本发明属于电力系统及其自动化技术领域，更准确地说，本发明涉及一种直流紧急功率支援过程中的无功补偿协调控制方法。
背景技术：
目前，我国多个地区已经形成了多直流馈入的网架格局，由于超高压、特高压直流输送容量大，若发生直流闭锁故障将会同时导致送受端电网产生很大的不平衡功率，冲击系统的暂态稳定性。
与交流系统的紧急控制措施相比，利用非故障直流系统的紧急功率支援(edcps)来改善大功率冲击扰动下交流系统的暂态稳定性，控制代价更小，控制也更快速、可靠。对于直流输电的过负荷能力，一般长期最大过负荷电流为额定电流的1.1倍；暂态过负荷能力可达1.5倍额定电流，能持续3s。但是，实际上直流紧急功率支援量能否跟随功率指令取决于换流站交流母线的电压，不达标的交流电压可能导致直流系统无法有效提升实际输送功率。而且，直流系统在紧急提升输送有功功率的同时，也增加了系统无功功率的消耗，尤其是多回直流同时提升功率时，位于同一交流电网的多个换流站同时从交流电网吸收大量无功，易导致交流电压的快速跌落，进而导致换流站存在换相失败的风险，将恶化系统的暂态稳定性。受端电网尤其严重，因为高压直流输电系统的逆变侧多位于负荷中心地区，受端交流系统的无功储备能力往往不足。
正常运行状态下，直流换流站消耗的无功是由换流站内滤波器和固定电容器提供的。虽然动态无功补偿设备如静止无功补偿器(svc)和调相机(sc)等在系统遭受大扰动故障下，能够起到一定的支撑系统电压的作用，但是该类补偿设备的无功输出是根据系统电压响应的，一方面响应时间长，另一方面其可靠性取决于系统的电压水平。通常在直流系统紧急功率支援过程中，直流换流站消耗无功的增加导致的系统电压降落可能并未达到无功补偿设备动作的门槛值，却使得换流站的控制方式方式改变，影响直流实际的提升功率。
在直流无功补偿方面已有一定的研究。中国专利申请201510762953.6公开了一种防止直流输电系统解锁过程中换相失败的交流滤波器投切策略，提出了在直流解锁操作前先投滤波器的方法来有效避免该过程中出现换相失败。中国专利申请201410766958.1公开了一种提高直流换相安全水平的动态无功备用优化方法，考虑优化直流受端电网的动态无功设备的备用容量来提高直流受端电网的动态电压支撑能力。中国专利申请201610340966.9公开了一种多回直流逆变站动态无功补偿配置优先次序的确定方法，为提高经济性与减小逆变站的占地面积，通过量化指标分析多馈入直流系统中各逆变站的配置效果，择优选择有限的逆变站配置无功补偿装置。
对于流站内的无功补偿装置交流滤波器和电容器的合理利用也已有一定的研究成果。中国专利申请201310432272.4公开了一种直流输电系统及其无功功率补偿方法，通过控制直流输电系统的交流滤波器和并联电容器设备，实现对交流电网无功功率的补偿。中国专利申请201610458876.x公开了一种用于高压直流输电的交流滤波器切除方法和控制装置，在交流电网出现过电压时有序、快速地切除交流滤波器。中国专利申请201610242497.7公开了一种高压直流输电系统极控低负荷无功优化方法和系统，避免交流滤波器向交流系统输送过剩的无功功率引起交流系统电压的波动。
技术实现要素：
本发明的目的是：针对现有技术在直流紧急功率支援过程中由于换流站交流电压过低，不够维持直流电流跟随直流功率调节装置输出的电流整定值，造成直流的实际提升功率不达标，甚至由于电压的大幅度跌落导致换相失败的问题，提出一种直流紧急功率支援过程中的无功补偿协调控制方法。
本发明的基本原理为：在考虑在直流紧急功率支援过程中，根据当前的运行状态和需要提升的直流功率，估算有功功率提升后直流系统需要多消耗的无功功率。在提升直流之前，紧急投入相应量的滤波器或者并联电容器，确保在直流提升过程中换流电压较高，减小直流换相失败发生的几率，以及尽量避免实际提升功率的不达标。在直流提升后，实时监测换流站的关键信号，根据换流站实际的控制方式，通过加投无功补偿设备来确保换流电压的幅值满足换流站运行在设定的控制方式下的要求，同时确保直流系统与交流系统的无功交换在合理范围内，从而避免无功的远距离传输。同时，监测换流站交流母线电压，避免由于无功补偿设备的投入导致换流站交流电压越限的情况。
