一种基于直流输电控制VDCL输出的调相机暂态电压控制方法与流程

本发明涉及电力系统运行与控制技术，具体涉及一种基于直流输电控制vdcl（低压限流器）输出的调相机暂态电压控制方法，用于通过故障下受端换流站内同步调相机和直流控制系统的协调作用实现连续换相失败的抑制。

背景技术：

为实现我国资源优化配置，远距离直流输电工程近年来不断投运。随着直流输电距离越来越远，负荷中心受电比例不断提高，“强直弱交”现象日趋明显，特别是受端电网动态无功不足、换相失败比率较高、乃至于系统电压稳定等问题制约着直流输电系统功率的提升。抑制直流输电系统连续换相失败，保障受端电网安全稳定运行一直是直流输电领域的研究热点。

目前，常见的抑制直流换相失败措施包括采用换相失败预测控制减少触发角以预留足够的换相熄弧时间，加装调相机、无功补偿器statcom等动态无功补偿装置保障系统母线电压稳定，采用低压限流控制策略限制暂态直流电流从而减少暂态无功缺额以尽快恢复母线电压稳定。但以上单一方式均存在其各自局限性，例如换相失败预测控制存在削减a角过大导致无功消耗变大乃至于过补偿问题，低压限流器在某些故障扰动下存在输出剧烈波动引起故障恢复时间变长，调相机在故障初期支撑能力不足，强励能力未充分利用等问题。

上述单一换相失败抑制措施局限性有望通过不同抑制措施间的协调予以解决，但现有技术对于不同换相失败技术的协调涉及较少，如申请号为201910695312.1的中国专利文献公开了一种基于调相机励磁电流前馈的触发角控制策略，通过以调相机励磁电流作为前馈量进一步增加α角的减小值以实现换相失败抑制效果的提升，但未考虑vdcl（低压限流）的作用，存在γ过补偿风险，降低了系统运行的经济性。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种基于直流输电控制vdcl输出的调相机暂态电压控制方法，本发明综合考虑了直流输电控制及调相机各自的调节特性，实现了两者间的协调控制，进一步提升了直流输电系统在系统故障扰动下抵御连续换相失败的能力，具有适应性好，便于实施的特点。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种基于直流输电控制vdcl输出的调相机暂态电压控制方法，包括：

1）检测直流输电系统所连接的交流系统是否发生故障，若发生故障则调相机退出恒无功运行模式，进入暂态电压模式，跳转执行下一步；

2）根据直流输电控制vdcl的输出vdclout生成调相机的暂态电压目标修正值；

3）将暂态电压目标修正值叠加到调相机的控制目标上，使得调相机根据暂态电压目标修正值后目标值发出无功，调节交流系统中交流母线的母线电压；

4）判断交流系统中交流母线的母线电压恢复到暂态电压控制模式不生效阈值范围内是否成立，若不成立则跳转执行步骤2）；否则跳转执行下一步；

5）直流输电控制vdcl恢复正常运行值，调相机的暂态电压目标修正值归零，调相机退出暂态电压模式，恢复恒无功运行模式。

可选地，步骤1）之前还包括检测交流母线电压的步骤，当母线电压不在预设的阈值范围内时才继续执行步骤1）；否则继续检测交流母线电压。

可选地，步骤2）中生成调相机的暂态电压目标修正值具体是指：将1减去直流输电控制vdcl的输出vdclout得到差值，再将该差值乘以增益系数kvdcl后作为调相机的暂态电压目标修正值。

可选地，所述增益系数kvdcl取值为0.2。

此外，本发明还提供一种基于直流输电控制vdcl输出的调相机暂态电压控制系统，包括计算机设备，该计算机设备被编成或配置以执行所述基于直流输电控制vdcl输出的调相机暂态电压控制方法的步骤。

此外，本发明还提供一种基于直流输电控制vdcl输出的调相机暂态电压控制系统，包括计算机设备，该计算机设备的存储器上存储有被编成或配置以执行所述基于直流输电控制vdcl输出的调相机暂态电压控制方法的计算机程序。

此外，本发明还提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有被编成或配置以执行所述基于直流输电控制vdcl输出的调相机暂态电压控制方法的计算机程序。

此外，本发明还提供一种调相机控制装置，至少包括微处理器和存储器，该微处理器被编成或配置以执行所述基于直流输电控制vdcl输出的调相机暂态电压控制方法的步骤。

此外，本发明还提供一种调相机控制装置，至少包括微处理器和存储器，该存储器上存储有被编成或配置以执行所述基于直流输电控制vdcl输出的调相机暂态电压控制方法的计算机程序。

