一种柔性直流定电压控制模式参数设计方法和系统与流程

1.本发明涉及柔性直流输电技术领域，尤其涉及一种柔性直流定电压控制模式参数设计方法和系统。


背景技术：

2.柔性直流输电技术可有效解决常规直流换相失败的问题，且具备有功无功独立控制等优点。随着大容量igbt等功率器件的发展，柔性主流已经在新能源并网、分区互联、远距离输电方面得到了广泛的应用。
3.由于柔性直流在交流故障期间可为交流系统提供无功支撑，因此，柔性主流在受端电网应用更为广泛，目前对于柔性直流的研究主要集中的柔性直流对提高受端电网暂态稳定性的作用，却几乎没有对稳态运行的无功控制的研究。柔性直流具备无功独立调节的能力，因而可以利用其稳态无功控制参与电网的稳态调压。柔性直流稳态无功控制分为定无功控制模式和定电压控制模式，定无功控制模式也称为q模式，定电压控制模式也称为u模式。用电负荷的不断变化，尤其是峰谷时段的负荷变化，会导致交流系统电压出现较大范围的波动，较低的电压会降低电网的稳定水平，较高的电压容易引起过电压风险和电网设备的损坏。因此，提供一种柔性直流定电压控制模式参数设计方法和系统，以便于将电网电压控制在合理范围内，充分发挥柔性直流稳态调压能力，提高电网运行的稳定水平，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

4.本发明提供了一种柔性直流定电压控制模式参数设计方法和系统，用于优化柔性直流定电压控制模式参数设计，将电网电压控制在合理范围内，充分发挥柔性直流稳态调压能力，提高电网运行的稳定水平。
5.有鉴于此，本发明第一方面提供了一种柔性直流定电压控制模式参数设计方法，包括：
6.s1、调节适用于定电压控制模式核算的电网运行方式，使得电网在大负荷方式下，柔性直流与交流系统交换的无功为0，根据大负荷方式下的电网短路电流计算换流站交流母线的第一三相短路容量s1；
7.s2、调节适用于定电压控制模式核算的电网运行方式，使得电网在小负荷方式下，柔性直流与交流系统交换的无功为0，根据小负荷方式下的电网短路电流计算换流站交流母线的第二三相短路容量s2；
8.s3、基于步骤s1或步骤s2下的电网运行方式，调节柔性直流输出的无功功率和吸收的无功功率，确定柔性直流稳态无功上限和下限；
9.s4、根据电网相邻交流变电站的avc电压上下限确定柔性直流稳态无功控制的电压上限和下限；
10.s5、根据第一三相短路容量s1计算稳态电压控制的无功上限和下限；
11.s6、根据柔性直流稳态无功控制的电压上限和下限以及第二三相短路容量s2，确定暂态调压区间，暂态调压区间的下限为柔性直流无功达到柔性直流稳态无功下限时的电压值，暂态调压区间的上限为柔性直流无功达到柔性直流稳态无功上限时的电压值。
12.可选地，步骤s3包括：
13.增大柔性直流输出的无功功率，使得换流站交流电压达到550kv，记录此时的无功功率为q1；
14.增大柔性直流吸收的无功功率，使得换流站交流电压达到500kv，记录此时的无功功率为-q2；
15.取柔性直流稳态无功上限为q
max
＝min{q1,qn}，取柔性直流稳态无功下限为q
min
＝max{-q2,-qn}，其中，qn为柔性直流换流站的无功设计能力上限，-qn为柔性直流换流站的无功设计能力下限。
16.可选地，步骤s4包括：
17.获取电网相邻交流变电站的avc电压上限u
acmax
和电网相邻交流变电站的avc电压下限u
acmin
；
18.取柔性直流稳态无功控制的电压上限为u
op_max
＝u
acmax
+δu，柔性直流稳态无功控制的电压下限为u
op_min
＝u
acmin-δu，其中，δu为档位差。
19.可选地，步骤s5包括：
20.根据第一三相短路容量s1、柔性直流稳态无功上限和下限，计算大负荷方式下无功对电压的导数k，计算公式为：
[0021][0022]
根据大负荷方式下无功对电压的导数k计算稳态电压控制的无功上限和下限，计算公式为：
