一种柔性直流输电故障穿越的方法及电源系统与流程

1.本技术涉及新能源技术领域，具体涉及一种柔性直流输电故障穿越的方法及电源系统。


背景技术：

2.柔性直流输电是基于电压源换流器(valtage source converter，vsc)的高压直流输电(high voltage direct current，hvdc)可以实现两端交流电网的隔离及功率的快速解耦，不存在换相失败问题。
3.目前，新能源的发电越来越多，新能源通过柔性直流送出时，由于送端负荷较小，受端系统的电压波动，尤其是电网故障将严重影响送端的新能源场站及柔性直流输电系统的稳定运行。受端的电网故障时，电网电压跌落，导致柔性直流输电系统受端的换流器的输出功率下降，但是新能源场站并不能直接感受到受端的交流电网的故障，依然会持续向柔性直流输电系统发送有功功率，所以受端的换流器不能将新能源场站送出的能量完全输送到电网，使得送端的换流器与受端的换流器之间有功功率不再平衡，直流电压迅速上升，严重情况下会使柔性直流输电系统闭锁，难以实现柔性直流输电系统的故障穿越。


技术实现要素：

4.为了解决以上技术问题，本技术提供一种柔性直流输电故障穿越的方法及电源系统，能够控制柔性直流输电系统与新能源场站进行故障穿越。
5.本技术提供一种柔性直流输电故障穿越的方法，包括：
6.获得柔性直流输电系统的直流电压；
7.当直流电压大于预设电压阈值时，根据直流电压降低新能源场站的汇集母线电压，并控制新能源场站的汇集母线停止输出无功功率；新能源场站通过柔性直流输电系统连接电网；新能源场站中的各个场站均连接汇集母线；
8.根据降低后的汇集母线电压调整新能源场站中各个场站输出的有功功率。
9.优选地，根据直流电压降低新能源场站的汇集母线电压，具体包括：
10.根据柔性直流输电系统的直流电压和预设电压阈值获得直流电压变化值；
11.根据直流电压变化值获得降低后的新能源场站的汇集母线电压。
12.优选地，根据柔性直流输电系统的直流电压和预设电压阈值获得直流电压变化值，具体包括：
13.根据柔性直流输电系统的直流电压和预设电压阈值的差值获得直流电压变化值；
14.根据直流电压变化值获得降低后的新能源场站的汇集母线电压uh，具体包括：
15.根据柔性直流输电系统正常时汇集母线电压和直流电压变化值获得降低后的新能源场站的汇集母线电压。
16.优选地，根据降低后的汇集母线电压调整新能源场站中各个场站输出的有功功率，具体包括：
17.根据汇集母线电流和降低后的汇集母线电压按照等比例分配，降低新能源场站中各个场站的有功功率。
18.优选地，根据汇集母线电流和降低后的汇集母线电压按照等比例分配，降低新能源场站中各个场站的有功功率，具体包括：
19.根据柔性直流输电系统正常时汇集母线电压和降低后的汇集母线电压获得汇集母线电压的变化值；
20.根据汇集母线电压的变化值和汇集母线电流获得新能源场站需要减少的总有功功率；
21.根据第i个场站的有功功率和新能源场站需要减少的总有功功率获得第i个场站减少的有功功率，第i个场站为新能源场站中的任意一个场站，i为1-n，n为整数表示新能源场站的数量。
22.本技术还提供一种电源系统，包括柔性直流输电系统、控制器和至少一个新能源场站；新能源场站通过柔性直流输电系统连接电网；新能源场站中的各个场站均连接汇集母线；
23.控制器，用于当直流电压大于预设电压阈值时，根据直流电压降低新能源场站的汇集母线电压，并控制新能源场站的汇集母线停止输出无功功率；根据降低后的汇集母线电压调整新能源场站中各个场站输出的有功功率。
24.优选地，控制器，具体用于根据柔性直流输电系统的直流电压和预设电压阈值获得直流电压变化值；根据直流电压变化值获得降低后的新能源场站的汇集母线电压。
