一种基于换流站本地信息的直流功率能量面积补偿方法技术

本发明专利技术提供一种基于换流站本地信息的直流功率能量面积补偿方法，包括以下步骤：判断是否需要启动直流功率能量面积补偿功能；计算直流功率能量补偿量；计算发生交流故障后直流功率能量补偿面积。本发明专利技术以改善交流系统故障后的频率和电压恢复特性为目的，不依赖远方测量信号和系统层的安控、协控装置，能基于换流站本地信息准确计算出在线调整系统减速面积的直流功率补偿量和持续时间，在整流侧交流系统严重故障后抑制振荡过程，加速系统恢复稳态；对于逆变侧交流故障，能改善系统频率和电压的恢复特性，避免连续换相失败的发生。

【技术实现步骤摘要】
一种基于换流站本地信息的直流功率能量面积补偿方法
本专利技术属于电力系统
，具体涉及一种基于换流站本地信息的直流功率能量面积补偿方法。
技术介绍
随着我国直流输电的快速发展，特高压大容量直流馈入或送出比例越来越高，交直流系统之间的耦合关系和相互影响日益显著，在交直流系统发生较严重故障时，可能导致系统出现持续振荡或失稳的现象。过去已开展的研究多集中在两个方面，一是利用直流功率调制功能的交直流协调控制，算法相对复杂，在实现时需要依托系统层进行通信，存在一定延迟，并且需单独研发执行协调控制的设备；二是利用安全稳定控制装置执行切机或切负荷等操作，会损失部分电源或负荷，产生一定的经济损失。事实上，在系统故障及恢复过程中，换流母线电压、直流输送功率等直流换流站本地测量数据能在一定程度上反映系统故障特征，利用直流的快速可控能力及本地信息，采取相适应的控制方法，调整直流在故障过程中的控制特性，能在一定程度上改善整个系统的故障恢复特性。以典型±500kV超高压直流输电工程作为说明对象，建立交直流混联运行的网架结构，如图1所示，送端系统包括4个电厂R1、R2、R3、R4和交流网架，短路比SCR＝3.1；每个电厂含有2-3台等值机，共10台等值发电机；受端包含3个电厂I1、I2、I3和交流网架，SCR＝2.8，每个电厂含有2台等值机，共6台等值发电机。稳态运行时直流系统输送功率3000MW，系统内发电机组均处于运行状态，发电机输出功率分布在0.8～0.9p.u.，与直流线路并列运行的交流线路潮流调整至其暂态稳定极限。设定节点A到整流站之间的线路上发生N-1故障，故障恢复后系统频率振荡和直流功率振荡如图2和图3所示，图中从上至下分别为系统频率、直流功率、整流侧交流系统电压有效值。可见，故障后系统频率、交流电压和直流功率在一个较长时间内一直处于振荡过程。针对上面问题，目前采用的方法主要是利用安全稳定控制装置执行相应动作，避免系统失稳，但会产生一定的经济损失。如果基于交直流协调控制，利用直流功率快速提升/回降或功率调制功能，又存在通讯问题、单独研发设备的问题，实现起来相对复杂。分析上面故障过程可借助于功率特性曲线，如图4所示。PI为稳态运行时发电机功率特性曲线。发生故障后，三相接地故障期间发电机的输出功率PII基本为0。在过剩转矩的作用下发电机转子加速，左下阴影为加速面积；在c点故障清除，发电机功率特性变回PIII，运行点跳变至e点，但此时转子速度已经大于同步转速，转子在开始减速的同时，相对角度还继续增大。当系统运行点由f点返回后，转子继续减速，运行点沿功率特性PIII由f点向e，k点转移，到达k点之前转子一直减速，k点虽然机械功率和电磁功率平衡，但由于此时转子速度低于同步转速，相对角度δ继续减小；但越过k点之后机械功率又大于电磁功率，转子加速，转速恢复同步转速后又开始增大，此后运行点沿着PIII开始第二次振荡。如果振荡过程中没有能量损耗，则第二次δ又将增大至f点的对应角度，以后就一直至沿着PIII往复振荡；如果损耗较小，则振荡持续地时间也会较长。