一种减少暂态和稳态过电压的滤波器优化控制方法及装置与流程
本发明涉及一种减少暂态和稳态过电压的滤波器优化控制方法，属于电力系统及其自动化技术领域。
背景技术：
随着我国特高压直流工程不断投运和新能源发电迅速发展，给电网系统认知、运行控制及故障防御带来了深刻影响和诸多挑战。除了常规的短路故障外，直流系统发生大功率扰动冲击，如闭锁故障、换相失败、再启动等，将会引发直流换流站及新能源场站暂态过电压和稳态过电压，导致大量新能源机组高压脱网风险加大，进而限制直流输送功率。
目前，减少直流大扰动冲击后暂态和稳态过电压的应对措施主要包括：直流闭锁或再启动失败后，通过优化直流控制、测量、通信等环节加快滤波器切除速度，抑制近区暂态电压升高；在直流近区的风电场加装svc、调相机等动态无功补偿装置，快速进行自动电压调节；改善直流在换相失败期间的控制保护特性，减缓直流电流的下降速度进而抑制近区暂态电压升高等；增加配套火电机组开机，提供故障后恢复稳定运行时的电压支撑，减少稳态过电压等。上述研究通常就直流大功率扰动后的暂态或稳态过电压独立进行优化控制，并未考核限制性故障，对过电压的限制性因素未进行区分，且控制措施也并没有考虑暂态或稳态过电压的协调。
研究发现，直流系统滤波器投入的组数不同，直流换流站及新能源场站暂态过电压和稳态过电压程度也不同，通过优化稳态运行时滤波器投入情况，可以达到减少过电压的目的。滤波器的投入与退出策略分为交流电压控制和无功功率控制两种，通过监视控制换流设备与交流系统的无功交换是否平衡，或监视控制交流母线电压是否达到目标要求，滤波器控制会按事先所设定的程序自动执行投/切交流滤波器/并联电容组的命令。初始滤波器投入的组数极大的影响暂态过电压和稳态过电压程度，主要是由于交直流无功流动方向及大小对直流大扰动冲击后暂态电压及稳态电压的影响不同，其中，直流采用最大欠补偿方式在直流故障后造成的暂态压升更小，系统暂态稳定性更高，而在最大过补偿工作方式下，稳态过电压水平最低。即直流采用不同补偿方式下对暂态及稳态过电压的影响是矛盾的，需要通过判断限制直流输送能力的主要因素，进而确定直流需采取的补偿方式，指导滤波器控制策略，以达到减小直流扰动后暂态过电压或稳态过电压的目的。
直流输电系统包括直流线路、换流装置、换流站交流部分，任一部分发生故障都会影响整个系统的安全可靠运行。针对直流输电系统任一部分发生的闭锁、换相失败、再启动等，导致直流换流站及新能源场站暂态过电压和稳态过电压的情况，对滤波器进行优化控制。
技术实现要素：
目的：为了解决直流大扰动冲击后过电压问题，本发明提供一种减少暂态和稳态过电压的滤波器优化控制方法及装置。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种减少暂态和稳态过电压的滤波器优化控制方法，包括如下步骤：
分别计算直流输电系统换相失败、直流输电系统再启动、直流输电系统闭锁故障后，换流站暂态过电压稳定裕度ηz1和换流站稳态过电压稳定裕度ηw，以及新能源机端母线暂态过电压稳定裕度ηz2；
根据各故障下换流站暂态过电压稳定裕度ηz1和新能源机端母线暂态过电压稳定裕度ηz2，计算各故障下的系统暂态过电压稳定裕度ηz；
根据各故障下的系统暂态过电压稳定裕度ηz和换流站稳态过电压稳定裕度ηw，判断直流送出能力受限因素，针对直流送出能力受限因素，制定不同受限因素下的滤波器控制策略。
