[發明專利]計及有功無功影響的直流輸電系統自適應電流控制方法

在審

• 申請號: 202110981379.9
• 申請日: 2021-08-25
• 公開（公告）號: CN113595129A
• 公開（公告）日: 2021-11-02
• 發明（設計）人: 歐陽金鑫;龐茗予;余建峰
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: H02J3/36
• 分類號: H02J3/36;H02J3/00
• 代理公司: 重慶博凱知識產權代理有限公司 50212
• 代理人: 黃河

本發明公開了計及有功無功影響的直流輸電系統自適應電流控制方法，在監測到直流輸電系統逆變站的換流母線電壓發生跌落時，啟動執行自適應電流控制；根據故障瞬間的逆變站換流母線電壓，建立逆變站直流電流約束和關斷角約束下的有功無功控制目標函數；進而根據電壓跌落瞬間逆變站換流母線電壓與無功臨界電壓的大小關系，確定逆變站直流電流控制策略，得到逆變站的直流電流控制參考值，對逆變站直流電流實施控制。本發明能根據不同故障嚴重程度下換相失敗恢復的需求，在滿足關斷角、直流電流的約束條件下，自適應地調整逆變站的直流電流控制參考值，有效抑制后續換相失敗并能同時兼顧有功無功對電網的影響。

技術領域

本發明涉及電力系統保護和控制技術領域，具體涉及一種計及有功無功影響的直流輸電系統自適應電流控制方法。

背景技術

基于線電壓換相的高壓直流輸電(LCC-HVDC)具有輸送容量大、功率調節能力強、造價相對較低等優點，是區域電網互聯、能源基地大容量功率高效外送的有效途徑。但是，LCC-HVDC采用無自關斷能力的晶閘管作為換流元件，受端交流系統故障等因素引發電壓波動易引發換相失敗。若首次換相失敗控制措施不當，還易引發后續換相失敗，產生連續換相失敗，對交流系統產生反復的功率沖擊，甚至可能導致換流站閉鎖，引發大型交直流系統的連鎖故障。

由于故障發生到首次換相失敗的間隔只有幾毫秒，因而首次換相失敗通常難以避免。與首次換相失敗相比，后續換相失敗的影響程度更深、范圍更廣。目前后續換相失敗常用抑制方法主要分為增加額外功率器件、換流器拓撲改造和控制系統優化3類方法。第一類增加SVC、調相機等無功補償設備能夠提升交流電壓水平，從而改善后續換相失敗的免疫能力。但是，無功補償設備響應時間一般為數十毫秒，實際裝置的響應時間更是達到上百毫秒，通常難以及時響應以抑制后續換相失敗，常作為輔助手段應用。第二類換流器拓撲改造方面，研究提出額器和可控串聯電容換相換流器的強迫換相換流器等新拓撲結構，但存在增加控制系統復雜性和投資成本等缺點，工程應用還存在難度。第三類控制系統的優化主要針對觸發角和直流電流控制。觸發角控制的研究集中于換相失敗預防控制(CFPREV)。CFPREV通過提前觸發來提升熄弧角裕度，從而阻止后續換相失敗。但是，提前觸發造成直流輸電系統傳輸功率降低、無功消耗增大。并且受啟動電壓準確度、PI控制器響應速度等的限制，控制效果較為有限。

目前廣泛采用低壓限流控制對低電壓狀態下的直流電流加以限制，從而改善故障下直流輸電系統的恢復特性。但是，低壓限流控制的直流電流指令與電壓呈簡化的線性關系，無法依據系統狀態準確控制電流變化，抑制后續換相失敗的能力有限。

已有方法提出以零無功交換量為目標控制直流電流來抑制換相失敗。但是，有功功率與無功交換量相互耦合，同時無功交換量影響換流母線電壓，又使得逆變站各電氣量與外部電網相互耦合。現有方法無法計及直流電流的調節對其余電氣量的影響，可能造成直流電流、觸發角、關斷角等電氣量配合不當，不僅無法有效抑制后續換相失敗，甚至成為產生后續換相失敗的重要原因。另外，現有方法未計及直流輸電系統控制對交流系統的影響，可能導致傳輸的有功功率大幅降低，威脅交流系統的穩定性。

因此，如何綜合考慮直流輸電系統中電氣量間的耦合從而更有效抑制后續換相失敗，同時兼顧直流輸電系統的調控對交流電網的影響，成為了本領域技術人員急需解決的問題。

發明內容

針對現有技術存在的上述不足，本發明需要解決的問題是：如何綜合考慮電氣量間的影響對直流輸電系統進行自適應的電流控制，從而更有效的抑制后續換相失敗，同時兼顧直流輸電系統的有功和無功對交流電網的影響。

為解決上述技術問題，本發明采用了如下的技術方案：

計及有功無功影響的直流輸電系統自適應電流控制方法，在監測到直流輸電系統逆變站的換流母線電壓發生跌落時，啟動執行自適應電流控制，自適應電流控制流程包括如下步驟：

S101、采集直流輸電系統逆變站的直流電流和關斷角，根據逆變站的直流電流約束和關斷角約束，計算逆變站的無功臨界電壓；