适用特高压直流工程减少分接开关频繁动作的方法及系统与流程

1.本发明涉及一种输电系统技术领域，特别是关于一种适用特高压直流工程减少分接开关频繁动作的方法及系统。


背景技术：

2.在特高压直流工程中，换流变分接开关是保障设备安全、维持经济运行的重要设备，其主要通过调节换流变压器输出电压，在交流系统电压和直流功率变化时配合触发角度及直流电压的调节，实现稳定的功率传输，保证无功消耗和换流阀运行角度不至于过大。在整流侧，通过分接开关的抽头调节，维持触发角运行于设定区间。逆变侧主要有预测型定关断角控制和定直流电压两种控制策略。在预测型定关断角控制中，分接开关直接控制直流电压。在定直流电压控制中，分接开关与整流侧分接开关的作用类似，即通过分接开关调节维持关断角运行于设定区间。
3.分接开关是直流输电系统换流变设备的固有组件，为国内外直流输电工程标准配置。与大部分常规变压器不同，换流变分接开关为有载调压类型，为满足特高压直流系统运行要求，特高压换流变分接开关设计调压范围大，一般为
‑
5％～+30％，并且档距较小，通常为1％～2％。根据公司特高压直流输电工程分接开关动作次数的统计结果，单台换流变分接开关每年的平均动作次数约在4000次/年，一个特高压直流输电工程每年的分接开关累积动作约20万次。
4.直流系统在实际运行中，直流功率和交流系统变化导致的分接开关调节不可避免，高频率动作对分接开关可靠性要求极高，也不利于分接开关的安全稳定运行。因此开展取消分接开关的控制策略研究十分必要。


技术实现要素：

5.针对上述问题，本发明的目的是提供一种适用特高压直流工程减少分接开关频繁动作的方法及系统，其能大幅度降低受端分接开关动作频次，实现简单不需要改变换流站配置，能够大大提升分接开关运行可靠性。
6.为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种适用于特高压直流工程减少分接开关频繁动作的方法，其包括：选取直流电压上限和下限可能运行范围；根据交流系统电压的波动范围，设定直流电压分接开关死区下限，并将可能运行范围的下限设定为该直流电压分接开关死区下限；根据确定的直流电压上限和下限，设定改进分接开关控制模式的投切时间，减少分接开关频繁动作。
7.进一步，所述选取直流电压上限和下限可能运行范围，包括：该下限介于传统分接开关控制中的控制死区下限至动态电压控制模式的直流电压下限范围内。
8.进一步，所述设定直流电压分接开关死区下限，包括：将该下限带宽设定为3％额定直流电压，最大分接开关档位动作不超过3档。
9.进一步，所述设定改进分接开关控制模式的投入时间，包括：直流电流低于退出时
的额定电流，且差值需大于预先设定的直流电压分接开关死区下限百分比。
10.进一步，所述预先设定的直流电压分接开关死区下限百分比为：直流电流低于额定电流5％。
11.进一步，所述设定改进分接开关控制模式的切除时间，包括：直流电流达到额定值或无功设备无可用时退出改进分接开关控制模式。
12.进一步，所述改进分接开关控制模式，包括：
13.在高功率时退出直流电压动态调控模式；
14.在所述直流电压动态调控模式的基础上，提高受端直流电压下限；
15.充电前或失电后，分接开关自动调整至最低档位；充电后解锁前或闭锁后失电前，整流侧分接开关的初始档位调整为当前交流电压下0.1pu直流功率对应的档位。
16.一种适用于特高压直流工程减少分接开关频繁动作的系统，其包括：选取模块、下限设定模块和投切模块；所述选取模块，用于选取直流电压上限和下限可能运行范围；所述下限设定模块，根据交流系统电压的波动范围，设定直流电压分接开关死区下限，并将可能运行范围的下限设定为该直流电压分接开关死区下限；所述投切模块，根据确定的直流电压上限和下限，设定改进分接开关控制模式的投切时间，减少分接开关频繁动作。
17.一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行上述方法中的任一方法。
18.一种计算设备，其包括：一个或多个处理器、存储器及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在所述存储器中并被配置为所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行上述方法中的任一方法的指令。
19.本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
20.1、本发明能够有效降低分接开关动作次数，大大降低分接开关故障风险，提升换流站运行可靠性。
21.2、本发明的改进分接开关控制模式调整了受端的分接开关死区下限，使该值介于传统分接开关控制模式控制死区下限及动态电压控制模式死区下限之间，有效降低控制模式切换时送受端的分接开关集中动作。
