一种以直流逆变站为动态无功源的电压稳定控制方法
【专利摘要】本发明提供一种以直流逆变站为动态无功源的电压稳定控制方法，该方法包括以下步骤：建立直流受端交直流混联电网仿真模型；评估受端电网暂态稳定性并设置控制参数；循环测量逆变站高压母线电压并判断是否满足控制启动判据和持续时间的要求；计算直流电流回降指令并执行控制；循环测量逆变站高压母线电压并判断是否满足恢复控制判据；计算直流电流恢复提升指令并执行控制。通过本发明提供的直流指令电流调控方法，利用直流功率快速调控功能，改善直流逆变站动态无功特性，使其作为动态无功源向交流电网输出容性无功，发挥电压支撑作用，从而在不额外追加一次设备投资的前提下，实现提升直流受端电网大扰动冲击下电压稳定水平的目的。
【专利说明】一种以直流逆变站为动态无功源的电压稳定控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种电压稳定控制方法，具体讲涉及一种以直流逆变站为动态无功源 的电压稳定控制方法。
【背景技术】
[0002] 我国煤炭资源主要分布在山西、陕西、新疆等西北地区，水能主要分布在四川、云 南、西藏等西南地区，风能和太阳能主要分布在甘肃、青海、新疆等西部和北部地区，负荷中 心则位于华中东四省、珠三角和长三角等地区。一次能源与负荷中心呈逆向分布的特征，决 定了为满足经济社会发展的用能需求，需发展具备大容量、远距离输电优势的高压直流输 电技术。
[0003] 大容量高压直流输电接入受端负荷中心电网后，电压稳定问题将日益突出，并成 为威胁电网安全稳定运行和负荷连续可靠供电的重要威胁因素。为提高直流馈入受端电网 的电压稳定性，通常采用加强电网结构，或安装SVC、STATC0M等动态无功补装置的措施。两 种措施均需要追加大量的电网投资，同时还可能导致电网短路电流增大，产生不利影响。
[0004] 高压直流输电逆变站由直流逆变器和滤波器两个主要部件构成。正常运行时，逆 变器消耗无功功率，滤波器输出无功功率，两者基本平衡，与交流电网无功交换较小。当电 网遭受扰动电压跌落时，逆变器无功消耗有所减小，但由于滤波器无功输出随电压跌落成 平方倍降低，无功供给减小量多于无功消耗的减小量，因此直流逆变站净无功需求增加，呈 现出动态无功负荷特性，将威胁受端电网电压稳定性。
[0005] -方面，直流具有快速有功功率调控能力，其传输的有功可快速响应和跟踪指令 值变化；另一方面，逆变器无功消耗与其传输有功强关联，因此，通过调控直流电流改变直 流传输有功功率，即可改变逆变器的无功功率消耗，减少逆变站无功需求，甚至呈现出向交 流电网注入无功功率的动态无功电源特性，支撑交流电网电压恢复，降低电压失稳威胁。由 于仅通过二次控制系统实现电压控制，无需追加一次设备投资，因此该方法的经济性较高， 可增强直流馈入受端电网电压稳定水平，且能实现对电压稳定的紧急控制。
【发明内容】
[0006] 为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种以直流逆变站为动态无功源的电 压稳定控制方法，可改善直流逆变站暂态无功功率特性，提升直流馈入受端电网大扰动冲 击下的电压稳定能力。
[0007] 为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：
[0008] -种以直流逆变站为动态无功源的电压稳定控制方法，其特征在于，所述方法包 括以下步骤：
[0009] A.建立直流受端交直流混联电网仿真模型；
[0010] B.评估受端电网暂态稳定性并设置控制参数；
[0011] C.循环测量逆变站高压母线电压并判断是否满足控制启动判据和持续时间的要 求；
[0012] D.计算直流电流回降指令并执行控制；
[0013] E.循环测量逆变站高压母线电压并判断是否满足恢复控制判据；
[0014] F.计算直流电流恢复提升指令并执行控制。
[0015] 优选地，步骤A包括：收集交流电网数据和直流输电系统数据，建立所述仿真模 型；所述交流电网数据包括：交流输电线路参数和变压器参数；所述直流输电系统数据包 括直流输电系统控制器参数；所述仿真模型包括：稳态潮流计算模型和机电暂态仿真计算 模型。
[0016] 优选地，步骤B包括：
[0017] B - 1.利用交直流混联电网机电暂态仿真软件PSD - BPA完成所述评估；所述暂态 稳定性为扰动冲击后受端电网电压恢复至正常运行水平的能力；所述扰动包括：直流换流 站近区交流线路三相短路开断一回线故障和三相短路开断双回线故障；
[0018] B -2.依据扰动后直流逆变站电压恢复特性，给所述控制参数赋值；所述控制参数 包括：电压变化速率ε、电压门槛值Urth、电压上限、电压下限持续时间At d、追加控 制系数P、直流电流回降的基础控制量Aid。以及恢复控制次数N;所述电压变化速率表征 电压变化快慢；所述电压门槛值表征电压恢复的程度；所述电压上限和电压下限表征故障 后电压的运行水平；所述持续时间为电压变化速率和电压值满足设定条件的时间；所述追 加控制系数用于计算追加控制量；所述恢复控制次数为恢复电压稳定控制的实施次数。
