基于储存能量特征的直流孤岛无功稳定控制方法与流程

本发明涉及电力系统，具体涉及基于储存能量特征的直流孤岛无功稳定控制方法。

背景技术：

1、我国负荷中心与新能源富集区域呈现典型逆向分布，提升远距离、大容量的风火打捆经交直流输电线路安全外送技术已成为重要现实需求。而系统发生扰动后，直流外送系统可能转为孤岛运行状态，发生严重的电压稳定问题。

2、直流送端系统与主网失去电气联系后，短路比和惯性时间常数下降，直流传输功率大幅降低，并且产生幅度较大的无序波动，给系统稳定带来严重威胁。因此直流送端系统内的配套协同尚不完善，直流送端系统对在稳定控制方面的主动支撑能力尚未完全挖掘，送端电网故障耐受能力尚未完全释放，电压稳定、频率稳定等问题仍严重影响系统的安全运行。

3、目前针对直流送端系统孤岛运行后考虑交直流交互作用下暂态电压特性的研究仍较为匮乏，故障引发孤岛系统失稳的机理尚不明晰，难以提出高效、普适、有针对性的直流送端系统稳定控制方法。

技术实现思路

1、鉴于上述的分析，本发明实施例旨在提供一种基于储存能量特征的直流孤岛无功稳定控制方法，用以解决直流送端系统孤岛运行状态下的电压稳定性的问题，可能会出现的电压跌落，以确保电力系统在这种情况下维持稳定运行，减轻电压跌落问题，提高系统的可靠性和安全性。

2、本发明实施例公开了一种基于储存能量特征的直流孤岛无功稳定控制方法，包括如下步骤：

3、步骤s1，基于直流送端系统无功流动模型、实时采集的电气量和初始无功支撑系数得到电流指令值；其中，所述初始无功支撑系数基于线路故障后换流站无功缺额引起的电压跌落值设置得到；

4、步骤s2，基于系统稳定边界，将直流送端系统能量函数模型中的存储能量对时间的导数值调整至所述稳定边界的范围内后，基于所述电流指令值得到所述稳定边界范围内的无功支撑系数的取值范围；

5、步骤s3，在所述取值范围内调整无功支撑系数，基于调整后的无功支撑系数调整电流指令值，基于调整后的所述电流指令值主动支撑所述直流送端系统的暂态电压。

6、进一步地，所述直流送端系统无功流动模型，如下：

7、qdrn＝qacrn+qcrn

8、其中，qdrn为额定条件下换流器消耗的无功功率，qacrn为额定条件下包含新能源机组和火电机组的交流系统馈入直流系统的无功功率，qcrn为额定条件下并联电容器和交流滤波器提供的无功功率。

9、进一步地，所述线路故障后直流送端系统进入孤岛运行状态，所述换流站处有大量无功缺额；

10、所述换流站处的无功缺额引起电压跌落值，如下：

11、

12、其中，ulrf.pu为电压跌落值，qdr为孤岛运行状态时换流器消耗的无功功率，scr为短路比，pdrn为额定条件下换流器消耗的无功功率，ulr.pu为直流侧电压标幺值，pdrn为直流系统额定传输功率。

13、进一步地，所述电流指令值为：

14、

15、其中，ksup为无功支撑系数，idrn为整流侧额定电流，n为6脉动换流器串联个数，ulrn为直流送端系统额定电压，ulr为直流送端系统电压。

16、进一步地，所述直流送端系统能量函数模型为：

17、vs＝vd+vt

18、

19、其中，vs为储存能量，vd为耗散能量，vt为交互能量，kl、kr和kc为常数项，δu和δi分别为电压、电流状态量，fc、fl分别为影响电压、电流状态变量的交互控制环节。

20、进一步地，所述存储能量对时间的导数值为：

21、

22、其中，为耗散能量对时间的导数值，为交互能量对时间的导数值；

23、根据所述存储能量对时间的导数值的大小判断得到系统稳定边界。

24、进一步地，基于李雅普诺夫第二法判断，系统受到扰动作用后：

25、当时，储存能量不断增大，直流送端系统是不稳定的；

26、当时，储存能量随时间的推移逐渐衰减，直流送端系统是渐进稳定的；

27、当时，系统的储存能量既不增加也不消耗，此时的系统平衡状态为直流送端系统稳定边界；

28、令恒小于等于零，保证所述直流送端系统在所述系统稳定边界内。

29、进一步地，所述无功支撑系数的取值范围为：

30、

31、其中，ksup_min、ksup_max分别为无功支撑系数的最小值和最大值。

32、进一步地，所述步骤s3包括：

33、判断调整后的所述无功支撑系数，是否在所述系统稳定边界下的无功支撑系数取值范围内；

34、如果是，则对所述理论推导出的电流指令值进行调整，实现直流送端系统对暂态电压的主动支撑；否则继续调整所述无功支撑系数。

35、进一步地，直流送端系统包括新能源机组和火电机组的交流系统、换流站和交流滤波器，其中，换流站包括换流器；

36、所述实时采集的电气量包括孤岛运行状态时换流器消耗的无功功率qdr、整流侧直流电压udr、整流侧直流电流idr。

37、与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：

38、1、建立了直流送端系统无功流动模型，提出了无功支撑系数，推导建立了整流侧电流指令值计算表达式。利用李雅普诺夫稳定判据包括储存能量的直流送端能量函数模型，得到直流送端系统稳定边界，将系统稳定边界作为约束条件调整无功支撑系数，实现直流送端系统对暂态电压的主动支撑；

39、2、本申请实施例通过大小功率跌落(即电压跌落)对比，验证了采用定电流指令值的附加控制环节的优越性。在系统稳定边界内调整无功支撑系数，进而调整整流可以消耗的最大无功量，这不仅抑制了孤岛运行后的电压跌落，同时还提高系统稳定性。

40、本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。

技术特征：

1.一种基于储存能量特征的直流孤岛无功稳定控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述直流送端系统无功流动模型，如下：

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述线路故障后直流送端系统进入孤岛运行状态，所述换流站处有大量无功缺额；

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述电流指令值为：

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述直流送端系统能量函数模型为：

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述存储能量对时间的导数值为：

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，包括：

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述无功支撑系数的取值范围为：

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述步骤s3包括：

10.根据权利要求1-9任一项所述的方法，其特征在于，

技术总结
本发明公开了一种基于储存能量特征的直流孤岛无功稳定控制方法。属电力系统领域，包括步骤S1，基于直流送端系统无功流动模型、实时采集的电气量和初始无功支撑系数得到电流指令值；其中，所述初始无功支撑系数基于线路故障后换流站无功缺额引起的电压跌落值设置得到；步骤S2，基于系统稳定边界，将存储能量对时间的导数值调整至所述稳定边界的范围内后，基于所述电流指令值得到所述稳定边界范围内的无功支撑系数的取值范围；步骤S3，在所述取值范围内调整无功支撑系数，基于调整后的无功支撑系数调整电流指令值，基于调整后的所述电流指令值主动支撑所述直流送端系统的暂态电压。解决直流送端系统孤岛运行状态下的电压稳定性的问题。

技术研发人员：史宇欣,王亮,陶文彪,李瑞,孟庆萌,郭卓麾,齐宇,马静,柏仲尧,赵玉枫
受保护的技术使用者：国网山西省电力公司电力科学研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/2/19