本算例中，由于交流电压恢复情况很差，直流功率难以恢复，发电机和直流系统无法提供足够的减速面积，导致故障清除之后系统无法恢复稳定运行。出现这种情况的原因为振荡过程的能量损耗较小，为了能够为系统提供一定的减速面积，考虑采取在系统恢复过程中提升直流输送功率的方法，增大直流系统的正阻尼作用。如果在故障前稳态时直流系统已经处于1.0pu，则需要通过过负荷控制来完成这一过程。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的不足，本专利技术提供一种基于换流站本地信息的直流功率能量面积补偿方法，以改善交流系统故障后的频率和电压恢复特性为目的，不依赖远方测量信号和系统层的安控、协控装置，能基于换流站本地信息准确计算出在线调整系统减速面积的直流功率补偿量和持续时间，在整流侧交流系统严重故障后抑制振荡过程，加速系统恢复稳态；对于逆变侧交流故障，能改善系统频率和电压的恢复特性，避免连续换相失败的发生。为了实现上述专利技术目的，本专利技术采取如下技术方案：本专利技术提供一种基于换流站本地信息的直流功率能量面积补偿方法，所述方法包括以下步骤：步骤1：判断是否需要启动直流功率能量面积补偿功能；步骤2：计算直流功率能量补偿量；步骤3：计算发生交流故障后直流功率能量补偿面积。所述步骤1具体包括以下步骤：步骤1-1：整流侧发生交流故障后，判定是否需要启动直流功率能量面积补偿功能。步骤1-2：逆变侧发生交流故障后，判定是否需要启动直流功率能量面积补偿功能。所述步骤1-1中，整流侧交流故障包括三相故障，对换流母线三相相电压进行αβ变换，有：Uαβ_2s-Uαβ≥0.14×max(0.7,UAC_2s)(2)其中，Uα、Uβ为对换流母线三相相电压进行αβ变换后得到的在两相静止坐标系下的值，且有中间量Uαβ_2s表示Uαβ的2s滤波值，UAC_2s表示换流母线线电压有效值的2s滤波值，UAC_a、UAC_b、UAC_c分别表示换流站本地测量得到的换流母线A、B、C相相电压；设定整流侧故障判定状态变量为Uac_low，当式(2)满足时，Uac_low即为1，整流侧启动直流功率能量面积补偿功能。所述步骤1-2中，发生在逆变侧的交流故障包括三相故障和单相故障，以换流母线三相相电压的零序分量作为主要判定条件，有：|UAC_a+UAC_b+UAC_c|≥0.15×max(0.7,UAC_2s)(3)其中，UAC_a、UAC_b、UAC_c分别表示换流站本地测量得到的换流母线A、B、C相相电压；UAC_2s表示换流母线线电压有效值的2s滤波值；设定逆变侧故障判定状态变量为U′ac_low，当式(2)或式(3)满足时，逆变侧启动直流功率能量面积补偿功能。所述步骤2中，直流功率能量补偿量用Pcomp表示，有：在±500kV直流电压等级下，有：在±800kV直流电压等级下，有：其中，Pref为发生交流故障前直流系统原功率指令值。所述步骤3具体包括以下步骤：步骤3-1：计算整流侧发生交流故障后的直流功率能量补偿面积；步骤3-2：计算逆变侧发生交流故障后的直流功率能量补偿面积。所述步骤3-1中，设P(t)为关于整流侧直流功率Pdc的函数，直流系统原功率指令值为Pref，整流侧发生交流故障及故障清除后交直流系统恢复过程中能量缺失面积S1＝c1(t)，则有：其中，t0表示整流侧交流故障开始时刻，t2表示整流侧交流故障清除后Pdc恢复至Pref的时刻；t2时刻之后，直流系统实际功率指令值Pref1＝Pref+Pcomp，令整流侧直流功率能量补偿面积为S2＝c2(t)＝S1，则有：其中，t3表示整流侧退出直流功率能量面积补偿功能的时刻；且t3时刻时直流系统实际功率指令值Pref1变回直流系统原功率指令值Pref。