[0023][0024]qop_min
＝-q
op_max
[0025]
其中，α为经验系数，q
op_max
为稳态电压控制的无功上限，q
op_min
为稳态电压控制的无功下限。
[0026]
可选地，步骤s6包括：
[0027]
根据第二三相短路容量s2、柔性直流稳态无功上限q
max
和柔性直流稳态无功下限q
min
，计算低压暂态调压无功对电压的导数k1和高压暂态调压无功对电压的导数k2，计算公式为：
[0028][0029]
根据低压暂态调压无功对电压的导数k1和高压暂态调压无功对电压的导数k2分别计算暂态调压区间的下限u
rate_min
和上限u
rate_max
，计算公式为：
[0030]
[0031][0032]
本发明第二方面提供了一种柔性直流定电压控制模式参数设计系统，包括：
[0033]
第一运行方式调节模块，用于调节适用于定电压控制模式核算的电网运行方式，使得电网在大负荷方式下，柔性直流与交流系统交换的无功为0，根据大负荷方式下的电网短路电流计算换流站交流母线的第一三相短路容量s1；
[0034]
第二运行方式调节模块，用于调节适用于定电压控制模式核算的电网运行方式，使得电网在小负荷方式下，柔性直流与交流系统交换的无功为0，根据小负荷方式下的电网短路电流计算换流站交流母线的第二三相短路容量s2；
[0035]
稳态无功上下限确定模块，用于基于第一运行方式调节模块或第二运行方式调节模块的电网运行方式，调节柔性直流输出的无功功率和吸收的无功功率，确定柔性直流稳态无功上限和下限；
[0036]
电压上下限确定模块，用于根据电网相邻交流变电站的avc电压上下限确定柔性直流稳态无功控制的电压上限和下限；
[0037]
稳态电压控制的无功上下限确定模块，用于根据第一三相短路容量s1计算稳态电压控制的无功上限和下限；
[0038]
暂态调压区间确定模块，用于根据柔性直流稳态无功控制的电压上限和下限以及第二三相短路容量s2，确定暂态调压区间，暂态调压区间的下限为柔性直流无功达到柔性直流稳态无功下限时的电压值，暂态调压区间的上限为柔性直流无功达到柔性直流稳态无功上限时的电压值。
[0039]
可选地，稳态无功上下限确定模块具体用于：
[0040]
增大柔性直流输出的无功功率，使得换流站交流电压达到550kv，记录此时的无功功率为q1；
[0041]
增大柔性直流吸收的无功功率，使得换流站交流电压达到500kv，记录此时的无功功率为-q2；
[0042]
取柔性直流稳态无功上限为q
max
＝min{q1,qn}，取柔性直流稳态无功下限为q
min
＝max{-q2,-qn}，其中，qn为柔性直流换流站的无功设计能力上限，-qn为柔性直流换流站的无功设计能力下限。
[0043]
可选地，电压上下限确定模块具体用于：
[0044]
获取电网相邻交流变电站的avc电压上限u
acmax
和电网相邻交流变电站的avc电压下限u
acmin
；
[0045]
取柔性直流稳态无功控制的电压上限为u
op_max
＝u
acmax
+δu，柔性直流稳态无功控制的电压下限为u
op_min
＝u
acmin-δu，其中，δu为档位差。
[0046]
可选地，稳态电压控制的无功上下限确定模块具体用于：
[0047]
根据第一三相短路容量s1、柔性直流稳态无功上限和下限，计算大负荷方式下无功对电压的导数k，计算公式为：
[0048][0049]
根据大负荷方式下无功对电压的导数k计算稳态电压控制的无功上限和下限，计
算公式为：
[0050][0051]qop_min
＝-q
op_max
[0052]
其中，α为经验系数，q
op_max
为稳态电压控制的无功上限，q
op_min
为稳态电压控制的无功下限。
[0053]
可选地，暂态调压区间确定模块具体用于：
[0054]
根据第二三相短路容量s2、柔性直流稳态无功上限q
max
和柔性直流稳态无功下限q
min
，计算低压暂态调压无功对电压的导数k1和高压暂态调压无功对电压的导数k2，计算公式为：
