本发明专利技术公开了属于直流输电技术领域的一种直流输电系统送端振荡引发受端换相失败的控制方法。包括步骤1：建立直流输电系统的小信号模型，并进行小信号分析，得到振荡频率、特征值、参与因子、阻尼比，分析送端低频振荡引发直流输电系统产生共振的原因；步骤2：基于步骤1的小信号分析结果，调整定电流控制的积分时间常数、比例增益以及定关断角控制的积分时间常数、比例增益，从而抑制受端换相失败。本发明专利技术可使该固有振荡频率消失，达到抑制受端换相失败的效果。的效果。的效果。
【技术实现步骤摘要】
一种直流输电系统送端振荡引发受端换相失败的控制方法
[0001]本专利技术涉及直流输电
，尤其涉及一种直流输电系统送端振荡引发受端换相失败的控制方法。
技术介绍
[0002]我国一次能源资源与负荷资源呈逆向分布，为实现“西电东送，北电南送”，我国已形成跨区域、远距离、大规模的交直流互联电网格局。此外，随着全球对清洁能源的需求不断增长，直流输电作为一种高效、可靠和环保的输电方式，将在未来的能源传输中发挥重要作用，其低线损耗、高效率、远距离传输的能力以及灵活的控制性使其成为清洁能源传输的理想选择。但随之而来，换相失败不可避免，换相失败的发生严重威胁电力系统的安全稳定运行。
[0003]现有的观点普遍认为，换相失败是由受端(逆变侧)交流系统故障导致的，且已有众多学者对受端交流系统故障引发换相失败的机理进行了大量研究。随着新能源的不断发展，特别是在沙漠、戈壁和荒漠这些地区，大型新能源基地的兴建成为重要趋势。然而，这些基地通常缺乏常规的电力机组支撑系统，因此，在这些新能源基地中，送端系统更加脆弱，这会导致其送端系统容易受到故障扰动的影响。此外，直流送、受端存在电气耦合与控制配合，送端(整流侧)系统遭受扰动后，有可能通过耦合作用传递到受端，导致受端电气量响应变化以及控制切换，进而引发受端换相失败。
[0004]目前，对于送端扰动引发受端换相失败的机理研究主要集中于送端故障等大扰动，分析送端交流系统不同程度故障对受端电气量和控制量的影响，从而导致受端换相失败的机理。对送端系统故障引发受端换相失败机理有了初步认识。还需要在送端小扰动引发受端换相失败的抑制策略。
技术实现思路
[0005]本专利技术的目的是提出一种直流输电系统送端振荡引发受端换相失败的控制方法，包括以下步骤：
[0006]步骤1：建立直流输电系统的小信号模型，并进行小信号分析，得到振荡频率、特征值、参与因子、阻尼比，分析送端低频振荡引发直流输电系统产生共振的原因；
[0007]步骤2：基于步骤1的小信号分析结果，调整定电流控制的积分时间常数T
r
、比例增益K
r
以及定关断角控制的积分时间常数T
i
、比例增益K
i
，从而抑制受端换相失败。
[0008]步骤1中直流输电系统的小信号模型包括状态变量、直流系统小信号模型、交流系统整流侧小信号模型、交流系统逆变侧小信号模型。
[0009]状态变量为：
[0010][0011]式中，I
dr
、I
di
分别为整流侧和逆变侧的直流电流，I
dr
'为经一阶测量环节滤波后的直流电流，为送端定电流控制中PI控制器中积分环节的输出量，分别为整流
侧和逆变侧锁相环PI器中积分环节的输出，γ为逆变侧关断角，μ为受端定关断角控制中PI控制器中积分环节的输出量，θ
PLLr
、θ
PLLi
分别为整流侧和逆变侧锁相环输出相位，θ
π2
为考虑电压动态过程的电压相角变化，U
C
为直流线路中端电容电压。
[0012]直流系统小信号模型如下：
[0013][0014]式中，R、L分别为直流线路两端电阻、电抗，C为直流线路中端电容，ΔI
dr
为送端整流侧直流电流，ΔI
di
为受端逆变侧直流电流，ΔU
c
为电容电压，ΔU
dr
为送端整流侧直流电压。
[0015]交流系统整流侧小信号模型如下：
[0016][0017][0018]式中，E
r
、α
r
分别为整流侧换相线电压和触发角；X
cr
为整流侧的换相电抗；ΔP
dr
、ΔQ
dr
分别为整流侧的有功、无功功率；Δα
r
、Δα
r
'分别为整流侧输出的触发角实际值、指令值；Δθ
r
、Δθ
PLLr
分别为换相电压相位、整流侧锁相环相位。
[0019]交流系统逆变侧小信号模型如下：
[0020][0021]式中，E
i
、α
i
、β
i
分别为逆变侧换相线电压、触发角、超前触发角；X