25.优选地，控制器，具体用于根据柔性直流输电系统的直流电压和预设电压阈值获得直流电压变化值，具体包括：
26.根据柔性直流输电系统的直流电压和预设电压阈值的差值获得直流电压变化值；
27.控制器，具体用于根据直流电压变化值获得降低后的新能源场站的汇集母线电压，具体包括：
28.根据柔性直流输电系统正常时汇集母线电压和直流电压变化值获得降低后的新能源场站的汇集母线电压。
29.优选地，控制器，具体用于根据汇集母线电流和降低后的汇集母线电压按照等比例分配，降低新能源场站中各个场站的有功功率。
30.优选地，控制器，具体用于根据汇集母线电流和降低后的汇集母线电压按照等比例分配，降低新能源场站中各个场站的有功功率，具体包括：
31.根据柔性直流输电系统正常时汇集母线电压和降低后的汇集母线电压获得汇集母线电压的变化值；
32.根据汇集母线电压的变化值和汇集母线电流获得新能源场站需要减少的总有功功率；
33.根据第i个场站的有功功率和新能源场站需要减少的总有功功率获得第i个场站减少的有功功率，第i个场站为新能源场站中的任意一个场站，i为1-n，n为整数表示新能源场站的数量。
34.由此可见，本技术实施例具有如下有益效果：
35.本技术提供的柔性直流输电故障穿越的方法，检测柔性直流输电系统的直流电
压，当直流电压大于预设电压阈值时，判断发生故障，需要进行穿越，此时根据直流电压的变化情况降低汇集母线电压，为了稳定直流电压，需要控制汇集母线停止输出无功功率。另外，需要根据汇集母线电压的降低大小来调节新能源场站输出的有功功率，只有将新能源场站的有功功率降低，才可以根本上降低柔性直流输电系统的直流电压，进而完成故障穿越。本技术提供的柔性直流输电故障穿越方法不依赖于通信，不存在通信延时，响应速度快，而且不会因为通信故障导致无法穿越。
附图说明
36.图1为本技术实施例提供的一种柔性直流输电系统的示意图；
37.图2为本技术实施例提供的一种柔性直流输电故障穿越的方法流程图；
38.图3为本技术实施例提供的一种降低汇集母线电压的流程图；
39.图4为本技术实施例提供的一种调整新能源场站的有功功率的流程图；
40.图5为本技术实施例提供的一种电源系统的示意图。
具体实施方式
41.为使本技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图介绍本技术实施例提供的技术方案的应用场景。
42.参见图1，该图为本技术实施例提供的一种柔性直流输电系统的示意图。
43.其中，本实施例以柔性直流输电与新能源的结合为例进行介绍。
44.新能源场站一般包括多个新能源场，本技术实施例不具体限定新能源场的数量，图中以n个为例进行介绍，n大于等于2。当然电源系统也可以包括一个新能源场，即n＝1。
45.本技术实施例以多个新能源场为例进行介绍，如图1所示，新能源场1、新能源场2直至新能源场n均连接汇集母线bus，其中汇集母线的电压为交流电压。
46.汇集母线bus和柔性直流输电系统1000之间还包括变压器。电网300和柔性直流输电系统1000之间也包括变压器。
47.柔性直流输电系统1000包括送端变流器100和受端变流器200，其中，送端变流器100用于将交流电转换为直流电传输给受端变流器200，受端变流器200用于将直流电转换为交流电通过变压器进行并网。图1中的udc为柔性直流输电系统1000的直流电压。
48.实际工作时，当送端变流器100输出的功率较多，而受端变流器200无法消耗太多功率时，将导致直流电压udc上升，当udc上升到一定值，例如超过预设电压阈值udcmax，则认为发生过压故障，需要进行电压穿越。
49.此时，需要降低新能源场站的出力，即降压送端变流器100的输出功率。传统技术中是依赖于通讯的方法，通过通讯手段调整新能源场站的出力，实现柔性直流输电系统两端的功率平衡，但是，该方法存在通信可靠性及通信延时的问题。
