM)技术为基础的新型输电技术，该输电技术具有可向无源网络供电、不会出现换相失败、换流站间无需通信以及易于构成多端直流系统等优点。柔性直流输电作为新一代直流输电技术，其在结构上与高压直流输电类似，仍是由换流站和直流输电线路(通常为直流电缆)构成。与基于相控换相技术的电流源换流器型高压直流输电不同，柔性直流输电中的换流器为电压源换流器(VSC)，其最大的特点在于采用了可关断器件(通常为IGBT)和高频调制技术。通过调节换流器出口电压的幅值和与系统电压之间的功角差，可以独立地控制输出的有功功率和无功功率。这样，通过对两端换流站的控制，就可以实现两个交流网络之间有功功率的相互传送，同时两端换流站还可以独立调节各自所吸收或发出的无功功率，从而对所联的交流系统给予无功支撑。孤岛现象是指当电网供电因故障事故或停电维修而跳脱时，各个用户端的分布式并网发电系统，如：光伏发电、风力发电、燃料电池发电等)未能即时检测出停电状态而将自身切离市电网络，而形成由分布电站并网发电系统和周围的负载组成的一个自给供电的孤岛。针对上述孤岛情况，需对其进行快速、准确地检测并进行相应的控制切换，以实现稳定供电。现有的柔性直流输电系统孤岛检测技术存在以下缺陷：传统的柔性直流输电系统孤岛检测技术基于相位与频率检测，虽然频率和相位对于功率比较敏感，能够迅速反应出孤岛情况，但在负荷投切和交流系统故障时也会发生较大的波动。为了避免换流站在上述情况下出现误切换，通常对偏移相位和频率设置较大的阈值和持续时间阈值，但设置阈值较大可能会使系统恢复到稳态的过程变长，从而导致频率崩溃等情况发生，特别是在柔性直流输电系统向无源网络供电情况下，无源网络为极弱系统，因此在检测及切换过程中频率恶化情况会更严重。因此需要寻求一种方法，能在负荷扰动、故障暂态过程等干扰中不误判，而在孤岛情况产生时，能够快速响应，缩短联网控制切换到孤岛控制的过程，使其平滑无缝地过渡。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提出了一种交直流混联电网的孤岛检测法及参考电流极值求取法；其特点为采用柔直系统外环控制器输出的d轴参考电流为电气检测量，通过设置合理的PI参数及d轴参考电流阈值，能够在孤岛形成时对其进行快速的响应，同时由于d轴参考电流在交流故障等大干扰下和孤岛形成后的变化趋势相反，该方法能够有效克服大干扰下误判断的问题，与传统的基于频率与相位孤岛检测技术相比，具有更快的响应速度，更简洁的检测流程。本专利技术所采用的技术方案为：一种交直流混联电网的孤岛检测法，包括：以考虑躲过故障干扰下Idref极值的d轴参考电流阈值整定过程，通过换流站外环控制器设定的限幅值以确定最严重的三相交流故障下换流站输出有功功率最小值，通过斜坡输入模型最后确定Idref极值。进一步地，所述确定受端换流站出口三相交流故障下输出有功功率极值的方法：换流站外环控制器分别设定dq轴参考电流限幅值，能在交流故障下限制换流站对故障点注入的故障电流。在三相交流故障下，换流站可视为一个电流源模型，通过dq轴参考电流限幅值可计算换流站注入故障点的故障电流。进一步地，三相交流故障下，控制器失去稳态控制，根据控制器输出参考电流限幅值计算出换流站输出故障电流最小值，依据dq轴电流之间的关系可得到相应的功率因数进一步地，在求出功率因数后，依据欧姆定律求得换流站出口母线处三相交流故障下残余的电压幅值。三相交流故障下电压、电流不存在负序分量，根据瞬时功率法可得到换流站输出有功功率最小值。进一步地，故障消除后，对于换流站有功功率恢复过程，有功功率外环控制器输入为(Pref-P)，对有功功率外环控制器传递函数进行分析，采用适当的数学模型对功率恢复期间其输入(Pref-P)的输出响应进行分析。进一步地，功率恢复期间换流站有功功率外环控制器输出d轴参考电流极值的确定方法具体为：对功率恢复期间(Pref-P)拟合为斜坡输入，对其进行拉普拉斯变换，变换后的(Pref-P)与传递函数相乘，得到复频域的输出响应，再对其进行拉普拉斯反变换，即可得到时域的功率恢复期间对应的输出响应。进一步地，根据时域的输出响应，对其进行数学分析，可求得功率恢复期间零状态的Idref极值，再加上三相交流故障期间d轴参考电流限幅值并考虑可靠系数，即可求得d轴参考电流整定阈值。