一種多饋入直流恢復(fù)過程vdcol控制參數(shù)優(yōu)化方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種多饋入直流恢復(fù)過程VDCOL控制參數(shù)優(yōu)化方法，其包括以下步驟：步驟1、建立優(yōu)化模型目標函數(shù)；步驟2、建立PQ耦合簡化模型，獲得所述優(yōu)化模型目標函數(shù)的約束條件；步驟3、計算所述PQ耦合簡化模型各個方程，以得到優(yōu)化后逆變站消耗的無功功率峰值的最小值Qmax,min；步驟4、確定優(yōu)化后的VHj，VLj，IHj，ILj。本發(fā)明在直流準穩(wěn)態(tài)模型的基礎(chǔ)上，總結(jié)了換流站電壓恢復(fù)特性，簡化了有功和無功功率計算方法，建立了PQ耦合恢復(fù)簡化模型，能夠量化地反映故障后有功和無功功率的變化規(guī)律，能夠從機理上計算和分析VDCOL參數(shù)的影響，通過優(yōu)化，可減小多回直流共同恢復(fù)對受端電網(wǎng)總的無功需求。
【專利說明】一種多饋入直流恢復(fù)過程VDCOL控制參數(shù)優(yōu)化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種高壓直流輸電系統(tǒng)多饋入直流恢復(fù)過程VDCOL控制參數(shù)優(yōu)化方法，屬于電力系統(tǒng)控制運行保護【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]在直流輸電系統(tǒng)控制方式中，改變低壓限流(VDCOL)環(huán)節(jié)的控制參數(shù)即可控制直流輸電系統(tǒng)有功功率在故障后的恢復(fù)特性，因此它在研究直流故障后的恢復(fù)具有重要的作用。在含有多饋入直流的交直流輸電系統(tǒng)中，若多回直流的逆變站電氣距離很近，則其中某一回逆變站附近電網(wǎng)發(fā)生嚴重故障(如三相金屬性接地短路)時，可能導(dǎo)致多個逆變站換流母線電壓大幅度跌落，嚴重時有可能導(dǎo)致它們同時發(fā)生換相失敗，直流功率難以順利恢復(fù)。在這種情形下，VDCOL控制合理與否將對各回直流恢復(fù)乃至整個電網(wǎng)的穩(wěn)定性產(chǎn)生巨大影響。另外，與對直流控制系統(tǒng)進行改造相比，對VDCOL進行改進通常只需付出很小代價便能對直流系統(tǒng)的恢復(fù)性能產(chǎn)生較好的效果；因此，對于直流多饋入輸電系統(tǒng)，研究各直流VDCOL控制單元的特性具有重要意義。
[0003]常規(guī)多饋入直流協(xié)調(diào)控制的VDCOL特性曲線有4個控制參數(shù)VH，Vu Ih和Ip通過改變它們即可改變直流輸電系統(tǒng)故障后的恢復(fù)速度。VDCOL特性參數(shù)對大方式直流功率調(diào)制特別是緊急直流功率支援有很大的影響，增大意味著當直流電壓稍微下降就開始限制直流電流，此時直流功率下降；增大相當于相同的直流電壓對應(yīng)的直流電流指令增大，直流功率也增大，有利于緩解有功失衡，但換流站的無功消耗也相應(yīng)增加。常規(guī)的VDCOL特性在系統(tǒng)電壓的下降與恢復(fù)期間，VDCOL的4個特性參數(shù)相同，即在這兩個過程中直流電流指令值是沿著同一折線段變化的，這種設(shè)計方式?jīng)]有考慮到直流系統(tǒng)恢復(fù)期間將對其所處交流系統(tǒng)產(chǎn)生大量無功需求的特殊性，難以適應(yīng)交流系統(tǒng)復(fù)雜的運行情況。為了解決該問題，有些學者對VDCOL的特性進行改善。
