一种新能源直流送端系统暂态过电压分布式控制方法与流程

1.本发明属于新能源并网技术控制领域，涉及一种新能源直流送端系统暂态过电压分布式控制方法。应用于直流送端系统暂态过电压分布式控制。

背景技术：

2.随着国内直流输电工程快速建设和投入运行，直流输电送、受端电网的交直流耦合程度逐渐加深，直流故障对交流电网稳定性的影响机理成为近几年的研究热点。国内外关于直流系统换相失败、直流闭锁故障的影响因素、演化过程方面的研究成果较为成熟，研究了交流系统在直流换相失败后的暂稳特性，也初步探讨了直流换相失败造成换流母线过电压的原因，另外，也从基于短路比、多馈入短路比等系统强度指标的角度，定性分析了直流闭锁引起的交流侧暂态过电压问题。基于甘肃电网现有动态无功补偿设备在直流整流站近端电网的分布情况，确定抑制祁韶直流送端暂态压升的分级无功补偿层次。
3.祁韶直流整流站的主要动态无补偿设备为大型调相机和svc，而整流站目前的无功补偿设备为滤波器和固定电容器。目前，我国已有多条特高压直流工程的送、受端整流站部署了调相机，但调相机和整流站交流滤波器均为单独控制，两者之间缺乏合理的协调配合，无法充分发挥调相机在特高压直流输电系统中的无功补偿作用，而调相机和svc之间也需要协调控制。
4.由于直流换相失败/闭锁造成的暂态过电压属于毫秒级的暂态过程，调相机响应速度能够及时跟上暂态电压的波动，svc在一定程度上能够跟随暂态电压的变化，而整流站滤波器投切速度远远慢于大型调相机响应速度。因此大型调相机和当前整流站内的滤波器在时序上不存在暂态级别的协调控制。但是通过稳态工况下合理的进行无功补偿容量协调，同时给调相机预留足够的备用容量应对直流换相失败/闭锁造成的电压波动具有重要意义。