具体地说，本发明是采用以下的技术方案来实现的，包括下列步骤：
1)根据直流本身的短时过负荷能力pmax.dc、交直流系统当前运行方式下直流最大可输送功率pmax.ac以及由紧急控制策略表对应的当前系统故障下需要该直流紧急支援的功率δporder，确定实际紧急功率支援量δp：
δp＝min(pmax.dc-p0,pmax.ac-p0,δporder)
其中，p0为当前直流有功功率；
2)监测当前直流运行方式的整流侧换相角μr和触发角α以及当前直流运行方式的逆变侧换相角μi和关断角γ；
3)估算出直流功率紧急提升后直流换流站消耗无功增量：
其中，
其中，
4)在收到功率紧急支援指令后，首先投入相应容量的直流配套无功补偿设备，所述无功补偿设备包括滤波器和并联电容器，根据离线确定的无功补偿设备的投切次序表，依次叠加容量直至无功补偿的总容量大于直流功率紧急提升后换流站消耗无功增量；
无功补偿设备投入后，按δp增大直流输送功率；
5)实时监测换流站控制方式：当整流站由设定的定电流控制转为定触发角控制(此时触发角为αmin)且与交流系统的无功交换未达到最大值时，则继续投入下一组无功补偿设备；当逆变站由设定的定电压控制转为定关断角控制(此时触发角为γmin)且与交流系统的无功交换未达到最大值时，则继续投入下一组无功补偿设备，或者当逆变站设定为定关断角控制方式时，若逆变站交流电压小于标幺值且与交流系统的无功交换未达到最大值时，则继续投入下一组无功补偿设备；
实时监测整流站交流母线电压uacr(t)和逆变站交流母线电压uaci(t)，当uacr(t)＞uacr_max时，切除整流站最新投入的一组无功补偿设备，当uaci(t)＞uaci_max时，切除逆变站最新投入的一组无功补偿设备；其中，uacr_max为整流站交流母线电压允许长期运行的上限值；uaci_max为逆变站交流母线电压允许长期运行的上限值。
上述技术方案的进一步特征在于，所述步骤4)中，按以下步骤确定需要投入的无功补偿设备：
4-1)设整流站内可投入的无功补偿设备为n组，相应序列为c1r，c2r…cnr，相应容量分别为q1r，q2r…qnr；
设逆变站内可投入的无功补偿设备为m组，相应序列为c1i，c2i…cmi，相应容量分别为q1i，q2i…qmi；
设当前待确定的整流站内的无功补偿设备为cpr，其容量为qpr，确定的整流站内的无功补偿设备的总容量为qtotalr；
设当前待确定的逆变站内的无功补偿设备为cqi，其容量为qqi，确定的逆变站内的无功补偿设备的总容量为qtotali；
其中，p和q为当前待确定的整流站内的无功补偿设备和当前待确定的逆变站内的无功补偿设备的组号，初始值均为1；qtotalr和qtotali的初始值为0；
4-2)令qtotalr＝qtotalr+qpr，判断qtotalr是否小于δqr，如qtotalr不小于δqr，则将整流站内可投入的无功补偿设备序列中的前p组无功补偿设备确定为需要投入的无功补偿设备，否则令p增1并按qtotalr＝qtotalr+qpr更新qtotalr，继续判断qtotalr是否小于δqr直至整流站内所有的可投入的无功补偿设备均判断完毕，如整流站内所有的可投入的无功补偿设备的容量之和仍小于δqr，则将整流站内所有的可投入的无功补偿设备均确定为需要投入的无功补偿设备；
令qtotali＝qtotali+qqi，判断qtotali是否小于δqi，如qtotali不小于δqi，则将逆变站内可投入的无功补偿设备序列中的前q组无功补偿设备确定为需要投入的无功补偿设备，否则令q增1并按qtotali＝qtotali+qqi更新qtotali，继续判断qtotali是否小于δqi直至逆变站内所有的可投入的无功补偿设备均判断完毕，如逆变站内所有的可投入的无功补偿设备的容量之和仍小于δqi，则将逆变站内所有的可投入的无功补偿设备均确定为需要投入的无功补偿设备。
上述技术方案的进一步特征在于，所述步骤5)中实时监测换流站控制方式具体为：