和现有技术相比，本发明具有下述优点：

1、本发明能显著改善hvdc的换相失败抵御能力，有效降低连续换相失败发生概率，有利于故障扰动后的交直流系统快速恢复。

2、本发明充分考虑了vdcl动作特性，提出了基于vdcl的调相机暂态电压控制优化策略，能获得理想的连续换相失败抑制效果。

3、本发明通过引入vdcl输出作为附加控制，提升了调相机在故障初期的支撑效果，仅涉及到调相机暂态电压目标的修正，易于实施，便于技术改造。

附图说明

图1为本发明实施实例方法的基本流程示意图。

图2为本发明实施实例直流输电控制vdcl逻辑控制图。

图3为本发明实施实例将vdcl输出引入调相机暂态电压控制的控制框图。

图4为本发明实施实例针对三种案例的母线电压波形对比。

图5为本发明实施实例针对三种案例的调相机无功输出对比。

具体实施方式

如图1所示，本实施例基于直流输电控制vdcl输出的调相机暂态电压控制方法包括：

1）检测直流输电系统所连接的交流系统是否发生故障，若发生故障则调相机退出恒无功运行模式，进入暂态电压模式，跳转执行下一步；

2）根据直流输电控制vdcl的输出vdclout生成调相机的暂态电压目标修正值；

3）将暂态电压目标修正值叠加到调相机的控制目标上，使得调相机根据暂态电压目标修正值后目标值发出无功，调节交流系统中交流母线的母线电压；

4）判断交流系统中交流母线的母线电压恢复到暂态电压控制模式不生效阈值范围内是否成立，若不成立则跳转执行步骤2）；否则跳转执行下一步；

5）直流输电控制vdcl恢复正常运行值，调相机的暂态电压目标修正值归零，调相机退出暂态电压模式，恢复恒无功运行模式。

本实施例方法包括在直流输电系统所连接的交流系统发生故障时，根据直流输电控制vdcl的输出vdclout生成调相机的暂态电压目标修正值、将暂态电压目标修正值叠加到调相机的控制目标上，使得调相机根据暂态电压目标修正值控制输入发出无功，调节交流系统中交流母线的母线电压，由于综合考虑了直流输电控制及调相机各自的调节特性，实现了两者间的协调控制，进一步提升了直流输电系统在系统故障扰动下抵御连续换相失败的能力，具有适应性好，便于实施的特点。

本实施例中，步骤1）之前还包括检测交流母线电压的步骤，当母线电压不在预设的阈值范围内时才继续执行步骤1）；否则继续检测交流母线电压。

图2为本实施实例直流输电控制vdcl逻辑控制图，如图2所示，当直流电压在0.9（标幺值）以上时电流指令为1，当直流电压降低到0.4以下时，电流直流为0.55，直流电压在0.4~0.9之间时则根据曲线确定电流指令输出，有i=0.9u+0.19（0.4＜u≤0.9）。

如图3所示，本实施例步骤2）中生成调相机的暂态电压目标修正值具体是指：将1减去直流输电控制vdcl的输出vdclout得到差值，再将该差值乘以增益系数kvdcl后作为调相机的暂态电压目标修正值。本实施例中，增益系数kvdcl取值为0.2。

参见图3，其中uref为稳态电压控制目标值，ut为调相机的机端电压，uc为经调差补偿后的机端电压测量值，uerr为暂态电压控制输入，暂态电压控制输入uerr经过暂态电压目标修正值融合后经两阶超前滞后及功率放大环节后生成电压控制输出。具体地，本实施例中生成调相机的暂态电压目标修正值后还包括下述步骤：

s1）将参考电压uref、暂态电压目标修正值两者求和后减去经调差补偿后的机端电压测量值uc经过低通滤波器得到的结果，得到暂态电压控制输入值uerr，其中经调差补偿后的机端电压测量值uc的表达式为：

uc=ut+xcit

上式中，ut表示机端电压，xc表示调差系数，it表示机端电流；

其中低通滤波器的函数表达式为：

kt/(1+tr1s)

上式中，kt表示采样系数，tr1表示采样时间常数，s为拉普拉斯算子；

s2）将暂态电压控制输入值uerr经过下式处理得到经第一级相位校正后的值uerr1；

k(1+st1)t/(kv+st2)

