一种并联混合直流输电系统及其无功调节优化方法与流程

本发明涉及直流输电系统，具体涉及一种并联混合直流输电系统及其无功调节优化方法。

背景技术：

随着大功率全控型电力电子开关器件技术的发展、新型控制策略的研究、直流输电成本的逐步降低以及电网运行可靠性要求的提高，基于高压直流输电系统电网换相换流器(line commutated converter based high voltage direct current，LCC-HVDC)和基于高压直流输电系统电压源换流器(voltage source converter based HVDC，VSC-HVDC)的混合直流输电技术有望充分发挥两种输电技术的优势，弥补各自的缺陷，为大区电网提供更多的新型互联模式，为大城市直流供电、负荷中心的多落点受电提供新思路，为大规模新能源接入电网与送出消纳提供新方法。

随着LCC-HVDC工程的逐渐增多及VSC-HVDC在不同领域中的成功应用，LCC-HVDC和VSC-HVDC很有可能馈入同一交流母线，或者两者的电气距离很近，该类型的混合多馈入直流输电系统将逐渐增多。目前我国华东电网拥有丰富的陆上和海上风能资源，已有多条LCC-HVDC线路落点于上海附近的沿海区域，上海东海大桥南汇风电场通过VSC-HVDC联网工程已经投运，随着海上风电场的不断开发和西电东送工程的增多，华东电网将形成多条VSC-HVDC和多条LCC-HVDC混合馈入的情况。同样，随着浙江舟山五端VSC-HVDC直流工程的投运，在嵊泗岛也形成了一条LCC-HVDC线路与一条VSC-HVDC线路组成的并联混合双馈入直流输电系统。近年来，为了保证大电网的安全稳定运行，南方电网已率先实现用VSC-HVDC将云南电网与南方主网分网运行，实现云南异步联网。国家电网公司也在规划渝鄂背靠背直流工程实现西南电网与华中电网的异步互联，在龙泉形成LCC-HVDC与VSC-HVDC并联混合双馈入直流输电系统。此外，在世界范围内，挪威电网与丹麦电网之间已形成四条LCC-HVDC与VSC-HVDC并联混合多馈入直流输电系统，加拿大曼尼巴托水电局也正在计划在原有两条LCC-HVDC双极直流输电线路的基础上，建设第三条混合直流输电线路。无论在中国还是世界，随着VSC-HVDC的不断规划与建设，在未来的电网中，将形成越来越多的由VSC-HVDC和LCC-HVDC构成的混合双馈入或多馈入直流输电系统，这将给未来电网的安全稳定控制带来新的挑战。

无功平衡是系统稳定运行的关键，而常规直流在运行中需要消耗大量的滞后无功功率。无功过剩或不足又都会直接造成交流电压的波动，严重时危及整个交、直流系统的安全。因此常规直流一般都配置一定容量的交流滤波器等无功补偿装置。常规直流按无功补偿装置投切表，根据有功变化和系统运行状态，对无功补偿装置进行投切，以保证交流母线电压以及换流站与系统交换的无功功率在规定的范围内。然而，常规直流输电无功控制呈现阶梯状，无功调节过程中可能出现功率过剩或者功率不足的情况。柔性直流输电技术利用IGBT元件的可关断特性，其动态无功支撑能力和快速灵活的功率调节特性，能够提高系统供电可靠性，从而实现两种直流输电形式无功功率的有效配合。

现有的混合直流输电系统无功控制措施一般从改进常规直流无功补偿装置控制策略、柔性直流无功或电压控制器的参数入手，使得控制系统在交、直流线路故障或发生换相失败等工况后，快速检测到电压跌落或无功缺失，或者采用特定的控制措施使得系统电压快速恢复，但均未将两种输电系统无功协调配合。随着柔性直流工程电压、容量的提升，并联混合多馈入直流输电系统形态将越来越广泛，系统无功波动与电压稳定问题将日益突出，但未见系统的无功配合方法。

因此，需要提供一种并联混合直流输电系统的无功调节优化方法，来提高含混合直流系统的交直流系统电压稳定的能力，减小系统电压波动。

技术实现要素：

本发明提供一种并联混合直流输电系统，所述系统由常规直流输电系统和柔性直流输电系统并联组成，所述柔性直流输电系统包括柔性直流控制系统，所述柔性直流控制系统包括附加协调无功控制器。

所述常规直流输电系统包括换流变压器(1)、换流阀(2)、交流滤波器(3)、平波电抗器(4)、直流滤波器(5)和直流线路；

所述换流变压器(1)与换流阀(2)连接，所述换流阀(2)一端接地另一端与平波电抗器(4)一端连接，所述平波电抗器(4)另一端分别与直流线路和连接直流滤波器(5)连接。