设直流整流站无功控制环节设定的无功交换最大值为qmaxr，预设控制带宽为qbandwidth_r，直流逆变站无功控制环节设定的无功交换最大值为qmaxi，预设控制带宽为qbandwidth_i，已投入的整流站内无功补偿设备在整流站内可投入的无功补偿设备序列中的组号为p，已投入的逆变站内无功补偿设备在逆变站内可投入的无功补偿设备序列中的组号为q；
以直流向交流输送容性无功为正，实时监测整流侧换流站与交流系统的无功交换qacr(t)和逆变侧换流站与交流系统的无功交换qaci(t)，若整流站采用定电流控制和逆变站采用定电压控制，监测整流侧触发角α(t)与逆变侧关断角γ(t)，若整流站采用定电流控制和逆变站采用定关断角控制，监测整流侧触发角α(t)与逆变站交流电压uaci(t)；当整流站由设定的定电流控制转为定触发角控制(此时触发角为αmin)时，若α(t)＝αmin且qacr(t)＜qmaxr-qbandwidth_r，则在整流侧投入无功补偿设备序列中c(p+1)r的无功补偿设备；当逆变站由设定的定电压控制转为定关断角控制(此时触发角为γmin)时，若γ(t)＝γmin且qaci(t)＜qmaxi-qbandwidth_i，或者当逆变侧采用的是定关断角控制方式时若uaci(t)＜1.000pu.且qaci(t)＜qmaxi-qbandwidth_i，则在逆变侧投入无功补偿设备序列中c(q+1)i的无功补偿设备；其中，αmin为最小触发角，γmin为最小关断角。
本发明的有益效果如下：本发明在系统大扰动故障下，利用直流的紧急功率支援能力，快速有效调节注入交流系统的直流功率，最大限度弥补送受端电网的暂态不平衡功率，提高系统暂态稳定性。本发明能够通过无功补偿协调控制措施保证交流电压水平，使得直流的实际功率响应能够跟随给定的直流功率指令，确保直流短时过负荷能力的充分发挥，避免紧急控制指令与实际响应情况的失配，有助于保障电网安全稳定运行，降低或消除紧急功率支援过程中由于交流电压支撑不足导致的功率提升不达标甚至发生换相失败的事故风险，提高电网的暂态稳定性。
附图说明
图1是本发明方法的流程图；
具体实施方式
下面参照附图对本发明作进一步详细描述。
实施例1：
本实施例为本发明的一种实施方式，其过程如图1所示。
图1中步骤1描述的是根据直流本身的短时过负荷能力pmax.dc、交直流系统当前运行方式下直流最大可输送功率pmax.ac以及由紧急控制策略表对应的当前系统故障下需要该直流紧急支援的功率δporder，确定实际紧急功率支援量δp：
δp＝min(pmax.dc-p0,pmax.ac-p0,δporder)
其中，p0为当前直流有功功率。
图1中步骤2描述的是监测当前直流运行方式的整流侧换相角μr和触发角α以及当前直流运行方式的逆变侧换相角μi和关断角γ。
图1中步骤3描述的是估算出直流功率紧急提升后直流换流站消耗无功增量，具体计算方法如下。
其中，
其中，
图1中步骤4描述的是在在收到功率紧急支援指令后，首先投入相应容量的直流配套无功补偿设备，所述无功补偿设备包括滤波器和并联电容器，根据离线确定的无功补偿设备的投切次序表，依次叠加容量直至无功补偿的总容量大于直流功率紧急提升后换流站消耗无功增量；无功补偿设备投入后，按δp增大直流输送功率。
其中，需要投入的无功补偿设备组的确定方法，具体如下。
4-1)设整流站内可投入的无功补偿设备为n组，相应序列为c1r，c2r…cnr，相应容量分别为q1r，q2r…qnr；
设逆变站内可投入的无功补偿设备为m组，相应序列为c1i，c2i…cmi，相应容量分别为q1i，q2i…qmi；
设当前待确定的整流站内的无功补偿设备为cpr，其容量为qpr，确定的整流站内的无功补偿设备的总容量为qtotalr；
设当前待确定的逆变站内的无功补偿设备为cqi，其容量为qqi，确定的逆变站内的无功补偿设备的总容量为qtotali；
其中，p和q为当前待确定的整流站内的无功补偿设备和当前待确定的逆变站内的无功补偿设备的组号，初始值均为1；qtotalr和qtotali的初始值为0；