ci
为逆变侧的换相电抗；U
di
为逆变侧的直流电压；ΔP
di
、ΔQ
di
分别为逆变侧的有功、无功功率；Δα
i
、Δα
i
'分别为逆变侧输出的触发角实际值、指令值；Δθ
i
、Δθ
PLLi
分别为换相电压相位、逆变侧锁相环相位。
[0022]本专利技术的有益效果在于：
[0023]本专利技术在建立和分析小信号模型的基础上，可通过调整定电流控制的积分时间常数、比例增益以及定关断角控制的积分时间常数、比例增益来减小共振频率，甚至使该固有振荡频率消失，达到抑制受端换相失败的效果。
附图说明
[0024]图1为本专利技术一种直流输电系统送端振荡引发受端换相失败的控制方法流程图；
[0025]图2为直流输电系统单线图；
[0026]图3为换相失败发展的波形图；
[0027]图4为振荡模式的参与因子分布结果图；
[0028]图5为调节定电流控制的积分时间常数的根轨迹图；
[0029]图6为调节定电流控制的比例增益的根轨迹图；
[0030]图7为调节定关断角控制的积分时间常数的根轨迹图；
[0031]图8为后续换相失败演化机理的根轨迹图；
[0032]图9(a)、(b)分别为阻抗、相位差的频谱图；
[0033]图10(a)、(b)分别为1.2Hz固有频率降低为0.04Hz时电气量、控制角的振荡图；
[0034]图11(a)、(b)分别为1.2Hz固有频率调至消失时电气量、控制角的振荡图。
具体实施方式
[0035]本专利技术提出一种直流输电系统送端振荡引发受端换相失败的控制方法，下面结合附图和具体实施例对本专利技术做进一步说明。
[0036]图1为本专利技术一种直流输电系统送端振荡引发受端换相失败的控制方法流程图；
具体步骤如下：
[0037]1.建立直流系统的小信号模型，对直流系统进行小信号分析，得到系统存在的振荡频率、特征值、参与因子、阻尼比，分析送端低频振荡可引发系统产生共振，从而导致受端换相失败。
[0038]首先介绍CIGRE HVDC标准测试模型，其原理接线图如图2所示，由送端交流电源、受端交流电源、整流器、逆变器及直流输电线路构成。
[0039]图中，下标r和i分别代表整流侧和逆变侧，U1及U2分别为送端和受端的交流电源，E、δ分别为整流侧和逆变侧的换相线电压和相角，I
dr
、I<本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种直流输电系统送端振荡引发受端换相失败的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：建立直流输电系统的小信号模型，并进行小信号分析，得到振荡频率、特征值、参与因子、阻尼比，分析送端低频振荡引发直流输电系统产生共振的原因；步骤2：基于步骤1的小信号分析结果，调整定电流控制的积分时间常数T
r
、比例增益K
r
以及定关断角控制的积分时间常数T
i
、比例增益K
i
，从而抑制受端换相失败。2.根据权利要求1所述直流输电系统送端振荡引发受端换相失败的控制方法，其特征在于，所述步骤1中直流输电系统的小信号模型包括状态变量、直流系统小信号模型、交流系统整流侧小信号模型、交流系统逆变侧小信号模型。3.根据权利要求2所述直流输电系统送端振荡引发受端换相失败的控制方法，其特征在于，所述状态变量为：式中，I
dr
、I
di
分别为整流侧和逆变侧的直流电流，I
dr
'为经一阶测量环节滤波后的直流电流，为送端定电流控制中PI控制器中积分环节的输出量，分别为整流侧和逆变侧锁相环PI器中积分环节的输出，γ为逆变侧关断角，μ为受端定关断角控制中PI控制器中积分环节的输出量，θ
PLLr
、θ
PLLi
分别为整流侧和逆变侧锁相环输出相位，θ
π2
为考虑电压动态过程的电压相角变化，U
C
为直流线路中端电容电压。4.根据权利要求3所述直流输电系统送端振荡引发受端换相失败的控制方法，其特征在于，所述直流系统小信号模型如下：式中，R、L分别为直流线路两端电阻、电抗，C为直流线路中端电容，ΔI
dr...
【专利技术属性】
技术研发人员：郑乐，吴晶，王正，刘崇茹，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：
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