一种柔性直流电网系统受端故障时的功率控制方法与流程

本发明涉及柔性直流输电领域，具体涉及一种柔性直流电网系统受端故障时的功率控制方法。

背景技术：

柔性直流输电采用的是电压源换流器(vsc，voltagesourceconverter)，一般使用全控型电力电子器件(绝缘栅双极晶体管igbt)，可对有功功率和无功功率进行独立快速控制。柔性直流输电具有可以实现非同步系统互联、不存在交流输电的稳定性问题、有功无功可由控制系统进行控制等优点。此外，基于其采用全控型器件(igbt)和高频调制技术的两大基本特征，不同于常规直流采用半控型器件(晶闸管)和低频调制技术，柔性直流输电又具有不可比拟的技术优势。

基于柔性直流输电技术的优点，多端柔性直流系统发展迅速，然而多端直流系统只是直流电网的雏形，多端直流没有网格，没有冗余，可靠性低，而直流电网是一个具有“网孔”的输电系统，换流站之间有多条直流线路通过直流断路器连接，整个系统拥有冗余。该技术是构建智能电网和全球能源互联网最具特色的技术之一，将给输电方式和电网架构带来重要的变革。

由于直流电网系统的稳定取决于系统输入和输出功率的变化：有功不足时，系统直流电压下降；反之，系统直流电压上升。因此，在受端换流器故障时需采取控制策略保证系统的稳定运行。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种柔性直流电网系统受端故障时的功率控制方法，用以解决现有技术在受端故障时出现输入输出功率不平衡导致系统不稳定的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种柔性直流电网系统受端故障时的功率控制方法，包括以下步骤：

如果检测到受端换流器故障，则计算所有受端换流器的总冗余容量以及故障换流器的容量；如果所述受端换流器的总冗余容量小于所述故障换流器的容量，则降低故障极层的发送功率，使故障极层的送端换流器的发送总功率等于故障极层的受端换流器的最大可输送容量。

本发明的有益效果是：通过采集所有换流站各极的有功功率参考值、实测值及各个换流器的运行模式，计算得到受端换流器总的冗余容量，若此时出现受端换流器故障，则判断受端换流器总的冗余容量与故障换流器容量的差值，若差值为负，则将故障极层的送端换流站总功率降到故障极层其余受端换流器的最大可输送容量即可。

进一步的，所述受端换流器的总冗余容量等于每个受端换流器的冗余容量之和。

进一步的，所述故障换流器的容量等于：所述故障换流器的冗余容量与实际功率之差。

进一步的，所述最大可输送容量等于：所述故障极层中，所有非故障受端换流器的冗余容量与实际功率差值的和。

进一步的，如果所述受端换流器的总冗余容量不小于所述故障换流器的容量，则切换对应换流器的控制模式，所述控制模式包括直流电压、有功功率、无功功率和交流电压四种控制模式。

本发明实现了故障极全部或部分功率转带，减少了有功功率损失，同时主动分配各个健全极的功率，保证了直流系统的功率平衡，进而实现系统稳定运行，能够通过主动调节功率的手段，满足柔性直流电网系统稳定运行的要求。

附图说明

图1是本发明中柔性直流电网系统示意图；

图2是本发明实施例中四个换流站时的系统示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

柔性直流电网系统受端故障时需要对功率进行协调控制，柔性直流电网系统指至少包含有三端柔性直流换流站，每端换流站采用双极结构，每极设置有换流器(例如设置一个换流器)，每极均有直流电压、有功功率、无功功率、交流电压等控制模式，每个换流站均通过网孔状的直流线路与其他换流站连接，如图1所示，包括n个送端站和n个受端站，图中pi_rc11为送端站1极1的冗余容量，pi_re11为送端站1极1的实际功率；pi_rcn1为送端站n极1的冗余容量，pi_ren1为送端站n极1的实际功率；pr_rc11为受端站1极1的冗余容量，pr_re11为受端站1极1的实际功率；pr_rcn1为受端站n极1的冗余容量，pr_ren1为受端站n极1的实际功率。本发明的方法包括：

1)实时监测各个换流器的运行状态，若出现受端换流器故障，则执行步骤2)；

2)判断受端换流站总的冗余容量与故障换流器容量的差值，若差值为正，且故障换流器为功率站，则由双极运行模式，切换为单极运行模式，若差值为正且故障换流器为电压站，则对应极层的一个功率站转换为电压站；若差值为负，则将故障极层送端换流器总功率降到故障极层未故障的受端换流器最大可输送容量即可；以受端换流站1极1故障为例：

受端换流器总的冗余容量＝pr_rc11+pr_rc12+……+pr_rcn1+pr_rcn2；

故障换流器容量＝pr_rc11-pr_re11；

故障极层未故障的受端换流器最大可输送容量＝pr_rc21-pr_re21+pr_rc31-pr_re31+……+pr_rcn1-pr_ren1；

3)执行完步骤2)后返回步骤1)。

下面给出一个具体实施例，本实施例所涉及的柔性直流电网系统基本结构如图1所示，以两个送端站两个受端站为例，如图2所示，本实施例中a站和d站为受端换流站，b站和c站为送端换流站，系统稳态运行工况如下：d站定直流电压，每极实际功率为-500mw，a站定有功功率每极各为-1200mw，b站定有功功率每极各为1200mw，c站定有功功率每极各为500mw，其中a站每极冗余容量为300mw，d站每极冗余容量为250mw。

本实施例中a站极1故障时，受端换流器总的冗余容量＝1100mw，故障换流器容量＝1500mw，故障极层受端换流器最大可输送功率＝750mw，受端换流站总的冗余容量与故障换流器容量的差值＝-400mw；由于受端换流站总的冗余容量与故障换流器容量的差值小于0，因此将功率送端站b和站c的极1发送的总功率降到750mw，即可保持系统稳定。

以上给出了本发明涉及的具体实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式，例如比较容量时的不同计算方式，或者计算容量或功率时对计算方式的等效变换，这样形成的技术方案是对上述实施例进行微调形成的，这种技术方案仍落入本发明的保护范围内。

技术特征：

技术总结
本发明涉及柔性直流输电领域，具体涉及一种柔性直流电网系统受端故障时的功率控制方法。本发明通过采集换流站各极的有功功率参考值、实测值及各个换流器的运行模式，计算得到受端换流器总的冗余容量，当出现受端换流器故障时，判断受端换流器总的冗余容量与故障换流器容量的差值，若差值为正，则只进行控制模式切换，若差值为负，则将故障极层的送端换流站总功率降到故障极层其余受端换流器的最大可输送容量。本发明实现了故障极全部或部分功率转带，减少了有功功率损失，同时主动分配各个健全极的功率，保证了直流系统的功率平衡，进而实现系统稳定运行，能够通过主动调节功率的手段，满足柔性直流电网系统稳定运行的要求。

技术研发人员：张群;郝俊芳;赵倩;严兵;靳巩磊;于海;刘威鹏;王瑶;艾红杰;王秋开
受保护的技术使用者：许继电气股份有限公司;国家电网有限公司;许继集团有限公司
技术研发日：2018.08.29
技术公布日：2019.01.11