一种直流故障对送端风机连锁脱网的影响机理分析方法技术

本发明专利技术公开了一种直流故障对送端风机连锁脱网的影响机理分析方法，包括：分析直流连续换相失败并闭锁期间整流站交流电压变化过程；根据电路理论，分析直流近区风电场并网点电压与整流站交流电压等电气量间的数量关系；结合风电场电压穿越要求，分析直流故障后送端风电机组低压连锁脱网和高压连锁脱网机理，以及影响风电机组脱网的主导因素。本发明专利技术提供的一种直流故障对送端风机连锁脱网的影响机理分析方法，对今后在送端系统提出针对直流故障的控制策略具有重要的理论和现实意义。

【技术实现步骤摘要】
一种直流故障对送端风机连锁脱网的影响机理分析方法
本专利技术属于交直流混联系统故障影响机理分析领域，尤其涉及一种直流故障对送端风机连锁脱网的影响机理分析方法。
技术介绍
目前，特高压交直流混联、电力大规模跨区输送已成为我国电网的典型特征。当直流输电系统受端发生严重电压跌落时，易导致直流连续换相失败的发生。当换相失败持续时间超过直流保护定值时，就会触发直流闭锁。在直流连续换相失败并闭锁的过程中，直流送端电压会暂态变化，引发直流落点近区的风电机组因电压保护动作而连锁脱网。因此，分析清楚直流连续换相失败并闭锁对送端风机连锁脱网的影响机理，对今后提出相关的控制策略具有重要的理论和现实意义。此前已有许多专家学者对风机脱网的成因有过研究，但大多数集中于交流短路或设备故障引起的事故过程分析，有关直流故障对送端风机连锁脱网的影响研究较少。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提供一种直流故障对送端风机连锁脱网的影响机理分析方法，用于解决现有方法存在的上述问题。为实现上述目的，本专利技术提供的技术方案是一种直流故障对送端风机连锁脱网的影响机理分析方法，其特征是所述方法包括：1.一种直流故障对送端风机连锁脱网的影响机理分析方法，其特征在于，所述影响机理分析方法包括以下步骤：S1：分析直流连续换相失败并闭锁期间整流站交流电压变化过程；S2：根据电路理论，分析直流近区风电场并网点电压与整流站交流电压等电气量间的数量关系；S3：结合风电场电压穿越要求，分析直流故障后送端风电机组低压连锁脱网和高压连锁脱网机理，以及影响风电机组脱网的主导因素。所述S1包括以下步骤：S101：分析换相失败并触发闭锁的常见原因和故障过程。当直流输电线路受端反向电压受到交流线路故障、滤波器组投切、远端电压跌落传播等因素的影响，极易因为电压幅值的跌落而发生换相失败。单次换相失败后高压直流恢复稳定运行的时间为200ms，而现有的死区保护及失灵保护清除交流故障的时间为300ms。在故障或扰动被清除之前，高压直流将会发生连续换相失败。当换相失败持续时间超过直流保护定值时，就会触发直流闭锁。工程实际中，连续换相失败3次将闭锁直流系统。S102：分析直流换相失败并闭锁期间整流站交流侧电压的变化过程。在忽略整流器损耗和换相角的情况下，整流器交流侧有功功率PR约为直流功率PdR，功率因数角约为整流器触发角α，整流器消耗的无功功率QR由此可近似为式中UdR、IdR分别为整流侧直流电压、电流。直流换相失败初期，直流逆变侧被换流阀短路，直流电流IdR骤升，整流器吸收的无功QR随之增大，整流站交流母线电压UR降低，持续时间约20-40ms。直流换相失败后期，直流辅助控制低压限流环节快速动作，在整流侧电流控制环节的作用下，增大整流器触发角α，以降低电流调节器的整定值。IdR的下降幅度大于α的上升幅度，整流器吸收的无功QR减小。同时，当α增大时，交流系统的功率因数也随之减小，即电网输出的有功减小、无功增大。在整流站装设的无功补偿设备未及时改变无功补偿容量的情况下，将继续向系统输出大量无功。在直流无功需求降低、交流无功输出升高的双重作用下，整流站交流母线电压UR升高，从电压开始升高到第一次换相失败结束时间约为160-180ms。直流闭锁后，送端整流站的无功盈余即稳态运行时直流所需的无功，使整流站交流母线处于暂态过电压状态，延时200ms后极控系统才会切除整流站多余滤波器。在延时200ms时间段内，送端风电机组由于暂态过电压造成大量脱网；当极控系统切除整流站多余滤波器后，又会由于无功缺额造成电压大幅度降低。综上，整流站交流母线电压在换相失败期间暂态压降和压升快速交替，直流闭锁后有短暂的暂态过电压，整流站多余滤波器切除后电压大幅度降低。2.所述S2包括以下步骤：S201：根据电路理论，分析直流近区风电场并网点电压与整流站交流电压等电气量间的数量关系。图2为某直流落点近区风电场的发电功率经由交流线路，最终通过直流跨区外送的系统等效电路图(忽略线路和变压器电阻)：图中为风电场汇集并网点电压；为整流站母线电压；PW+jQW为风电场输出功率；Qf为整流站滤波器补偿无功；Qc为线路充电功率；XL为线路电抗；Pd为外送直流功率；P1＝PW，Q1＝QW+Qc。由电路知识可写出利用三角函数关系式消去式中的θ，可得风电场汇集点电压UW与UR、P1、Q1的关系由式知，UW与UR、Q1呈正相关而与XL、P1呈负相关。由S101中的分析知，整流站交流电压UR在直流故障期间大幅度波动，并在直流闭锁后保持稳态过电压，风电场并网点电压UW也随之变化，造成风电机组低压脱网和高压脱网的动态过程。3.所述S3包括以下步骤：S301：根据S201中风电场并网点电压变化过程，结合当前风电场电压穿越要求，分析直流故障后送端风电机组低压连锁脱网和高压连锁脱网机理。(1)风电机组低压连锁脱网机理换相失败初期UR突降，由式知暂态低电压将传递到直流近区风电场，引起UW跌落，造成不具备低压穿越能力的风电场并网点电压低于切除阈值，触发保护动作将机组从系统中切除，引起第一批风电机组低压脱网或进入低压穿越。(2)风电机组高压连锁脱网机理换相失败后期UR突升，暂态过电压同样传递到近区风电场。风电机组低压脱网或低穿控制后，风电输出功率下降且恢复较慢，系统有功减少，导致线路潮流变轻。由UR突升、P1减少，结合式可得此时UW升高。当机端电压高于风电场并网点电压切除临界值时，保护动作切除机组，引起第二批风电机组高压脱网，交流线路负荷进一步减轻、无功补偿进一步过剩，恶化了直流近区电压升高的状况。直流闭锁期间UR持续过电压，造成风电机组脱网的原因与换相失败后期类似，但持续的时间更长，最终导致风电机组大规模连锁脱网。S302：分析影响风电机组脱网的主导因素。本专利主要分析风电场与整流站间电气距离(线路阻抗)、风电有功出力两个影响风电机组脱网的主导因素：(1)风电场与整流站间电气距离：由式知，UW与XL呈负相关。因此，XL越小，即风电场与整流站间电气距离越近，风电场并网点电压暂态变化幅度越大，电压穿越失败发生风电机组脱网的概率越高；(2)风电有功出力：由式(3)知，UW与P1呈正相关。因此，P1越小，即风电场有功出力越少，风电场并网点电压暂态变化幅度越大，电压穿越失败发生风电机组脱网的概率越高；附图说明下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。图1为本专利技术所述的一种直流故障对送端风机连锁脱网的影响机理分析方法的流程图；图2为本专利技术所述的风电直流外送系统等效电路图；图3为本专利技术实施例所述的祁韶直流与敦煌地区风电场接线示意图；图4为本专利技术实施例所述的风电场低电压穿越要求；图5为本专利技术实施例所述的风电场高电压穿越要求；图6为本本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种直流故障对送端风机连锁脱网的影响机理分析方法，其特征在于，所述影响机理分析方法包括以下步骤：/nS1：分析直流连续换相失败并闭锁期间整流站交流电压变化过程；/nS2：根据电路理论，分析直流近区风电场并网点电压与整流站交流电压等电气量间的数量关系；/nS3：结合风电场电压穿越要求，分析直流故障后送端风电机组低压连锁脱网和高压连锁脱网机理，以及影响风电机组脱网的主导因素。/n