作为优选方案，还包括如下步骤：
根据各故障下的系统暂态过电压稳定裕度ηz和换流站稳态过电压稳定裕度ηw判断直流送出能力受限故障。
作为优选方案，还包括如下步骤：
滤波器控制策略实施后，确定过补偿或欠补偿的程度，重新计算换流站稳态过电压稳定裕度和系统暂态过电压稳定裕度，当两个过电压稳定裕度升高时，减少过补偿或欠补偿程度，直到直流大扰动后过电压稳定裕度都降低。
一种减少暂态和稳态过电压的滤波器优化控制装置，包括如下模块：
第一过电压稳定裕度计算模块：用于分别计算直流输电系统换相失败、直流输电系统再启动、直流输电系统闭锁故障后，换流站暂态过电压稳定裕度ηz1和换流站稳态过电压稳定裕度ηw，以及新能源机端母线暂态过电压稳定裕度ηz2；
第二过电压稳定裕度计算模块：用于根据各故障下换流站暂态过电压稳定裕度ηz1和新能源机端母线暂态过电压稳定裕度ηz2，计算各故障下的系统暂态过电压稳定裕度ηz；
滤波器控制模块：用于根据各故障下的系统暂态过电压稳定裕度ηz和换流站稳态过电压稳定裕度ηw，判断直流送出能力受限因素，针对直流送出能力受限因素，制定不同受限因素下的滤波器控制策略。
作为优选方案，还包括如下模块：
受限故障判断模块：用于根据各故障下的系统暂态过电压稳定裕度ηz和换流站稳态过电压稳定裕度ηw判断直流送出能力受限故障。
作为优选方案，还包括如下模块：
滤波器调节模块：用于滤波器控制策略实施后，确定过补偿或欠补偿的程度，重新计算换流站稳态过电压稳定裕度和系统暂态过电压稳定裕度，当两个过电压稳定裕度升高时，减少过补偿或欠补偿程度，直到直流大扰动后过电压稳定裕度都降低。
作为优选方案，所述换流站暂态过电压稳定裕度ηz1计算公式如下：
其中，
作为优选方案，所述新能源机端母线暂态过电压稳定裕度ηz2计算公式如下：
其中，
作为优选方案，所述换流站稳态过电压稳定裕度ηw计算公式如下：
其中，uw为考核的换流站稳态电压，u0为考核的换流站初始电压，uw,lim为考核的换流站稳态临界电压，δuw,lim考核的换流站稳态临界压升，β1为考核的换流站稳态过电压权重系数，β2为考核的换流站稳态压升权重系数。
作为优选方案，当换流站仅存在稳态过电压时，β1＝1、β2＝0；
当换流站仅存在稳态压升超过稳态临界压升时，β1＝0、β2＝1；
当换流站既存在稳态过电压又存在稳态压升超过稳态临界压升时，β1＝β2＝0.5。
作为优选方案，所述系统暂态过电压稳定裕度ηz计算公式如下：
ηz＝ηz1+ηz2。
作为优选方案，判断直流送出能力受限因素，针对直流送出能力受限因素，制定不同受限因素下的滤波器控制策略，步骤如下：
当ηz＜0且ηw＜0时，直流大扰动冲击下不受电压稳定限制，滤波器控制策略维持现有策略不变；
当ηz≥0或ηw≥0时，直流大扰动冲击下存在暂态过电压或稳态过电压问题。其中：当ηz＞ηw，直流送出能力受限因素为直流大扰动下暂态过电压约束限制，滤波器需运行在最大欠补偿方式并采取换流站交流电压控制；
当ηz＜ηw，直流送出能力受限因素为直流大扰动下稳态过电压约束限制，滤波器需运行在最大过补偿方式并采取换流站交流电压控制；
当ηz＝ηw，直流送出能力受限因素为直流大扰动下暂态过电压及稳态过电压约束限制，为减少新能源脱网风险，滤波器需运行在最大欠补偿方式并采取换流站交流电压控制。
作为优选方案，判断直流送出能力受限故障，步骤如下：