22.3、本发明的改进分接开关控制模式在动态直流电压模式退出和投入时为避免扰动导致的来回退出和投入的问题，投入时的电流指令需略低于退出时的电流指令。
23.4、本发明仅需对软压板进行修改，不对硬件进行修改，不对换流站的其他运行性能造成影响，能够灵活应用在运及新建工程。
附图说明
24.图1是本发明一实施例中减少分接开关频繁动作的方法流程图；
25.图2a是本发明一实施例中的传统分接开关控制模式示意图；
26.图2b是本发明一实施例中的改进分接开关控制模式示意图；
27.图3是本发明一实施例中的直流电压动态调控投入退出示意图；
28.图4是本发明一实施例中的逆变侧交流电压调至上限时电气参数波形图；
29.图5是本发明一实施例中的计算设备结构示意图。
具体实施方式
30.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
31.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
32.本发明公开一种适用特高压直流工程减少分接开关频繁动作的方法及系统，其包括根据交流系统电压运行范围，确定直流电压分接开关下限值；选择改进分接开关控制模式的投退时刻；本发明能够大大减少分接开关动作次数，满足全功率范围内的功率输送，并能够减少分接开关的集中动作，该方法能够降低换流变故障风险的概率，提升换流站换流变的运行可靠性。
33.在本发明的一个实施例中，如图1所示，提供一种适用特高压直流工程减少分接开关频繁动作的方法，本实施例以该方法应用于终端进行举例说明，可以理解的是，该方法也可以应用于服务器，还可以应用于包括终端和服务器的系统，并通过终端和服务器的交互实现。本实施例中，该方法包括以下步骤：
34.步骤1、针对特高压直流输电工程，选取直流电压上下限可能运行范围；
35.步骤2、根据交流系统电压的波动范围，设定直流电压分接开关死区下限，并将可能运行范围的下限设定为该直流电压分接开关死区下限；
36.步骤3、根据确定的直流电压上限和下限，设定改进分接开关控制模式的投切时间，减少分接开关频繁动作。
37.上述步骤1中，可能运行范围下限介于传统分接开关控制中的控制死区下限至动态电压控制模式的直流电压下限范围内。
38.在本实施例中，优选的，该下限在
‑
1％至动态电压控制模式的直流电压下限范围内。
39.具体为，如图2a所示，传统分接开关控制是指特高压直流输电工程中受端定直流电压控制中，死区上下限大约为直流电压的
±
1％，即直流电压达到死区上下限即调节一档。
40.动态电压控制模式是在传统分接开关控制的基础上，将直流电压的死区下限下调，由于直流电压死区下限较大，能保证分接开关在大范围的交流系统电压和功率变化的过程中分接开关不进行调节，工程应用效果良好。但是这种动态电压控制模式存在两个问题：1)输送直流功率受限；2)受端交流系统电压大范围波动时，送端分接开关会动作。故，对于在运和在建特高压直流，为了解决功率受限等问题，本实施例中采用改进分接开关控制模式。
41.上述步骤2中，将该下限带宽设定为3％额定直流电压，最大分接开关档位动作不超过3档。
42.在本实施例中，充分考虑实际工程中交流系统电压的波动范围，设定合理的直流
电压分接开关死区下限。
43.与原直流电压动态调控不同，受端分接开关控制的直流电压死区下限取值不再追求在功率升降和交流电压变化时分接开关不动作，而是考虑退出直流电压动态调控时不致引起分接开关较多的动作次数，因为退出直流电压动态调控时直流电流较大，连续动作多档属于对分接开关比较不利的运行工况。
44.优选的，直流电压分接开关死区下限带宽采用3％额定直流电压(即776kv的指令值)，这样当退出直流电压动态调控时分接开关大约动作2～3档。
45.采用3％的死区下限带宽、1％的死区上限带宽后，对于受端交流系统电压在4％以内的交流电压波动受端分接开关都将不动作，而4％可以覆盖绝大多数受端交流系统的电压波动。
46.上述步骤3中，为保证直流功率不降低，设定改进分接开关控制模式的投入时间：直流电流低于退出时的额定电流，且差值需大于预先设定的直流电压分接开关死区下限百分比。
47.在本实施例中，预先设定的直流电压分接开关死区下限百分比为：直流电流低于额定电流5％。
48.设定改进分接开关控制模式的切除时间：直流电流达到额定值或无功设备无可用时退出改进分接开关控制模式。
49.具体为：在动态直流电压控制模式退出和投入时为避免扰动导致的来回退出和投入的问题，投入时的电流指令需略低于退出时的电流指令(如图3所示)，且差值需大于设置的直流电压死区下限百分比。
50.上述步骤3中，改进分接开关控制模式，包括：
51.(1)为解决输送功率能力受限问题，在高功率时退出直流电压动态调控模式；