50.本技术实施例提供的技术方案不依赖于通信，而是直接根据直流电压udc来降低汇集母线的电压，降低汇集母线的有功功率，并且为了实现汇集母的电压可控，将停止汇集母线输出无功功率，即控制新能源场站不输出无功功率。这种控制方式可以使新能源场站尽快响应电压控制和功率控制，从而降低直流电压udc，实现故障穿越。
51.为便于理解本技术实施例的技术方案，下面结合附图对于本技术实施例提供的技
术方案进行详细介绍。
52.参见图2，该图为本技术实施例提供的一种柔性直流输电故障穿越的方法流程图。
53.本技术实施例提供的柔性直流输电故障穿越的方法，包括：
54.s201：获得柔性直流输电系统的直流电压；
55.该方案将柔性直流输电系统的直流电压的变化作为触发故障穿越的标志，实时检测直流电压的大小。
56.s202：当直流电压大于预设电压阈值时，根据直流电压降低新能源场站的汇集母线电压，并控制新能源场站的汇集母线停止输出无功功率；
57.由于正常工作时，新能源场站的工作方式为最大功率输出，但是，当故障穿越时，需要切换新能源场站的工作方式为变有功功率输出，即当降低新能源场站的汇集母线电压时，汇集母线的有功功率会随着汇集母线电压的降低而变化，另外，为了汇集母线电压可控，防止新能源场站输送到交流引起汇集母线电压波动，需要停止新能源场站的无功功率的输出，从而提高系统故障穿越的能力。
58.其中，新能源场站通过柔性直流输电系统连接电网；新能源场站中的各个场站均连接汇集母线；
59.应该理解，正常情况下，直流电压存在工作区间，在工作区间内视为直流电压正常，如果大于工作区间的最大值，则视为过压故障。例如工作区间的最小值为udcmin，最大值为udcmax，可以将最大值作为预设电压阈值，另外，预设电压阈值也可以稍微大于最大值。例如直流电压的标幺值为1，则预设电压阈值可以选择一个范围内的任意数值，例如预设电压阈值的范围可以为1.03-1.05，例如选择1.03，或者1.04或者1.05等，本技术实施例不做具体限定。
60.本技术实施例不具体限定工作区间的具体取值方式，可以根据柔性直流输电系统的参数和性能来确定。
61.当故障穿越时，需要改变送端变流器和受端变流器的工作方式，送端换流器切换为定直流电压控制，在直流电压变化时调节交流电压幅值来维持功率平衡。受端换流器切换为定交流母线电压控制，为受端电网提供无功功率的支撑，从而减小故障穿越时对于系统电压的冲击，有利于提高系统的稳定性。正常工作时，送端变流器一般采用定交流母线电压，受端变流器采用定直流母线电压。
62.s203：根据降低后的汇集母线电压调整新能源场站中各个场站输出的有功功率。
63.具体可以根据汇集母线电压的变化值调整新能源场站中各个场站输出的有功功率。本技术实施例不具体限定每个场站降低的有功功率的大小，为了平衡各个新能源场站的有功功率，减小波动，提高各个新能源场站的工作效率，尽量使能多出力的新能源场站多出力，可以采用等比例分配原则来降低各个场站的有功功率。
64.本技术实施例提供的柔性直流输电故障穿越的方法，检测柔性直流输电系统的直流电压，当直流电压大于预设电压阈值时，判断发生故障，需要进行穿越，此时根据直流电压的变化情况降低汇集母线电压，为了稳定直流电压，需要控制汇集母线停止输出无功功率。另外，需要根据汇集母线电压的降低大小来调节新能源场站输出的有功功率，只有将新能源场站的有功功率降低，才可以根本上降低柔性直流输电系统的直流电压，进而完成故障穿越。本技术实施例提供的方法不依赖于通信，不存在通信延时，响应速度快，而且不会
因为通信故障导致无法穿越。