[0055][0056]
根据低压暂态调压无功对电压的导数k1和高压暂态调压无功对电压的导数k2分别计算暂态调压区间的下限u
rate_min
和上限u
rate_max
，计算公式为：
[0057][0058][0059]
从以上技术方案可以看出，本发明提供的柔性直流定电压控制模式参数设计方法和系统具有以下优点：
[0060]
本发明提供的柔性直流定电压控制模式参数设计方法，将电网运行方式分别调节至适用于定无功控制模式核算的大负荷和小负荷电网运行方式，分别计算换流站交流母线的第一三相短路容量和第二三相短路容量，在确定柔性直流稳态无功上下限和柔性直流稳态无功控制的电压上下限后，根据第一三相短路容量计算稳态电压控制的无功上下限，然后根据第二三相短路容量确定暂态调压区间，最终输出柔性直流定电压控制模式的所有参数：柔性直流稳态无功上限和下限、柔性直流稳态无功控制的电压上限和下限、稳态电压控制的无功上限和下限、柔性直流无功达到柔性直流稳态无功下限时的电压值和柔性直流无功达到柔性直流稳态无功上限时的电压值，实现了优化柔性直流定电压控制模式参数设计，将电网电压控制在合理范围内，充分发挥柔性直流稳态调压能力，提高电网运行的稳定水平的技术效果。
[0061]
本发明提供的柔性直流定电压控制模式参数设计系统，用于执行本发明提供的柔性直流定电压控制模式参数设计方法，其原理和所达到的技术效果，与本发明提供的柔性直流定电压控制模式参数设计方法相同，在此不再赘述。
附图说明
[0062]
为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以
根据这些附图获得其他相关的附图。
[0063]
图1为本发明中提供的一种柔性直流定电压控制模式参数设计方法的流程示意图；
[0064]
图2为本发明中提供的柔性直流稳态无功控制q模式曲线；
[0065]
图3为本发明中提供的一种柔性直流定电压控制模式参数设计系统的结构示意图。
具体实施方式
[0066]
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0067]
为了便于理解，请参阅图1至图2，本发明中提供了一种柔性直流定电压控制模式参数设计方法的实施例，包括：
[0068]
步骤101、调节适用于定电压控制模式核算的电网运行方式，使得电网在大负荷方式下，柔性直流与交流系统交换的无功为0，根据大负荷方式下的电网短路电流计算换流站交流母线的第一三相短路容量s1。
[0069]
需要说明的是，选取柔性直流投产年大负荷运行方式下的数据(根据去年的负荷水平和全社会经济增长率确定负荷增长率确定第二年的负荷最大值，负荷最大值确定后根据机组备用要求调节开机得到大负荷方式数据)，换流站近区机组全开机，且全接线运行，使得直流有功功率达到额定值，柔性直流采用定电压控制模式，即u模式，设定换流站电压为525kv，调节交流系统的变电站的低压电容器，使得柔性直流与交流系统交换的无功为0。在该运行方式下，根据电网短路电流计算换流站交流母线的第一三相短路容量s1。其中，根据电网短路电流计算换流站交流母线的三相短路容量的技术手段为现有技术，在此不再进行赘述。
[0070]
步骤102、调节适用于定电压控制模式核算的电网运行方式，使得电网在小负荷方式下，柔性直流与交流系统交换的无功为0，根据小负荷方式下的电网短路电流计算换流站交流母线的第二三相短路容量s2。
[0071]
需要说明的是，以电网小负荷方式下柔性直流与交流系统交换的无功为0为目标，调节适用于定无功控制模式核算的电网运行方式。选取柔性直流投产年小负荷方式数据(根据去年的负荷水平和全社会经济增长率确定负荷增长率确定第二年的负荷最小值，负荷最小值确定后根据机组备用要求调节开机得到小负荷方式数据)，关停换流站近区燃机和抽水蓄能等调峰机组、换流站出线一回检修方式，使得直流有功功率达到额定值，柔性直流采用定无功控制模式，即u模式，将无功功率设定为0，调节交流系统无功，使得换流站电压为525kv。在该运行方式下，计算换流站交流母线的第二三相短路容量s2。