[0004]文獻I[王珂，楊衛(wèi)東，方勇杰，等.有利于多饋入直流輸電系統(tǒng)協(xié)調(diào)恢復(fù)的VDCOL控制策略研究[J].江蘇電機工程，2007，26 (I):2-3]采用了 VDCOL的改進特性曲線，在故障期間兩個電壓參數(shù)較大而在恢復(fù)過程中，VDCOL特性曲線向右平移，在故障過程中電流指令值快速下降，而恢復(fù)過程等電壓恢復(fù)到更高水平時才改變直流電流指令值，延緩直流的恢復(fù)過程，以此緩解直流對受端系統(tǒng)的無功需求。該文獻通過仿真指出，采用該控制方式能提高系統(tǒng)穩(wěn)定裕度。文獻2[YANG Dachun, LIU Tianqi, etal.Study of AnAdaptive Fuzzy VDCOL Control Strategy for Coordinated Recovery of Multi—feed—inHVDC System[C], Power and Energy Engineering Conference (APPEEC)，2010Asia_PacifiC, 2010:1-4]提出一種自適應(yīng)模糊VDCOL控制方式。根據(jù)系統(tǒng)狀態(tài)自動調(diào)節(jié)直流電流，通過系統(tǒng)分析來控制而不需確定VDCOL的參數(shù)。模糊VDCOL引入另一輸入:直流電壓對時間的導(dǎo)數(shù)，從而使得VDCOL能夠反映直流系統(tǒng)無功需求和系統(tǒng)電壓恢復(fù)速度。即模糊VDCOL有兩個輸入變量，分別是高壓直流輸電線電壓和它的導(dǎo)數(shù)。在該控制方式下，若電壓下降很快，則直流電流下降更快；若電壓上升很快，則直流電流上升更快。即比起一般的VDC0L，直流電流的變化速度將會更快。因而模糊VDCOL能夠更快速而有效地使系統(tǒng)從故障之中恢復(fù)，同時它對于大部分的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)具有很好的適應(yīng)性，能顯著對于提升多饋入直流的暫態(tài)穩(wěn)定性。文獻3[劉曉明，慈文斌，劉玉田.直流控制方式對受端電網(wǎng)電壓穩(wěn)定性影響.電力自動化設(shè)備[J]，2011，31 (4):69-71]也提出了一種自適應(yīng)VDCOL特性，根據(jù)換流母線電壓自動調(diào)節(jié)VDCOL電壓參數(shù)的整定值，相比于固定參數(shù)VDC0L，在故障過程中對直流電流指令值限制作用更強，有功功率下降更快，可減小無功消耗，而故障后放寬對電流指令值的限制，直流有功功率恢復(fù)速度更快。
[0005]在多饋入直流的恢復(fù)過程中，多回直流同時恢復(fù)無疑會對受端交流系統(tǒng)造成很大的沖擊，因此不同VDCOL的控制特性下的直流有功恢復(fù)要有一定的先后層次。因此有些學者研究了 VDCOL特性的延遲環(huán)節(jié)。文獻4[薛振宇.交直流混聯(lián)電力系統(tǒng)暫態(tài)仿真及其穩(wěn)定性分析與參數(shù)優(yōu)化[D].天津，天津大學電氣與自動化工程學院.2011:60-61，博士畢業(yè)論文]為了使經(jīng)VDCOL限制后的電流指令值為平穩(wěn)變化的，VDCOL的投入和退出都設(shè)置有不同的時間常數(shù)。電壓下降則采用較小的時間常數(shù)，使VDCOL快速動作，而電壓恢復(fù)過程中則設(shè)置較大的時間常數(shù)，可避免電流振蕩和不穩(wěn)定。文獻5[汪娟娟，張堯，林凌雪.交流故障后MIDC系統(tǒng)的協(xié)調(diào)恢復(fù)策略[J].電力自動化設(shè)備，2009，29(10):80-81]對多饋入直流的逆變站VDCOL延時環(huán)節(jié)時間常數(shù)進行協(xié)調(diào)優(yōu)化。通過仿真發(fā)現(xiàn)，通過優(yōu)化后，直流在恢復(fù)過程中無功需求減小，有利于系統(tǒng)的動態(tài)穩(wěn)定性。但在研究中并沒有提到如何從機理上分析協(xié)調(diào)多饋入直流換相失敗后恢復(fù)過程的VDCOL控制。
