一种特高压直流送端换流站调相机控制方法、装置及系统与流程

本发明涉及一种特高压直流送端换流站调相机控制方法、装置及系统，属于电力系统自动化技术领域。

背景技术：

为满足我国“三北”地区风光等新能源电力送出需求，西北华北等地区电网已投运多回特高压直流输电工程。为提升送端换流站母线的短路容量与直流输电能力，部分特高压直流送端换流站已配置同步调相机。

特高压直流(特别是以新能源为配套电源的)大功率扰动后送端换流站的电压稳定问题主要为两类：一是直流换相失败后的暂态过电压，二是直流功率闭锁导致潮流回退后的稳态过电压。在实际运行中，直流控制保护系统根据交直流系统无功交换的大小进行无功补偿电容器投切，保证交直流系统无功交换量在合理范围。相同工况条件下，直流系统运行于欠补偿方式时(交流系统向直流系统提供无功功率)，直流闭锁故障后换流站母线的稳态过电压问题更严重；直流系统运行于过补偿方式时(直流系统向交流系统提供无功功率)，直流换相失败后换流站暂态过电压问题更严重。从上述特性可以看出，在考虑抑制直流换相失败下的暂态过电压问题与直流闭锁故障后的稳态过电压问题方面，对直流系统无功过、欠补偿方式的要求是矛盾的，无法做到同时兼顾两者需求。

同步调相机是旋转设备，定子绕组磁链不可突变，对于直流换相失败过程中的暂态电压波动具有自发响应能力。而调相机励磁控制系统一般采用无功功率、电压双闭环控制结构，根据不同的控制目标可采用不同的控制模式。现有送端电网特高压直流换流站配置的调相机的控制模式通常以电压控制模式为主，为尽可能预留动态无功支撑能力，一般不考虑参与电网稳态无功平衡，导致其运行经济性较差。随着直流配套新能源规模加大，直流故障后的过电压问题愈加严重，充分利用调相机无功调节能力的需求不断提高。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种特高压直流送端换流站调相机控制方法、装置及系统，解决了直流系统补偿方式对抑制直流故障后换流站不同过电压问题的矛盾的问题。

为了实现上述目标，本发明采用如下技术方案：一种特高压直流送端换流站调相机控制方法，包括以下步骤：

响应于接收到直流安控系统发送的直流正常运行信号，向调相机群发送调相机无功功率控制模式指令和无功功率参考值指令，设定调相机群工作于无功功率控制模式，设定各调相机的无功功率为各无功功率参考值；

响应于接收到直流安控系统发送的直流闭锁信号或者直流低功率运行信号，向调相机群发送电压控制模式指令和电压参考值指令，使得调相机群运行于电压控制模式。

进一步的，所述直流安控系统判断直流当前稳态运行功率是否大于直流运行功率最大门槛值，若不大于，直流安控系统发送直流低功率运行信号至调相机控制子站；

若大于，直流安控系统判断直流是否发生闭锁故障，若发生闭锁故障，则直流安控系统发送直流闭锁信号至调相机控制子站，否则，直流安控系统发送直流正常运行信号至调相机控制子站。

进一步的，所述直流运行功率最大门槛值获取方法为：

通过机电暂态仿真分析，获得直流运行功率为pdc时发生预想直流故障后换流站交流母线的最大暂态压升为其中，为发生第i个预想直流故障后换流站交流母线的暂态压升；

若δvhmax为换流站交流母线的暂态压升限值，则以步长δpdc增加直流运行功率pdc＝pdc+δpdc，继续计算直流运行功率为pdc时发生预想直流故障后换流站交流母线的最大暂态压升，否则，确定受预想直流故障后换流站暂态压升约束的直流运行功率最大门槛值为p0＝pdc-δpdc。

一种特高压直流送端换流站调相机控制装置，包括：

无功功率控制模式设置模块，响应于接收到直流安控系统发送的直流正常运行信号，向调相机群发送调相机无功功率控制模式指令和无功功率参考值指令，设定调相机群工作于无功功率控制模式，设定各调相机的无功功率为各无功功率参考值；