[0072]
需要说明的是，步骤101和步骤102之间不存在执行先后顺序限制。
[0073]
步骤103、基于步骤101或步骤102下的电网运行方式，调节柔性直流输出的无功功率和吸收的无功功率，确定柔性直流稳态无功上限和下限。
[0074]
需要说明的是，在步骤101的大负荷运行方式下或步骤102的小负荷运行方式下，
调节柔性直流输出的无功功率和吸收的无功功率会使得换流站交流电压相应变化。当换流站交流电压达到上限值时，对应某个柔性直流输出的无功功率，当换流站交流电压达到下限值时，对应某个柔性直流吸收的无功功率。将这两个状态下的柔性直流输出的无功功率和吸收的无功功率与柔性直流换流站的无功设计能力上限和下限相比，从而可以确定柔性直流稳态无功上限和下限。具体地，增大柔性直流输出的无功功率，使得换流站交流电压达到550kv，记录此时的无功功率为q1，增大柔性直流吸收的无功功率，使得换流站交流电压达到500kv，记录此时的无功功率为-q2，取柔性直流稳态无功上限为q
max
＝min{q1,qn}，取柔性直流稳态无功下限为q
min
＝max{-q2,-qn}，其中，qn为柔性直流换流站的无功设计能力上限，-qn为柔性直流换流站的无功设计能力下限。
[0075]
步骤104、根据电网相邻交流变电站的avc电压上下限确定柔性直流稳态无功控制的电压上限和下限。
[0076]
需要说明的是，将柔性直流稳态无功控制的电压上限记为u
op_max
，柔性直流稳态无功控制的电压下限为u
op_min
，取相邻交流变电站的avc(自动电压控制，automatic voltage control)的电压上下限分别为u
acmax
和u
acmin
，档位差为δu，则u
op_max
＝u
acmax
+δu，u
op_min
＝u
acmin-δu。
[0077]
步骤105、根据第一三相短路容量s1计算稳态电压控制的无功上限和下限。
[0078]
需要说明的是，根据第一三相短路容量s1、柔性直流稳态无功上限q
max
和柔性直流稳态无功下限q
min
可以确定大负荷方式下无功对电压的导数k，其具体的计算公式为：
[0079][0080]
根据大负荷方式下无功对电压的导数k、柔性直流稳态无功控制的电压上限u
op_max
和柔性直流稳态无功控制的电压下限u
op_min
可以计算得到稳态电压控制的无功上限q
op_max
和稳态电压控制的无功下限q
op_min
，其具体的计算公式为：
[0081][0082]qop_min
＝-q
op_max
[0083]
其中，α为根据经验确定的经验系数，本发明实施例中，α取值为0.5，q
op_max
为稳态电压控制的无功上限，q
op_min
为稳态电压控制的无功下限。
[0084]
步骤106、根据柔性直流稳态无功控制的电压上限和下限以及第二三相短路容量s2，确定暂态调压区间，暂态调压区间的下限为柔性直流无功达到柔性直流稳态无功下限时的电压值，暂态调压区间的上限为柔性直流无功达到柔性直流稳态无功上限时的电压值。
[0085]
需要说明的是，先初步低压暂态调压无功对电压的导数k1和高压暂态调压无功对电压的导数k2，然后再根据低压暂态调压无功对电压的导数k1计算暂态调压区间的下限u
rate_min
，根据高压暂态调压无功对电压的导数k2计算暂态调压区间的上限u
rate_max
。具体地，计算低压暂态调压无功对电压的导数k1和高压暂态调压无功对电压的导数k2的公式为：
[0086]
[0087]urate_min
的计算公式为：
[0088][0089]urate_max
的计算公式为：
[0090][0091]
k1和k2为无功对电压的导数，其计算公式近似为短路容量与最大无功量的比值，单位为mvar/kv。
[0092]