【技术特征摘要】
1.一种直流故障对送端风机连锁脱网的影响机理分析方法，其特征在于，所述影响机理分析方法包括以下步骤：
S1：分析直流连续换相失败并闭锁期间整流站交流电压变化过程；
S2：根据电路理论，分析直流近区风电场并网点电压与整流站交流电压等电气量间的数量关系；
S3：结合风电场电压穿越要求，分析直流故障后送端风电机组低压连锁脱网和高压连锁脱网机理，以及影响风电机组脱网的主导因素。


2.根据权利要求1所述的一种直流故障对送端风机连锁脱网的影响机理分析方法，其特征在于，所述S1包括以下步骤：
S101：分析换相失败并触发闭锁的常见原因和故障过程；
S102：分析直流换相失败并闭锁期间整流站交流侧电压的变化过程：整流站交流母线电压在换相失败期间暂态压降和压升快速交替，直流闭锁后有短暂的暂态过电压，整流站多余滤波器切除后进...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱丽萍，刘文颖，行舟，王方雨，张柏林，张雨薇，邵冲，张尧翔，陈仕彬，曾贇，王维洲，夏鹏，韩旭杉，张雯程，李潇，陈鑫鑫，胡阳，郇悦，刘紫东，杨美颖，
申请(专利权)人：华北电力大学，国网甘肃省电力公司电力科学研究院，国网甘肃省电力公司，国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11