4-2)令qtotalr＝qtotalr+qpr，判断qtotalr是否小于δqr，如qtotalr不小于δqr，则将整流站内可投入的无功补偿设备序列中的前p组无功补偿设备确定为需要投入的无功补偿设备，否则令p增1并按qtotalr＝qtotalr+qpr更新qtotalr，继续判断qtotalr是否小于δqr直至整流站内所有的可投入的无功补偿设备均判断完毕，如整流站内所有的可投入的无功补偿设备的容量之和仍小于δqr，则将整流站内所有的可投入的无功补偿设备均确定为需要投入的无功补偿设备；
令qtotali＝qtotali+qqi，判断qtotali是否小于δqi，如qtotali不小于δqi，则将逆变站内可投入的无功补偿设备序列中的前q组无功补偿设备确定为需要投入的无功补偿设备，否则令q增1并按qtotali＝qtotali+qqi更新qtotali，继续判断qtotali是否小于δqi直至逆变站内所有的可投入的无功补偿设备均判断完毕，如逆变站内所有的可投入的无功补偿设备的容量之和仍小于δqi，则将逆变站内所有的可投入的无功补偿设备均确定为需要投入的无功补偿设备。
图1中步骤5描述的是实时监测换流站控制方式。当整流站由设定的定电流控制转为定触发角控制(此时触发角为αmin)且与交流系统的无功交换未达到最大值时，则继续投入下一组无功补偿设备；当逆变站由设定的定电压控制转为定关断角控制(此时触发角为γmin)且与交流系统的无功交换未达到最大值时，则继续投入下一组无功补偿设备，或者当逆变站设定为定关断角控制方式时，若逆变站交流电压小于标幺值且与交流系统的无功交换未达到最大值时，则继续投入下一组无功补偿设备。
其中，根据换流站控制方式的切换确定后续投入无功补偿设备的方法，具体如下。
5-1)实时监测整流侧换流站与交流系统的无功交换qacr(t)和逆变侧换流站与交流系统的无功交换qaci(t)(直流向交流输送容性无功为正)。若整流站采用定电流控制、逆变站采用定电压控制，则监测整流侧触发角α(t)与逆变侧关断角γ(t)。若整流站采用定电流控制、逆变站采用定关断角控制，则监测整流侧触发角α(t)与逆变站交流电压uaci(t)。已知直流整流站无功控制环节设定的无功交换最大值qmaxr，预设控制带宽qbandwidth_r；直流逆变站无功控制环节设定的无功交换最大值qmaxi，预设控制带宽qbandwidth_i。
5-2)若α(t)＝αmin且qacr(t)＜qmaxr-qbandwidth_r，则在整流侧投入序列为c(p+1)r的无功补偿设备，p＝p+1，返回步骤5-1)。其中，αmin为最小触发角(绝大多数直流输电工程为5°)。其中，p为已投入的整流站内无功补偿设备在整流站内可投入的无功补偿设备序列中的组号。
5-3)当逆变侧采用的是定电压控制方式时，若γ(t)＝γmin且qaci(t)＜qmaxi-qbandwidth_i，则在逆变侧投入序列为c(q+1)i的无功补偿设备，q＝q+1，返回步骤5-1)。其中，γmin为最小关断角(取决于直流控制方式的设置值)。当逆变侧采用的是定关断角控制方式时，若uaci(t)＜1.000pu.且qaci(t)＜qmaxi-qbandwidth_i，则在逆变侧投入序列为c(q+1)i的无功补偿设备，q＝q+1，返回步骤5-1)。否则，转到步骤6)。其中，q为投入的逆变站内无功补偿设备在逆变站内可投入的无功补偿设备序列中的组号。
图1中步骤6描述的是实时监测整流站交流母线电压uacr(t)和逆变站交流母线电压uaci(t)，当uacr(t)＞uacr_max时，切除整流站最新投入的一组无功补偿设备，当uaci(t)＞uaci_max时，切除逆变站最新投入的一组无功补偿设备。结束本方法。其中，uacr_max为整流站交流母线电压允许长期运行的上限值；uaci_max为逆变站交流母线电压允许长期运行的上限值。
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但实施例并不是用来限定本发明的。在不脱离本发明之精神和范围内，所做的任何等效变化或润饰，同样属于本发明之保护范围。因此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求所界定的内容为标准。