至此，得到了柔性直流定电压控制模式的所有参数设计值：柔性直流稳态无功上限q
max
和下限q
min
、柔性直流稳态无功控制的电压上限u
op_max
和下限u
op_min
、稳态电压控制的无功上限q
op_max
和下限q
op_min
、柔性直流无功达到柔性直流稳态无功下限时的电压值和柔性直流无功达到柔性直流稳态无功上限u
rate_min
时的电压值u
rate_max
。
[0093]
本发明提供的柔性直流定电压控制模式参数设计方法，将电网运行方式分别调节至适用于定无功控制模式核算的大负荷和小负荷电网运行方式，分别计算换流站交流母线的第一三相短路容量和第二三相短路容量，在确定柔性直流稳态无功上下限和柔性直流稳态无功控制的电压上下限后，根据第一三相短路容量计算稳态电压控制的无功上下限，然后根据第二三相短路容量确定暂态调压区间，最终输出柔性直流定电压控制模式的所有参数：柔性直流稳态无功上限和下限、柔性直流稳态无功控制的电压上限和下限、稳态电压控制的无功上限和下限、柔性直流无功达到柔性直流稳态无功下限时的电压值和柔性直流无功达到柔性直流稳态无功上限时的电压值，实现了优化柔性直流定电压控制模式参数设计，将电网电压控制在合理范围内，充分发挥柔性直流稳态调压能力，提高电网运行的稳定水平的技术效果。
[0094]
为了便于更好地理解本发明实施例中提供的柔性直流定电压控制模式参数设计方法，本发明中提供了柔性直流定电压控制模式参数设计方法的具体应用例：
[0095]
选取某柔性直流工程投产年大负荷方式数据，换流站近区机组全开机，且全接线运行，使得直流有功功率达到1500mw，无功/电压控制设定为电压控制模式，并设定电压为525kv，调节交流系统的变电站的低压电容器，使得柔性直流向提供的无功为0，在该运行方式下，换流站交流母线的三相短路容量s1＝48083mva
[0096]
选取某柔性直流工程投产年小负荷方式数据，关停换流站近区燃机和抽水蓄能等调峰机组、换流站～变电站a一回检修方式，使得直流有功功率达到额定值1500mw，柔性直流采用定无功控制模式，即u模式，将无功功率设定为0，调节交流系统无功，使得换流站电压为525kv，此时计算的换流站交流母线三相短路容量s2＝36594mva。
[0097]
基于以上任一种运行方式，当增大柔性直流输出的无功功率q1至500mvar时，换流站交流电压达到550kv，当增大柔性直流吸收的无功功率q2至550mvar时，换流站交流电压达到500kv，而柔性直流换流站的无功设计能力
±qn
为
±
450mvar，所以q
max
＝min{500,450}＝450mvar，q
min
＝max{-550,-450}＝-450mvar。
[0098]
相邻交流变电站a的avc的电压上下限分别为u
acmax
＝537kv和u
acmin
＝526kv，档位差δu为1.3kv，则稳态无功控制的电压上下限为：
[0099]uop_min
＝u
acmin-δu＝526kv-1.3kv＝524.7kv
[0100]uop_max
＝u
acmax
+δu＝537kv+1.3kv＝538.3kv
[0101]
计算大负荷运行方式下无功对电压的导数k：
[0102][0103]
根据大负荷方式下无功对电压的导数k计算稳态电压控制的无功上限和下限：
[0104][0105]qop_min
＝-q
op_max
＝-181.7mvar
[0106]
计算低压暂态调压无功对电压的导数k1和高压暂态调压无功对电压的导数k2：
[0107][0108]
则无功达到q
max
时的电压值无功达到q
min
时的电压值
[0109]
因此最终确定柔性直流定电压控制模式下的无功参数定值为：q
max
＝450mvar，q
min
＝-450mvar，u
op_min
＝524.7kv，u
op_max
＝538.3kv，q
op_max
＝181.7mvar，q
op_min
＝-181.7mvar，u
rate_min