52.(2)为解决退出直流电压动态调控模式时分接开关短时内动作次数较多的问题，在直流电压动态调控模式的基础上，提高受端直流电压下限；
53.(3)充电前或失电后，分接开关自动调整至最低档位；充电后解锁前或闭锁后失电前，整流侧分接开关的初始档位调整为当前交流电压下0.1pu直流功率对应的档位。
54.改进的分接开关控制模式的本质是在原来直流电压动态调控的基础上提高了直流电压下限指令值(如图2b中
①
所示)。为避免当直流电流指令值超出长期运行允许电流值时功率受限，直流电流指令值达到额定值时退出受端直流电压动态调控(如图2b中
②
所示)。
55.例如，以宾金直流工程为例，宾金直流工程直流电压死区下限值为3％udn，同时宾金直流的长期允许电流值即额定电流，因此退出、投入直流电压动态调控的电流指令值分别选为1.0idn、0.95idn。
56.对该工程的设计结果进行说明。
57.1.设计结果
58.(1)与原控制模式的效果对比
59.对于送端，采用改进的分接开关控制模式能够大大减少分接开关动作次数。对于受端，功率从0.1pu到高功率变化时分接开关总动作次数与原控制模式(直流电压控制死区为
±
1％)基本相同。对比情况如表1所示。
60.表1改进的分接开关控制模式与原控制模式分接开关动作次数对比
[0061][0062]
(2)运行特性
[0063]
采用改进分接开关控制模式受端在全功率范围内的动作次数基本不会减少，但是在交流系统电压波动不大的情况下，分接开关在大范围功率下仍然能够保持不动。
[0064]
以下运行特性分析中取直流线路阻抗rmin＝8ω，交流系统电压为额定值，即宜宾站530kv、金华站510kv。整流侧触发角死区为[10
°
，25
°
]，直流电压死区下限值3％(776kv)。
[0065]
1)双极大地运行方式
[0066]
直流功率在0.8pu以内受端分接开关均未动作，功率超出0.8pu才动作，如表2所示。
[0067]
表2改进的分接开关控制模式双极大地运行方式主回路运行特性
[0068][0069]
2)单极金属回线运行方式
[0070]
直流功率在1.0pu以内，受端分接开关均未动作，如表3所示。
[0071]
表3改进的分接开关控制模式单极金属回线主回路运行特性
[0072][0073]
3)单极大地回线运行方式
[0074]
直流功率在0.9pu以内分接开关均未动作，功率超出0.9pu受端分接开关才开始动作，如表4所示。
[0075]
表4改进的分接开关控制模式单极大地回线主回路运行特性
[0076][0077]
(3)在最严苛的交流系统电压及直流阻抗变化的条件下，采用原直流电压动态调控模式退出时最多可能造成连续7档的分接开关动作次数，采用改进的分接开关控制模式后，能控制分接开关连续调节的动作次数最多不超过3档。如表5至表7所示。
[0078]
表5双极大地运行方式
[0079]
[0080][0081]
表6单极金属回线运行方式
[0082][0083]
表7单极大地回线运行方式
[0084][0085]
2.rtds仿真结果
[0086]
同样以宾金直流工程为例，利用特高压工程rtds仿真试验平台开展了直流控制保护设备的闭环仿真联调试验，使用与宾金直流现场设备型号一致、程序核心功能完全相同、冗余配置及接口进行简化的直流控制保护系统进行rtds仿真验证，验证工程的试验效果。
[0087]
(1)控制特性验证
[0088]
1)双极大地全压运行，直流功率由800mw升至7600mw。如表8、表9所示。
[0089]
表8双极大地回线改进分接开关模式分接开关动作次数
[0090][0091]
[0092]
表9双极大地回线传统分接开关模式分接开关动作次数
[0093][0094]
2)双极大地全压运行，直流功率由800mw升至8400mw。如表10、表11所示。
[0095]
表10双极大地回线改进分接开关模式分接开关动作次数
[0096][0097]
表11双极大地回线传统分接开关模式分接开关动作次数
[0098][0099]
采用改进分接开关控制模式受端在全功率范围内的动作次数基本不会减少，但是在直流功率未至满功率或交流系统电压波动不大的情况下，分接开关在大范围功率下仍然能够保持不动。
[0100]
(2)控制特性验证
[0101]
双极大地运行，受端交流系统电压在最低500kv稳态电压和最高稳态电压550kv之间变化，如图4所示。
[0102]
整流侧交流电压从最高稳态电压变至最低稳态电压，整流站分接开关最高动作3档，逆变侧不动作。
[0103]
综上，rtds仿真表明改进分接开关模式能够减少分接开关动作次数，虽然单次直流功率变化影响并不大，但功率往复变化及交流系统电压变化时，带来的分接开关动作频次的减少是非常大的。同时受端交流系统电压大幅度变化时，也不会造成送受端分接开关的集中动作。