上式中，k表示放大倍数，kv表示环节选择常数，若环节选择常数为1则本环节为超前滞后环节，若环节选择常数为0则变为比例-积分环节，t1表示第一级超前时间常数，t2表示第一级滞后时间常数，s为拉普拉斯算子；

s3）将步骤s2）得到的第一级相位校正后的值uerr1经过下式处理得到第二级相位校正后的值uerr2，并对其进行[va1max,va1min]的限幅处理，其中va1max表示输出上限，va1min表示输出下限；

(1+st3)t/(1+st4)

上式中，t3表示第二级超前时间常数，t4表示第二级滞后时间常数，s为拉普拉斯算子；

s4）将步骤s3）得到的第二级相位校正后的值uerr2经过下式处理得到经功率放大环节后的等效输出，并对其进行[vamax,vamin]的限幅处理，其中vamax表示输出上限，vamin表示输出下限；

ka/(1+sta)

上式中，ka表示放大倍数，ta表示功率放大环节时间常数，s为拉普拉斯算子。

本实施例中，相关控制参数为：xc=0.2；tr=0.02，uref=525kv，标幺化为1。励磁相位校正环节参数为：ta=0.0033，ka=1000，kv=1，k=1，t1=0.04，t2=0.03，t3=1，t4=10。

本实施例步骤4）判断交流系统中交流母线的母线电压恢复到暂态电压不生效阈值范围内是否成立时，暂态电压不生效阈值范围取值为500kv~550kv，当控制过程中母线电压恢复到暂态电压控制不生效阈值范围内时，调相机退出暂态电压控制模式且基于vdcl的电压修正不生效，调相机电压偏差修正值归零，调相机退出暂态电压模式，恢复恒无功运行模式。

图4为采取三种控制策略方式下，交流母线a相经80欧电阻短路接地冲击的直流输电控制效果，三种控制策略分别为：无调相机（案例1），有调相机但是采取常规控制策略（案例2），有调相机且采用本实施例所提的改进控制策略（案例3）。图5为有调相机情况下，不同控制策略时的调相机输出波形。从图4可见，案例1故障后电压母线振荡3次，案例2受端加装调相机，一定程度改善了系统电压恢复特性，仅发生2次电压振荡；引入vdcl控制策略的案例3，通过引入vdcl动作值，相较于仅依靠交流母线电压反馈的调相机控制策略，调相机在初始短路瞬间无功支撑量增加，有利于交流母线电压恢复，使得仅发生电压一次振荡后，母线电压即进入电压恢复区，加速了故障恢复。

综上所述，本实施例基于直流输电控制vdcl输出的调相机暂态电压控制方法在电网故障后根据直流低压限流器vdcl的控制输出生成调相机电压偏差附加控制量；将附加控制量叠加到调相机的电压偏差输入相加点上，调相机根据控制母线电压偏差及修正量发出无功，直至母线电压恢复，vdcl恢复到稳态输出值。本发明能够强化调相机在系统故障初期的支撑作用，进而改善直流输电系统在系统故障扰动下的控制稳定性，有效减少系统发生连续换相失败的概率，有利于系统故障扰动后的快速恢复。本发明综合考虑了直流输电控制及调相机各自的调节特性，实现了两者间的协调控制，进一步提升了直流输电系统在系统故障扰动下抵御连续换相失败的能力，具有适应性好，便于实施的特点。

此外，本实施例还提供一种基于直流输电控制vdcl输出的调相机暂态电压控制系统，包括计算机设备，该计算机设备被编成或配置以执行前述基于直流输电控制vdcl输出的调相机暂态电压控制方法的步骤。

此外，本实施例还提供一种基于直流输电控制vdcl输出的调相机暂态电压控制系统，包括计算机设备，该计算机设备的存储器上存储有被编成或配置以执行前述基于直流输电控制vdcl输出的调相机暂态电压控制方法的计算机程序。

此外，本实施例还提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有被编成或配置以执行前述基于直流输电控制vdcl输出的调相机暂态电压控制方法的计算机程序。

此外，本实施例还提供一种调相机控制装置，至少包括微处理器和存储器，该微处理器被编成或配置以执行前述基于直流输电控制vdcl输出的调相机暂态电压控制方法的步骤。

此外，本实施例还提供一种调相机控制装置，至少包括微处理器和存储器，该存储器上存储有被编成或配置以执行前述基于直流输电控制vdcl输出的调相机暂态电压控制方法的计算机程序。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。