一种计及调相机的柔性直流输电系统无功功率控制方法与流程

1.本发明涉及高压直流输电系统无功功率控制技术领域，具体涉及一种计及调相机的柔性直流输电系统无功功率控制方法。


背景技术：

2.近年来，高压直流输电技术凭借其技术特点，被广泛应用于交流电网，以实现高压大容量的远距离输电和区域交流电网间的异步互联。根据交直流变换中所采用功率半导体器件的不同，目前可以将高压直流输电分为采用半控型功率半导体晶闸管的常规直流和采用全控型功率半导体器件的柔性直流两大技术路线。
3.常规直流输电技术，凭借其所采用晶闸管过负荷能力强的特点，已被广泛应用于远距离输电领域。但由于需要依靠交流电网提供短路电流实现强迫换相，交流电网电压扰动可能引发的换相失败现象已成为制约常规直流发展应用的主要因素，同步调相机作为一个能够有效解决该问题的方法已被成功应用于常规直流输电工程中。与此同时，不存在换相失败问题的柔性直流，凭借其pq解耦、无源供电等技术优势，目前已成为高压直流输电技术发展的新方向，并得到了大力推广应用，与常规直流并存于交流电网中。
4.由于我国电源、负荷分布相对集中，柔性直流、常规直流输电工程的送受端落点也相对集中，因此往往出现柔性直流与常规直流电气距离较近的情况。而无功功率，这一既与交流电压幅值紧密相关，又是高压直流输电工程主要控制对象的电气量，直接关系到常规直流的安全稳定运行，柔性直流的容量利用率，以及调相机的应用效果，非常重要，因此有必要基于上述柔性直流与常规直流电气距离较近的背景，计及调相机对柔性直流输电系统的无功功率控制方法进行研究，实现无功功率的优化。


技术实现要素：

5.为满足上述场景的现实需求，本发明提供一种计及调相机的柔性直流输电系统无功功率控制方法，根据调相机、柔性直流暂态无功功率变化量的差值，优化柔性直流瞬时无功功率响应速度，可实现对常规直流受端交流电网故障发生和恢复时刻的暂态低电压和暂态过电压的抑制。
6.为达到上述发明目的，本发明提供一种计及调相机的柔性直流输电系统无功功率控制方法，包括以下步骤：
7.步骤一、输入定值lcc-hvdc受端换流母线电压最小值u
min
、同步调相机稳态输出无功功率q
sc0
、以及vsc-hvdc稳态输出无功功率为q
vsc0
；
8.步骤二、测量lcc-hvdc受端换流母线实际电压u
pcc
、同步调相机暂态输出无功功率q
sc
、以及vsc-hvdc暂态输出无功功率为q
vsc
；
9.步骤三、计算dq＝(q
sc-q
sc0
)-(q
vsc-q
vsc0
)，其中dq为调相机、柔性直流暂态无功功率变化量的差值，并定义q
add
为柔性直流定交流电压控制环反馈增量；
10.步骤四、当lcc-hvdc受端交流系统发生故障时，lcc-hvdc受端换流母线实际电压upcc
跌落，若u
pcc
＜u
min
，则方法一投入，即根据调相机、柔性直流暂态无功功率变化量的差值dq，优化柔性直流瞬时无功功率响应速度，以抑制lcc-hvdc受端交流系统发生故障导致的暂态低电压；
11.步骤五、当lcc-hvdc受端交流系统故障恢复后，u
pcc
恢复,若u
pcc
＞u
min
，则方法二投入，即根据调相机、柔性直流暂态无功功率变化量的差值dq，优化柔性直流瞬时无功功率响应速度，以抑制lcc-hvdc受端交流系统故障恢复导致的暂态过电压。
12.进一步的，步骤四中投入无功功率控制策略，具体包括：判断dq是否大于0，若判断结果为是，则令q
add
＝dq；若判断结果为否，则令q
add
＝0。
13.进一步的，步骤五中维持投入无功功率控制策略，具体包括：判断dq是否小于0，若判断结果为是，则令q
add
＝dq；若判断结果为否，则令q
add
＝0。
14.进一步的，步骤五中若长期q
add
＝0，延时0.5s-2s后，退出无功功率控制策略。
15.与现有技术相比，本发明具有的有益效果如下：
16.本发明提出的计及调相机的柔性直流输电系统无功功率控制方法，根据调相机、柔性直流暂态无功功率变化量的差值，优化柔性直流瞬时无功功率响应速度，可实现对常规直流受端交流电网故障发生和恢复时刻的暂态低电压和暂态过电压的抑制。
附图说明
17.图1为本发明提供的一种计及调相机的柔性直流输电系统无功功率控制方法的流程示意图；
18.图2为本发明适用场景之一的柔性直流、常规直流、同步调相机于近区交流电网中并存形成的系统结构示意图；
19.图3为本发明提供的一种计及调相机的柔性直流输电系统无功功率控制方法的控制效果对比图。
具体实施方式
20.下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。
21.如图2所示，本发明适用场景之一，为柔性直流、常规直流、同步调相机于近区交流电网中并存形成的系统结构示意图，其中lcc指的是常规直流采用的电网强迫换相型换流器，vsc指的是柔性直流采用的电压源型换流器，sc指的是调相机，三者并联在一条或近区交流电网等效的交流母线上，形成柔性直流、常规直流、同步调相机于近区交流电网中并存的系统结构。
22.如图1所示，本发明实施例提供一种计及调相机的柔性直流输电系统无功功率控制方法，包括如下步骤：
23.步骤一、输入常规直流(lcc-hvdc)受端换流母线电压u
pcc
、同步调相机稳态输出无功功率q
sc0
、以及柔性直流(vsc-hvdc)稳态输出无功功率为q
vsc0
；
24.步骤二、测量常规直流(lcc-hvdc)受端换流母线电压u
pcc
、暂态输出无功功率q
sc
、以及暂态输出无功功率为q
vsc
；
25.步骤三、计算dq＝(q
sc-q
sc0
)-(q
vsc-q
vsc0
)，其中dq为调相机、柔性直流暂态无功功率变化量的差值，并定义q
add
为柔性直流定交流电压控制环反馈增量；
26.步骤四、当lcc-hvdc受端交流系统发生故障时，故障类型如表1所示：
27.表1
[0028][0029]
lcc-hvdc受端换流母线电压u
pcc
跌落，若u
pcc
＜u
min
，则方法一投入，即根据调相机、柔性直流暂态无功功率变化量的差值dq优化柔性直流瞬时无功功率响应速度；具体的，判断dq是否大于0，若判断结果为是，则令q
add
＝dq，加快vsc-hvdc瞬时无功功率响应速度，以抑制lcc-hvdc受端交流系统发生故障导致的暂态低电压；若判断结果为否，则令q
add
＝0。
[0030]
步骤五、当lcc-hvdc受端交流系统故障恢复后，u
pcc
恢复,若u
pcc
＞u
min
，则方法二投入，即根据调相机、柔性直流暂态无功功率变化量的差值dq优化柔性直流瞬时无功功率响应速度；具体的，判断dq是否小于0，若判断结果为是，则令q
add
＝dq，加快vsc-hvdc瞬时无功功率响应速度，抑制lcc-hvdc受端交流系统故障恢复导致的暂态过电压；若判断结果为否，则令q
add
＝0。
[0031]
发生故障时，故障类型如表1所示，由图3可知，定无功功率控制下暂态电压最低为246.9kv，暂态电压最高为542.8kv；定交流电压控制下暂态电压最低为260.8kv，暂态电压最高为544.1kv；协调控制下暂态电压最低为260.8kv，暂态电压最高为536.5kv。在针对系统故障后的瞬时电压支撑和故障切除后的电压恢复问题上，相比于vsc-hvdc采用常规的定无功功率控制和定交流电压控制，协调控制下具有较为明显的综合优势。
[0032]
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

