一種提高混合直流系統換相失敗抵御能力的協調控制方法與流程
本發明涉及輸配電技術領域，尤其涉及一種提高并聯混合直流輸電系統換相失敗抵御能力的協調控制方法。
背景技術：
基于電流源型換流器的傳統高壓直流輸電(Line Commutated Converter High Voltage Direct Current，LCC-HVDC)具有輸電距離遠，輸送容量大，輸送功率快速可控等特點，且世界范圍內已建成工程項目多，運行經驗豐富，技術成熟。但是由于傳統高壓直流輸電系統采用半控型器件，因此在運行過程中存在發生換相失敗的風險，且需要消耗大量的無功功率。近年來，隨著電力電子技術的進步，基于電壓源型換流器的柔性直流輸電(Voltage Source Converter based High Voltage Direct Current，VSC-HVDC)技術快速發展，該技術采用全控型器件，不存在發生換相失敗的風險，同時具有有功無功獨立解耦控制，無功功率連續可調，不需要吸收無功功率甚至可以根據需要發出無功功率的特點，但是相對傳統直流而言，存在工程造價高，運行損耗高，輸送容量小等缺點。為了發揮兩者各自的優點，同時規避各自的缺點，將兩種輸電技術結合起來組成混合直流輸電系統成為當下的研究熱點。
將常規直流和柔性直流并列運行，即組成混合直流輸電系統。現階段的混合直流輸電工程中，常規直流和柔性直流換流站之間存在一定的電氣距離，兩者的運行也相互獨立，缺乏相應的協調控制手段。在某些混合直流輸電工程中，由于常規直流和柔性直流的換流站位于同一站內，為兩者的協調運行創造了條件。
技術實現要素：
本發明的目的在于針對上述現有技術中存在的問題，提出一種提高并聯混合直流輸電系統換相失敗抵御能力的協調控制策略。
為達到上述發明的目的，本發明通過以下技術方案實現：
一種提高混合直流系統換相失敗抵御能力的協調控制方法，應用于柔性直流單元與常規直流單元并列運行的混合背靠背直流系統，所述柔性直流單元與常規直流單元位于同一換流站內，且二者共用同一交流系統的換流母線；所述協調控制方法配置與所述混合背靠背直流系統的逆變站中，
所述柔性直流單元包括：
內環電流控制器，用于生成調制波，并作為柔性直流單元換流器閥組控制的輸入；
有功功率外環控制器，用于通過第一限幅環節向內環電流控制器輸出電流內環的有功電流參考值；
無功功率外環控制器，用于通過第二限幅環節向內環電流控制器輸出電流內環的無功電流參考值；
延遲觸發角協調控制器，用于向無功功率外環控制器發送觸發角協調控制分量；
故障判斷模塊，用于控制延遲觸發角協調控制器的觸發角協調控制分量的信號投入與否，并對第一限幅環節和第二限幅環節的限幅大小進行控制；
所述協調控制方法包括如下步驟：
步驟1，在柔性直流單元的無功功率外環控制模塊附加觸發角協調控制分量；
步驟2，由故障判斷模塊判斷延遲觸發角協調控制的投入時刻；
步驟3，根據故障判斷模塊的判斷結果確定柔性直流單元的內環電流控制器的無功電流參考值和有功電流參考值的限幅大小。
所述步驟1中，在正常運行工況下，常規直流延遲觸發角測量值αm大于延遲觸發角協調控制器中設定值αset，兩者的差值經第一PI環節計算得到觸發角協調控制分量QΔ，該觸發角協調控制分量QΔ由信號輸出模塊控制輸入到無功功率外環控制器；當信號輸出模塊收到故障判斷模塊發出的使能信號時，則將觸發角協調控制分量QΔ附加到無功功率外環控制器，使得柔性直流整流站吸收無功功率，降低整流側換流母線電壓。
所述延遲觸發角協調控制器在第一PI環節和信號輸出模塊之間設置有斜率限制器，其用于限制無功功率附加值的變動速率。
所述步驟2中，由故障判斷模塊判斷故障發生的地點是否在逆變側交流系統，并判斷該故障是否會造成常規直流逆變器發生換相失敗，如果判定故障發生在逆變側交流系統，則不論能不能造成換相失敗立即發出使能信號投入延遲觸發角協調控制器，隨后如果判定故障不會造成換相失敗，則停止發出使能信號，反之則繼續發出使能信號。
所述步驟3中，由故障判斷模塊判斷故障的嚴重程度，當故障發生在近逆變側換流母線端時，通過控制第一限幅環節降低柔性直流輸電系統的內環電流控制器的有功電流參考值idref限值，并通過控制第二限幅環節提高無功電流參考值iqref限值，以降低柔性直流傳輸的有功功率，增強柔性直流的無功功率調節能力。
本發明的一種提高混合直流系統換相失敗抵御能力的協調控制方法的有益效果是：能夠利用柔性直流的無功功率快速控制能力提高常規直流逆變站的換相失敗抵御能力，降低常規直流逆變站發生換相失敗的概率。
