抑制混合双馈入直流输电系统连续换相失败的控制方法技术方案

本发明专利技术公开一种抑制混合双馈入直流输电系统连续换相失败的控制方法，针对混合双馈入直流输电系统建立逆变侧无功功率平衡模型，根据所述逆变侧无功功率平衡模型设计MMC切换控制策略，根据换相电压‑时间面积理论求取抑制LCC连续换相失败的最小直流电流限值，并以此确定MMC无功功率参考值，可以有效抑制换流母线电压的波动，避免LCC后续换相失败的发生，对抑制多馈入直流输电系统逆变侧连续换相失败具有重要意义。

【技术实现步骤摘要】
抑制混合双馈入直流输电系统连续换相失败的控制方法
本专利技术涉及高压直流输电
，尤其涉及一种抑制混合双馈入直流输电系统连续换相失败的控制方法。
技术介绍
在换流器中，退出导通的换流阀在反向电压作用的一段时间内如未能恢复阻断能力，或者在反向电压作用期间换相过程未进行完毕，则在阀电压变为正向时，被换相的阀将向原来预定退出导通的阀倒换相，这种情况称为换相失败。由于整流器换流阀在电流关断后较长时间内处于反向电压下，仅当触发电路发生故障时，整流器才会发生换相失败。直流系统大部分换相失败都是发生在逆变侧，换相失败是逆变侧最常见的故障类型之一。因此对换相失败的研究也主要集中在直流系统与逆变侧交流系统之间的相互影响。基于电网换相型换流器的高压直流输电(LCC-HVDC)系统在远距离大容量输电和电网互联方面具有明显优点，但也存在换相失败、运行中需消耗大量无功功率等缺点。随着直流输电技术的迅速发展，基于电压源换流器的高压直流输电(VSC-HVDC)系统凭借其有功功率和无功功率独立解耦控制、短路容量小、不存在换相失败等优点得到了广泛的应用。当2种类型的直流输电系统馈入同一交流电网时，就形成了混合双馈入直流输电系统。在受端交流电网发生短路故障或电网电压畸变下，LCC-HVDC逆变站易发生换相失败。换相失败期间，LCC-HVDC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。若换相失败未得到有效抑制可能引发后续换相失败，导致直流系统降功率运行。如果发生多次换相失败，可能导致换流阀闭锁，中断直流输电通道，严重影响交流系统的安全稳定运行。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提出一种抑制混合双馈入直流输电系统连续换相失败的控制方法，针对混合双馈入直流输电系统分析了逆变侧交流故障下电压-无功特性，设计了抑制混合双馈入直流输电系统连续换相失败的MMC切换控制策略，提出了根据换相电压-时间面积理论确定MMC无功功率参考值的方法。为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案如下：一种抑制混合双馈入直流输电系统连续换相失败的控制方法，分为三部分：第一，建立混合双馈入直流输电系统逆变侧交流故障下电压-无功特性模型；第二，抑制多馈入直流输电系统连续换相失败的MMC切换控制策略；第三，MMC无功功率参考值的确定方法。本专利技术的有益效果为：根据换相电压-时间面积理论求取抑制LCC连续换相失败直流电流限值，并以此确定MMC无功功率参考值，可以有效抑制换流母线电压的波动，避免LCC后续换相失败的发生，对抑制多馈入直流输电系统逆变侧连续换相失败具有重要意义。附图说明图1为LCC-HVDC逆变侧控制系统框图；图2为并联型混合双馈入直流输电系统拓扑结构图；图3为逆变侧无功功率交换示意图；图4为本专利技术实施例公开的快速无功-电压下垂控制框图；图5为本专利技术实施例公开的MMC切换控制策略前后仿真对比图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术的内容做进一步详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本专利技术，而非对本专利技术的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本专利技术相关的部分而非全部内容。在提出适用的控制方法前，需要对LCC-HVDC连续换相失败机理进行分析：1.1LCC-HVDC逆变侧控制系统传统直流输电系统采用分层控制，由上至下分别为主控制级、极控制级和阀组控制级。逆变侧交流系统故障时，直流系统的故障恢复特性主要与极控制级有关。CIGREHVDC标准模型中的控制器即为极控制级，其具体结构如图1所示。图中，一阶惯性环节用来模拟直流电压和直流电流的测量过程。低压限流控制器(VDCOL)的作用是在逆变侧交流系统发生故障时限制直流电流指令值，减小故障过程中换流站对交流系统的无功需求。定电流与定关断角控制器的输出经过比较产生超前触发角指令β，再经过阀组控制级生成相应的触发脉冲。电流偏差控制(CEC)可以实现定电流控制与定关断角控制之间的平滑切换。在正常运行工况时，逆变器运行状态由定关断角控制闭环调节，使关断角γ保持在整定值，一旦逆变侧交流系统发生故障导致换相失败发生，逆变器运行状态将切换至定电流控制，并在低压限流控制的作用下，恢复至故障状态的运行点，最终切换为定关断角控制。在该恢复过程中，存在定电流控制、电流偏差控制与定关断角控制的相互切换，很可能引发连续换相失败。1.2换相失败恢复过程分析当逆变侧交流系统发生故障时，直流输电系统极控制级能够快速响应，并使得故障后的直流电流运行到新的稳定运行点，该故障恢复过程受到整流侧与逆变侧多个控制器的共同作用。为了将该过程更为清晰的刻画，根据逆变侧控制器的状态切换将该过程分为三个阶段，对不同阶段控制器的作用进行逐一分析。当直流系统在额定状态运行时，其直流电流是由整流侧的定电流控制决定，直流电压由逆变侧的定关断角控制决定。当逆变侧交流系统发生故障并导致换相失败发生时，其故障恢复过程可分为三个阶段：(1)阶段1：换相失败发生，逆变侧系统运行点偏移逆变侧交流系统故障引发换相失败后，逆变器上下桥臂换流阀很快发生短路，导致逆变侧直流电压大幅度减小，逆变侧直流电流增大，逆变侧系统运行点偏移，此时逆变侧直流电流与定电流控制的目标点偏差增大，电流偏差控制启动，逆变侧由定关断角控制切换至定电流控制。(2)阶段2：低压限流作用，换流阀恢复正常换相当系统运行点在定电流控制中的低压限流环节作用下，逆变侧直流电流大幅度减小，换流阀实现正常换相，则逆变侧直流电压升高，因此系统运行点将继续在定电流控制的作用下向控制目标点运动。在该运动过程中逆变侧直流电流将继续增大，会导致逆变侧直流电压相继增大，致使控制目标点将会在逆变侧低压限流曲线上运动。(3)阶段3：逆变侧系统运行点与定电流控制目标点重合，进入电流偏差控制系统运行点在控制系统作用下将逐渐向其目标点靠近，直至相遇。此时逆变侧直流电流与整流侧目标电流差值为0.1pu，逆变器进入电流偏差控制。1.3连续换相失败机理分析首先，在阶段1和阶段2中，低压限流控制起到至关重要的作用。低压限流控制的特性曲线斜率越大，直流系统恢复速度越快，直流电流恢复水平较高，发生连续换相失败的可能性越大。因此，只要保证低压限流参数设置的合理性，即可保证直流电流的恢复速度和水平，同时在阶段1和阶段2中不会发生故障恢复型连续换相失败。因此，可知故障恢复型连续换相失败发生在阶段3中，即电流偏差控制环节。电流偏差控制的主要作用是当逆变器定关断角控制的特性曲线斜率大于整流器定αmin控制的特性曲线斜率，此时两端电流调节器的定值之间没有稳定运行点，直流电流将在两个值之间来回震荡。为了避免该情况的发生，在实际控制系统中设计了电流偏差控制，当直流电流在逆变侧电流定值和整流侧电流定值之间时，使逆变器的外特性变为正斜率的直线，即γ＝γref+K(Id0-Id)/Id0(1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种抑制混合双馈入直流输电系统连续换相失败的控制方法，其特征在于，包括以下步骤，建立逆变侧无功功率平衡模型，根据所述逆变侧无功功率平衡模型设计MMC切换控制策略，所述MMC切换控制策略包括：混合双馈入直流输电系统稳定运行时，逆变侧MMC有功类控制回路采用定直流电压控制，逆变侧MMC无功类控制回路采用定无功功率控制；检测到交流母线电压跌落后，逆变侧MMC由定无功功率控制切换为快速无功-电压下垂控制。/n