65.本技术实施例提供的方法可以在新能源场站的控制器来实现，只需要柔性直流输电系统反馈直流电压即可，其他控制都由新能源场站的控制器来实现，包括汇集母线电压，汇集母线的无功功率，新能源场站的有功功率。
66.下面结合附图详细介绍本技术实施例提供的方法中各个步骤的具体实现方式。
67.参见图3，该图为本技术实施例提供的一种降低汇集母线电压的流程图。
68.根据直流电压降低新能源场站的汇集母线电压，具体包括：
69.s301：根据柔性直流输电系统的直流电压和预设电压阈值获得直流电压变化值；
70.根据柔性直流输电系统的直流电压udc和预设电压阈值udcmax获得直流电压变化值δudc，具体包括：
71.δudc＝udc-udcmax；
72.s302：根据直流电压变化值获得降低后的新能源场站的汇集母线电压。
73.根据直流电压变化值获得降低后的新能源场站的汇集母线电压uh，具体包括：
74.uh＝un-kδudc；
75.k＝un/δudcmax；
76.un为柔性直流输电系统正常时汇集母线电压，例如为额定电压，δudcmax为预设电压改变最大值。δudcmax一般可以为受端交流故障且不采取措施时的直流电压变化值的最大值。
77.参见图4，该图为本技术实施例提供的一种调整新能源场站的有功功率的流程图。
78.根据降低后的汇集母线电压调整新能源场站中各个场站输出的有功功率，具体包括：
79.根据汇集母线电流和降低后的汇集母线电压按照等比例分配，降低新能源场站中各个场站的有功功率。
80.s401：根据降低后的汇集母线电压获得汇集母线电压的变化值；
81.s402：根据汇集母线电流和汇集母线电压的变化值按照等比例分配，降低新能源场站中各个场站的有功功率，具体包括：
82.δuh＝un-uh；
83.δp＝δuh*in；
[0084][0085]
δuh为汇集母线电压的变化值，uh为降低后的汇集母线电压，un为柔性直流输电系统正常时汇集母线电压，in为汇集母线电流，即为各个新能源场站汇集到汇集母线的电流之和；n表示新能源场站中场站的数量；δp为新能源场站需要减少的总有功功率；pi为第i个场站的有功功率，δpi表示第i个场站减少的有功功率。表示所有新能源场站的有功功率之和。
[0086]
pi需要实时检测第i个场站的有功功率，即实际出力。
[0087]
对于故障期间新能源场站有功功率分配，基于等比例分配原则，即在新能源场站汇集母线电压下降后，根据汇集母线电压的下降幅值，计算出系统的不平衡有功功率，按照
等比例分配原则，降低新能源场站的有功功率，从而达到送端和受端的功率平衡，从而实现柔性直流输电系统的故障穿越。即，第i个场站需要减少的有功功率按照其有功功率在所有场站中的有功功率占比来获得。本技术实施例采用等比例分配原则，调整各个新能源场站的有功功率，可以均衡新能源场站的有功功率，有利于提升系统的稳定性。
[0088]
基于以上实施例提供的一种柔性直流输电故障穿越的方法，本技术实施例还提供一种电源系统，下面结合附图进行详细介绍。
[0089]
参见图5，该图为本技术实施例提供的电源系统的示意图。
[0090]
本技术实施例提供的电源系统，以新能源和柔性直流输电系统结合为例进行介绍，即该电源系统包括柔性直流输电系统1000、控制器501和至少一个新能源场站502；新能源场站502通过柔性直流输电系统1000连接电网；新能源场站502中的各个场站均连接汇集母线；
[0091]
本技术实施例不具体限定新能源场站502的具体数量，可以为一个，也可以为多个，一般是两个或两个以上。以n个新能源场站为例进行介绍，n大于等于2。
[0092]
控制器501，用于当直流电压大于预设电压阈值时，根据直流电压降低新能源场站的汇集母线电压，并控制新能源场站的汇集母线停止输出无功功率；根据降低后的汇集母线电压调整新能源场站中各个场站输出的有功功率。