选取直流输电系统换相失败、直流输电系统再启动、直流输电系统闭锁三种故障下的换流站稳态过电压稳定裕度ηw、系统暂态过电压稳定裕度ηz中的最大值，最大值对应的故障为直流送出能力受限故障。
有益效果：本发明提供的一种减少暂态和稳态过电压的滤波器优化控制方法及装置，通过直流扰动后换流站、新能源机端母线暂态和稳态过电压稳定裕度大小，确定限制直流送端输送能力的受限因素，针对受限因素，制定不同受限因素下的滤波器控制策略。
另外，通过直流扰动后换流站、新能源机端母线暂态和稳态过电压稳定裕度大小，确定限制直流送端输送能力的受限故障，结合直流与系统间的无功交换对暂态及稳态过电压的影响程度，确定当受限因素为暂态过电压时，直流静态时采用最大欠补偿方式，减少滤波器投入组数；当受限因素为稳态过电压时，直流静态时采用最大过补偿方式，增加滤波器投入组数，暂态过程中滤波器统一采用定交流电压控制。本发明可有效抑制直流故障时暂态及稳态过电压，避免发生大规模新能源脱网以及设备因过电压而损坏，提高了系统的稳定性，保证了直流的送出能力。
附图说明
图1为本发明方法的流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
如图1所示，一种减少暂态和稳态过电压的滤波器优化控制方法，应用于换流站与新能源机端组建的交直流输电系统中，包括如下步骤：
步骤1：分别计算直流输电系统换相失败、直流输电系统再启动、直流输电系统闭锁故障后，换流站暂态过电压稳定裕度ηz1和换流站稳态过电压稳定裕度ηw，以及新能源机端母线暂态过电压稳定裕度ηz2；
步骤2：根据各故障下换流站暂态过电压稳定裕度ηz1和新能源机端母线暂态过电压稳定裕度ηz2，计算各故障下的系统暂态过电压稳定裕度ηz；
步骤3：根据各故障下的系统暂态过电压稳定裕度ηz和换流站稳态过电压稳定裕度ηw，判断各故障下直流送出能力受限因素，针对直流送出能力受限因素，制定不同受限因素下的滤波器控制策略；
步骤4：根据各故障下的系统暂态过电压稳定裕度ηz和换流站稳态过电压稳定裕度ηw判断直流送出能力受限故障；
步骤5：滤波器控制策略实施后，确定过补偿或欠补偿的程度，重新计算换流站稳态过电压稳定裕度和系统暂态过电压稳定裕度，当两个过电压稳定裕度升高时，减少过补偿或欠补偿程度，直到直流大扰动后过电压稳定裕度都降低。
优选的，暂态过电压、稳态过电压数值的获取是通过读取直流大扰动后换流站及新能源机端电压轨迹，读取条件适用于直流大扰动后电压轨迹本身不振荡、发散及失稳的情况。
优选的，本发明通过时域仿真计算直流输电系统换相失败、再启动、闭锁故障后，换流站及新能源机端暂态最高电压、稳态电压，一般而言，暂态最高电压一般出现在故障开始或故障切除时刻，稳态电压一般在故障开始后10s以后取值。
优选的，所述换流站暂态过电压稳定裕度ηz1计算公式：
其中，
优选的，所述新能源机端母线暂态过电压稳定裕度ηz2计算公式：
其中，
优选的，所述换流站稳态过电压稳定裕度ηw计算公式：
其中，uw为考核的换流站稳态电压，u0为考核的换流站初始电压，uw,lim为考核的换流站稳态临界电压，δuw,lim考核的换流站稳态临界压升，β1为考核的换流站稳态过电压权重系数，β2为考核的换流站稳态压升权重系数；其中，换流站稳态临界电压一般是额定电压的1.1倍，稳态临界压升由换流母线电压等级不同而不同，一般有750kv母线稳态临界压升40kv，330kv母线稳态临界压升15～18kv。