电压控制模式设置模块，响应于接收到直流安控系统发送的直流闭锁信号或者直流低功率运行信号，向调相机群发送电压控制模式指令和电压参考值指令，使得调相机群运行于电压控制模式。

进一步的，所述直流安控系统判断直流当前稳态运行功率是否大于直流运行功率最大门槛值，若不大于，直流安控系统发送直流低功率运行信号至调相机控制子站；

若大于，直流安控系统判断直流是否发生闭锁故障，若发生闭锁故障，则直流安控系统发送直流闭锁信号至调相机控制子站，否则，直流安控系统发送直流正常运行信号至调相机控制子站。

一种特高压直流送端换流站调相机控制系统，包括：调相机控制子站与直流安控系统；

所述调相机控制子站，用于接收各调相机的运行信息，和接收直流安控系统的直流运行状态信号；以及用于发送调相机的运行信息至直流安控系统，和用于发送调相机命令信息至各调相机；

所述直流安控系统，用于直流故障后的紧急控制，用于接收调相机子站的信息，包括调相机群的无功功率值；用于发送直流运行状态信号至调相机控制子站，包括功率指令与运行模式指令。

直流安控系统，用于接收调相机控制子站发送的调相机的运行信息，和用于发送直流运行状态信号至调相机控制子站。

进一步的，调相机的运行信息包括：调相机的投运、停运信息，调相机是否处于强制励磁后的退热期，调相机励磁控制系统的工作模式，以及调相机的实时运行电压、无功功率。

进一步的，调相机命令信息包括：调相机工作模式切换指令、工作模式指令、无功功率参考指令和电压参考指令。

进一步的，直流运行状态信号包括直流正常运行信号与直流闭锁信号。

进一步的，调相机控制子站的运行信息包括：调相机群的投运、停运信息，各调相机是否处于强励后的退热期，调相机励磁控制系统的工作模式，调相机的实时运行电压和无功功率。

本发明的有益效果为：本发明直流稳态运行时，设定调相机运行于无功功率控制模式，利用调相机的稳态无功支撑能力，代替直流系统的部分无功补偿电容器，保障直流系统处于欠补偿状态，有利于抑制直流换相失败后换流站母线的暂态过电压；直流闭锁故障后，基于故障事件触发调相机转换为电压控制模式，由迟相运行状态切换为进相运行状态，可有效抑制换流站母线稳态过电压。在提升直流送端换流站母线电压稳定性的同时，也提高了调相机运行的经济性。

附图说明

图1为本发明具体实施方式中一种控制系统的架构图；

图2为本发明具体实施方式中一种控制方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

实施例1：

如图1所示，一种抑制特高压直流送端换流母线过电压的调相机控制系统，包括调相机控制子站与直流安控系统；

调相机控制子站用于接收各调相机的运行信息，和接收直流安控系统的直流运行状态信号；以及用于发送调相机的运行信息至直流安控系统，和用于发送调相机命令信息至各调相机。

直流安控系统，用于直流故障后的紧急控制，用于接收调相机控制子站发送的调相机的运行信息，和用于发送直流运行状态信号至调相机控制子站。调相机的运行信息包括：调相机的投运、停运信息，调相机是否处于强制励磁后的退热期，调相机励磁控制系统的工作模式，以及调相机的实时运行电压、无功功率；

调相机命令信息包括，调相机工作模式切换指令、工作模式指令、无功功率参考指令、电压参考指令。

直流运行状态信号包括直流正常运行信号与直流闭锁信号。

调相机控制子站的运行信息，包括调相机群的投运、停运信息，调相机是否处于强励后的退热期，励磁控制系统的工作模式，调相机的实时运行电压、无功功率；

实施例2：

一种特高压直流送端换流站调相机控制装置，包括：

无功功率控制模式设置模块，响应于接收到直流安控系统发送的直流正常运行信号，向调相机群发送调相机无功功率控制模式指令和无功功率参考值指令，设定调相机群工作于无功功率控制模式，设定各调相机的无功功率为各无功功率参考值；

