适用于柔性直流电网的交流耗能电阻优化配置方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了适用于柔性直流电网的交流耗能电阻优化配置方法及系统，包括：根据新能源经柔性直流输电送出系统拓扑及运行参数，判断导致网内盈余功率最多的故障类型；根据给定的耗能电阻投入时间，得到配置耗能电阻后直流电压上升时间与故障导致的盈余功率的关系；在故障导致的网内盈余功率最多的情况下，依据新能源发电功率控制响应时间与直流电压上升时间尺度匹配原则，计算出系统所需配置的最优交流耗能电阻容量。本发明专利技术在保证新能源经柔性直流输电送出系统安全输送功率的前提下，优化交流耗能电阻的配置，使得造成系统中盈余功率最多的故障发生后，直流电压上升至过压保护动作限值前，新能源机组的发电功率得到控制。

【技术实现步骤摘要】
适用于柔性直流电网的交流耗能电阻优化配置方法及系统
本专利技术涉及新能源经柔性直流输电送出系统控制与保护
，特别涉及一种适用于柔性直流电网的交流耗能电阻优化配置方法及系统。
技术介绍
柔性直流输电可以为大规模新能源的传输和消纳提供电压支撑及无功补偿，是大规模、远距离新能源并网的优选方案之一。目前，柔性直流输电技术仍处于研究探索与工程试验阶段，柔直换流站故障后的穿越能力仍是制约其稳定运行的重要因素。柔直换流站故障引起的盈余功率将在几十毫秒导致整个直流系统过压值达到保护动作水平，而新能源发电功率的控制过程至少为百毫秒级。柔直换流站与新能源机组保护控制之间时间尺度上的不匹配，将导致系统中产生大量暂态盈余功率，进而引起直流电压上升，最终导致整个系统停运。因此工程中采用在送端换流站交流母线处配置交流耗能电阻的方法，故障发生后几毫秒内投入耗能电阻以消耗多余的新能源功率，解决了由于新能源功率控制响应时间与直流系统电压变化时间尺度不匹配带来的盈余功率问题，提升了系统的故障穿越能力。在实际工程中通常配置与新能源发电机组同等容量的交流耗能电阻，但耗能电阻及其散热设备的占地面积较大，从减小占地面积及节省成本的角度出发，应在保证系统安全、避免停运的前提下尽可能减少所配置的耗能电阻。通过准确计算配置交流耗能电阻的容量，可以使新能源发电功率控制响应时间与故障后直流电压上升时间尺度匹配，即在直流电压上升至过压保护动作水平前新能源发电功率得到控制。现有技术中，交流耗能电阻的容量按照与送端换流站同等容量配置，如张北柔性直流输电工程，送端换流站共输送4500MW功率，相应配置4500MW耗能电阻。专利技术人发现，这种交流耗能电阻配置方法需要配置较大容量的耗能电阻，且需大量散热装置，进而带来占地及成本问题。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提供了一种适用于柔性直流电网的交流耗能电阻优化配置方法及系统，考虑故障后网内直流电压上升时间来计算交流耗能电阻配置容量，能够保证新能源经柔性直流输电送出系统的安全性和经济性。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：适用于柔性直流电网的交流耗能电阻优化配置方法，包括：根据新能源经柔性直流输电送出系统拓扑及运行参数，判断导致网内盈余功率最多的故障类型；根据给定的耗能电阻投入时间，得到配置耗能电阻后直流电压上升时间与故障导致的盈余功率的关系；在故障导致的网内盈余功率最多的情况下，依据新能源发电功率控制响应时间与直流电压上升时间尺度匹配原则，计算出系统所需配置的最优交流耗能电阻容量。本专利技术考虑故障后网内直流电压上升时间来优化交流耗能电阻配置容量，使得造成系统中盈余功率最多的故障发生后，直流电压上升至过压保护动作限值前，新能源机组的发电功率得到控制；本专利技术方案能够在保证系统安全的前提下尽可能减少所配置的耗能电阻容量，节约成本。在另一些实施方式中，采用如下技术方案：适用于柔性直流电网的交流耗能电阻优化配置系统，包括:用于根据新能源经柔性直流输电送出系统拓扑及运行参数，判断导致网内盈余功率最多的故障类型的装置；用于根据给定的耗能电阻投入时间，得到配置耗能电阻后直流电压上升时间与故障导致的盈余功率的关系的装置；用于在故障导致的网内盈余功率最多的情况下，依据新能源发电功率控制响应时间与直流电压上升时间尺度匹配原则，计算出系统所需配置的最优交流耗能电阻容量的装置。在另一些实施方式中，采用如下技术方案：一种终端设备，其包括处理器和计算机可读存储介质，处理器用于实现各指令；计算机可读存储介质用于存储多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行上述的适用于柔性直流电网的交流耗能电阻优化配置方法。一种计算机可读存储介质，其中存储有多条指令，所述指令适于由终端设备的处理器加载并执行上述的适用于柔性直流电网的交流耗能电阻优化配置方法。本专利技术有益效果：(1)本专利技术在保证新能源经柔性直流输电送出系统安全输送功率的前提下，优化交流耗能电阻的配置，使得造成系统中盈余功率最多的故障发生后，直流电压上升至过压保护动作限值前，新能源机组的发电功率得到控制。(2)本专利技术同时能够避免耗能电阻与新能源发电功率容量按照1:1配置，在保证柔直安全稳定运行的基础上，减少其耗能电阻投资，对新能源经柔性直流输电送出系统的规划设计具有借鉴意义。附图说明图1为本专利技术实施例中新能源电场经柔性直流输电系统拓扑示意图；图2为本专利技术实施例中最优交流耗能电阻配置容量计算步骤示意图；图3为本专利技术实施例中配置最优交流耗能电阻容量后，换流站3闭锁故障前后直流电网电压波形示意图。具体实施方式下面结合附图与具体实施方式对本专利技术作进一步的说明。应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本专利技术使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。在一个或多个实施方式中，公开了一种适用于柔性直流电网的交流耗能电阻优化配置方法，包括以下步骤：(1)获取新能源经柔性直流输电送出系统拓扑及运行参数；其中，运行参数包括：新能源发电机组的额定功率、控制响应时间，柔性直流输电系统送端换流站、受端换流站、平衡站的运行功率、子模块电容值，直流电网的额定直流电压、直流电压保护动作限值，耗能电阻投入时间等参数。(2)根据系统拓扑及运行工况，判断导致网内盈余功率最多的故障类型；受端换流站交流侧短路故障、受端换流站闭锁故障、平衡站工作在逆变状态时发生闭锁故障都会造成网内功率盈余，直流电压上升，而单站闭锁故障发生后瞬间网内盈余功率为整个故障站的运行功率，平衡站快速转带部分盈余功率，因此系统正常运行时功率水平最高的逆变站发生闭锁故障将导致网内盈余功率最多。假设柔直电网中共有n个换流站，其中有m个送端换流站、k个平衡站，第i个送端换流站的运行功率为Pi，第t个平衡站的运行功率为Pt，最大运行功率为Ptmax。若不考虑线路损耗，发生闭锁故障后网内盈余功率△P为：(3)根据给定的耗能电阻投入时间，得到配置耗能电阻后直流电压上升时间与故障导致的盈余功率的关系；交流耗能电阻的投入时间取决于控制系统响应时间，假设故障后t1时刻投入容量为x的交流耗能电阻，第j个换流站的等效电容为Cj，正常运行直流电压为U0，直流电压保护动作限值为U1，故障后直流电压从U0上升时间至U1的时间为t，故障导致的盈余功率在t时间内产生的能量W本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.适用于柔性直流电网的交流耗能电阻优化配置方法，其特征在于，包括：/n根据新能源经柔性直流输电送出系统拓扑及运行参数，判断导致网内盈余功率最多的故障类型；/n根据给定的耗能电阻投入时间，得到配置耗能电阻后直流电压上升时间与故障导致的盈余功率的关系；/n在故障导致的网内盈余功率最多的情况下，依据新能源发电功率控制响应时间与直流电压上升时间尺度匹配原则，计算出系统所需配置的最优交流耗能电阻容量。/n

