一种抑制直流连续换相失败的控制方法及装置与流程

1.本发明涉及一种抑制直流连续换相失败的控制方法及装置，属于电力系统及其自动化技术领域。


背景技术：

2.换相失败是基于晶闸管换相换流器(lcc)型直流输电系统最常见的故障之一。直流连续换相失败可能导致直流闭锁，进而造成送端电网功率盈余、受端电网功率缺额大功率冲击，严重威胁交直流电力系统安全运行。抑制换相失败是减少直流闭锁、提高交直流电网安全运行的重要手段。
3.抑制换相失败措施主要包括直流侧措施和交流侧措施，目前广泛应用的直流侧措施从直流控制控保系统考虑，主要是直流控制系统优化；交流侧措施从交流电网对换流站无功电压动态支撑考虑。随着储能的加速发展以及大量直流换流站建设配套同步调相机，储能和调相机接入紧急控制系统动态无功支撑抑制直流后续换相失败成为可行，但是目前还没有相应的方法。


技术实现要素：

4.本发明提供了一种抑制直流连续换相失败的控制方法及装置，解决了背景技术中披露的问题。
5.为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
6.一种抑制直流连续换相失败的控制方法，包括：
7.响应于接收到直流换向失败子站发送的首次换相失败信号，向调相机执行子站和预先确定参与抑制直流连续换相失败的储能执行子站发送紧急控制指令，用以控制调相机执行子站持续强励无功出力，用以控制储能执行子站持续最大倍率无功出力；
8.响应于接收到直流换向失败子站发送的换相恢复信号，控制交流变电站无功资源置换调相机执行子站和储能执行子站的无功出力，并向调相机执行子站和储能执行子站发出退出紧急控制指令，用以控制调相机执行子站和储能执行子站恢复至换相失败前的状态。
9.向调相机执行子站发送的紧急控制指令为增大励磁电压的指令，增大励磁电压的指令中包含增大励磁电压的持续时间a，通过增大励磁电压的指令，控制调相机执行子站在持续时间a内持续强励无功出力；
10.向储能执行子站发送的紧急控制指令为电压参考值修改指令，电压参考值修改指令中包含修改电压参考值的持续时间b，通过电压参考值修改指令增大储能执行子站的电压参考值，控制储能执行子站在持续时间b内持续最大倍率无功出力。
11.预先确定参与抑制直流连续换相失败的储能执行子站，包括：
12.计算各储能执行子站支撑直流换流站母线电压恢复的灵敏度，将灵敏度大于阈值的储能执行子站作为参与抑制直流连续换相失败的储能执行子站。
13.计算各储能执行子站支撑直流换流站母线电压恢复的灵敏度的公式为：
[0014][0015]
其中，αi为第i个储能执行子站支撑直流换流站母线电压恢复的灵敏度，δq为单一储能执行子站指定发出相同容量的无功出力，δvi为vi和v0的差值，vi为第i个储能执行子站无功出力后，换流站母线节点a的第2个电压低谷值，v0为没有储能执行子站无功出力，换流站母线节点a的第2个电压低谷值。
[0016]
向调相机执行子站发送的退出紧急控制指令为控制模式恢复指令，用以将调相机执行子站的控制模式恢复为定电压控制模式；
[0017]
向储能执行子站发出退出紧急控制指令为电压参考值恢复指令，用以将储能执行子站的电压参考值修改至换相失败前的值。
[0018]
一种抑制直流连续换相失败的控制装置，包括：
[0019]
紧急无功出力控制模块，响应于接收到直流换向失败子站发送的首次换相失败信号，向调相机执行子站和预先确定参与抑制直流连续换相失败的储能执行子站发送紧急控制指令，用以控制调相机执行子站持续强励无功出力，用以控制储能执行子站持续最大倍率无功出力；
[0020]
恢复模块，响应于接收到直流换向失败子站发送的换相恢复信号，控制交流变电站无功资源置换调相机执行子站和储能执行子站的无功出力，并向调相机执行子站和储能执行子站发出退出紧急控制指令，用以控制调相机执行子站和储能执行子站恢复至换相失败前的状态。
[0021]
向调相机执行子站发送的紧急控制指令为增大励磁电压的指令，增大励磁电压的指令中包含增大励磁电压的持续时间a，通过增大励磁电压的指令，控制调相机执行子站在持续时间a内持续强励无功出力；
[0022]
向储能执行子站发送的紧急控制指令为电压参考值修改指令，电压参考值修改指令中包含修改电压参考值的持续时间b，通过电压参考值修改指令增大储能执行子站的电压参考值，控制储能执行子站在持续时间b内持续最大倍率无功出力。
[0023]
向调相机执行子站发送的退出紧急控制指令为控制模式恢复指令，用以将调相机执行子站的控制模式恢复为定电压控制模式；
[0024]
向储能执行子站发出退出紧急控制指令为电压参考值恢复指令，用以将储能执行子站的电压参考值修改至换相失败前的值。
[0025]
一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行抑制直流连续换相失败的控制方法。
[0026]
一种计算设备，包括一个或多个处理器、一个或多个存储器以及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在所述一个或多个存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行抑制直流连续换相失败的控制方法的指令。
[0027]