[0104]
在本发明的一个实施例中，提供一种适用于特高压直流工程减少分接开关频繁动作的系统，其包括：选取模块、下限设定模块和投切模块；
[0105]
选取模块，用于选取直流电压上限和下限可能运行范围；
[0106]
下限设定模块，根据交流系统电压的波动范围，设定直流电压分接开关死区下限，并将可能运行范围的下限设定为该直流电压分接开关死区下限；
[0107]
投切模块，根据确定的直流电压上限和下限，设定改进分接开关控制模式的投切时间，减少分接开关频繁动作。
[0108]
本实施例提供的系统是用于执行上述各方法实施例的，具体流程和详细内容请参
照上述实施例，此处不再赘述。
[0109]
如图5所示，为本发明一实施例中提供的计算设备结构示意图，该计算设备可以是终端，其可以包括：处理器(processor)、通信接口(communications interface)、存储器(memory)、显示屏和输入装置。其中，处理器、通信接口、存储器通过通信总线完成相互间的通信。该处理器用于提供计算和控制能力。该存储器包括非易失性存储介质、内存储器，该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序，该计算机程序被处理器执行时以实现一种方法；该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该通信接口用于与外部的终端进行有线或无线方式的通信，无线方式可通过wifi、管理商网络、nfc(近场通信)或其他技术实现。该显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏，该输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层，也可以是计算设备外壳上设置的按键、轨迹球或触控板，还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。处理器可以调用存储器中的逻辑指令，以执行如下方法：
[0110]
选取直流电压上限和下限可能运行范围；根据交流系统电压的波动范围，设定直流电压分接开关死区下限，并将可能运行范围的下限设定为该直流电压分接开关死区下限；根据确定的直流电压上限和下限，设定改进分接开关控制模式的投切时间，减少分接开关频繁动作。
[0111]
此外，上述的存储器中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read
‑
only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0112]
本领域技术人员可以理解，图5中示出的结构，仅仅是与本技术方案相关的部分结构的框图，并不构成对本技术方案所应用于其上的计算设备的限定，具体的计算设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
[0113]
在本发明的一个实施例中，提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，计算机能够执行上述各方法实施例所提供的方法，例如包括：选取直流电压上限和下限可能运行范围；根据交流系统电压的波动范围，设定直流电压分接开关死区下限，并将可能运行范围的下限设定为该直流电压分接开关死区下限；根据确定的直流电压上限和下限，设定改进分接开关控制模式的投切时间，减少分接开关频繁动作。
[0114]
在本发明的一个实施例中，提供一种非暂态计算机可读存储介质，该非暂态计算机可读存储介质存储服务器指令，该计算机指令使计算机执行上述各实施例提供的方法，例如包括：选取直流电压上限和下限可能运行范围；根据交流系统电压的波动范围，设定直流电压分接开关死区下限，并将可能运行范围的下限设定为该直流电压分接开关死区下限；根据确定的直流电压上限和下限，设定改进分接开关控制模式的投切时间，减少分接开
关频繁动作。
[0115]
上述实施例提供的一种计算机可读存储介质，其实现原理和技术效果与上述方法实施例类似，在此不再赘述。
[0116]
本技术是参照根据本技术实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0117]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0118]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0119]
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。