【技术特征摘要】
1.适用于柔性直流电网的交流耗能电阻优化配置方法，其特征在于，包括：
根据新能源经柔性直流输电送出系统拓扑及运行参数，判断导致网内盈余功率最多的故障类型；
根据给定的耗能电阻投入时间，得到配置耗能电阻后直流电压上升时间与故障导致的盈余功率的关系；
在故障导致的网内盈余功率最多的情况下，依据新能源发电功率控制响应时间与直流电压上升时间尺度匹配原则，计算出系统所需配置的最优交流耗能电阻容量。


2.如权利要求1所述的适用于柔性直流电网的交流耗能电阻优化配置方法，其特征在于，新能源经柔性直流输电送出系统的运行参数包括：新能源发电机组的额定功率、控制响应时间；柔性直流输电系统送端换流站、受端换流站、平衡站的运行功率及子模块电容值；直流电网的额定直流电压、直流电压保护动作限值；已经耗能电阻投入时间。


3.如权利要求1所述的适用于柔性直流电网的交流耗能电阻优化配置方法，其特征在于，判断导致网内盈余功率最多的故障类型，具体为：系统正常运行时功率水平最高的逆变站发生闭锁故障将导致网内盈余功率最多。


4.如权利要求1所述的适用于柔性直流电网的交流耗能电阻优化配置方法，其特征在于，根据故障导致的盈余功率在t时间内产生的能量与换流站等效电容从U0充电至U1的能量相等，得到配置耗能电阻后直流电压上升时间与故障导致的盈余功率的关系；其中，故障后直流电压从U0上升时间至U1的时间。


5.如权利要求1所述的适用于柔性直流电网的交流耗能电阻优化配置方法，其特征在于，根据给定的耗能电阻投入时间，得到配置耗能电阻后直流电压上升时间与故障导致的盈余功率的关系，具体为：



其中，△P为发生闭锁故障后网内盈余功率，Cj为第j个换流站的等效电...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵兵，王姗姗，余潇，张书瑀，孙媛媛，秦善萌，尹睿，赵悦彤，杨盼博，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院有限公司，国家电网有限公司，国网冀北电力有限公司，山东大学，
类型：发明
国别省市：北京;11