当换流站仅存在稳态过电压时，β1＝1、β2＝0；
当换流站仅存在稳态压升超过稳态临界压升时，β1＝0、β2＝1；
当换流站既存在稳态过电压又存在稳态压升超过稳态临界压升时，β1＝β2＝0.5。
优选的，所述系统暂态过电压稳定裕度ηz计算公式：
ηz＝ηz1+ηz2
优选的，判断直流送出能力受限故障，步骤如下：
选取直流输电系统换相失败、直流输电系统再启动、直流输电系统闭锁三种故障下的换流站稳态过电压稳定裕度ηw、系统暂态过电压稳定裕度ηz中的最大值，最大值对应的故障为直流送出能力受限故障。
优选的，判断直流送出能力受限因素，针对直流送出能力受限因素，制定不同受限因素下的滤波器控制策略，步骤如下：
当ηz＜0且ηw＜0时，直流大扰动冲击下不受电压稳定限制，滤波器控制策略维持现有策略不变；
当ηz≥0或ηw≥0时，直流大扰动冲击下存在暂态过电压或稳态过电压问题。其中：当ηz＞ηw，直流送出能力受限因素为直流大扰动下暂态过电压约束限制，滤波器需运行在最大欠补偿方式并采取换流站交流电压控制；
当ηz＜ηw，直流送出能力受限因素为直流大扰动下稳态过电压约束限制，滤波器需运行在最大过补偿方式并采取换流站交流电压控制；
当ηz＝ηw，直流送出能力受限因素为直流大扰动下暂态过电压及稳态过电压约束限制，为减少新能源脱网风险，滤波器需运行在最大欠补偿方式并采取换流站交流电压控制。
优选的，滤波器调整补偿方式后，通过时域仿真校验适应性，以确定过补偿或欠补偿的程度。滤波器策略修改后，仿真计算直流换相失败、再启动、闭锁故障后换流站及新能源机端母线过电压稳定裕度，当过电压稳定裕度升高时需要减少过补偿或欠补偿程度，直到所有直流大扰动后过电压稳定裕度都有所降低。
本申请依据交直流无功流动方向及大小对直流大扰动冲击后，暂态电压及稳态电压的影响不同，通过判断直流大扰动冲击后电压受限因素，制定不同受限因素下滤波器控制策略，可减少直流故障后暂态过电压或稳态过电压程度，减小新能源脱网量，保证换流站等设备不至于因暂时或长期过电压而损坏。
一种减少暂态和稳态过电压的滤波器优化控制装置，包括如下模块：
第一过电压稳定裕度计算模块：用于分别计算直流输电系统换相失败、直流输电系统再启动、直流输电系统闭锁故障后，换流站暂态过电压稳定裕度ηz1和换流站稳态过电压稳定裕度ηw，以及新能源机端母线暂态过电压稳定裕度ηz2；
第二过电压稳定裕度计算模块：用于根据各故障下换流站暂态过电压稳定裕度ηz1和新能源机端母线暂态过电压稳定裕度ηz2，计算各故障下的系统暂态过电压稳定裕度ηz；
滤波器控制模块：用于根据各故障下的系统暂态过电压稳定裕度ηz和换流站稳态过电压稳定裕度ηw，判断直流送出能力受限因素，针对直流送出能力受限因素，制定不同受限因素下的滤波器控制策略。
受限故障判断模块：用于根据各故障下的系统暂态过电压稳定裕度ηz和换流站稳态过电压稳定裕度ηw判断直流送出能力受限故障。
滤波器调节模块：用于滤波器控制策略实施后，确定过补偿或欠补偿的程度，重新计算换流站稳态过电压稳定裕度和系统暂态过电压稳定裕度，当两个过电压稳定裕度升高时，减少过补偿或欠补偿程度，直到直流大扰动后过电压稳定裕度都降低。
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。
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