综上所述，本专利技术的有益效果为：1、本专利技术以d轴实时电流Idref为判断系统是否处在孤岛状态的电气量依据，且减少了因交流系统发生故障误判交流线路处于孤岛状态的情况，具有快速且精准地检测交流线路是否处于孤岛状态的优点；2、本专利技术在交流线路出现孤岛效应，亟需控制切换的工程中，能减小受端换流站出口母线处交流电压幅值的波动，具有缩短系统恢复时间的效果，能够实现平滑无缝地进行控制切换。附图说明图1为本专利技术的流程示意图；图2为本专利技术的实施例中搭建的12节点柔性直流并列运行系统的模型示意图；图3为本专利技术的实施例中搭建的12节点柔性直流并列运行系统的模型的各参数及受端换流站控制器的参数示意图；图4为本专利技术的实施例1中用于展示受端换流站输出有功功率的变化示意图；图5为本专利技术的实施例1中用于展示受端换流站(Pref-P)的变化示意图；图6为本专利技术的实施例1中用于展示受端换流站d轴参考电流的辩护示意图；图7为本专利技术的实施例2中用于展示采用本专利技术提出的孤岛检测方法时受端换流站出口母线处电压有效值变化示意图；图8为本专利技术的实施例2中用于展示采用本专利技术提出的孤岛检测方法时受端孤岛系统频率变化示意图；图9为本专利技术的实施例2中用于展示受端换流站d轴实时参考电流的变化示意图。具体实施方式下面结合本专利技术的附图1～9，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。参照图1，一种交直流混联电网的孤岛检测法，孤岛形成后，Idref迅速上升达到限幅值，但为了避免在交流系统故障或其他扰动发生时对其进行误判断，需要设定阈值以躲过系统大扰动下d轴参考电流最大值。考虑最严重的换流器出口处母线三相交流短路故障，此时采用定有功功率控制的换流器无法再实现功率平衡，电流达到限幅值。以换流器吸收功率方向为正方向，此时Idref＝Isdrefmin，Iqref＝Isqrefmin，Isdrefmin和Isqrefmin分别为dq轴参考电流设定的最小值。短路期间换流器贡献短路电流幅值的最小值为：忽略接地电阻且对称故障下不含负序分量，从而求得故障下输出功率最小值。考虑故障结束时，换流器输出功率最小为Pmin，经过一段时间后功率恢复到设定值。故障消除后(Pref本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种交直流混联电网的孤岛检测法，其特征在于包括一下步骤：S1：输入直流系统拓扑及相关参数，以受端换流站吸收功率方向为正方向，求解受端换流站出口处三相故障下换流站输出功率最小值Pmin及功率差值(Pref‑P)；S2：对功率恢复过程建立斜坡输入响应的数学模型，进行时域及复频域的数学分析，求取零状态响应下的d轴参考电流极值；S3：根据VSC‑HVDC系统控制器d轴参考电流限幅值，求取功率恢复期间d轴参考电流极值，考虑可靠系数即可求得其整定阈值；S4：检测d轴参考电流是否达到其整定阈值，若否，判断柔性直流输电系统处于交直流并列运行模式，若是，判断其受端已形成孤岛系统。

【技术特征摘要】
1.一种交直流混联电网的孤岛检测法，其特征在于包括一下步骤：S1：输入直流系统拓扑及相关参数，以受端换流站吸收功率方向为正方向，求解受端换流站出口处三相故障下换流站输出功率最小值Pmin及功率差值(Pref-P)；S2：对功率恢复过程建立斜坡输入响应的数学模型，进行时域及复频域的数学分析，求取零状态响应下的d轴参考电流极值；S3：根据VSC-HVDC系统控制器d轴参考电流限幅值，求取功率恢复期间d轴参考电流极值，考虑可靠系数即可求得其整定阈值；S4：检测d轴参考电流是否达到其整定阈值，若否，判断柔性直流输电系统处于交直流并列运行模式，若是，判断其受端已形成孤岛系统。2.根据权利要求1所述一种交直流混联电网的孤岛检测法，其特征在于受端换流站出口母线三相交流故障期间其换流站输出功率最小值Pmin求取方法：依据换流站设定的d轴及q轴电流限幅值，求得故障下换流站输出短路故障电流值及功率因数值，考虑换流变阻抗，忽略接地电阻，即可求得故障下输出功率最小值。3.一种交直流混联电网的参考电流极值求取法，其特征在于给出了受端换流站出口母线三相交流故障结束后功率恢复期间外环控制器输出的d轴参考电流极值求取方法：对外环控制器的输入(Pref-P)进行建模拟合，对其输入进行拉普拉斯变换，求取零状态下的响应输出，再对其进行反拉普拉斯变换，得到时域下输出d轴...

【专利技术属性】
技术研发人员：王渝红，叶葳，李天泽，陈勇，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：四川,51