所述步骤3-2中，设P′(t)为关于逆变侧直流功率P′dc的函数，直流系统原功率指令值为Pref，逆变侧发生交流故障及故障清除后交直流系统恢复过程中能量缺失面积S1′＝c1′(t)，则有：其中，t0′表示逆变侧交流故障开始时刻，t2′表示逆变侧交流故障清除后P′dc恢复至Pref的时刻；t2′时刻之后，直流系统实际功率指令值Pref1＝Pref-Pcomp，令逆变本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于换流站本地信息的直流功率能量面积补偿方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：步骤1：判断是否需要启动直流功率能量面积补偿功能；步骤2：计算直流功率能量补偿量；步骤3：计算发生交流故障后直流功率能量补偿面积。

【技术特征摘要】
1.一种基于换流站本地信息的直流功率能量面积补偿方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：步骤1：判断是否需要启动直流功率能量面积补偿功能；步骤2：计算直流功率能量补偿量；步骤3：计算发生交流故障后直流功率能量补偿面积；所述步骤1具体包括以下步骤：步骤1-1：整流侧发生交流故障后，判定是否需要启动直流功率能量面积补偿功能；步骤1-2：逆变侧发生交流故障后，判定是否需要启动直流功率能量面积补偿功能；所述步骤1-1中，整流侧交流故障包括三相故障，对换流母线三相相电压进行αβ变换，有：Uαβ_2s-Uαβ≥0.14×max(0.7,UAC_2s)(2)其中，Uα、Uβ为对换流母线三相相电压进行αβ变换后得到的在两相静止坐标系下的值，且有中间量Uαβ_2s表示Uαβ的2s滤波值，UAC_2s表示换流母线线电压有效值的2s滤波值，UAC_a、UAC_b、UAC_c分别表示换流站本地测量得到的换流母线A、B、C相相电压；设定整流侧故障判定状态变量为Uac_low，当式(2)满足时，Uac_low即为1，整流侧启动直流功率能量面积补偿功能。2.根据权利要求1所述的基于换流站本地信息的直流功率能量面积补偿方法，其特征在于：所述步骤1-2中，发生在逆变侧的交流故障包括三相故障和单相故障，以换流母线三相相电压的零序分量作为主要判定条件，有：|UAC_a+UAC_b+UAC_c|≥0.15×max(0.7,UAC_2s)(3)其中，UAC_a、UAC_b、UAC_c分别表示换流站本地测量得到的换流母线A、B、C相相电压；UAC_2s表示换流母线线电压有效值的2s滤波值；设定逆变侧故障判定状态变量为U′ac_low，当式(2)或式(3)满足时，逆变侧启动直流功率能量面积补偿功能。3.根据权利要求1所述的基于换流站本地信息的直流功率能量面积补偿方法，其特征在于：所述步骤2中，直流功率能量补偿量用Pcomp表示，有：在±500kV直流电压等级下，有：在±800kV直流电压等级下，有：其中，Pref为发生交流故障前直流系统原功率指令值。4....

【专利技术属性】
技术研发人员：郭强，雷霄，王华伟，李新年，孙栩，刘海军，刘耀，吴娅妮，杨鹏，王薇薇，庞广恒，林少伯，胡涛，王明新，谢国平，王晶芳，王亮，董鹏，朱艺颖，刘翀，习工伟，张晋华，杨万开，陈凌芳，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院，国家电网公司，国网河南省电力公司，
类型：发明
国别省市：北京;11