技术实现要素：

5.本发明的目的是针对上述现有技术中的不足，设计了一种供需随机匹配的日内电力市场优化调度方法，即考虑了可再生能源出力随机性以及需求负荷的不确定性，同时有效的提高可再生能源的利用率，减少了环境污染。
6.为实现上述目的，本发明采用的技术方案具体步骤如下：
7.一种新能源直流送端系统暂态过电压分布式控制方法，整体步骤为：
8.直流未发生换相失败/闭锁时：
9.1)整流站通过直流功率检测判定最小滤波器原则确定能与调相机进行无功协调的滤波器，站内无功平衡优化使调相机具备最佳的无功备用容量，svc作为辅助后备不参与稳态电压调节；
10.2)750kv关键控制节点svc采取定电压控制模式，控制目标为维持接入点电压在1.0p.u.，站内电抗、电容器平衡无功；
11.3)风电场风机正常运行，风机自身调节无功，并根据功率判定自身无功输出范围，给svc预留调节裕度；svc采取定电压控制模式，控制目标为维持接入点电压在1.0p.u.。
12.直流发生换相失败/闭锁时：
13.1)整流站调相机与svc协调控制，同时整流站发出滤波器快切指令。
14.2)根据750kv关键控制节点svc全程参与并采取附加闭锁控制的改进控制方法，暂态故障下自主响应；
15.3)风电场根据暂态电压判定，暂态低电压时采取低压穿越控制，svc全程参与并采取附加闭锁控制的改进控制方法，暂态故障下自主响应。
16.进一步地，调相机替代的新能源直流送端暂态过电压分布式控制方法中，新能源直流送端暂态压升所需控制设备的分布式控制框架为“整流站-关键控制节点-风电场”三层分布式控制框架；当祁韶直流发生换相失败/闭锁时，建立防止风电场发生暂态过高过低电压的三道防线；暂态过高过低电压的三道防线包括，整流站交流母线暂态电压控制为第一道防线，750kv高电压等级的风电集母线暂态电压控制为第二道防线，风电场svc与dfig自身协调进行无功响应控制为第三道防线。
17.进一步地，所述关键控制节点仅有svc投入，无其他设备协调控制，关键节点svc的控制方法：在现有svc控制理论基础上，加强svc的控制响应能力，以优化svc在暂态情况下的无功出力，从而进一步加强第二道防线的电压控制灵敏度。
18.进一步地，所述dfig协调svc进行无功响应控制包括：
19.a.暂态低电压时，当风电机组电压小于0.9p.u.时，启动风电机组的低压控制策略；依据转子电流大小设置crowbar的投入和切除。当电压低于0.8p.u.且电压变化率处于-11p.u./s～-7p.u./s时，svc闭锁；
20.b.暂态过电压时，当风电机组电压高于1.00p.u.，启动风电机组的高压控制策略，并设置风电机组发出感性无功电流大小。如果是直流闭锁故障，svc维持定电圧控制，如果是换相失败故障，则svc在经历过一次闭锁信号且并网点电压高于1.0p.u.时，重新解锁svc。
21.进一步地，所述附加闭锁控制的svc自身改进控制方法：当检测到svc接入点电压跌落至其限值u
min
以下且电压变化率为[dv/dt
min
,dv/dt
max]
时，电纳参考值b
ref
被钳位置零，闭锁svc，清零电压调节器的积分器；待检测到svc接入点电压恢复至u
max
以上时，重新投入svc电压调节器，即解锁svc；
[0022]
附加闭锁控制的svc自身改进控制方法的控制流程下，对外呈现的外特性即为当svc并网点电压变化率处于[-7p.u./s,-11p.u./s]且电压值低于0.9p.u.时进入闭锁缓冲，低于0.8p.u.时彻底闭锁svc，以防止换相失败后期暂态电压突升时，svc迟滞效应带来更高的暂态压升峰值。待检测到svc接入点电压恢复至1.0p.u.以上时，解除svc闭锁，使svc正常工作以应对接下来的暂态过电压。当发生直流闭锁故障时，由于暂态电压呈直接升高特性，故svc接入点电压不在闭锁区，svc自主响应降低暂态过电压。采取低压闭锁环节的svc控制方案优点在于：舍弃了换相失败期间低电压期间svc受低压影响的小部分无功出力，换取抵消svc迟滞效应带来的换相失败高压期间暂态过电压二次压升。
[0023]
且综上所述，由于采用了上述技术方案，发明的有益技术效果是：
[0024]
一种新能源直流送端系统暂态过电压分布式控制方法形成的祁韶直流送端系统
暂态过电压分布式控制策略，达到各层内动态无功补偿设备协调控制；针对直流换相失败/闭锁故障对设备响应灵敏度和暂态过电压抑制能力的需求，优化了各无功补偿设备的控制方法，以此达到抑制祁韶直流送端整体暂态过电压，提升祁韶直流新能源外送能力的目标。
附图说明
[0025]
图1为新能源直流送端系统暂态过电压分布式控制策略流程图。
[0026]
图2为svc附加闭锁控制逻辑图。
具体实施方式
[0027]
为了使发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释发明，并不用于限定发明。
[0028]
祁韶直流整流站的主要动态无补偿设备为大型调相机和svc，而整流站目前的无功补偿设备为滤波器和固定电容器。目前，我国已有多条特高压直流工程的送、受端整流站部署了调相机，但调相机和整流站交流滤波器均为单独控制，两者之间缺乏合理的协调配合，无法充分发挥调相机在特高压直流输电系统中的无功补偿作用，而调相机和svc之间也需要协调控制。
[0029]