本发明所达到的有益效果：本发明在换相失败时，使储能执行子站持续最大倍率无功出力，调相机执行子站持续强励无功出力，充分发挥储能快速无功调节能力和调相机
次暂态特性、大容量动态无功支撑能力，抑制可能发生的直流后续换相失败，实现了利用储能和调相机抑制直流连续换相失败的控制方法。
附图说明
[0028]
图1为本发明控制方法的流程图；
[0029]
图2为确定参与抑制直流连续换相失败的储能执行子站的流程图；
[0030]
图3为本发明控制方法的详细流程图；
[0031]
图4为紧急控制系统结构图。
具体实施方式
[0032]
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。
[0033]
如图1所示，一种抑制直流连续换相失败的控制方法，包括：
[0034]
步骤1，响应于接收到直流换向失败子站发送的首次换相失败信号，向调相机执行子站和预先确定参与抑制直流连续换相失败的储能执行子站发送紧急控制指令，用以控制调相机执行子站持续强励无功出力，用以控制储能执行子站持续最大倍率无功出力；
[0035]
步骤2，响应于接收到直流换向失败子站发送的换相恢复信号，控制交流变电站无功资源置换调相机执行子站和储能执行子站的无功出力，并向调相机执行子站和储能执行子站发出退出紧急控制指令，用以控制调相机执行子站和储能执行子站恢复至换相失败前的状态。
[0036]
上述方法在换相失败时，使储能执行子站持续最大倍率无功出力，调相机执行子站持续强励无功出力，充分发挥储能快速无功调节能力和调相机次暂态特性、大容量动态无功支撑能力，抑制可能发生的直流后续换相失败，实现了利用储能和调相机抑制直流连续换相失败的控制方法。
[0037]
在紧急控制系统中一般接有多个储能执行子站，有些储能执行子站能够参与抑制直流连续换相失败，有些则不行，因此在执行上述方法之前，需要预先对储能执行子站进行筛选，具体过程可以如图2所示：
[0038]
11)获取电网的典型运行方式；
[0039]
12)对电网典型运行方式下不同扰动场景进行时域仿真；
[0040]
13)根据电网典型运行方式下的时域仿真结果，确定不同站点分布的储能执行子站对直流换流母线电压恢复的灵敏度，根据灵敏度确定参与抑制直流连续换相失败的储能执行子站。
[0041]
例如选择一个能造成直流连续换相失败的交流故障，进行时域仿真，读取直流换流站母线节点电压的第2个低谷值。
[0042]
针对同一个故障扰动，对不同位置布点的储能执行子站依次设置相同的无功出力，进行时域仿真，读取换流站母线节点的第2个电压低谷值，计算有、无储能无功出力的电压低谷值差，用公式可以表示为：
[0043]
δvi＝v
i-v0[0044]
其中，vi为第i个储能执行子站无功出力后，换流站母线节点a的第2个电压低谷
值，v0为没有储能执行子站无功出力，换流站母线节点a的第2个电压低谷值。
[0045]
基于δvi可计算各储能执行子站支撑直流换流站母线电压恢复的灵敏度，用公式可以表示为：
[0046][0047]
其中，αi为第i个储能执行子站支撑直流换流站母线电压恢复的灵敏度，δq为单一储能执行子站指定发出相同容量的无功出力。
[0048]
选择一个合适的阈值δ，一般选择的阈值较高，将灵敏度大于阈值的储能执行子站作为参与抑制直流连续换相失败的储能执行子站。
[0049]
在故障发生前，所有子站向紧急控制主站发送运行信息，上述控制方法不运行，此时调相机执行子站稳态运行，控制模式为定电压控制模式，尽量少发无功功率，预留暂态无功容量，储能执行子站满足行业标准(即电化学储能电站并网运行与控制技术规范第5部分：安全稳定控制)要求，即荷电状态能满足最大倍率充放电5min。
[0050]
当因故障发生直流换相失败，直流换向失败子站会向紧急控制主站发送的换相失败信号，此时触发上述控制方法，具体如图3所示：
[0051]
1)当接收到首次换相失败信号，从策略表中匹配参与抑制直流连续换相失败的储能执行子站和调相机执行子站。
[0052]
2)向调相机执行子站和储能执行子站发送紧急控制指令，用以控制调相机执行子站持续强励无功出力，用以控制储能执行子站持续最大倍率无功出力；其中，向调相机执行子站发送的紧急控制指令为增大励磁电压的指令，增大励磁电压的指令中包含增大励磁电压的持续时间a，通过增大励磁电压的指令，控制调相机执行子站在持续时间a内持续强励无功出力；向储能执行子站发送的紧急控制指令为电压参考值修改指令，电压参考值修改指令中包含修改电压参考值的持续时间b，通过电压参考值修改指令增大储能执行子站的电压参考值，控制储能执行子站在持续时间b内持续最大倍率无功出力。
[0053]
故障发生后造成直流首次发生换相失败后，电压跌落导致调相机执行子站进入次暂态过程，自发响应10～30毫秒内瞬间发出1.2～1.3倍的额定无功。
[0054]
紧急控制系统向调相机执行子站发送紧急控制指令，控制调相机执行子站持续强励无功出力。
[0055]
综合调相机自发次暂态响应的衰减及暂态励磁控制器的增磁，300mvar调相机无功输出在100ms左右约为250～300mvar，之后随着励磁控制器的增加，650ms内提升至840mvar持续强励无功出力，新一代调相机2.5倍额定无功强励持续时间不小于15s。
[0056]