技术特征：
1.一种计及调相机的柔性直流输电系统无功功率控制方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、输入定值lcc-hvdc受端换流母线电压最小值u
min
、同步调相机稳态输出无功功率q
sc0
、以及vsc-hvdc稳态输出无功功率为q
vsc0
；步骤二、测量lcc-hvdc受端换流母线实际电压u
pcc
、同步调相机暂态输出无功功率q
sc
、以及vsc-hvdc暂态输出无功功率为q
vsc
；步骤三、计算dq＝(q
sc-q
sc0
)-(q
vsc-q
vsc0
)，其中dq为调相机、柔性直流暂态无功功率变化量的差值，并定义q
add
为柔性直流定交流电压控制环反馈增量；步骤四、当lcc-hvdc受端交流系统发生故障时，lcc-hvdc受端换流母线实际电压u
pcc
跌落，若u
pcc
＜u
min
，则方法一投入，即根据调相机、柔性直流暂态无功功率变化量的差值dq，优化柔性直流瞬时无功功率响应速度，以抑制lcc-hvdc受端交流系统发生故障导致的暂态低电压；步骤五、当lcc-hvdc受端交流系统故障恢复后，u
pcc
恢复,若u
pcc
＞u
min
，则方法二投入，即根据调相机、柔性直流暂态无功功率变化量的差值dq，优化柔性直流瞬时无功功率响应速度，以抑制lcc-hvdc受端交流系统故障恢复导致的暂态过电压。2.如权利要求1所述的计及调相机的柔性直流输电系统无功功率控制方法，其特征在于，步骤四中投入无功功率控制策略，具体包括：判断dq是否大于0，若判断结果为是，则令q
add
＝dq；若判断结果为否，则令q
add
＝0。3.如权利要求1所述的计及调相机的柔性直流输电系统无功功率控制方法，其特征在于，步骤五中维持投入无功功率控制策略，具体包括：判断dq是否小于0，若判断结果为是，则令q
add
＝dq；若判断结果为否，则令q
add
＝0。4.如权利要求1所述的计及调相机的柔性直流输电系统无功功率控制方法，其特征在于，步骤五中若长期q
add
＝0，延时0.5s-2s后，退出无功功率控制策略。

技术总结
本发明提供一种计及调相机的柔性直流输电系统无功功率控制方法。该方法包括：根据调相机、柔性直流暂态无功功率变化量的差值，判断常规直流受端交流电网的故障情况，并通过将差值标幺化后作为柔性直流定交流电压控制环反馈增量，加快柔性直流的瞬时无功功率响应速度，从而实现对常规直流受端交流电网故障发生和恢复时刻的暂态低电压和暂态过电压的抑制。本发明根据调相机、柔性直流暂态无功功率变化量的差值，优化柔性直流瞬时无功功率响应速度，可实现对常规直流受端交流电网故障发生和恢复时刻的暂态低电压和暂态过电压的抑制。恢复时刻的暂态低电压和暂态过电压的抑制。恢复时刻的暂态低电压和暂态过电压的抑制。


技术研发人员：陈堃 叶庞琪 张侃君 蔡德福 张隆恩 胡兴洋 王婷 黎恒烜
受保护的技术使用者：国网湖北省电力有限公司电力科学研究院
技术研发日：2023.05.18
技术公布日：2023/8/23