由于直流换相失败/闭锁造成的暂态过电压属于毫秒级的暂态过程，调相机响应速度能够及时跟上暂态电压的波动，svc在一定程度上能够跟随暂态电压的变化，而整流站滤波器投切速度远远慢于大型调相机响应速度。因此大型调相机和当前整流站内的滤波器在时序上不存在暂态级别的协调控制。但是通过稳态工况下合理的进行无功补偿容量协调，同时给调相机预留足够的备用容量应对直流换相失败/闭锁造成的电压波动具有重要意义。
[0030]
综上所述，对于整流站大型调相机和svc、滤波器的控制方法研究如下：
[0031]
1.稳态运行情况下：以优化调相机动态无功储备为目标的无功功率协调控制方法，svc不参与控制，协调控制调相机与滤波器出力，给调相机预留足够的动态无功调节容量；
[0032]
2.暂态情况下：调相机本体优先自主响应，svc在电压变化率处于一定范围内时开始识别电压变化率作为二者调节的依据，滤波器实行基于滤波规则的过电压快切控制方法。
[0033]
由于750kv关键控制节点仅有svc投入，无其他设备协调控制。因此关键节点svc的控制方法，其目的在于在现有svc控制理论基础上，加强svc的控制响应能力，以优化svc在暂态情况下的无功出力，从而进一步加强第二道防线的电压控制灵敏度。
[0034]
通过对风电场内svc和dfig自身的协调控制，以实现svc的无功补偿特性优化，抑制svc迟滞效应以及暂态时协调svc和风机自身无功出力，加强风电场风机高、低压穿越能力。
[0035]
暂态过电压是制约直流送端电网外送可再生能源的主要问题，想要提高可再生能源的交直流送出消纳能力，关键在于对暂态电压的有效控制，从而降低直流故障引起的新能源送端电网的暂态过电压，提高直流外送功率并降低可再生能源机组因暂态过电压过高
而脱网的可能性。因此，需要需要开展新能源暂态过电压的有效控制，新能源直流送端系统暂态过电压分布式控制策略如图1所示。
[0036]
整体步骤为：
[0037]
(1)直流未发生换相失败/闭锁时：
[0038]
1)整流站通过直流功率检测判定最小滤波器原则确定能与调相机进行无功协调的滤波器，站内无功平衡优化使调相机具备最佳的无功备用容量，svc作为辅助后备不参与稳态电压调节；
[0039]
2)750kv关键控制节点svc采取定电压控制模式，控制目标为维持接入点电压在1.0p.u.，站内电抗、电容器平衡无功；
[0040]
3)风电场风机正常运行，风机自身调节无功，并根据功率判定自身无功输出范围，给svc预留调节裕度；svc采取定电压控制模式，控制目标为维持接入点电压在1.0p.u.。
[0041]
(2)直流发生换相失败/闭锁时：
[0042]
1)整流站调相机与svc协调控制，同时整流站发出滤波器快切指令。
[0043]
2)根据750kv关键控制节点svc全程参与并采取附加闭锁控制的改进控制方法，暂态故障下自主响应。
[0044]
附加闭锁控制的svc自身改进控制方法，附加闭锁控制的svc自身改进控制逻辑图如图1所示，该控制逻辑包含在svc控制器内，主要适用于外部故障引起svc接入点出现严重低电压的场景。当检测到svc接入点电压跌落至其限值u
min
以下且电压变化率为[dv/dt
min
,dv/dt
max
]时，电纳参考值b
ref
被钳位置零，闭锁svc，清零电压调节器的积分器；待检测到svc接入点电压恢复至u
max
以上时，重新投入svc电压调节器，即解锁svc；
[0045]
控制流程下对外呈现的外特性即为当svc并网点电压变化率处于[-7p.u./s,-11p.u./s]且电压值低于0.9p.u.时进入闭锁缓冲，低于0.8p.u.时彻底闭锁svc，以防止换相失败后期暂态电压突升时，svc迟滞效应带来更高的暂态压升峰值。待检测到svc接入点电压恢复至1.0p.u.以上时，解除svc闭锁，使svc正常工作以应对接下来的暂态过电压。当发生直流闭锁故障时，由于暂态电压呈直接升高特性，故svc接入点电压不在闭锁区，svc自主响应降低暂态过电压。采取低压闭锁环节的svc控制方案优点在于：舍弃了换相失败期间低电压期间svc受低压影响的小部分无功出力，换取抵消svc迟滞效应带来的换相失败高压期间暂态过电压二次压升。
[0046]
3)风电场根据暂态电压判定，暂态低电压时采取低压穿越控制，svc全程参与并采取附加闭锁控制的改进控制方法，暂态故障下自主响应。dfig协调svc进行无功响应控制如下：
[0047]
a.暂态低电压时，当风电机组电压小于0.9p.u.时，启动风电机组的低压控制策略。依据转子电流大小设置crowbar的投入和切除。当电压低于0.8p.u.且电压变化率处于-11p.u./s～-7p.u./s时，svc闭锁；
[0048]
b.暂态过电压时，当风电机组电压高于1.00p.u.，启动风电机组的高压控制策略，并设置风电机组发出感性无功电流大小。如果是直流闭锁故障，svc维持定电圧控制，如果是换相失败故障，则svc在经历过一次闭锁信号且并网点电压高于1.0p.u.时，重新解锁svc。
[0049]
通过上述各层的详细控制方法形成的祁韶直流送端系统暂态过电压分布式控制
策略，达到各层内动态无功补偿设备协调控制；针对直流换相失败/闭锁故障对设备响应灵敏度和暂态过电压抑制能力的需求，优化各无功补偿设备的控制方法。以此达到抑制祁韶直流送端整体暂态过电压，提升祁韶直流新能源外送能力的目标。
[0050]
以上所述为发明的较佳实施例，并不用以限制发明，凡在发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在发明的保护范围之内。