向储能执行子站发出的紧急控制指令，增大储能执行子站的电压参考值，一般修改电压参考值为1.05p.u，控制储能执行子站持续最大倍率无功出力。储能执行子站(储能换流器)结构主体由igbt等可关断全控性电力电子器件构成，换相失败后总体无功响应60～100毫秒达到第一峰值持续无功出力。
[0057]
3)无功出力一段时间后，直流换向失败恢复，控制交流变电站无功资源置换调相机执行子站和储能执行子站的无功出力，并向调相机执行子站和储能执行子站发出退出紧急控制指令，用以控制调相机执行子站和储能执行子站恢复至换相失败前的状态；其中，向
调相机执行子站发送的退出紧急控制指令为控制模式恢复指令，用以将调相机执行子站的控制模式恢复为定电压控制模式；向储能执行子站发出退出紧急控制指令为电压参考值恢复指令，用以将储能执行子站的电压参考值修改至换相失败前的值
[0058]
向调相机执行子站发出的控制模式恢复指令，将调相机执行子站的控制模式修改为定电压控制模式，使其缓慢退出无功处理，维持电压的稳定运行；向储能执行子站发出的电压参考值恢复指令，将储能执行子站的电压参考值修改至换相失败前的值，具体为1.0p.u。
[0059]
上述方法利用储能的快速功率调节特性、调相机的强励特性，将储能和调相机纳入暂态电压紧急控制措施，支持直流换相失败后换流母线电压快速恢复，降低可能的直流后续换相失败风险，在电压恢复准稳态过程，采用慢速无功控制设备提高电网无功控制经济性。
[0060]
上述方法主要实施在图4的紧急控制系统中，具体实施在紧急控制主站中，在紧急控制系统中，直流换向失败子站、调相机执行子站、储能执行子站、变电站无功控制执行站和在线辅助决策系统接入紧急控制主站，即以紧急控制主站为中枢。
[0061]
直流换向失败子站给紧急控制主站上送运行信息，包括直流换相失败时的换相失败信号；调相机执行子站、储能执行子站、变电站无功控制执行站给紧急控制主站上送运行信息；紧急控制主站从在线辅助决策系统获取紧急控制策略；紧急控制主站给执行子站下达控制指令。
[0062]
上述控制方法的触发信号为直流换向失败子站给紧急控制主站上送换相失败信号(为首个换相失败信号)，执行对象为调相机执行子站和储能执行子站。
[0063]
基于相同的技术方案，本发明还公开了上述方法的软件装置，一种抑制直流连续换相失败的控制装置，包括：
[0064]
紧急无功出力控制模块，响应于接收到直流换向失败子站发送的首次换相失败信号，向调相机执行子站和预先确定参与抑制直流连续换相失败的储能执行子站发送紧急控制指令，用以控制调相机执行子站持续强励无功出力，用以控制储能执行子站持续最大倍率无功出力。
[0065]
向调相机执行子站发送的紧急控制指令为增大励磁电压的指令，增大励磁电压的指令中包含增大励磁电压的持续时间a，通过增大励磁电压的指令，控制调相机执行子站在持续时间a内持续强励无功出力；向储能执行子站发送的紧急控制指令为电压参考值修改指令，电压参考值修改指令中包含修改电压参考值的持续时间b，通过电压参考值修改指令增大储能执行子站的电压参考值，控制储能执行子站在持续时间b内持续最大倍率无功出力。
[0066]
恢复模块，响应于接收到直流换向失败子站发送的换相恢复信号，控制交流变电站无功资源置换调相机执行子站和储能执行子站的无功出力，并向调相机执行子站和储能执行子站发出退出紧急控制指令，用以控制调相机执行子站和储能执行子站恢复至换相失败前的状态。
[0067]
向调相机执行子站发送的退出紧急控制指令为控制模式恢复指令，用以将调相机执行子站的控制模式恢复为定电压控制模式；向储能执行子站发出退出紧急控制指令为电压参考值恢复指令，用以将储能执行子站的电压参考值修改至换相失败前的值。
[0068]
基于相同的技术方案，本发明还公开了一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行抑制直流连续换相失败的控制方法。
[0069]
基于相同的技术方案，本发明还公开了一种计算设备，包括一个或多个处理器、一个或多个存储器以及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在所述一个或多个存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行抑制直流连续换相失败的控制方法的指令。
[0070]
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明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，本发明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。
[0071]
本发明是参照根据本发明实施例的方法、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。
[0072]
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。
[0073]
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。
[0074]
以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。