【技术特征摘要】
1.一种抑制混合双馈入直流输电系统连续换相失败的控制方法，其特征在于，包括以下步骤，建立逆变侧无功功率平衡模型，根据所述逆变侧无功功率平衡模型设计MMC切换控制策略，所述MMC切换控制策略包括：混合双馈入直流输电系统稳定运行时，逆变侧MMC有功类控制回路采用定直流电压控制，逆变侧MMC无功类控制回路采用定无功功率控制；检测到交流母线电压跌落后，逆变侧MMC由定无功功率控制切换为快速无功-电压下垂控制。


2.如权利要求1所述的抑制混合双馈入直流输电系统连续换相失败的控制方法，其特征在于，所述逆变侧无功功率平衡模型具体为：
QLCC＝Qac-Qc-QMMC
其中，QLCC为逆变侧LCC换流站吸收的无功功率，Qac为受端交流系统流入公共耦合母线的无功功率，QMMC为MMC发出的无功功率。


3.如权利要求2所述的抑制混合双馈入直流输电系统连续换相失败的控制方法，其特征在于，所述快速无功-电压下垂控制包括以下步骤，
步骤一，令换相需求面积Sneed等于换相供应面积Ssupply，计算避免LCC发生后续换相失败的最小直流电流限值Id_min；
步骤二，建立逆变侧LC...

【专利技术属性】
技术研发人员：毛炽祖，
申请(专利权)人：中国南方电网有限责任公司超高压输电公司检修试验中心，
类型：发明
国别省市：广东;44