技术特征：

1.一种新能源直流送端系统暂态过电压分布式控制方法，其特征在于，整体步骤为：直流未发生换相失败/闭锁时：1)整流站通过直流功率检测判定最小滤波器原则确定能与调相机进行无功协调的滤波器，站内无功平衡优化使调相机具备最佳的无功备用容量，svc作为辅助后备不参与稳态电压调节；2)750kv关键控制节点svc采取定电压控制模式，控制目标为维持接入点电压在1.0p.u.，站内电抗、电容器平衡无功；3)风电场风机正常运行，风机自身调节无功，并根据功率判定自身无功输出范围，给svc预留调节裕度；svc采取定电压控制模式，控制目标为维持接入点电压在1.0p.u.；直流发生换相失败/闭锁时：1)整流站调相机与svc协调控制，同时整流站发出滤波器快切指令。2)根据750kv关键控制节点svc全程参与并采取附加闭锁控制的改进控制方法，暂态故障下自主响应；3)风电场根据暂态电压判定，暂态低电压时采取低压穿越控制，svc全程参与并采取附加闭锁控制的改进控制方法，暂态故障下自主响应。2.根据权利要求1所述的一种新能源直流送端系统暂态过电压分布式控制方法，其特征在于，调相机替代的新能源直流送端暂态过电压分布式控制方法中，新能源直流送端暂态压升所需控制设备的分布式控制框架为“整流站-关键控制节点-风电场”三层分布式控制框架；当祁韶直流发生换相失败/闭锁时，建立防止风电场发生暂态过高过低电压的三道防线；暂态过高过低电压的三道防线包括，整流站交流母线暂态电压控制为第一道防线，750kv高电压等级的风电集母线暂态电压控制为第二道防线，风电场svc与dfig自身协调进行无功响应控制为第三道防线。3.根据权利要求1所述的一种新能源直流送端系统暂态过电压分布式控制方法，其特征在于，所述关键控制节点仅有svc投入，无其他设备协调控制，关键节点svc的控制方法：在现有svc控制理论基础上，加强svc的控制响应能力，以优化svc在暂态情况下的无功出力，从而进一步加强第二道防线的电压控制灵敏度。4.根据权利要求2所述的一种新能源直流送端系统暂态过电压分布式控制方法，其特征在于，一种新能源直流送端系统暂态过电压分布式控制方法，其特征在于，所述dfig协调svc进行无功响应控制包括：a.暂态低电压时，当风电机组电压小于0.9p.u.时，启动风电机组的低压控制策略；依据转子电流大小设置crowbar的投入和切除。当电压低于0.8p.u.且电压变化率处于-11p.u./s～-7p.u./s时，svc闭锁；b.暂态过电压时，当风电机组电压高于1.00p.u.，启动风电机组的高压控制策略，并设置风电机组发出感性无功电流大小。如果是直流闭锁故障，svc维持定电圧控制，如果是换相失败故障，则svc在经历过一次闭锁信号且并网点电压高于1.0p.u.时，重新解锁svc。5.根据权利要求1所述的一种新能源直流送端系统暂态过电压分布式控制方法，其特征在于，所述附加闭锁控制的svc自身改进控制方法：当检测到svc接入点电压跌落至其限值u
min
以下且电压变化率为[dv/dt
min
,dv/dt
max
]时，电纳参考值b
ref
被钳位置零，闭锁svc，清零电压调节器的积分器；待检测到svc接入点电压恢复至u
max
以上时，重新投入svc电压调节
器，即解锁svc；附加闭锁控制的svc自身改进控制方法的控制流程下，对外呈现的外特性即为当svc并网点电压变化率处于[-7p.u./s,-11p.u./s]且电压值低于0.9p.u.时进入闭锁缓冲，低于0.8p.u.时彻底闭锁svc，以防止换相失败后期暂态电压突升时，svc迟滞效应带来更高的暂态压升峰值；待检测到svc接入点电压恢复至1.0p.u.以上时，解除svc闭锁，使svc正常工作以应对接下来的暂态过电压。当发生直流闭锁故障时，由于暂态电压呈直接升高特性，故svc接入点电压不在闭锁区，svc自主响应降低暂态过电压。

技术总结

本发明属于新能源并网技术控制领域，涉及一种新能源直流送端系统暂态过电压分布式控制方法。调相机替代的新能源直流送端暂态过电压分布式控制方法中，新能源直流送端暂态压升所需控制设备的分布式控制框架为“整流站-关键控制节点-风电场”三层分布式控制框架；当祁韶直流发生换相失败/闭锁时，建立防止风电场发生暂态过高过低电压的三道防线。本发明中形成的祁韶直流送端系统暂态过电压分布式控制策略，达到各层内动态无功补偿设备协调控制；针对直流换相失败/闭锁故障对设备响应灵敏度和暂态过电压抑制能力的需求，优化了各无功补偿设备的控制方法。偿设备的控制方法。偿设备的控制方法。