[0006]受端系統(tǒng)的強弱對VDCOL參數(shù)的設(shè)定也有一定的影響。交流系統(tǒng)的強弱一般使用SCR(系統(tǒng)短路比)和ESCR(系統(tǒng)有效短路比)進行描述，網(wǎng)絡(luò)拓撲的變化以及不同的負荷模型對交流系統(tǒng)的SCR和ESCR都會有影響。隨著交流系統(tǒng)SCR和ESCR的降低，最優(yōu)VDCOL的控制曲線逐漸右移，即交流系統(tǒng)強度減弱，直流最優(yōu)VDCOL控制曲線右移規(guī)律具有普遍性。VDCOL不適用于弱電網(wǎng)，應(yīng)用于較強的電網(wǎng)也可能會導(dǎo)致不必要的功率縮減。文獻[K.Weyrich, R.Leelaruji, W.Kuehn, etal.Real-time implementat1n of an AutomaticVoltage Stabilizer for HVDC Control[C], Innovative Smart Grid Technologies(ISGTEurope), 2012:1-8]在分析VDCOL對系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性影響的基礎(chǔ)上指出，VDCOL控制環(huán)節(jié)參數(shù)設(shè)計有時候并沒有經(jīng)過一些靜態(tài)穩(wěn)定分析，而在弱電網(wǎng)中并不適用，在較強電網(wǎng)中應(yīng)用也可能會導(dǎo)致一定的功率損失。
[0007]綜上所述，VDCOL在單回直流控制研究較多，在多饋入直流輸電系統(tǒng)的研究主要是定性的研究，主要針對故障過程以及故障后的不同情況進行VDCOL特性的分析，而且研究VDCOL大部分是選用經(jīng)典的參數(shù)進行分析的，缺少理論上的計算驗證。因此，選用數(shù)學建?？蓮睦碚撋隙康胤治鯲DCOL參數(shù)的影響并尋找最優(yōu)解，可以填補目前研究的一些不足，對多饋入直流輸電系統(tǒng)協(xié)調(diào)恢復(fù)有重要作用。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0008]為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出一種多饋入直流恢復(fù)過程VDCOL控制參數(shù)優(yōu)化方法，其目的在于通過建立PQ耦合恢復(fù)簡化模型構(gòu)建多饋入直流恢復(fù)過程VDCOL參數(shù)優(yōu)化模型，通過優(yōu)化，可減小多回直流共同恢復(fù)對受端電網(wǎng)總的無功需求。
[0009]本發(fā)明采取的技術(shù)方案是:
[0010]一種多饋入直流恢復(fù)過程VDCOL控制參數(shù)優(yōu)化方法，其包括以下步驟:
[0011]步驟1、建立優(yōu)化模型目標函數(shù):
【權(quán)利要求】
1.一種多饋入直流恢復(fù)過程VDCOL控制參數(shù)優(yōu)化方法，其特征在于，其包括以下步驟: 步驟1、建立優(yōu)化模型目標函數(shù):
其中，Qmax，min為優(yōu)化后各逆變站消耗無功功率總和峰值的最小值，Qtu為在η回直流同時恢復(fù)時，第j回逆變站消耗的無功功率，I ^ j ^ η, η為大于I的整數(shù)； 步驟2、建立PQ耦合簡化模型，獲得所述優(yōu)化模型目標函數(shù)的約束條件，當在η回直流同時恢復(fù)，第j回直流的額定功率Pnj已知時，所述PQ耦合簡化模型為:
式⑴中，I 其中:t為時間，fC為逆變站換流母線電壓有效值；VHj，VLJ, Ihj, Ilj為第j回直流VDCOL控制環(huán)節(jié)的4個控制參數(shù)，分別為最高電壓門檻值、最低電壓門檻值、最大電流限定值以及最小電流限定值，Idj為VDCOL控制環(huán)節(jié)決定的直流電流指令值；dd,分別為第j回直流輸送的有功功率和逆變站消耗的無功功率，標有*號都是標么值，其他為有名值；其中V: =f'm為逆變站換流母線的電壓恢復(fù)特性；4為直流電流指令的計算公式；P； =Ir(VUl)為直流輸送有功功率計算方法；Ql =/,(0為逆變站消耗無功功率隨著有功功率恢復(fù)的變化特性； 步驟3、計算所述PQ耦合簡化模型各個方程，以得到優(yōu)化后各逆變站消耗無功功率總和峰值的最小值Qmax，min; 其包括以下步驟: 步驟31、計算逆變站換流母線的電壓恢復(fù)特性，其計算方法是: 根據(jù)直流輸電準穩(wěn)態(tài)模型，計算逆變站直流電壓Vdi如式(3)所示:
其中Np，ki； Vaci, β，Rci, Id分別表示直流運行極數(shù)，變壓器變比，逆變站換流母線電壓，逆變站換流閥超前角，逆變站等效換相電阻以及直流電流值； 由于逆變站等效換相電阻Rcd的阻值較小，RciId部分相對于Vdi很小，因此逆變站直流電壓可近似認為:
當直流逆變站所接入交流電網(wǎng)無功支撐能力很強時，直流發(fā)生故障后在很短時間內(nèi)能恢復(fù)過來，逆變站的熄弧角在故障后先升高后下降，然而在較短時間內(nèi)就能恢復(fù)到正常值附近，對應(yīng)時間段內(nèi)有功功率仍在上升狀態(tài)，直流電壓和電流處于恢復(fù)過程，為簡化直流功率的計算，假設(shè)故障后熄弧角在很短時間內(nèi)恢復(fù)至穩(wěn)態(tài)，因此可認為在故障后直流電壓標幺值與換流母線電壓標么值基本相等，即故障后::.(5) ? ae 假定逆變站的無功源容量足夠大且具有較高的可控性，則換流母線電壓可控制在某一恢復(fù)特性下，在電磁暫態(tài)仿真平臺中設(shè)置一故障，仿真出來的直流恢復(fù)過程逆變站換流母線電壓有效值波形，所述直流恢復(fù)過程逆變站換流母線電壓有效值波形即為逆變站換流母線的電壓恢復(fù)特性，對該逆變站換流母線的電壓恢復(fù)特性進行擬合，獲得逆變站換流母線電壓有效值方程:
步驟32、計算直流電流指令值,其計算方法是: 根據(jù)多饋入直流輸電系統(tǒng)中常規(guī)的VDCOL控制特性獲得式(7)關(guān)于第j回直流電流指令值:
步驟33、簡化直流輸送的有功功率的計算，其簡化方法是: 根據(jù)步驟32確定直流電流指令值后，直流系統(tǒng)通過控制換流閥的角度，能使得直流電流值在很短時間內(nèi)達到指令值，因此假定指令值即為直流電流值，因此直流輸送的有功功率標么值可用公式(8)所示: Ki = Kh(8) 則第j回直流輸送的有功功率的計算公式為: = KJdj(9) 步驟34、確定逆變站消耗的無功功率隨其輸送的有功功率的變化特性: 在電磁暫態(tài)仿真平臺中通過設(shè)置大量故障進行仿真，獲得直流故障后，逆變站消耗的無功功率隨其輸送的有功功率的變化規(guī)律，在直流恢復(fù)過程中，逆變站消耗的無功功率隨其輸送的有功功率的變化特性整體趨勢相同，將逆變站消耗的無功功率值和其輸送的有功功率值進行歸一化處理，擬合可得二者的變化特性如式(10)所示:
步驟35、在Viu, Vlj, Ihj, Ilj的參考取值范圍內(nèi)給出Viu, VLj, IHj, Iu不同的數(shù)據(jù)，聯(lián)立式(6)、(7)、(9)、(10)求得各回直流的逆變站消耗的無功功率這,，并代入式(I)中，計算并確定逆變站消耗的無功功率峰值的最小值Qmax，min ; 步驟4、在步驟35中得到逆變站消耗的無功功率峰值的最小值Qmax，min的情況下，式(7)中的I，VLJ, Ihj, Ilj即為直流恢復(fù)過程VDCOL環(huán)節(jié)優(yōu)化的控制參數(shù)值。
【文檔編號】H02J3/36GK104167754SQ201410309573
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2014年6月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月30日
【發(fā)明者】周保榮, 羅東豪, 杜兆斌, 洪潮 申請人:南方電網(wǎng)科學研究院有限責任公司, 華南理工大學