附圖說明
圖1為本發明實例采用的并聯混合直流系統結構示意圖。
圖2為本發明的一種提高混合直流輸電系統換相失敗低于能力的協調控制方法的框圖。
具體實施方式
下面結合附圖和實施例對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部實施例。
實施例
本發明提供一種提高混合直流系統換相失敗抵御能力的協調控制方法，該方法配置于常規直流和柔性直流并聯運行直流輸電系統的柔性直流輸電單元的整流站，通過對柔性直流單元整流站的控制，提高常規直流逆變站的換相失敗抵御能力。
在一個實施例中，并聯混合直流輸電系統的結構示意圖如圖1所示。
該混合直流輸電系統由一條常規直流輸電系統與一條柔性直流輸電系統構成，兩直流輸電系統的整流器在同一個換流站內、逆變器在同一個換流站內，且分別共用同一交流母線。常規直流整流側采用定有功功率控制或定直流電流控制，逆變側采用定直流電壓或定關斷角控制；柔性直流單元采用基于dq軸解耦的直接電流矢量控制方法，該控制方法可分為內環電流控制器和外環電壓控制器兩部分。其中，有功類外環控制器可根據有功功率參考值Pref或直流電壓參考值Udcref計算得到電流內環控制器的d軸電流參考值Idref；無功類外環控制器可根據無功功率參考值Qref或交流電壓參考值Uacref計算得到電流內環控制器的q軸電流參考值Iqref；內環電流控制器通過調節換流器輸出電壓，使dq軸電流快速跟蹤其參考值，本實施例中柔性直流整流側有功功率類控制器采用定直流電壓控制，逆變側有功功率類控制器采用定有功功率控制，無功功率類控制器均采用定無功功率控制。
為了進一步提高常規直流逆變站的換相失敗抵御能力，本發明提供了一種配置于柔性直流整流站的延遲觸發角協調控制方法，通過對柔性直流整流站的控制提高常規直流逆變站的換相失敗抵御能力，控制框圖如圖2所示。
協調控制方法包括如下步驟：
步驟1，在柔性直流單元的無功功率外環控制器附加觸發角協調控制分量；
步驟2，由故障判斷模塊判斷延遲觸發角協調控制的投入時刻；
步驟3，根據故障判斷模塊的判斷結果確定柔性直流單元內環控制的無功電流參考值和有功電流參考值的限幅大小。
延遲觸發角協調控制器中，在正常運行工況下，延遲觸發角設定值αset大于延遲觸發角測量值αm，兩者作差經過第一PI環節計算得到觸發角協調控制分量QΔ，并通過信號輸出模塊輸入到無功功率外環控制器；作為另一個實施例，將觸發角協調控制分量QΔ通過斜率限制器后再進入信號輸出模塊，所述斜率限制器的作用是限制無功功率附加值的變動速率，防止柔性直流單元的無功功率大幅度波動，提高系統的穩定性；故障判斷模塊通過判斷故障是否發生在逆變側及故障是否會導致常規直流逆變站發生換相失敗來確定是否發出使能信號。需要指出的是：如果故障判斷模塊判定故障發生在逆變側交流系統，則不論能不能造成換相失敗立即發出使能信號投入延遲觸發角協調控制器，隨后如果判定故障不會造成換相失敗，則停止發出使能信號，反之則繼續發出使能信號。觸發角協調控制分量QΔ注入到柔性直流單元的無功功率外環控制器，其無功功率外環設定值Qset與觸發角協調控制分量QΔ相加作為無功功率外環控制器新的參考值，該值與柔性直流測量值QMMC作差后，再經過第二PI環節計算得出內環無功電流參考值iqref；柔性直流單元的有功功率外環控制器中，有功功率設定值Pset和有功功率測量值PMMC作差后，再經過第三PI環節計算得到內環有功電流參考值idref；內環無功電流參考值iqref和內環有功電流參考值idref分別經過第二、第一限幅環節限幅后，注入到內環控制器。所述第一、第二限幅環節的限幅值大小由故障判斷模塊來確定，當故障發生在近逆變側換流母線端時，降低柔性直流輸電系統電流內環控制的有功電流參考值限值，提高無功電流參考值限值，降低柔性直流單元傳輸的有功功率，增強柔性直流單元的無功功率調節能力。
內環電流控制器的輸出作為換流站閥組控制的輸入，最后通過換流站閥組控制模塊控制可關斷器件的開通與關斷達到調控目標。
上述實施例僅用以說明本發明而并非限制本發明所描述的技術方案；因此，盡管本說明書參照上述的各個實施例對本發明已進行了詳細的說明，但是，本領域的普通技術人員應當理解，仍然可以對本發明進行修改或者等同替換；而一切不脫離本發明的精神和范圍的技術方案及其改進，其均應涵蓋在本發明的權利要求范圍當中。
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