所述柔性直流输电系统包括依次连接的换流变压器(6)、桥臂电抗器(9)、换流阀(7)、平波电抗器(8)和直流线路。

所述并联混合直流输电系统的无功协调优化方法，包括：常规直流输电系统交流滤波器投入状态的无功协调方法和常规直流输电系统交流滤波器切除状态的无功协调方法。

所述常规直流输电系统交流滤波器投入状态的无功调节方法包括：

步骤1-1：柔性直流控制系统自动识别常规直流输电系统交流滤波器的投入信号；

步骤1-2：将所述柔性直流控制系统的附加协调无功控制器动态生成的无功功率指令与柔性直流控制系统未加协调无功控制器时生成的无功功率指令叠加，生成实际无功功率指令；

步骤1-3：所述实际无功功率指令按照系统可以接受的速率增加柔性直流输电系统输出的无功功率，用以补偿常规直流输电系统在交流滤波器投入前系统无功功率的缺额；

步骤1-4：所述常规直流输电系统交流滤波器投入时，将柔性直流输电系统输出的无功功率减小到设定值后将实际无功功率指令恢复至0。

所述常规直流输电系统交流滤波器切除状态的无功协调方法包括：

步骤2-1：柔性直流控制系统自动识别常规直流滤波器的切除信号；

步骤2-2：将所述柔性直流控制系统的附加协调无功控制器动态生成的无功功率指令与柔性直流控制系统未加协调无功控制器时生成的无功功率指令叠加，生成实际无功功率指令；

步骤2-3：所述实际无功功率指令按照系统可以接受的速率减小柔性直流输电系统输出的无功功率，以补偿常规直流输电系统的交流滤波器切除前系统无功功率的盈余；

步骤2-4：常规直流输电系统的交流滤波器投切时，将柔性直流输电系统输出的无功功率减小到设定值后将实际无功功率指令恢复至0。

与最接近的现有技术比，本发明提供的技术方案具有以下优异效果：

本发明提供的技术方案，优化了混合直流输电系统的无功控制策略，降低了由于常规直流输电系统投切交流滤波器操作所引起的无功波动，避免了系统无功的缺额或过剩对交流系统的无功冲击，抑制了动态交流电压变化。

附图说明

图1为并联混合直流输电系统；

图2为本发明提供的并联混合直流输电系统无功协调优化方法示意图；

图3为柔性直流控制系统采用定无功控制时的无功功率传递路径示意图；

图4为柔性直流控制系统采用本发明提供的无功协调优化方法时的无功功率传递路径示意图；

图5为柔性直流控制系统采用定交流电压控制时的无功功率传递路径示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细的说明：

本发明提供一种如图1所示的并联混合直流输电系统，所述系统由常规直流输电系统和柔性直流输电系统并联组成，所述柔性直流输电系统包括柔性直流控制系统，所述柔性直流控制系统包括附加协调无功控制器。

所述常规直流输电系统包括换流变压器1、换流阀2、交流滤波器3、平波电抗器4、直流滤波器5和直流线路；

所述换流变压器1与换流阀2连接，所述换流阀2一端接地另一端与平波电抗器4一端连接，所述平波电抗器4另一端分别与直流线路和连接直流滤波器5连接。

所述柔性直流输电系统包括换流变压器6、换流阀7、平波电抗器8、桥臂电抗器9直流线路；

所述换流变压器6、桥臂电抗器9、换流阀7、平波电抗器8、直流线路依次连接。

所述并联混合直流输电系统的无功协调优化方法，包括：常规直流输电系统交流滤波器投入状态的无功协调方法和常规直流输电系统交流滤波器切除状态的无功协调方法。

所述常规直流输电系统交流滤波器投入状态的无功调节方法包括：

步骤1-1：柔性直流控制系统自动识别常规直流输电系统交流滤波器的投入信号；

步骤1-2：柔性直流控制系统的附加协调无功控制器动态生成无功功率指令，将所述无功指令叠加在柔性直流控制系统未加协调无功控制器时生成的无功功率指令上，生成实际无功功率指令，如图2所示；

步骤1-3：所述实际无功功率指令按照系统可以接受的速率增加柔性直流输电系统输出的无功功率，用以补偿常规直流输电系统在交流滤波器投入前系统无功功率的缺额；

步骤1-4：所述常规直流输电系统交流滤波器投入时，将柔性直流输电系统输出的无功功率快速减小到设定值，之后将实际无功功率指令缓慢恢复至0。

所述常规直流输电系统交流滤波器切除状态的无功协调方法包括：

步骤2-1：柔性直流控制系统自动识别常规直流滤波器的切除信号；

步骤2-2：柔性直流控制系统的附加协调无功控制器动态生成无功功率指令，将所述无功指令叠加在柔性直流控制系统未加协调无功控制器时生成的无功功率指令上，生成实际无功功率指令，如图2所示；

步骤2-3：所述实际无功功率指令按照系统可以接受的速率减小柔性直流输电系统输出的无功功率，以补偿常规直流输电系统的交流滤波器切除前系统无功功率的盈余；

步骤2-4：常规直流输电系统的交流滤波器投切时，将柔性直流输电系统输出的无功功率快速减小到设定值，之后将实际无功功率指令缓慢恢复至0。

所述并联混合直流输电系统中，当常规直流的交流滤波器进行投切操作时，会对系统产生无功冲击引起交流电压波动。当柔性直流采用不同无功控制策略时，常规直流的交流滤波器进行投切操作时引起系统无功波动的传播路径。

当柔性直流控制系统采用定无功控制，定无功为0，则由于常规直流输电系统交流滤波器进行投切操作所引起的无功波动由交流系统承担，常规直流输电系统与柔性直流输电系统之间没有无功传递，其无功传递路径，如图3所示。

混合直流输电系统采用本发明提供的无功协调优化方法时，柔性直流控制系统可以根据常规直流输电系统运行状态快速调节无功出力，降低常规直流输电系统交流滤波器投切操作所引起的无功波动，该无功波动不再由交流系统承担，可减小对交流系统的冲击，其无功传递路径，如图4所示。

混合直流输电系统中，柔性直流控制系统采用定交流电压控制时，其无功传递路径如图5所示。根据检测到的交流电压变化，调整无功以减小交流电压波动，该部分无功为Q₁。常规直流输电系统交流滤波器投切操作所引起的无功波动，由交流系统Q₃及柔性直流Q₂共同提供。

最后应当说明的是：以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非对其保护范围的限制,尽管参照上述实施例对本申请进行了详细的说明,所属领域的普通技术人员应当理解：本领域技术人员阅读本申请后依然可对申请的具体实施方式进行种种变更、修改或者等同替换，但这些变更、修改或者等同替换，均在申请待批的权利要求保护范围之内。