＝511.8kv，u
rate_max
＝549.4kv。
[0110]
为了便于理解，请参阅图3，本发明中提供了一种柔性直流定电压控制模式参数设计系统的实施例，包括：
[0111]
第一运行方式调节模块，用于调节适用于定电压控制模式核算的电网运行方式，使得电网在大负荷方式下，柔性直流与交流系统交换的无功为0，根据大负荷方式下的电网短路电流计算换流站交流母线的第一三相短路容量s1；
[0112]
第二运行方式调节模块，用于调节适用于定电压控制模式核算的电网运行方式，使得电网在小负荷方式下，柔性直流与交流系统交换的无功为0，根据小负荷方式下的电网短路电流计算换流站交流母线的第二三相短路容量s2；
[0113]
稳态无功上下限确定模块，用于基于第一运行方式调节模块或第二运行方式调节模块的电网运行方式，调节柔性直流输出的无功功率和吸收的无功功率，确定柔性直流稳态无功上限和下限；
[0114]
电压上下限确定模块，用于根据电网相邻交流变电站的avc电压上下限确定柔性直流稳态无功控制的电压上限和下限；
[0115]
稳态电压控制的无功上下限确定模块，用于根据第一三相短路容量s1计算稳态电压控制的无功上限和下限；
[0116]
暂态调压区间确定模块，用于根据柔性直流稳态无功控制的电压上限和下限以及第二三相短路容量s2，确定暂态调压区间，暂态调压区间的下限为柔性直流无功达到柔性直流稳态无功下限时的电压值，暂态调压区间的上限为柔性直流无功达到柔性直流稳态无功上限时的电压值。
[0117]
稳态无功上下限确定模块具体用于：
[0118]
增大柔性直流输出的无功功率，使得换流站交流电压达到550kv，记录此时的无功功率为q1；
[0119]
增大柔性直流吸收的无功功率，使得换流站交流电压达到500kv，记录此时的无功功率为-q2；
[0120]
取柔性直流稳态无功上限为q
max
＝min{q1,qn}，取柔性直流稳态无功下限为q
min
＝max{-q2,-qn}，其中，qn为柔性直流换流站的无功设计能力上限，-qn为柔性直流换流站的无功设计能力下限。
[0121]
电压上下限确定模块具体用于：
[0122]
获取电网相邻交流变电站的avc电压上限u
acmax
和电网相邻交流变电站的avc电压下限u
acmin
；
[0123]
取柔性直流稳态无功控制的电压上限为u
op_max
＝u
acmax
+δu，柔性直流稳态无功控制的电压下限为u
op_min
＝u
acmin-δu，其中，δu为档位差。
[0124]
稳态电压控制的无功上下限确定模块具体用于：
[0125]
根据第一三相短路容量s1、柔性直流稳态无功上限和下限，计算大负荷方式下无功对电压的导数k，计算公式为：
[0126][0127]
根据大负荷方式下无功对电压的导数k计算稳态电压控制的无功上限和下限，计算公式为：
[0128][0129]qop_min
＝-q
op_max
[0130]
其中，α为经验系数，q
op_max
为稳态电压控制的无功上限，q
op_min
为稳态电压控制的无功下限。
[0131]
暂态调压区间确定模块具体用于：
[0132]
根据第二三相短路容量s2、柔性直流稳态无功上限q
max
和柔性直流稳态无功下限q
min
，计算低压暂态调压无功对电压的导数k1和高压暂态调压无功对电压的导数k2，计算公式为：
[0133][0134]
根据低压暂态调压无功对电压的导数k1和高压暂态调压无功对电压的导数k2分别计算暂态调压区间的下限u
rate_min
和上限u
rate_max
，计算公式为：
[0135][0136]
本发明提供的柔性直流定电压控制模式参数设计系统，用于执行本发明提供的柔性直流定电压控制模式参数设计方法，其原理和所达到的技术效果，与本发明提供的柔性直流定电
压控制模式参数设计方法相同，在此不再赘述。
[0137]
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。