电压控制模式设置模块，响应于接收到直流安控系统发送的直流闭锁信号或者直流低功率运行信号，向调相机群发送电压控制模式指令和电压参考值指令，使得调相机群运行于电压控制模式。

进一步的，所述直流安控系统判断直流当前稳态运行功率是否大于直流运行功率最大门槛值，若不大于，直流安控系统发送直流低功率运行信号至调相机控制子站；

若大于，直流安控系统判断直流是否发生闭锁故障，若发生闭锁故障，则直流安控系统发送直流闭锁信号至调相机控制子站，否则，直流安控系统发送直流正常运行信号至调相机控制子站。

实施例3：

如图2所示，一种抑制特高压直流送端换流母线过电压的调相机控制方法，包括以下步骤：

步骤1：基于实际电网机电暂态仿真数据、模型及参数，调整运行方式保证直流运行于最大过补偿方式(直流系统向交流系统提供无功功率)，设置预想直流故障集合其中m为预想故障总数量，为第i个预想故障，i＝1,2,...,m，根据运行规定确定换流站交流母线的暂态压升限值δvhmax。通过机电暂态仿真分析，获得直流运行功率为pdc时发生预想直流故障后换流站交流母线的最大暂态压升为其中，为发生第i个预想直流故障后换流站交流母线的暂态压升。

所述步骤1中模型包括：发电机、线路、变压器、负荷模型。

参数包括：发电机、线路、变压器、负荷仿真参数。

步骤2：若则以步长δpdc增加直流运行功率pdc＝pdc+δpdc，进入步骤1；否则确定受预想直流故障后换流站暂态压升约束的直流运行功率最大门槛值为p0＝pdc-δpdc。

所述步骤2中步长δpdc根据实际分析经验决定。

步骤3：直流安控系统判断直流当前稳态运行功率pdc是否大于所述门槛值p0，若是则进入步骤4，否则直流安控系统发送直流低功率运行信号至调相机控制子站，进入步骤6。

步骤4：直流安控系统判断直流是否发生闭锁故障，若是则发送直流闭锁信号至调相机控制子站，进入步骤6，否则进入步骤5。

步骤5：直流安控系统发送直流正常运行信号至调相机控制子站，调相机控制子站收到直流正常运行信号后发送调相机工作模式指令cq(无功功率控制模式)和无功功率参考值至调相机群，设定调相机群工作于无功功率控制模式，设定调相机的无功功率为无功功率参考值其中，为第j个调相机的无功功率参考值变量，为第j个调相机的无功功率参考值，n为接入调相机控制子站的调相机总数量，利用调相机的稳态无功支撑能力，代替直流系统的部分无功补偿电容器，保障直流系统处于欠补偿状态，有利于抑制直流换相失败后换流站母线的暂态过电压。

所述无功功率参考值大小由调相机的本体性能参数决定，为其可长期运行的最大迟相能力，也可由实际运行经验值决定。

步骤6：调相机控制子站收到直流安控系统发送闭锁信号或者直流低功率运行信号后，发送工作模式指令cv(电压控制模式)与电压参考值命令vref_t至调相机群，闭锁调相机群的无功功率控制模式，切换调相机群运行于电压控制模式。

本发明在直流系统稳态运行期间，调相机以定无功控制模式运行，替代直流系统部分无功电容器，使直流系统运行于欠补偿方式，更有利于抑制直流换相失败后换流站母线暂态过电压问题；同时，针对直流闭锁故障，在有效识别直流闭锁故障情况下，改变调相机为定电压控制模式，借助于调相机快速强劲的励磁能力，抑制直流闭锁故障后的稳态过电压。通过上述方法缓解了直流系统补偿方式对抑制直流故障后换流站不同过电压问题的矛盾，提高了调相机运行的经济性。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、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。

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。

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。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。