[0093]
将柔性直流输电系统的直流电压的变化作为触发故障穿越的标志，实时检测直流电压的大小。
[0094]
由于正常工作时，新能源场站的工作方式为最大功率输出，但是，当故障穿越时，需要切换新能源场站的工作方式为变有功功率输出，即当降低新能源场站的汇集母线电压时，汇集母线的有功功率会随着汇集母线电压的降低而变化，另外，为了汇集母线电压可控，防止新能源场站输送到交流引起汇集母线电压波动，需要停止新能源场站的无功功率的输出，从而提高系统故障穿越的能力。
[0095]
具体可以根据汇集母线电压的变化值调整新能源场站中各个场站输出的有功功率。本技术实施例不具体限定每个场站降低的有功功率的大小，为了平衡各个新能源场站的有功功率，减小波动，提高各个新能源场站的工作效率，尽量使能多出力的新能源场站多出力，可以采用等比例分配原则来降低各个场站的有功功率。
[0096]
本技术实施例提供的电源系统，检测柔性直流输电系统的直流电压，当直流电压大于预设电压阈值时，判断发生故障，需要进行穿越，此时根据直流电压的变化情况降低汇集母线电压，为了稳定直流电压，需要控制汇集母线停止输出无功功率。另外，需要根据汇集母线电压的降低大小来调节新能源场站输出的有功功率，只有将新能源场站的有功功率降低，才可以根本上降低柔性直流输电系统的直流电压，进而完成故障穿越。本技术实施例提供的方法不依赖于通信，不存在通信延时，响应速度快，而且不会因为通信故障导致无法穿越。
[0097]
控制器，具体用于根据柔性直流输电系统的直流电压和预设电压阈值获得直流电压变化值；根据直流电压变化值获得降低后的新能源场站的汇集母线电压。
[0098]
控制器，具体用于根据柔性直流输电系统的直流电压udc和预设电压阈值udcmax获得直流电压变化值δudc，具体包括：
[0099]
δudc＝udc-udcmax；
[0100]
控制器，具体用于根据直流电压变化值获得降低后的新能源场站的汇集母线电压uh，具体包括：
[0101]
uh＝un-kδudc；
[0102]
k＝un/δudcmax；
[0103]
un为柔性直流输电系统正常时汇集母线电压，δudcmax为预设电压改变最大值。δudcmax一般可以为受端交流故障且不采取措施时的直流电压变化值的最大值。
[0104]
控制器，具体用于根据汇集母线电流和降低后的汇集母线电压按照等比例分配，降低新能源场站中各个场站的有功功率。
[0105]
控制器，具体用于根据汇集母线电流和降低后的汇集母线电压按照等比例分配，降低新能源场站中各个场站的有功功率，具体包括：
[0106]
δuh＝un-uh；
[0107]
δp＝δuh*in；
[0108][0109]
δuh为汇集母线电压的变化值，uh为降低后的汇集母线电压，un为柔性直流输电系统正常时汇集母线电压，in为汇集母线电流；n表示新能源场站中场站的数量；pi为第i个场站的有功功率，δp为新能源场站需要减少的总有功功率；δpi表示第i个场站减少的有功功率。
[0110]
pi需要实时检测第i个场站的有功功率，即实际出力。
[0111]
按照等比例分配原则，降低新能源场站的有功功率，从而达到送端和受端的功率平衡，从而实现柔性直流输电系统的故障穿越。即，第i个场站需要减少的有功功率按照其有功功率在所有场站中的有功功率占比来获得。本技术实施例采用等比例分配原则，调整各个新能源场站的有功功率，可以均衡新能源场站的有功功率，有利于提升系统的稳定性。
[0112]
需要说明的是，本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统或装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。