[0019] 优选地，步骤C中，对直流逆变站高压母线电压U。进行测量采样，判断其变化率和 电压数值是否满足公式（1)和公式（2)构成的所述控制启动判据；
[0020] 0 < | dUc/dt | < ε (1)
[0021] Ucth < Uc < UcL(2)
[0022] 若连续满足公式（1)和公式（2)，且超过设定时间Λ td，则执行步骤D，否则仍执行 步骤C。
[0023] 优选地，步骤D包括：
[0024] D - 1.用公式（3)和公式（4)计算所述直流电流回降指令ide ;公式中，ζ为数值 大于1.0的惩罚因子；
[0025] ide = Ρ ζ Δ idc (3)
[0026]
【权利要求】
1. 一种以直流逆变站为动态无功源的电压稳定控制方法，其特征在于，所述方法包括 以下步骤： A. 建立直流受端交直流混联电网仿真模型； B. 评估受端电网暂态稳定性并设置控制参数； C. 循环测量逆变站高压母线电压并判断是否满足控制启动判据和持续时间的要求； D. 计算直流电流回降指令并执行控制； E. 循环测量逆变站高压母线电压并判断是否满足恢复控制判据； F. 计算直流电流恢复提升指令并执行控制。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤A包括：收集交流电网数据和直流输 电系统数据，建立所述仿真模型；所述交流电网数据包括：交流输电线路参数和变压器参 数；所述直流输电系统数据包括直流输电系统控制器参数；所述仿真模型包括：稳态潮流 计算模型和机电暂态仿真计算模型。
3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤B包括： B - 1.利用交直流混联电网机电暂态仿真软件PSD - BPA完成所述评估；所述暂态稳定 性为扰动冲击后受端电网电压恢复至正常运行水平的能力；所述扰动包括：直流换流站近 区交流线路三相短路开断一回线故障和三相短路开断双回线故障； B - 2.依据扰动后直流逆变站电压恢复特性，给所述控制参数赋值；所述控制参数包 括：电压变化速率ε、电压门槛值Urth、电压上限、电压下限持续时间Atd、追加控制 系数P、直流电流回降的基础控制量Aid。以及恢复控制次数N;所述电压变化速率表征电 压变化快慢；所述电压门槛值表征电压恢复的程度；所述电压上限和电压下限表征故障后 电压的运行水平；所述持续时间为电压变化速率和电压值满足设定条件的时间；所述追加 控制系数用于计算追加控制量；所述恢复控制次数为恢复电压稳定控制的实施次数。
4. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤C中，对直流逆变站高压母线电压U。 进行测量采样，判断其变化率和电压数值是否满足公式（1)和公式（2)构成的所述控制启 动判据； 0 < | dUc/dt| < ε (1) Ucth<Uc<UcL(2) 若连续满足公式（1)和公式（2)，且超过设定时间Atd，则执行步骤D，否则仍执行步骤 C〇
5. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤D包括： D - 1.用公式（3)和公式（4)计算所述直流电流回降指令ide ;公式中，ζ为数值大于 1. 0的惩罚因子； ide = Ρ ζ Δ idc (3)
(4) D -2.步骤D中的所述执行控制包括：将ide输入直流控制系统中的指令电流生成环节， 并与该环节中生成的原指令电流idMf按式（5)进行叠加，生成新的指令电流idMf nOT : idref-new ^dref ^de (5) ?
6. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤E中，对直流逆变站高压母线电压U。 进行测量采样，判断其电压数值是否满足如公式（6)所示的所述恢复控制判据： Uc>UcH (6) 若满足，则执行步骤F，否则，继续执行步骤E。
7. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤F包括： F - 1.利用公式（7)计算所述直流电流恢复提升指令ip : ip = Ρ ζ Δ idc/N (7) F -2.步骤F中的所述执行控制包括：将"输入直流控制系统中的指令电流生成环节， 并与步骤D中生成的指令电流idMf n"按式⑶进行叠加，生成新的指令电流i' n" ; ? ' dref-new = idref-細+ip ⑶ F - 3.重复步骤F - 1和F - 2,直至指令电流恢复到电流回降控制前的水平，即i'dMf nOT Idref 〇
【文档编号】H02J3/16GK104158194SQ201410406371
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年8月18日 优先权日:2014年8月18日
【发明者】郑超, 郭剑波, 马世英, 林俊杰 申请人:国家电网公司, 中国电力科学研究院